Die verborgene Wirklichkeit

voneinander getrennten Regionen auch ohne erkennbaren Kontakt eine gemeinsame Temperatur haben, die sich typischerweise auf bis zu drei Stellen nach dem Komma nicht voneinander unterscheidet.
    Als ich vor vielen Jahren zum ersten Mal von diesem Rätsel erfuhr, war ich tatsächlich sprachlos. Bei weiterem Nachdenken war mir aber das Rätsel selbst ein Rätsel. Wie können zwei Objekte, die früher einmal dicht zusammen waren – was nach unserer Kenntnis zum Zeitpunkt des Urknalls für alle Dinge im beobachtbaren Universum gilt –, sich so schnell getrennt haben, dass Licht, das vom einen ausgesandt wird, das andere nicht mehr erreicht? Licht gibt das absolute Tempolimit vor. Wie also konnten die Objekte eine räumliche Entfernung zueinander erlangen, die größer ist als die Strecke, die das Licht in der gleichen Zeit zurücklegen kann?
    Die Antwort macht einen Gedanken deutlich, der häufig nicht angemessen betont wird. Die vom Licht festgelegte Geschwindigkeitsbegrenzung gilt ausschließlich für die Bewegung von Objekten durch den Raum . Galaxien jedoch entfernen sich nicht voneinander, weil sie durch den Raum wandern würden – Galaxien haben keine Düsentriebwerke –, sondern weil der Raum selbst größer wird und weil die Galaxien von der Gesamtbewegung mitgezogen werden. 2 Und tatsächlich erlegt die Relativitätstheorie der Geschwindigkeit, mit der der Raum expandieren kann, keine Begrenzung auf – das Tempo, mit dem die von der Ausdehnung auseinandergezogenen Galaxien sich voneinander entfernen, unterliegt also keiner Beschränkung. Die Bewegung, durch die sich zwei beliebige Galaxien voneinander entfernen, kann also jede Geschwindigkeit überschreiten, auch die des Lichtes.
    Tatsächlich kann man mit den mathematischen Methoden der Allgemeinen Relativitätstheorie zeigen, dass der Raum sich in den allerersten Augenblicken des Universums so schnell ausdehnte, dass bestimmte Regionen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit auseinanderstoben. Deshalb konnten sie auch keinerlei Einfluss aufeinander ausüben. Die schwierige Frage lautet also: Wie konnten sich in voneinander unabhängigen Regionen des Kosmos die gleichen Temperaturen einstellen? Dieses Rätsel bezeichnet man in der Kosmologie als Horizontproblem .

    Horizonterweiterung
    Im Jahr 1979 kam Alan Guth (der damals am Stanford Linear Accelerator Center arbeitete) auf eine Idee, die zusammen mit späteren, entscheidenden Verfeinerungen durch Andrei Linde (damals als Forscher am Lebedew-Institut in Moskau tätig) sowie durch Paul Steinhardt und Andreas Albrecht (einen Professor und einen Studenten, die zu jener Zeit an der University of Pennsylvania arbeiteten) nach allgemeiner Einschätzung das Horizontproblem löste. Diese Lösung, kosmische Inflation genannt, greift auf einige raffinierte Aspekte von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zurück, die ich in Kürze genauer beschreiben werde. In groben Umrissen kann man sie leicht zusammenfassen.
    Für die herkömmlichen Urknallmodelle stellt das Horizontproblem eine Schwierigkeit dar, weil die Raumregionen sich so schnell voneinander entfernen, dass sich keine thermische Gleichförmigkeit einstellen kann. Die Inflationsmodelle lösen dieses Problem, indem sie für den allerersten Anfang von einer sehr viel geringeren Expansionsgeschwindigkeit ausgehen, so dass den Regionen genug Zeit blieb, die gleiche Temperatur anzunehmen. Nachdem dieses »kosmische Händeschütteln« abgeschlossen war, gab es der Theorie zufolge eine kurze Phase ungeheuer schneller, sich immer stärker beschleunigender Ausdehnung  – die Inflationsphase  –, die den langsamen Anfang mehr als wettmachte und die betreffenden Regionen schnell in sehr weit voneinander entfernte Positionen beförderte. Damit stellen die beobachteten, einheitlichen Bedingungen kein Rätsel mehr dar: Die gemeinsame Temperatur stellte sich ein, bevor die Regionen schnell auseinandergetrieben wurden. 3 Das ist die Grundidee der Inflationsmodelle. d
    Dabei gilt es aber zu bedenken, dass Physiker dem Universum nicht vorschreiben können, wie schnell es sich auszudehnen hat. So weit wir es aufgrund unserer besten Beobachtungen beurteilen können, gelten dafür Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Ob das Inflationsszenario möglich ist, hängt also davon ab, ob sich die darin vorgeschlagene Abwandlung der herkömmlichen kosmischen Expansion in den von Einstein vorgegebenen mathematischen Rahmen einfügt. Das ist auf den