Hawkings neues Universum

Stephen Hawking, der das Modell der Kosmischen Inflation von Anfang an aufmerksam verfolgt und mit dem Workshop The Very Early Universe auch maßgeblich gefördert hat. In den 1920er-Jahren betrug die Inflationsrate in der Weimarer Republik 32.400 Prozent; das bedeutet, dass sich die Preise in einer Woche vervierfachten. Noch schlimmer traf es Ungarn 1945/46: Bei der Hyperinflation verdreifachten sich die Preise jeden Tag – das entsprach einer jährlichen Rate von über 40 Billiarden Prozent. Doch diese Zahlen sind nichts im Vergleich zur Kosmischen Inflation. Hawking: „Das Universum vergrößerte sich im Bruchteil einer Sekunde um mindestens das 10 26 -fache – und das war gut, denn erst so wurde es riesig.“
    Diese gewaltige Ausdehnung war, wenn das Modell zutrifft, sogar viel schneller als das Licht. Das widerspricht jedoch nicht der Relativitätstheorie, derzufolge Materie nicht auf Lichtgeschwindigkeit oder darüber hinaus beschleunigt werden kann (dazu wäre quasi eine unendliche Menge an Energie erforderlich). Denn nicht die Materie, sondern der Raum breitete sich inflationär aus. Und die Barriere der Lichtgeschwindigkeit gilt im Raum, nicht für den Raum. (Tatsächlich scheinen ja auch die fernsten Galaxien überlichtschnell von der Milchstraße fort zu rasen, was aber nicht aufgrund ihrer Eigenbewegung geschieht, sondern eine Folge der von Edwin Hubble und Milton Humason entdeckten, seit dem Urknall anhaltenden Ausdehnung des Weltraums ist.) Materie in gewöhnlichem Sinn gab es in der Epoche der Inflation auch noch gar nicht. Aber die Energie im Raum – oder des Raums – wurde mit der exponentiellen Expansion durchaus mit verteilt, blieb also nicht „zurück“.
    Die Relativitätstheorie „verbietet“ also eine überlichtschnelle Ausdehnung des Raums nicht, sondern ist im Gegenteil die Grundlage für deren Beschreibung. Doch was kann eine solche Inflation antreiben? Und weshalb sollte man einen solchen exotischen und vehementen Vorgang überhaupt annehmen?
Sechs gute Gründe für die Inflation
    Mindestens sechs starke Argumente sprechen für das Szenario der Kosmischen Inflation. Denn dieses kann einige astronomische und physikalische Tatsachen relativ einfach erklären, die sonst schwierige Probleme und offene Fragen des Urknall-Modells aufwerfen:
Expansion: „Die Standardtheorie vom Urknall behandelt nicht die Frage, was die Ausdehnung des Weltraums verursacht hat“, sagt Alan Guth. „Die Expansion wird vielmehr als Anfangsbedingung in die Gleichungen der Theorie gesteckt.“ Das Szenario der Inflation jedoch kann eine so gleichmäßige Ausdehnung erklären, wie sie sich heute noch messen lässt.
Teilchen: Das beobachtbare Universum enthält eine riesige Menge an Materie – mindestens 10 80 Atome. Die exponentielle Expansion des Weltraums bringt zwangsläufig astronomisch große Zahlen mit sich. Da das Volumen proportional zur dritten Potenz des Durchmessers ist, führt eine sechzigfache Verdopplung einer inflationierenden Raumregion zu einer Volumenzunahme um den Faktor (e 60 ) 3 – also ungefähr 10 80 . Dies liegt in derselben Größenordnung wie die Teilchenzahl und könnte bei deren Erklärung eine Rolle spielen.
Magnetische Monopole: Die Großen Vereinheitlichten Theorien, die alle fundamentalen Wechselwirkungen (elektromagnetische Kraft, starke und schwache Kernkraft) mit Ausnahme der Schwerkraft als eine Superkraft beschreiben, sagen voraus, dass bei den hohen Energien dieser Kraft, die im frühen Universum das Geschehen regierte, magnetische Monopole entstanden sein müssen. Das sind Teilchen mit der 10 16 -fachen Masse eines Protons, die im Gegensatz zu den bekannten Stabmagneten wie isolierte magnetische Nord- und Südpole wirken. Ihre Gesamtmasse würde die übrige Materie um den Faktor eine Trillion übertreffen. Dass man trotzdem keine solchen Monopole beobachten kann, erklärt das Szenario der Inflation mit der exponentiellen Raumausdehnung: Aufgrund dieser rapiden Volumenzunahme wurden die Monopole so stark verdünnt, dass es höchstens einige wenige im gesamten beobachtbaren Universum geben kann. Auch andere exotische Relikte, die aus einer Art Unregelmäßigkeit beim Beginn der Welt stammen könnten – eindimensionale Kosmische Strings, zweidimensionale Domänengrenzen (Bloch-Wände) oder dreidimensionale Texturen, allesamt Hochenergie-Relikte aus dem frühen Universum – würden wie die punktförmigen Monopole „weginflationiert“. Auch sie tauchen nämlich in