Hawkings neues Universum

manchen fundamentalen Theorien der Physik auf, werden aber nicht beobachtet und können, wenn überhaupt, nur sehr, sehr selten im beobachtbaren Ausschnitt des Universums vorhanden sein.
Homogenität: Das Weltall erscheint überall und in allen Richtungen extrem gleichförmig. Das macht besonders die Kosmische Hintergrundstrahlung deutlich, die den Weltraum gleichmäßig ausfüllt und die physikalischen Bedingungen 380.000 Jahre nach dem Urknall anzeigt. Die Temperaturunterschiede von nur etwa 0,00001 Grad sind erstaunlich gering. Das kann kein Zufall sein, sondern deutet auf Ausgleichsprozesse hin. Doch der Standardtheorie vom Urknall zufolge können gegenüberliegende Himmelsregionen niemals miteinander in einer ursächlichen Wechselwirkung gestanden haben, denn das heute beobachtbare Universum (Durchmesser: circa 10 26 Meter) wäre zu der Zeit, als es 10 –35 Sekunden alt war, knapp einen Zentimeter groß gewesen – vergleichbar mit einer Murmel. Das erscheint wenig, ist aber physikalisch betrachtet noch immer riesig, denn das Licht hätte zu diesem Zeitpunkt erst etwa 10 –27 Meter zurückgelegt. Ein Temperaturausgleich wäre also damals nicht möglich gewesen. Und deshalb sollte die Kosmische Hintergrundstrahlung heute viel unregelmäßiger sein, als sie tatsächlich ist. Durch die überlichtschnelle Ausdehnung des Weltraums während der Inflation (und die sich anschließende, bis heute anhaltende langsamere Expansion) wurde jedoch eine winzige Region von weniger als 10 –27 Meter Durchmesser mindestens auf die Größe unseres gegenwärtigen Beobachtungshorizonts aufgeblasen. Die Homogenität der Hintergrundstrahlung ist also kein unerklärlicher Zufall oder eine fein justierte Anfangsbedingung, sondern die Folge eines Wärme- und Energietransfers im frühen Universum, den die Inflation auf wahrhaft kosmische Skalen vergrößert hatte. Bereiche des Weltalls mit anderen physikalischen Eigenschaften mag es durchaus geben, aber sie sind so weit von uns entfernt, dass wir sie niemals erblicken können.
Fluktuationen: Nicht nur die Homogenität kann das Szenario der Inflation erklären, sondern auch die kleinen Abweichungen davon, die winzigen Temperaturunterschiede in der Größenordnung von 0,00001 Grad. Ihre Stärke, Ausdehnung und räumliche Verteilung passt zu den Voraussagen der meisten Modelle der Kosmischen Inflation. Der Ursprung dieser Temperaturschwankungen sind zufällige Quantenfluktuationen, die durch die exponentielle Expansion enorm verstärkt wurden (dazu später mehr). Diese winzigen Dichteunterschiede im Urgas gelten als die „Keime“ für die Entstehung der großräumigen Strukturen, das heißt der Galaxienhaufen und -superhaufen.
Flachheit: Messungen der Kosmischen Hintergrundstrahlung und der durchschnittlichen Materiedichte zeigen, dass der Weltraum global nicht oder kaum gekrümmt ist, also weder der Oberfläche einer Kugel (sphärische Metrik) noch der eines Sattels (hyperbolische Metrik) ähnelt. Diese „Flachheit“ des Weltraums (euklidische Metrik) ist als zufällige Anfangsbedingung extrem unwahrscheinlich (etwa 1 zu 10 58 ) – allerdings notwendig, denn sonst wäre das Universum längst wieder in sich zusammengestürzt oder hätte sich so schnell ausgedehnt, dass aus der rasch verdünnten Urmaterie keine Sterne und Galaxien entstanden wären. Eine kurze Periode der Inflation kann die Flachheit des Weltraums jedoch zwanglos erklären und setzt nicht einmal voraus, dass der euklidische Grenzfall von Anfang an zutraf oder heute exakt zutrifft.
     
    Diese eindrucksvolle Liste lässt sich im Rückblick leichter formulieren. Aber die Probleme der Homogenität, Flachheit und fehlenden Monopole hatten viele Kosmologen bereits in den 1970er-Jahren stark beschäftigt. Warum das All so gleichförmig aussieht, hatte Stephen Hawking mit Barry Collins in einem 1973 im Astrophysical Journal publizierten Artikel sogar so zu beantworten versucht: „Weil wir hier sind.“ Diese auf den ersten Blick kuriose Antwort – ein im darauffolgenden Jahr als „Anthropisches Prinzip“ bezeichnetes Argument (dazu später mehr) – soll heißen: Wenn das Universum nicht so gleichförmig wäre, gäbe es uns gar nicht, weil es längst wieder in sich zusammengestürtzt wäre oder zu schnell auseinandergeflogen wäre und sich keine Sterne und Planeten hätten bilden können. Diese Antwort ist zwar richtig, aber zugleich unbefriedigend, weil sie streng genommen nichts erklärt. Eine Phase der Inflation, so