Bestätigung der kosmischen Inflation und warum wir sie brauchen

Wissenschaftlicher Fortschritt zeigt immer wieder, dass wir in einem Universum leben, wo einfach alles stimmt. Unser Universum weist drei echt erstaunliche Eigenschaften auf: Es ist heute enorm groß, jede Region des Universums ist thermal verbunden mit jeder anderen Region und von Gestalt ist es geometrisch flach. Diese erstaunlichen Eigenschaften des Universums sind alle notwendig, wenn physikalisches Leben im Universum existieren sollte und ohne kosmische Inflation, existierten sie nicht.

Lebensfreundliche Eigenschaften
Obwohl die Weiten zwischen Sternen und Galaxien enorm sind, hat jede Region im Universum im Grunde genommen die gleiche Temperatur. Wenn die Temperatur nicht überall fast gleich und ebenmäßig wäre, wäre das Universum klumpiger -sozusagen- und die bloße Entstehung von Galaxienhaufen, Galaxien und Sternen, die Leben erlauben, wäre schlich und einfach nicht geschehen. Die enormen Entfernungen zwischen Sternen und Galaxien schaffen einen Raum im Universum wo Leben—insbesondere höheres Leben—entstehen kann, weil tödliche Strahlung und gravitationsbedingte Störungen von nicht-weit-entfernten Sternen und Galaxien dieses entstehende Leben nicht ständig auszulöschen bedrohen. Wenn das Universum kugelförmig und nicht flach wäre (siehe Abbildung unten), hätte sich das Universum seit dem kosmischen Schöpfungsereignis so weit ausgedehnt, bis es einen Punkt erreicht hätte, wo das Universum wieder in sich zusammengefallen wäre, und das bevor eine einzige Galaxis, ein einziger Stern oder ein einziges Sonnensystem, wo Leben möglich gewesen wäre, hätte entstehen können. Wenn das Universum eine hyperbolisch gerundete Form hätte und nicht flach wäre (siehe Abbildung unten), hätte sich das Universum nach dem kosmischen Schöpfungsereignis so schnell ausgedehnt, dass keine Galaxien, Sterne und Planeten hätten entstehen können.

Abbildung: Mögliche kosmische Geometrien

Nur ein Universum, das eine beinah-flache Geometrie hat, wird Galaxien, Sterne und Planeten entstehen lassen, die für die Entstehung des Lebens nötig sind. Bild
quelle: NASA. Diagramm entworfen von: Hugh Ross

Kosmische Ausdehnung ist notwendig fürs Leben
Die thermische Einheit, riesige Größe und flache Geometrie wie sie jetzt existieren wären unmöglich, wenn das Universum sich vom kosmischen Schöpfungsereignis mit einer Geschwindigkeit ausgedehnt hätte, die nie schneller als Lichtgeschwindigkeit gewesen wäre. Eine sehr kurze Ausdehnungsperiode, die weniger als 10^-36 bis 10^-32 Sekunden nach dem kosmischen Schöpfungsereignis angedauert hat, in der sich das Universum um mindestens 10²⁶ fache vergrößerte (von einer Größe kleiner als ein Proton bis zur Grapefruitgröße, oder um das Billion-Billionen-fache der Lichtgeschwindigkeit) als das Universum sehr jung war (10^-36 to 10^-32 Sekunden alt) löst alle drei Probleme.

Erstens würde die hyper-schnelle Ausdehnung von Raum während einer kurzen Episode der Ausdehnung aller anfänglichen Variationen in Materie, Dichte und Temperatur mit ausgedehnt. Dadurch wäre das Universum homogen und einheitlich auf einer größeren Skala—bis auf die größte Skala um ein Teil unter hunderttausend. Zweitens wären Temperaturunterschiede unter Regionen im Universum nur bis auf ein Teil unter hunderttausend verringert. Drittens, die Krümmung vom Weltraum wäre bis zum Grad verringert, dass es als flach bis vier Stellen nach der Null gemessen wird.

Beobachtungen bestätigen kosmische Ausdehnung
Diese Ergebnisse zeigen uns nicht nur das, was theoretisch fürs Entstehen vom Leben im Universum notwendig ist, sondern auch das, was Astronomen tatsächlich beobachtet haben. Die Sloan Digital Sky Survey, die noch durchgeführt wird¹ erfasst Galaxien und Galaxienhaufen. Zusammen mit den Planck² und WMAP³ Karten der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMBR) hat sie diese kosmische Ausdehnung unwiderlegbar bestätigt

Eine weitere starke Bestätigung kommt durch die Messungen des skalierten Spektralindex. Ein Wert für den skalierten Spektralindex n_s, wird von genauen Messungen vom E-Polarisation Modus auf den Karten der CMBR abgeleitet.

Für ein Universum ohne Ausdehnungsereignis gleicht n_s 1,0 oder höher. Für ein Universum, das ein einfaches Ausdehnungsereignis aufweist, gleicht n_s genau 0,95. Für ein Universum, das ein komplexes Ausdehnungsereignis erfahren hatte, gleicht n_s 0.96–0,97.

Eine Analyse der zwei besten bis-jetzt-gemachten Karten der CMBR, zusammen mit der besten Karte, der akustischen Baryon Oszillationen ergab_s = 0,9658 ± 0,0038.⁴ Diese Messung ist eine signifikante Verbesserung verglichen mit der früheren besten Messung für n_s die ich in meinem Buch The Creator and the Cosmos, 4th edition: n_s = 0.9593 ± 0.0067.⁵ Das Fehlermaß (Ungewissheit) in der neuen Messung ±0.0038 deutet auf eine weniger als 1 in 6 Quintillion (1 in 6.000.000.000.000.000.000) Wahrscheinlichkeit hin, dass das Universum kein Ausdehnungsereignis in seiner frühen Geschichte durchgemacht hatte⁶ Diese Messung der Gewissheit, dass das Universum ein Ausdehnungsereignis durchgemacht hatte, vergleicht sich mit einer 1 in 900 Millionen Wahrscheinlichkeit, dass es dieses nicht durchgemacht hatte, die sich aus der besten Messung von früher ergab.

Das Fehlermaß ±0,0038 bedeutet auch, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Universum ein einfaches –statt eines komplexen—Ausdehnungsereignis durchgemacht hat, weniger als 1 in 16.000 ist. In den physikalischen Wissenschaften aber wird ein Ereignis nicht als “gewiss” eingestuft, es sei denn die Wahrscheinlichkeit eines anderen Ergebnisses weniger als 1 in 1.750.000 ist. Aus diesem Grund haben Astronomen noch nicht festgestellt, genau welche Art Inflation in der sehr frühen Geschichte des Universums stattfand. Es scheint, egal welche Art Inflation sie war, muss sie genau auf die Möglichkeit der Entstehung des physikalischen Lebens abgestimmt worden sein.

Ressource

Leser, die eine tiefer-gehende Beschreibung und Erklärung der frühen kosmischen Ausdehnung und wie diese auf die Entstehung des physikalischen Lebens sehr genau abgestimmt worden sein muss, werden sie (auf Englisch) in meinem Buch,The Creator and the Cosmos,4th edition, 68–69 finden.