Techniklexikon

Inflation

inflationärer Kosmos, ein kosmologisches Modell des sehr frühen Universums, das eine Veränderung bzw. Erweiterung des Standardmodells der Kosmologie darstellt. Die grundlegende Vorstellung der Inflation besteht darin, dass die Skalenfunktion a(t) des Universums (Robertson-Walker-Metrik) in der Zeit t = 10^-35-10^-31 s nach dem Urknall eine Phase der exponentiellen Expansion  durchlief, in der der Radius des Universums um ca. das 10⁴³-fache gewachsen ist. Für t > 10^-30 s geht das inflationäre Modell in das (materiedominierte) Standardmodell über, und die Expansion verläuft nur noch wie a ~ t^1/2. Das Modell fand unter Kosmologen sehr schnell grosse Akzeptanz, weil es verschiedene Probleme der Standard-Urknalltheorie löste. Hierzu zählt insbesondere das Horizontproblem: Zwei Bereiche, die heute am Himmel zwei Grad oder mehr voneinander entfernt sind, waren etwa 300 000 Jahre nach dem Urknall, als die kosmische Hintergrundstrahlung frei wurde, so weit voneinander entfernt, dass sie wegen der endlichen Lichtlaufzeit nicht in kausalem Kontakt gestanden haben können und somit auch kein Temperaturausgleich zwischen ihnen stattgefunden haben kann. Aus der beobachteten Isotropie der Hintergrundstrahlung geht jedoch hervor, dass in dem damaligen Urgas überall eine überraschend homogene Temperaturverteilung von etwa (4000 ± 10^-5) K geherrscht haben muss. Das Modell des inflationären Universums erkärt dies so: Während der inflationären Phase erfolgte die Expansion so rasch, dass sich ein ehemals kausal zusammenhängender Bereich weit über die Grösse des heute beobachtbaren Universums  ausdehnte. Dadurch konnte vor der Inflation in diesem Bereich ein Temperaturausgleich stattfinden, weil hier noch alle Punkte eine kausale Wechselwirkung eingehen konnten. Nach der Inflation waren sie hierfür  bis heute  zu weit voneinander entfernt. Dies würde bedeuten, dass unser heute beobachtbares Universum nur einen Bruchteil des gesamten Universums darstellt.

Was die inflationäre Phase ausgelöst haben könnte, ist nicht klar. Möglicherweise war ein Phasenübergang bei der Abspaltung der elektroschwachen Wechselwirkung von der starken Wechselwirkung, wie er von Grossen Vereinheitlichungstheorien (GUT) gefordert wird, hierfür verantwortlich. Er sollte etwa 10^-35 s nach dem Urknall bei einer Energie von 10¹⁶ GeV, entsprechend einer Temperatur von 10²⁹ K, aufgetreten sein.

Die Theorie des inflationären Universums wird ständig weiterentwickelt. So kam später das spekulative Szenario der chaotischen Inflation hinzu. Hiernach könnte es einen chaotischen »Schaum« vieler unabhängiger Universen gegeben haben, die mehr oder weniger stark einer Inflation unterworfen waren. Sie existierten unabhängig voneinander, und in ihnen herrschten unterschiedliche physikalische Verhältnisse.