Diese Woche stellen Physiker auf dem National Astronomy Meeting der Royal Astronomical Society in Großbritannien die vor 90 Tagen angekündigten Beweise für die jüngsten BICEP2-Ergebnisse zur Inflationsperiode des Universums in Frage. Neue Forschungen bezweifeln die Aufnahme der Inflationstheorie in das kosmologische Standardmodell zum Verständnis der Naturkräfte, der Natur von Elementarteilchen und des gegenwärtigen Zustands des bekannten Universums.
Am 17. März 2014 schien es, als würde der Welt ein Einblick in eine ultimative Ordnung von vor Äonen geboten - eigentlich von Anfang an. BICEP2, die Einzweckmaschine am Südpol, lieferte ein Bild, das nach Analyse und Subtraktion des geschätzten Hintergrundsignals von der Milchstraße zu dem Schluss führte, dass sie den frühesten Rest der Geburt des Universums gefunden hatten, eine Signatur in altes Licht, das die Inflationstheorie unterstützte.
Vor 30 Jahren wurde die Inflationstheorie von den Physikern Alan Guth und Andei Linde entwickelt. Guth, Linde und andere erkannten, dass eine plötzliche Expansion des Universums in nur 1/100000000000000000000000000000000000 Sekunde nach dem Urknall einige rätselhafte Rätsel des Kosmos lösen konnte. Die Inflation könnte die Gleichmäßigkeit der kosmischen Hintergrundstrahlung erklären. Während Bilder wie vom COBE-Satelliten eine fleckige Verteilung der Strahlung zeigen, akzentuieren diese Bilder tatsächlich extrem kleine Variationen der Hintergrundstrahlung, Reste des Urknalls, Variationen in der Größenordnung von 1 / 100.000stel des Hintergrundniveaus.
Beachten Sie, dass die Zeit der vom Universum vorgeschlagenen Inflationsperiode unmittelbar nach dem Urknall heute erlauben würde, dass Licht nur 1/1000000000000000 des Durchmessers des Wasserstoffatoms wandert. Das Universum war in diesem ersten Moment der Expansion in einem Volumen eingekapselt, das weitaus kleiner war als das eines einzelnen Atoms.
Die Emotionen waren sehr hoch, als das BICEP2-Team am 17. März dieses Jahres seine Ergebnisse bekannt gab. Das Inflationsereignis, das von den Hintergrundstrahlungsdaten unterstützt wird, wird als Unterkühlung des Kosmos beschrieben. Es gab jedoch Physiker, die einfach cool blieben und der Theorie widersprachen. Der bekannte britische Physiker Sir Roger Primrose war einer, der unterfordert blieb und erklärte, dass die unglaubliche zirkulare Polarisation des Lichts, die in den verarbeiteten Daten von BICEP2 verblieb, durch die Wechselwirkung von Staub, Licht und Magnetfeldern in unserer eigenen Nachbarschaft, der Milchstraße, erklärt werden könnte.
Neue Beobachtungen von einem anderen Detektor auf dem Planck-Satelliten, der die Erde umkreist, zeigen nun, dass der Beitrag der Hintergrundstrahlung aus lokalen Quellen, dem Staub in der Milchstraße, vom BICEP2-Team offenbar unterschätzt wurde. Alle Beweise sind noch nicht vorgelegt, aber die Forscher zeigen jetzt Vorbehalte. Gleichzeitig wird die Inflationstheorie nicht verworfen. Dies bedeutet, dass mehr Beobachtungen erforderlich sind und wahrscheinlich mit größerer Empfindlichkeit.
Warum also die Frage stellen, bauen Physiker ein Rube Goldberg-Gerät?
Unser gegenwärtiges Verständnis des Universums basiert auf dem, was als "Standardmodell" der Kosmologie bezeichnet wird. Auf dem Treffen der Royal Astronomical Society in dieser Woche könnten die Diskussionen unter den Füßen ein Standardmodell enthüllen, das möglicherweise zusammenbricht oder einfach neue Geräte und Mechanismen benötigt, um die beste Theorie von allem zu bleiben.
Auch diese Woche unterstützen neue Daten die Entdeckung des Higg-Bosons durch den Large Hadron Collider im Jahr 2012, das Elementarteilchen, dessen Existenz die Masse der fundamentalen Teilchen in der Natur erklärt und das die Existenz des Higgs-Feldes unterstützt, das für die Robustheit des Standards von entscheidender Bedeutung ist Modell. Die Higgs-bezogenen Daten zeigen jedoch auch, dass man, wenn die Inflationsperiode des Universums stattgefunden hätte, mit dem Standardmodell schließen könnte, dass das Universum auf sich selbst zusammenbrechen sollte und unsere heutige Existenz nicht möglich wäre.
Dr. Brian Green, ein Forscher auf dem Gebiet der Super-String-Theorie und M-Theorie und andere wie Dr. Stephen Hawking, stellen schnell fest, dass das Standardmodell ein Zwischenschritt zu einer großen einheitlichen Theorie von allem, dem Universum, ist. Die Verzerrung des Standardmodells zu einer Art Rube Goldberg-Gerät kann durch die unerschrockene Anhäufung akuterer und vielfältigerer Beobachtungen auf kosmischer und Quantenskala erklärt werden.
Die Diskussionen auf dem Treffen der Royal Astronomical Society werfen mehr Zweifel an der Inflationstheorie auf, die vor 90 Tagen von BICEP2 so gut unterstützt wurde - Daten, die von wirklich bemerkenswerter Elektronik stammen, die von der NASA und Forschern am California Institute of Technology entwickelt wurde. Die Versuche und Schwierigkeiten dieser großen Theorien, alles zu erklären, gehen auf die Zeit vor Einsteins Wunderjahr 1905 zurück. Fragmentierte Theorien, die die Naturkräfte separat erklärten, waren vorhanden, aber auch die Anhäufung von Beobachtungsdaten hatte einen Flammpunkt erreicht.
Heute machen Beobachtungen von BICEP2-, NASA- und ESA-Weltraumobservatorien, empfindlichen Instrumenten, die kilometerweit unter der Erde vergraben sind, und sorgfältig erfundenen Quantenexperimenten in Laboratorien das Standardmodell bei der Erklärung von allem stärker betont, dasselbe Modell, das durch die Boson-Entdeckung von Higg in nur zwei Jahren so gut unterstützt wird vor. Kosmologen räumen ein, dass wir möglicherweise nie eine vollständige, bewährte Theorie von allem haben werden, eine, die elegant ist; Die Herausforderungen an das Standardmodell und die Inflation werden jedoch sicherlich jüngere Theoretiker ermutigen, die Anstrengungen in anderen theoretischen Arbeiten zu verdoppeln.
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