Woraus besteht die Schwerkraft?
8. Mai 2014
Eine der unglaublichsten und überraschendsten physikalischen Entdeckungen dieses Jahrhunderts wurde gerade von einem Team von Wissenschaftlern am Südpol gemacht, die ein Teleskop namens BICEP2 betreiben.
Sie fanden einen himmlischen Fingerabdruck, der nicht nur den explosiven Beginn der Zeit erklärt, sondern auch die mikroskopischen Geheimnisse der Schwerkraft enthüllt. Um zu verstehen, was dieser Fingerabdruck ist, stellen Sie sich vor, Sie drehen die kosmische Uhr kurz nach dem Urknall zurück, als das Universum in eine heiße, dichte Kugel gedrängt wurde, die über eine Milliarde Mal kleiner war als der Kern eines Atoms.
Seit Jahrzehnten fragen sich Physiker, welche Naturgesetze hier herrschen würden; Die winzige Größe des Universums bedeutete, dass die brodelnde, ätherische Welt der Quantenteilchen im Spiel sein sollte, aber die immense Masse bedeutete, dass auch die raumbiegende Welt der Schwerkraft am Werk sein sollte.
Der Physiker verschmolz diese Welten und kam auf eine seltsame Idee. Sie schlugen vor, dass die Schwerkraft tatsächlich aus Quantenteilchen besteht, die sie „Gravitonen“ nannten.“ Überall dort, wo es Gravitation gibt, würde es Gravitonen geben: auf der Erde, in Sonnensystemen und vor allem in dem winzigen Säuglingsuniversum, in dem Quantenfluktuationen von Gravitonen auftauchten und Taschen dieser winzigen Raumzeit verbogen. Aber wenn Gravitonen überall sind, warum können wir sie nicht sehen?
Leider ist ein einzelnes Graviton zu dürftig, um entdeckt zu werden, so dass wir keine Beweise dafür hatten. Aber Wissenschaftler machten eine andere Annahme über den Moment nach dem Urknall. Sie schlugen vor, dass in diesem winzigen beengten Ball anstelle der Gravitationsanziehung zwischen Materie eine heftige Gravitationsabstoßung stattgefunden hätte, die dazu geführt hätte, dass alles in einem momentanen Ereignis namens „Inflation“ nach außen explodiert wäre.“ Während der Inflation haben sich die einst winzigen Graviton-Fluktuationen auch zu großen Gravitationswellen aufgeblasen.
In den folgenden frühen Jahren des Universums waren Photonenteilchen aus Licht und geladenen Teilchen im Weltraum so überfüllt, dass sie ständig kollidierten, während sich die Gravitationswellen ausdehnten und zusammenzogen Teile des Weltraums, wodurch sich kalte Flecken und heiße Flecken bildeten.
Wo sich diese Punkte trafen, wurden Photonen, die von Ladungsteilchen abprallten, ausgerichtet und zusammen erzeugten all diese Photonen unterschiedliche Muster im kosmischen Leuchten. Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall wurde das Universum becaÂme so groß und alle Teilchen waren so verteilt, dass die Kollisionen gestoppt, und die endgültigen Lichtmuster strömten durch den Raum, wo wir sie heute sehen können.
Die Wirbel in diesen verdrehten Lichtmustern werden „b-Moden“ genannt, und sie sind der Fingerabdruck, den die Wissenschaftler gefunden haben. Sie sind der erste direkte Beweis für die Inflation oder Explosion, die unser Universum hervorgebracht hat, und der stärkste Beweis, den wir je hatten, dass die Schwerkraft tatsächlich aus winzigen Teilchen besteht, die Gravitonen genannt werden.