Cosmological Inflation and Large-Scale Structure
Liddle u. Lyth
Von A. R. Liddle u. D. H. Lyth. Cambridge University Press, Cambridge 2001. XIII + 400 S., paperback,. ISBN 0-521-57598-2
Die große Mehrheit der modernen kosmologischen Beobachtungen kann mühelos in einen einfachen theoretischen Rahmen gestellt werden. Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt isotrope, homogene, expandierende Weltmodelle, und wir leben offenbar in einem Universum, das einer solchen Beschreibung weitestgehend entspricht. Aber es gibt grundlegende Schwierigkeiten mit diesem Bild. Die Kausalität scheint verletzt, und die Parameter des Modells scheinen sehr präzise eingestellt worden zu sein, ohne dass klar wäre, wie und warum. Auch der Ursprung der Strukturen im Universum bedarf einer Erklärung.
Liddle und Lyth nehmen sich zum Ziel, das großartige Konzept zu beschreiben, das Lösungen für die prinzipiellen Probleme des kosmologischen Modells und eine Erklärung für den Ursprung der kosmischen Strukturen anbietet. Dieses Konzept ist die kosmologische Inflation, deren Grundgedanke sehr einfach ist: Während einer sehr frühen Phase dehnte sich das Universum innerhalb kürzester Zeit um etwa das 10 26-fache aus und ging dann wieder in eine langsame Expansion über.
Die Autoren beschreiben zunächst, warum und wie eine solche inflationäre Phase die Probleme des kosmologischen Modells mit Kausalität und Feinabstimmung behebt. Sie beschreiben dann, wie das inflationäre Modell auch den Ursprung der kosmischen Strukturen erklären kann. Schließlich wird erörtert, wodurch eine inflationäre Ausdehnung des Universums getrieben werden konnte und welche Möglichkeiten in naher Zukunft bestehen werden, das inflationäre Modell und seine Annahmen zu prüfen. Einige Kapitel beschreiben, dass und warum viele Beobachtungstatsachen in guter Übereinstimmung mit der Annahme sind, das Universum habe eine inflationäre Phase durchlaufen.
Am Ende entsteht das faszinierende Bild, dass alle kosmischen Strukturen aus Quantenfluktuationen im sehr frühen Universum entstehen konnten, die während der inflationären Phase extrem vergrößert und damit eingefroren wurden. Es ist das wesentliche Ziel des Buchs, diese Vorstellung physikalisch lückenlos zu begründen, und dieses Ziel wird erreicht.
Die Autoren legen im Hauptteil des Buches großen Wert darauf, physikalisch (statt mathematisch) zu argumentieren, wodurch das Buch erstaunlich leicht lesbar wird. Die mathematische Durchführung ist aufwändig und wird deshalb in zwei Schlusskapiteln nachgereicht. Wer will, kann dann in aller Strenge nachlesen, was vorher meist ohne Beweis, aber physikalisch begründet verwendet wurde.
Ohne Frage ist dieses Buch ein großer Wurf. In nüchternem und klarem Stil führt es den Leser durch die großen Konzepte der modernen Kosmologie und versteht, kenntnisreich bis ins Detail zu überzeugen.
Dr. Matthias Bartelmann, Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
