Da der CMB das Älteste ist, was wir sehen können, wie können wir sicher wissen, was vor dem CMB passiert ist?

Sie haben völlig recht, dass wir nicht sehen können, was vor dem CMB passiert ist (diese Zeit wird als Rekombination bezeichnet ), aber das ist in der Physik nicht ungewöhnlich. Zum Beispiel können wir nicht sehen, was bei Kollisionen im Large Hadron Collider passiert. Alles, was wir sehen können, sind die Trümmer, die bei den Kollisionen herausfliegen. Aber wir verstehen die beteiligte Physik, sodass wir durch die Messung der Eigenschaften der Trümmer berechnen können, was bei der Kollision passiert ist. So wurde das Higgs-Boson entdeckt. Es wurde nicht direkt beobachtet, aber seine Existenz wurde durch genaue Messungen der Teilchen nachgewiesen, die wir nachweisen können.

Und dasselbe gilt für das Universum. Das CMB sind die Trümmer, die aus dem Urknall herausgeflogen sind, also können wir durch Messen der Eigenschaften des CMB berechnen, was zu Zeiten vor der Rekombination passiert ist.

Die offensichtliche Frage ist, woher wir wissen, dass unsere Berechnungen korrekt sind. Wir nähern uns dem, indem wir versuchen, dasselbe auf unterschiedliche Weise zu berechnen. Beispielsweise können Higgs-Bosonen auf verschiedene Weise nachgewiesen werden, und wenn diese verschiedenen Messungen unterschiedliche Massen für das Higgs-Boson ergeben würden, wüssten wir, dass zumindest einige unserer Berechnungen falsch sein müssen. Das ist schwieriger für das Universum, da wir nur das eine Universum haben und die Erschaffung des Universums kein Experiment ist, das wir wiederholen können. Aber wir können immer noch verschiedene Berechnungen gegenprüfen und zumindest sicherstellen, dass sie konsistent sind, was genau das ist, was getan wird.

Die Rekombination fand ungefähr 370000 Jahre nach dem Urknall statt, und tatsächlich sind die physikalischen Eigenschaften des Universums zu dieser Zeit leicht zu verstehen. Die Dichte und Temperatur liegen in dem Bereich, den wir im Labor nachbilden können, sodass wir die Eigenschaften von Plasma unter diesen Bedingungen direkt untersuchen können. Tatsächlich verstehen wir die Physik sogar bis zur Nukleosynthese , die nur wenige Minuten nach dem Urknall stattfand, immer noch gut aus Experimenten.

Sie nennen zum Beispiel eine Uhrzeit$10^{-12}$Sekunden nach dem Urknall, und diese Zeit wird normalerweise als das Ende der elektroschwachen Epoche angesehen . Von diesem Zeitpunkt an treten die Wechselwirkungen zwischen Teilchen im Universum bei Energien auf, die in Collidern untersucht werden können, sodass wir experimentell bestimmen können, was von diesem Zeitpunkt an passieren würde. Übrigens war die Temperatur um diese Zeit eher ähnlich$10^{15}$K als$10^{12}$K.

Aber es ist sicherlich wahr, dass wir auf dem Weg zurück zum Urknall einen Punkt erreichen, an dem Dichte und Temperatur alles überschreiten, was wir experimentell untersuchen können, und wir weniger sicher sein können, was dann passiert ist. Dies ist immer noch ein aktives Forschungsgebiet.

Es ist nicht das Älteste, was wir sehen können.

Die meisten Wasserstoff-, Helium- und Deuteriumkerne, die es heute im Universum gibt, sind im Zeitraum zwischen wenigen Sekunden und etwa 15 Minuten nach dem Urknall entstanden.

Die Häufigkeit dieser Kerne im Universum ist ein direkter Hinweis auf die physikalischen Bedingungen und die zeitliche Entwicklung dieser Bedingungen in der Epoche der ursprünglichen Nukleosynthese.

Der einzige wichtige freie Parameter im Standard-Urknallmodell, soweit es diese Häufigkeit betrifft, ist das Verhältnis von Baryonen zu Photonen, das wiederum aus Schwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds gefunden werden kann, der Hunderttausende von Jahren später gebildet wird.

Es besteht vollständige Übereinstimmung in den geschätzten primordialen Häufigkeiten von He und D. Spektakulär genau im Fall von D, wo die primordiale Häufigkeit ziemlich empfindlich auf die nukleosynthetischen Bedingungen reagiert und die primordiale Häufigkeit genau geschätzt werden kann.

Abgesehen davon gibt es jedoch die Tatsache, dass wir nichts sehen müssen , um zu wissen, was passiert ist. Der kosmische Mikrowellenhintergrund und die Schwankungen darin sind die Folge von Ereignissen, die sich zu früheren Zeiten ereignet haben. Wenn man die physikalische Argumentation nicht aufgeben möchte, ist es kein Problem zu akzeptieren, dass der kosmische Mikrowellenhintergrund und seine sich mit der Zeit entwickelnde Temperatur (die gemessen wurde) ein sehr starker Beweis dafür sind, dass das Universum in der Vergangenheit viel dichter und heißer war alle körperlichen Folgen, die dies mit sich bringen würde.

Natürlich kann man das zu weit treiben. Es gibt Details der Physik selbst, die vorher kaum verstanden wurden$10^{-12}$s, obwohl Dinge wie das im CMB gemessene Verhältnis von Baryon zu Photon die mysteriöse Materie/Antimaterie-Asymmetrie kodieren und es ermöglichen, sie zu untersuchen; obwohl es nicht "gesehen" werden kann.

Aber posten$10^{-12}$s die Physik einigermaßen verstanden ist, also wenn wir eine gute Vorstellung davon haben, wie die Bedingungen im Zeitraum von wenigen Sekunden nach dem Urknall (aus der ursprünglichen Nukleosynthese) und einigen hunderttausend Jahren nach dem Urknall (aus dem CMB) sind , dann können wir vernünftigerweise zurück extrapolieren$10^{-12}$S.

Wenn Sie dem letzten Teil der Flugbahn eines abgefeuerten Projektils folgen, ist es genauso sinnvoll, diese Flugbahn zu messen und ihr zurückzuverfolgen, um festzustellen, wo sich der Startort befand.

Interessante Frage! Mal sehen, ob ich mit einer Analogie etwas Licht ins Dunkel bringen kann. Übrigens werde ich mich an einigen Stellen auf Johns Antwort beziehen.

Das Studium oder die Forschung in der Astronomie ist einer kriminalpolizeilichen Ermittlung sehr ähnlich. Man hat das Verbrechen, man sucht nach Hinweisen, anhand derer man den Tathergang rekonstruieren kann. Hier haben wir ein Verbrechen, die Konstruktion des Universums, mit Hinweisen, die hier und da verstreut sind. Einer der sehr bekannten Hinweise ist das CMB und der älteste Hinweis, den wir finden können (oder gefunden haben, dazu später mehr). Wie John uns sagt, können wir diesen Hinweis rekonstruieren und sehen, was folgt. Ein natürlicher Abzug. Aber können wir von diesem Hinweis aus rückwärts arbeiten und zum Verbrechen führen?

Wenn wir rückwärts arbeiten, brauchen wir eine Methode, die den CMB erstellt. Wir haben eine Theorie, dass an einem Punkt Materie an Licht gekoppelt war, das Universum undurchsichtig war und genau 380.000 Jahre später entkoppelten sie sich und Licht konnte endlich frei durch das Universum reisen, und das sehen wir als CMB. Ist das richtig? Wahrscheinlich, und Sherlock wird Ihnen sagen, dass es nach dem Gleichgewicht der Wahrscheinlichkeit wahrscheinlicher als möglich ist, weil das Schwarzkörperspektrum und die Anisotropien des CMB, die von dieser Theorie vorhergesagt werden, sehr genau mit den Beobachtungen übereinstimmen. Wir haben einen sehr wichtigen Schritt getan!

Nun, wie kommt es, dass sie sich entkoppelt haben? Da zu diesem Zeitpunkt eine „Rekombination“ stattfand, bildeten Elektronen und Protonen Wasserstoff, der für Licht transparent war. Voila!

Aber davor? Nukleosynthese, das wissen wir da mal wieder, Wahrscheinlichkeitsbilanz und Experimente. Vor dem? Bildung von Protonen und Neutronen und anderen zusammengesetzten subatomaren Teilchen. Und schließlich davor erwarten wir den CvB (Cosmic Neutrino Background), wenn sich die Neutrinos von der Materie entkoppeln. Wir versuchen, CvB zu beobachten, um zu sehen, ob wir auf dem richtigen Weg sind.

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Hier haben wir, wie Johannes noch einmal erwähnt, das Ende der elektroschwachen Epoche. Da er dies erwähnt, lassen Sie uns nachsehen, ob wir es nicht weiter zurückverfolgen können. Hier geraten wir in Schwierigkeiten. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dieses Stadium zu erreichen. Welches ist richtig?

Hier ist eine Analogie, die uns sagt, was wir jetzt tun können. Watson bemerkt über Sherlock: „Ich wäre fast in den Irrtum geraten, anzunehmen, dass Sie Schreibmaschinen schreiben. Natürlich ist es offensichtlich, dass es Musik ist Spiritualität über das Gesicht jedoch ... die die Schreibmaschine nicht erzeugt. Diese Dame ist Musikerin. "

Unser Hinweis ist, dass wir das Ende der elektroschwachen Epoche erreichen müssen, das ist unser "spateliges Fingerende". Und daher schaffen wir Theorien, unsere "Schreibmaschinen" und "Musiker", die alle dies vorhersagen. Aber wir vermissen unsere „Spiritualität über das Gesicht“, und das versuchen wir zu finden, und was John als „ein aktives Forschungsgebiet“ bezeichnet.

Es gibt eine Sache, die mir in den Sinn kommt. Es gibt eine Theorie, die besagt, dass das Universum als Kollision zweier „Branes“ begann, im Gegensatz zu einer plötzlichen Inflation aus einem Energiepunkt (oder Unsicherheit, was wiederum umstritten ist). Forscher sagen, dass sie dies klären können, indem sie die Gravitationswellen beobachten, die während dieses Ereignisses gebildet werden. Wenn sie mild genug sind, wird die erstere Theorie glaubwürdig, wenn nicht, dann die letztere.

So funktioniert Astronomie. Ermittlungsverfahren.