Welche Informationen über die Inflation könnten aus einer Messung des kosmischen Gravitationswellenhintergrunds gewonnen werden?

Ich verstehe, dass die Inflation voraussagt, dass es aufgrund von Quantenfluktuationen im Gravitationsfeld einen ursprünglichen Gravitationswellenhintergrund gibt. Inflation ist natürlich sehr wichtig in Bezug auf die moderne Kosmologie und erklärt verschiedene Dinge über das Universum, in dem wir leben (Homogenität, Isotropie, Flachheit und das Fehlen magnetischer Monopole).

Es gibt jedoch eine beträchtlich große Gruppe von Wissenschaftlern, die mit der Theorie nicht einverstanden sind, ich denke, hauptsächlich aufgrund theoretischer Überlegungen, die dies zu implizieren scheinen

a) Inflation, wie wir sie verstehen, wäre sehr unwahrscheinlich gewesen, um das Universum hervorzubringen, das wir jetzt beobachten – „Von allen Möglichkeiten, wie das Universum hätte beginnen können, würde nur ein winziger Bruchteil zu dem einheitlichen, flachen Zustand führen, der heute beobachtet wird.“

b) Die Theorie sagt gewissermaßen „alles voraus“ und sagt daher nichts voraus. Die Inflation sagt eine Unendlichkeit von „Blasen“ mit einer Unendlichkeit von Eigenschaften voraus, die immer in einer ewigen Inflation entstehen und wachsen, die größer ist als unser beobachtbares Universum.

Die Inflationstheorie ist also effektiv, um Dinge zu erklären, die wir sehen, aber auf andere Weise unwirksam. Meine Frage ist also, in Laiensprache, welche Informationen könnten wir über die inflationäre Ära gewinnen, indem wir den kosmischen GW-Hintergrund messen? Umgekehrt, was wäre impliziert, wenn (rein hypothetisch) festgestellt würde, dass dieser Hintergrund nicht existiert oder ein anderes Spektrum aufweist als wir erwarten?

Antworten (2)

Zunächst einmal ist Inflation mehr eine Idee als eine konkrete Theorie.

Damit meine ich, dass die Inflation voraussagt, dass es eine Epoche gegeben haben muss, in der sich die Raumzeit schneller ausdehnte als die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Informationen (= Lichtgeschwindigkeit). Aber jede Theorie, die dies tut, wird Inflationstheorie genannt.

In der Praxis gibt es viele mögliche Theorien, die zu diesem Verhalten führen, und es wäre unglaublich wertvoll, einige davon ausschließen zu können. Hier kommt die Erkennung des Gravitationshintergrunds ins Spiel. Jede Inflationstheorie sagt voraus, dass es sowohl im Gravitations- als auch im thermischen Feld einen gewissen Hintergrund geben wird. Darüber hinaus sagen sie alle einen relativen Wert ihrer Intensitäten voraus, dies ist das sogenannte Skalar-zu-Tensor-Verhältnis.

Die Messung des kosmischen Gravitationshintergrunds würde uns den genauen Wert dieses Tensor-Skalar-Verhältnisses mitteilen und damit viele Arten der Inflation ausschließen, was uns dem korrekten Modell einen Schritt näher bringen würde ...

Da die Expansionsrate proportional zur Entfernung ist, dehnt sich der Raum für ausreichend große Entfernungen schneller aus als mit Lichtgeschwindigkeit. Dies gilt zu jedem Zeitpunkt in der Geschichte des Universums. Während der Inflation ist das eben schneller passiert als heute, aber quantitativ gibt es keinen Unterschied.
Sie haben einen Punkt, aber das wäre eine riesige Entfernung, lassen Sie mich meinen Punkt etwas klarer formulieren. Die Inflation markiert eine Epoche, in der die Expansion lokal schneller als die Lichtgeschwindigkeit war, sodass Regionen, die vor der Inflation in kausalem Kontakt standen, nach der Inflation nicht mehr existierten. Ihr Beispiel würde erfordern, dass die beiden Regionen nicht in kausalem Kontakt stehen, sodass wir es nicht Inflation nennen würden. Wenn Sie möchten, kann ich meinen Beitrag mit etwas mehr dazu anpassen? :)
Entschuldigung, ich meinte qualitativ, es gibt keinen Unterschied. Quantitativ gibt es einen großen Unterschied zwischen Inflation und „normaler“ Expansion, wie Sie sagen. Aber ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "Expansion war lokal schneller als die Lichtgeschwindigkeit" meinen. In beiden Fällen gibt es einen "lokalen", subluminalen Bereich und einen weiter entfernten superluminalen Bereich. Und in beiden Fällen kann der subluminale Bereich schließlich superluminal werden.
Tatsächlich stimme ich zu! Ich hätte meine Worte sorgfältiger wählen sollen, mit "lokal schneller als Licht" meinte ich einfach, dass zwei Regionen, die früher in kausalem Kontakt standen, nach der Inflation möglicherweise nicht mehr da sind. Was eine normale Erweiterung nicht erreichen kann. Was ich im Grunde meinte, ist: Inflation behebt das Horizontproblem, normale Expansion nicht ... Aber ich denke, wir sind auf der gleichen Linie und diskutieren nur über nutzlose Linguistik, nicht wahr?
Hmm… Kann man das nicht auch über die normale Expansion sagen? Früher standen wir beispielsweise in kausalem Kontakt mit der Galaxie GN-z11 bei Rotverschiebung z = 10,9 (seit wir sie sehen können), aber da uns das Licht, das sie heute aussendet , niemals erreichen kann, sind wir nicht mehr in kausalem Kontakt . Ist das nicht dasselbe wie Inflation, nur in einer anderen Größenordnung?
Warum sollte das Licht, das heute von ihm ausgestrahlt wird, uns nicht erreichen können? Vielleicht hast du recht, ich kann mir einfach nicht erklären, warum das so ist...
Denn die Expansion beschleunigt sich jetzt, wie schon während der Inflation ( A ∼ e H T ). Das bedeutet, dass es zu jeder Zeit einen "Horizont" gibt, außerhalb dessen Licht uns niemals erreichen kann. Unmittelbar nach der Inflation betrug der (mitbewegte) Abstand zu diesem Horizont ~63 Gly. Heute beträgt die Entfernung zum Horizont ~17 Gly. Das heißt, wir sehen Galaxien, die weiter als 17 Gly entfernt sind, aber das Licht, das sie heute aussenden, wird sie niemals erreichen, einfach weil die Expansionsrate weiter zunimmt. Im Gegensatz dazu wird Licht, das heute von einer Galaxie, sagen wir 14 Gly entfernt, emittiert wird, uns schließlich erreichen (wenn auch in einer sehr fernen Zukunft).
In der Tat verstehe ich es :) Was für eine großartige Figur! (schicke es sofort an meinen Kosmologie-Professor)

Inflation, wie wir sie verstehen, wäre sehr unwahrscheinlich gewesen, um das Universum hervorzubringen, das wir jetzt beobachten

Eigentlich ist es umgekehrt – ohne Inflation wäre es sehr unwahrscheinlich, das Universum in diesem besonderen Zustand zu sehen, da wir die Anfangsbedingungen anpassen müssten. Die Inflation macht die Vorhersagen unempfindlich gegenüber Anfangsbedingungen und "verbirgt" die anfängliche Singularität.

Derzeit haben wir nur rein phänomenologische Modelle der Inflation, aus denen wir experimentell günstige auswählen (und gleichzeitig versuchen, diese Modelle von Strings abzuleiten, Supergravitationserweiterungen zu entwickeln usw.).

Welche Informationen über die Inflation könnten aus einer Messung des kosmischen Gravitationswellenhintergrunds gewonnen werden?
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