E11 Quantenkosmologie

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist die Quantenkosmologie, der Versuch, die Gravitation selbst zu quantisieren, um das Universum im Moment vor der Planck-Zeit zu beschreiben.

Diese Quantenkosmologie basiert auf der Wheeler-DeWitt-Gleichung, die als Schrödingergleichung für das gesamte Universum dient, jedoch mit einer bemerkenswerten Besonderheit: Sie enthält keine explizite Zeitvariable. Dies führt zum sogenannten Zeitproblem der Quantenkosmologie – der Schwierigkeit, eine Entwicklung ohne einen Bezugsrahmen zu beschreiben.

Innerhalb dieses quantenmechanischen Rahmens werden die Quantenfluktuationen des Inflatonfeldes beim Überschreiten des Horizonts während der Inflation so weit gedehnt, bis sie sich wie klassische Fluktuationen verhalten. Diese Dehnung bewirkt, dass diese ursprünglich quantenmechanischen Fluktuationen genau den Ursprung des primordialen Spektrums von Störungen bilden, das heute im Universum beobachtet wird.

Die Bekenstein-Hawking-Entropie verknüpft ihrerseits Gravitation, Thermodynamik und Information, indem sie die Entropie eines Schwarzen Lochs direkt mit der Fläche seines Ereignishorizonts in Beziehung setzt. Ein größerer Ereignishorizont bedeutet demnach, dass das Schwarze Loch eine größere Entropie enthält.

Um dieses Phänomengefüge vollständig zu beschreiben, konkurrieren derzeit zwei Hauptansätze um Aufmerksamkeit: die Schleifenquantengravitation und die Stringtheorie. Keiner der beiden hat bisher eine beobachtbare Vorhersage geliefert, die eine Unterscheidung zwischen ihnen ermöglicht. Ausgehend von der Quantenkosmologie, mit der dieses Dokument beginnt, und den beiden noch immer nicht unterscheidbaren Ansätzen, mit denen es endet, über die Gleichung, die das gesamte Universum beschreibt, den quantenmechanischen Ursprung des primordialen Spektrums und die Entropie, die Gravitation, Thermodynamik und Information verbindet, macht die Quantenkosmologie die kleinste existierende Physik – die der Quantenwelt selbst – ununterscheidbar von der größten existierenden Physik – der des gesamten Universums.

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