Primordiale Schwarze Löcher im inflationären Universum

4 EINLEITUNG
kurzfristig explosionsartig aufgebläht hat. Diese Phase wird als Inflation
bezeichnet und hilft, verschiedene Probleme der Kosmologie zu verstehen.
Während sich das Augenmerk dabei zunächst auf eine Reihe von Feinabstimmungsproblemen
1 richtete, bestimmt heute vor allem die Frage nach
der Entstehung von Strukturen im Universum die Bedeutung der Inflation:
Nach heutigem Verständnis sind während der inflationären Phase zunächst
kleine Dichteschwankungen aus spontanen Quantenfluktuationen entstanden
und haben dann im Laufe der weiteren Entwicklung unter dem Einfluß
der Gravitation die heute beobachtbaren großräumigen Strukturen wie interstellare
Nebel, Galaxien und Galaxiencluster gebildet. Durch eine Analyse
der heute zu beobachtenden Dichtefluktuationen (z.B. anhand der Anisotropie
der Hintergrundstrahlung) lassen sich damit wertvolle Hinweise über
die Form der ursprünglichen Quantenfluktuationen und damit über Theorien
für das sehr frühe Universum gewinnen.
Eine besonders interessante Konsequenz derartiger Dichtefluktuationen
im frühen Universum ist die Existenz von sogenannten primordialen 2
Schwarzen Löchern: Da die Dichtefluktuationen aufgrund ihres quantenmechanischen
Ursprungs immer statistischer Natur sind, muß es nämlich
Regionen gegeben haben, die so dicht waren, daß sie unter dem Einfluß
ihrer eigenen Gravitationskraft sehr bald zu Schwarzen Löchern kollabierten.
Diese Objekte können im Gegensatz zu Schwarzen Löchern, die aus dem
Kollaps ausgebrannter Sterne entstehen, sehr klein sein und somit im Prinzip
beobachtbare Quanteneffekte wie beispielsweise die Hawking-Strahlung
aufweisen.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Produktion primordialer Schwarzer
Löcher im Lichte verschiedener inflationärer Theorien zu untersuchen. Aus
den aus der Beobachtung verfügbaren Einschränkungen der Dichte primordialer
Schwarzer Löcher im Universum sollen dann Bedingungen an diese
Theorien über das sehr frühe Universum gewonnen werden. Im ersten Kapitel
wird dazu zunächst ein Überblick über den heutigen Stand der Kosmo-
1 Im Zusammenhang mit den verschiedentlich auftauchenden Feinabstimmungsproblemen
wird immer wieder das anthropische Prinzip herangezogen, das in seiner einfachsten
Fassung fordert, daß die beobachteten Werte physikalischer Größen wie Naturkonstanten,
Alter des Universums etc. in Übereinstimmung mit der Möglichkeit menschlicher Existenz
stehen müssen. Die physikalische Bedeutung dieses Prinzips wird beispielsweise in [55] und
den darin aufgeführten Verweisen diskutiert.
Es ist aber ohnehin fraglich, ob es sich bei Feinabstimmungsproblemen um physikalisch
wohldefinierte Fragestellungen handelt, da hier die Plausibilität gewisser Anfangsbedingungen
diskutiert wird, die ja üblicherweise eher als gegeben bzw. als dem Experiment zu
entnehmen behandelt werden.
2 d.h. “uranfänglichen”, also im sehr frühen Universum entstandenen