Die Frage des Monats

Willkommen bei einer neuen Rubrik von StarChild! Jeden Monat werden wir an dieser Stelle eine häuftig gestellte Frage beantworten.

Die Fragen aus vergangenen Monaten könnt Ihr in unserem Archiv finden.

Die Frage:

Liebes StarChild,
welche Form hat das Universum?

Die Antwort:

Eine der wichtigsten Ergebnisse der allgemeinen Relativitätstheorie war, dass die Anwesenheit von Masse den Raum krümmt und dass Objekte, die sich durch einen gekrümmten Raum bewegen, genauso von ihrer Bahn abgelenkt werden, als ob eine Kraft auf sie einwirken würde. Wenn der Raum gekrümmt ist, dann gibt es drei mögliche Geometrien für das Universum. Welche Geometrie das Universum hat hängt davon ab wie stark die Gravitation ist bzw. wieviel Masse im Universum vorhanden ist. Bei jeder dieser Geometrien unterscheiden sich Vergangenheit und Zukunft des Universums.

Lasst uns zuerst die Formen und Krümmungen anschauen, die eine zweidimensionale Oberfläche annehmen kann. Mathematiker unterscheiden drei mögliche Arten von Krümmungen, wie Du im folgenden Bild sehen kannst:

Bild, dass die drei moeglichen Kruemmungen
einer Flaeche veranschaulicht: Ein flaches Blatt Papier stellt eine
Ebene ohne Kruemmung dar. Eine Kugel hat eine positive Krümmung und
ein Sattel eine negative

Mathematiker sagen, dass eine flache Ebene die Krümmung Null hat. Eine Kugel besitzt eine positive und ein Sattel eine negative Krümmung.

Eine Ebene, eine Kugel und einen Sattel kann man sich hoch leicht vorstellen. Aber die allemeine Relativitätstheorie behauptet, dass der Raum selbst - und nicht nur ein Objekt im Raum - gekrümmt werden kann. Ausserdem hat der Raum in der allemeinen Relativitätstheorie drei Raumdimensionen und eine Zeitdimensionen und nicht nur zwei Raumdimensionen wie im Beispiel oben. Das kann man sich nur sehr schwer vorstellen! Aber mathematisch kann man einen derartigen Raum genauso beschreiben wie eine zweidimensionale Oberfläche. Was bedeuten nun die drei Raumgeometrien - Null, positiv und negativ - für das Universum?

Die Geometrie des Universum wird oft durch einen "Dichteparameter" ausgedrückt. Dieser Parameter ist definiert als Dichte des Universum geteilt durch Dichte, die vorhanden sein muss, damit das Universum eines Tages aufhört sich auszudehnen. Wenn das Universum flach ist (d.h. die Masse im Universums reicht genau aus, um die Ausdehnung des Universums nach unendlich langer Zeit zu stoppen), so ist dieser Parameter gleich 1. Bei einem offenen Universum liegt dieser Parameter zwischen 0 und 1. Und bei einem offenen Universum ist der Dichteparameter grösser als 1.

Die Wissenschaftler haben mit vielen Methoden versucht, den Dichteparameter zu bestimmen: sie haben versucht die Zahl der im Urknall entstandenen Baryonen (eine Art von Elementarteilchen) zu berechenen, sie zählten die Sterne in Galaxien und untersuchten die Bewegungen von nahen und entfernten Galaxien. Obwohl die Ergebnisse sehr ungenau sind, glauben die Astronomen, dass, das Universum offen ist. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass die Astronomen noch nicht die gesamte Materie im Weltall entdeckt haben.

Theoretiker glauben, dass das Universum flach ist (weil es die sogenannte Inflations-Theorie fordert). Neue Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Wenn das stimmt, so hat das Universum eine flache Geometrie.

Die Bestimmung des Dichteparameters - und damit die Bestimmung des Schicksals des Universums - ist eines der grossen ungelösten Probleme der modernen Kosmologie. Am 30. Juni 2001 startete die NASA die MAP Mission. Sie soll in den nächsten fünf Jahren den Dichteparamter des Universums eindeutig bestimmen.


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StarChild ist ein Service des "High Energy Astrophysics Science Archive Research Center" (HEASARC),  Direktor: Dr. Nicholas E. White, innerhalb des "Laboratory for High Energy Astrophysics" (LHEA) bei der NASA/ GSFC.

StarChild Autoren: Das StarChild Team
StarChild Graphiken: Danksagung
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Technische Unterstützung: Sherri Calvo


Übersetzt mit freundlicher Genehmigung von Dr. Laura A. Whitlock.
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