Kosmologie

Eine faszinierende Eigenschaft der Einstein-Gleichungen ist, dass sie sich auf das Weltall als Ganzes anwenden lassen. Auf Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie haben Physiker und Astronomen die sogenannten Urknallmodelle entwickelt, die beschreiben, wie sich das Universum, aus einer extrem heißen und dichten Frühphase bis zu seiner heutigen Gestalt entwickelt hat.

Eine charakteristische Eigenschaft dieser Modelle ist, dass das Universum sich mit der Zeit verändern muß. Ein ewig-gleiches Universum in einem stabilen Zustand langfristiger Unveränderlichkeit lassen die Einstein-Gleichungen nicht zu. Ein Weltall, das sich gemäß der Urknall-Modelle entwickelt, kann entweder im Zusammenstürzen begriffen sein oder aber sich in einem Zustand stetiger Expansion befinden. Unser eigenes Universum ist dabei, sich auszudehnen – mit charakteristischen Konsequenzen für die astronomischen Beobachtungen.

Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil 1: Kosmos auf Expansionskurs

Sterne wie unsere Sonne sind keine Einzelgänger, sondern bilden zu Milliarden und Abermilliarden gigantische Sternsysteme, die Galaxien. Die Außenansicht unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, dürfte der folgenden Aufnahme der Galaxie NGC 4414 nicht unähnlich sein: In den kosmologischen Modellen der Allgemeinen Relativitätstheorie kann man sich das Weltall als Sammlung von Galaxien vorstellen, die frei im All […]

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Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil 2: Errötende Galaxien

Ein expandierendes Universum geht mit optischen Effekten einher, über die die Astronomen der Raumexpansions ab den 1920er Jahren überhaupt erst auf die Spur kommen konnten. Exakt beschreiben lassen sich diese Effekte nur, wenn man die Expansion des Universums geometrisch beschreibt, so, wie es sich im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie gehört. Näherungsweise lassen sie sich aber […]

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Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil 3: Die heiße Phase

Wenn sich das Universum immer weiter ausdehnt und die Abstände zwischen den Galaxien immer größer werden, dann ergibt sich umgekehrt, dass die Galaxien in der Vergangenheit viel dichter beieinander liegen mussten. Wie die Expansion im einzelnen stattgefunden hat, ergibt sich in den Modellen der relativistischen Kosmologie aus den Einstein-Gleichungen, welche die Eigenschaften der Materie und […]

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Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil 4: Rätsel des Anfangs

Ab der ersten Millionstel Sekunde stehen die Urknallmodelle auf sicheren Füßen. Wie sich Materie bei den entsprechenden Temperaturen verhält, sagen den Forschern physikalische Theorien wie das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, und die aus den Modellen abgeleiteten Vorhersagen zur Elementhäufigkeit und der kosmischen Hintergrundstrahlung ermöglichen eine direkte Überprüfung. Jenseits dieser Zeitgrenze wird unser Wissen über die Vergangenheit […]

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Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil 5: Geistermaterie und dunkle Energie

So beeindruckend die Art und Weise ist, in der die Urknallmodelle die Frühzeit des Universums zugänglich machen – an anderer Stelle zeigen sie uns, was wir noch nicht über unser Weltall wissen. Und das nicht nur, was die früheste Vergangenheit betrifft: Astronomische Beobachtungen und Urknallmodelle zeigen uns gemeinsam, dass die Materie aus Elektronen und Kernteilchen, […]

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Kosmologie / Einsteiger-Tour Teil Fazit

Im Rahmen von Einsteins Allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich kosmologische Modelle formulieren, die den Kosmos als Ganzes beschreiben, die Urknallmodelle. Sie liefern ein zuverlässiges Bild für die letzten 14 Milliarden Jahre der Entwicklung des Universums, das sich anhand von Beobachten überprüfen lässt. Trotz der Erklärungserfolge bleibt eine Reihe offener Fragen bestehen: Die Fragen der dunklen Materie, […]

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