Gleichförmigkeit des Raums

Um die allgemeine Relativitätstheorie auf das gesamte Universum anzuwenden, setzen wir gewöhnlich einige Grundannahmen voraus:

  • Das Weltall sollte sich an jedem Ort im Raum gleich darstellen (Homogenität). Das heißt, überall gibt es die gleichen Objekte mit den gleichen Naturgesetzen.
  • Das Weltall sollte sich in jede Beobachtungsrichtung gleich darstellen (Isotropie).

Dies führt zu folgendem Konzept eines Universums:

  • Es ist gleichförmig im Raum.
  • Es beginnt mit dem Urknall.
  • Es dehnt sich dann überall gleich aus.

Astronomische Beobachtungen - das, was wir durch Fernrohre am Boden und im Weltraum sehen - stützen dieses Bild.

Doch das Universum kann nicht vollkommen räumlich gleichförmig sein, denn dann könnten Strukturen wie Galaxien, Sterne, Sonnensysteme, Planeten oder Menschen gar nicht existieren. Ein Muster winziger Wellen ist nötig, um zu erklären, wie die ersten Flecken von Gas und dunkler Materie zu kollabieren beginnen konnten, damit nach den Gesetzen der Physik später daraus Sterne und Planeten entstehen konnten.

Weil das Gas und die dunkle Materie am Anfang fast gleichförmig verteilt waren und weil wir glauben, dass die physikalischen Gesetze überall gelten, erwarten wir, dass alle Galaxien auf ähnliche Weise entstanden sind. Wenn das so ist, dann sollten entfernte Galaxien ähnliche Arten von Sternen, Planeten und Asteroiden haben wie die, die wir in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, sehen.

Woher die anfänglichen Wellen kamen, verstehen wir noch nicht völlig. Nach der im Augenblick einleuchtendsten Theorie kommen sie von einem mikroskopisch kleinen Quantenzittern. Dieses wurde durch eine frühe, sehr schnelle Ausdehnungsphase enorm vergrößert, die man Inflation nennt und die schon einen winzigen Sekundenbruchteil nach dem Urknall stattfand.

Edwin Hubble (1889-1953)

Edwin Hubble war ein US-amerikanischer Astronom. In der Schule war er ein Sportchampion und hatte in allen Fächern gute Noten, außer in der Rechtschreibung. Als Astronom arbeitete er in

Kalifornien am Mount-Wilson-Observatorium. 1923 betrachtete er mit dem enormen 2,5-Meter-Hooker-Teleskop den Andromedanebel. Er entdeckte einen bestimmten Typen von Stern, die Cepheiden-Veränderlichen, anhand dessen er berechnete, dass der Andromedanebel 900000 Lichtjahre von der Erde entfernt sei. Das wäre innerhalb unserer Milchstraße nicht möglich, weil der Radius unserer Galaxie 52850 Lichtjahre beträgt - der Andromedanebel war also tatsächlich eine Andromedagalaxie. Damit hatte man zum ersten Mal eine andere Galaxie entdeckt und schloss daraus, dass das Universum aus vielen weiteren Galaxien besteht. Einige dieser

Galaxien entdeckte Hubble später selbst. Er entwickelte auch ein System, Galaxien nach ihrer Form zu klassifizieren, und erkannte, dass sie sich umso schneller bewegen, je weiter sie von unserem Sonnensystem entfernt sind.

Inzwischen wurde berechnet, dass die Andromedagalaxie nicht 900000, sondern 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt sein muss. Dennoch war Hubbles Entdeckung bahnbrechend und bewies, dass Andromeda außerhalb unserer eigenen Galaxie liegt.

 
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