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Wie hat Edwin Hubble festgestellt, dass sich das Universum ausdehnt?
Schaute er in eine bestimmte Richtung?
Und wo sitzt diese Galaxy in der Erweiterung.
Hubble entdeckte, dass er die ungefähre Entfernung zu einigen Galaxien messen konnte, indem er eine Art veränderlicher Stern beobachtete. Die absolute Helligkeit dieser Sterne ist bekannt, so dass Hubble durch Messung ihrer scheinbaren Helligkeit feststellen konnte, wie weit eine Galaxie entfernt war.
Es wurde auch entdeckt, dass die meisten Galaxien "rotverschoben" waren, was so interpretiert wurde, dass sich die anderen Galaxien von der Milchstraße entfernten. Hubble zeichnete ein Streudiagramm mit der Entfernung auf einer Achse und der Geschwindigkeit auf der anderen und stellte fest, dass sich die weiter entfernten Galaxien schneller bewegten und die Beziehung ungefähr eine gerade Linie war. Dies bedeutete, dass sich alle Galaxien von allen anderen Galaxien entfernten.
Diese Expansion könnte durch die Allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt werden, die es ermöglichte, dass sich der Raum zwischen den Galaxien ausdehnte. Es deutet auch darauf hin, dass die Galaxien in der Vergangenheit näher beieinander lagen, was darauf hindeutet, dass das frühe Universum heiß und dicht war.
Die Milchstraße nimmt in dieser Erweiterung keine Sonderstellung ein, alle Galaxien entfernen sich voneinander. Es gibt keine Implikation, dass die Milchstraße von zentraler Bedeutung für das Universum ist.
Kosmologie
Viele Kulturen, Religionen und Philosophien haben uns verschiedene Schöpfungsmodelle gegeben – wie die Welt (und damit das Universum) geschaffen wurde. Wir werden hier nur einige astronomische Modelle betrachten. Die Spezifikation fördert keine Debatte über philosophische Überzeugungen, sondern nur über wissenschaftliche.
Wir haben uns in unserem Sonnensystem von einer flachen Erde zu einer runden und von einem geozentrischen zu einem heliozentrischen Modell bewegt, wobei wir die Sonne in den Mittelpunkt stellen. Obwohl wir Kopernikus Anerkennung zollen, gab es die Idee schon lange vor ihm. In der westlichen Welt hatten wir jedoch noch am geozentrischen Modell festgehalten.
Es ist jetzt leicht, über diese alten Ideen zu spotten, aber stellen Sie sich vor, ohne externe Kommunikation oder Bildung aufzuwachsen. Sie würden das Land, auf dem Sie sich befinden, als "flach" sehen. Sie würden sehen, wie sich Sonne, Planeten und Sterne am Nachthimmel bewegen.
Bis Galaxien beobachtet und bekannt waren, galt unsere Milchstraße als das gesamte Universum.
Einsteins allgemeine Relativitätstheorie veranlasste Wissenschaftler, ihr Wissen neu zu bewerten. Die Urknalltheorie stellte die Steady-State-Theorie in Frage, die besagte, dass das Universum weder Anfang noch Ende hatte. Kosmologen erforschten immer mehr Bereiche, die die Urknalltheorie nicht beantworten konnte – und noch immer nicht beantworten kann.
Die Theorie wurde aus den Beweisen gebildet, die wir damals hatten, und die meisten Wissenschaftler glauben, dass sie am besten passt. Bis viele entscheidende Fragen beantwortet sind, herrscht jedoch Unsicherheit.
Einige ernsthafte Wissenschaftler schlagen ein Multiversum vor - viele Universen, von denen jedes andere Gesetze, Dimensionen und Zeitsysteme hat.
Die Debatte dreht sich auch darum, wie das Universum enden wird und wann es enden wird – mit Zahlen, die zwischen 3 und 20 Milliarden Jahren vorhersagen. Wird es enden? Wird es für immer expandieren oder einfach aufhören zu expandieren? Wird es anfangen, sich zusammenzuziehen? Recycelt sich das Universum selbst? Ist dies das erste Universum, das es gab?
Der große Riss
Das Universum dehnt sich weiter aus, aber seine Expansion ist so stark, dass es die Schwerkraft in ihm überwindet, Atome auseinandergerissen werden und die Struktur des Universums sich verschlechtert.
Der große Crunch
Das Universum hört auf sich auszudehnen und beginnt sich zusammenzuziehen. Das Universum beginnt, sich in eine Singularität zu ziehen, von der angenommen wurde, dass sie ausgegangen ist.
Der große Frost
Das Universum dehnt sich weiter aus, aber es gibt kein neues Material für die Sternentstehung, keine Energie oder Wärme ist verfügbar und das Universum wird zu einer leblosen Leere.
Belassen wir es bei dieser fröhlichen Note. Ich hoffe, Ihnen hat dieser Kurs gefallen. Blauer Himmel!
Einer weit verbreiteten Theorie über die Expansion des Universums wurde gerade widersprochen
Neue NASA-Daten stellen eine Herausforderung für ein grundlegendes Prinzip der Kosmologie dar.
Weniger als eine Sekunde nach dem Urknall explodierte das Universum plötzlich aus dem Nichts zu einem heißen, dichten Meer aus Neutronen und Elektronen, das sich über Milliarden von Lichtjahren erstreckte.
Und 13,8 Milliarden Jahre später dehnt sich das Universum immer noch aus, wenn auch viel langsamer.
Die vorherrschende Theorie, bekannt als die Isotropie-Hypothese, argumentiert, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern dies in alle Richtungen gleich schnell tut. Aber eine neue Studie legt nahe, dass dies möglicherweise überhaupt nicht der Fall ist.
In einer am Mittwoch in der Zeitschrift veröffentlichten Studie published Astronomie und Astrophysik, Astronomen stellen diese Eckpfeiler der Kosmologie in Frage. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass, während das Universum ist expandiert, es expandiert nicht in alle Richtungen gleich schnell.
Die Studie stützt sich auf Beobachtungen einiger der größten Strukturen des Kosmos, Galaxienhaufen, durch drei Röntgenobservatorien: das XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation, Chandra der NASA und das von Deutschland geführte ROSAT.
Die Forscher untersuchten 800 Galaxienhaufen im ganzen Universum und maßen die Temperatur des heißen Gases jedes Haufens. Anschließend verglichen sie die Daten damit, wie hell die Cluster am Himmel erschienen.
Wenn das Universum tatsächlich isotrop wäre, dann hätten Galaxienhaufen mit ähnlichen Temperaturen, die sich in ähnlichen Abständen befinden, ähnliche Leuchtkraft. Aber das war nicht der Fall.
Stattdessen stellten die Forscher fest von Bedeutung Unterschiede.
„Wir haben gesehen, dass Cluster mit denselben Eigenschaften und ähnlichen Temperaturen in einer Himmelsrichtung weniger hell als erwartet und in einer anderen Richtung heller als erwartet zu sein schienen“, sagte Thomas Reiprich, Professor an der Universität Bonn, Deutschland und Co-Autor der neuen Studie, sagte in einer Erklärung.
„Diese Unterschiede sind nicht zufällig, sondern haben je nach Himmelsrichtung ein klares Muster.“
Letztendlich legt die neue Studie nahe, dass das Universum universe anisotrop, was bedeutet, dass es einen anderen Wert hat, wenn es in verschiedene Richtungen gemessen wird.
Dunkle Kräfte — Die Wissenschaftler wissen nicht, was dazu führen würde, dass sich das Universum an verschiedenen Orten unterschiedlich schnell ausdehnt.
Zuerst trauten sie den Ergebnissen nicht ganz. Sie erwogen andere Erklärungen für die Beobachtungen, darunter unentdecktes Gas oder Staub, der die Sicht auf die Cluster versperrte. Aber die Daten unterstützten keines dieser Szenarien.
Stattdessen glauben sie, dass die seltsamen Beobachtungen etwas mit dunkler Energie zu tun haben könnten.
Dunkle Energie ist eine mysteriöse Kraft, die mehr als 60 Prozent des Universums ausmacht und den Raum zwischen kosmischen Körpern ausmacht und die Materie durch die Gravitationskraft an Ort und Stelle hält.
Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass sich das Universum mit beschleunigter Geschwindigkeit ausdehnt. Wissenschaftler glauben, dass dunkle Energie, die Galaxien im Wesentlichen auseinanderzieht, die Beschleunigung antreibt.
Über dunkle Energie ist sehr wenig bekannt, da sie unmöglich zu beobachten ist. Wissenschaftler glauben jedoch, dass es nicht einheitlich ist. Infolgedessen kann dunkle Energie in einigen Teilen des Universums stärker und in anderen schwächer sein. Wenn dies zutrifft, könnte sich das Universum an verschiedenen Orten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausdehnen.
Universelle Konsequenzen — Die Ergebnisse, obwohl seltsam, deuten nicht darauf hin, dass dem Universum der Weltraum in einer Richtung schneller ausgeht als in der anderen.
Das Universum braucht nicht mehr „Raum“, um sich auszudehnen – seine Ausdehnung verändert die Metrik der Raumzeit selbst.
Die Ergebnisse könnten jedoch einen großen Einfluss auf zukünftige astronomische Beobachtungen haben.
„Wenn das Universum wirklich anisotrop ist, wenn auch nur in den letzten paar Milliarden Jahren, würde das einen gewaltigen Paradigmenwechsel bedeuten, denn die Richtung jedes Objekts müsste bei der Analyse seiner Eigenschaften berücksichtigt werden“, sagt Konstantinos Migkas, Absolvent Student der Universität Bonn und Erstautor der neuen Studie, heißt es in der Mitteilung.
„Heute schätzen wir die Entfernung sehr weit entfernter Objekte im Universum, indem wir eine Reihe kosmologischer Parameter und Gleichungen anwenden. Wir glauben, dass diese Parameter überall gleich sind“, sagte er.
"Aber wenn unsere Schlussfolgerungen richtig sind, wäre dies nicht der Fall und wir müssten alle unsere vorherigen Schlussfolgerungen überdenken."
Der Unterschied zwischen Theorie und Beobachtung in der Astronomie
Frage: Für mein Senior-Forschungsprojekt mache ich, was Aspekte der Astronomie Theorie und was Tatsache sind. Die Frage, die ich stelle, ist, welche verschiedenen Theorien ich für dieses Thema verwenden könnte. Ich habe bereits die Theorie des expandierenden Universums und auch die Theorie der Schwarzen Löcher. Ich brauche nur noch einen. Deine Hilfe ist sehr Willkommen. Vielen Dank! — Caitlyn
Antworten: Theorie und Tatsache (oder Beobachtung) gehen wirklich Hand in Hand. Das eine kann man wirklich nicht ohne das andere haben. Beobachtungen werden verwendet, um Theorien zu unterstützen, während Theorien die Verbindungen zwischen dem, was uns Beobachtungen über astrophysikalische Objekte sagen, und dem physikalischen Verständnis eines Objekts darstellen. Sie haben bereits zwei gute Theorien, die Theorie des expandierenden Universums und die Theorie, die auf die Existenz von Schwarzen Löchern hindeutet. Hier noch einige Theorien:
- Entstehung des Sonnensystems
- Entstehung der Milchstraße
- Sternentstehung und -entwicklung (oder wie Sterne geboren werden und schließlich sterben)
Beachten Sie, dass alle diese Theorien wesentliche Beobachtungs- & #8220-Untermauerungen&8221 haben, so dass die meisten von ihnen von Astrophysikern weithin als Tatsache akzeptiert werden.
Der Ort des Menschen
Galileo war der erste Mensch, der ein Teleskop benutzte, um das Universum zu studieren und Dinge zu sehen, die niemand auf der Erde je gesehen hatte. Er sah Sterne, den Mond und identifizierte Berge auf seiner Oberfläche. Er entdeckte sogar Jupiter. Sein 400-jähriges Jubiläum wurde 2010 begangen.
Seitdem haben Menschen Milliarden von Galaxien jenseits der Milchgalaxie, über hundert Milliarden Sterne in der Milchstraße und über vierhundert Planeten, die Sterne außerhalb der Galaxie umgeben (Jastrow und Rampino 91), eingetopft. Wissenschaftler machten eine erstaunliche Entdeckung, dass die bisher gemachten Entdeckungen nur 4% des Universums ausmachen. Das Universum besteht aus winzigen Teilchen dunkler Energie, die die Evolution des Kosmos katalysieren.
Wir als Menschen sind zwischen den großen und kleinen Kräften gefangen, und es liegt an uns, sie zu studieren, damit wir ein klares Verständnis des Universums bekommen. Es ist nicht genau klar, woraus die dunklen Kräfte bestehen, und Wissenschaftler halten die Materie für imaginäre Teilchen (Jastrow und Rampino 93). Der National Research Council listete „Was macht dunkle Energie aus?“ aus. als brennende wissenschaftliche Frage der zukünftigen Jahrzehnte im Jahr 2003.
Universum
Das Universum besteht aus Milliarden von Galaxien, die wiederum aus Milliarden von Sternen und Sonnensystemen bestehen.
Die vorherrschende Theorie besagt, dass unser Universum vor etwa 13,5 Milliarden Jahren aus einem einzigen Gebiet entstand, in dem die gesamte Materie zu einer kleinen Kugel komprimiert wurde, die plötzlich explodierte. Das nennt man Urknalltheorie.
Geschwindigkeits- (Geschwindigkeits- und Richtungs-) Messungen zeigen, dass sich das Universum ausdehnt und dass sich die Milliarden von Galaxien von einem zentralen Bereich nach außen zu bewegen scheinen.
Unser Universum dehnt sich von einem Mittelpunkt aus
Größe ist riesig
Die geschätzte Größe unseres Universums beträgt 156 Milliarden Lichtjahre. Das bedeutet, dass sich das Universum schneller als Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Besondere Bedingungen erlauben das Überschreiten der Lichtgeschwindigkeit.
Die Größe oder der äußere Rand des Universums wird durch den am weitesten entfernten Punkt definiert, an dem Materie existiert.
Was ist darüber hinaus?
Die Frage ist: Was ist jenseits des existierenden äußeren Randes des Universums?
Viele Astronomen glauben, es sei nur leerer Raum oder gar nichts. Aber das mag begrenztes Denken sein.
Die Beziehung zwischen Zeit und Astronomie in der Relativitätstheorie
Zeit in der Astronomie war Thema der Konferenz von Hideyo Kunieda, stellvertretender Studiendekan der Universität Nagoya (Japan), in der Intercontinental Academia (ICA) am 21. April.
Kunieda, der auch Professor am Institut für Physik der Universität ist, befasste sich insbesondere mit den Fortschritten bei der Beobachtung aktiver Galaxienkerne (AGNs) mit Hilfe von Röntgenteleskopen, seinem Fachgebiet.
Ihm zufolge hat dieser Forschungsbereich wesentlich zum Verständnis astronomischer Phänomene beigetragen, die von der Relativitätstheorie vorhergesagt wurden, wie etwa Schwarze Löcher, die Krümmung des Lichts und die Deformation der Raumzeit in Gegenwart supermassereicher Objekte.
Echos aus der Vergangenheit
„Das Licht der Himmelskörper, das wir heute sehen, wurde vor langer Zeit ausgestrahlt. In den Weltraum zu schauen ist wie in die Vergangenheit zu schauen“, sagte Kunieda und bemerkte, dass dies auf die riesige Größe des Universums zurückzuführen sei: „Die Ausbreitung von Licht im Weltraum wird in Jahren gemessen“, fügte er hinzu.
Einer der positiven Aspekte der „Verzögerung“ des Lichts ist für den Professor, die Entwicklung des Universums im Zeitverlauf vom Urknall bis heute untersuchen zu können.
Nach der unter Wissenschaftlern vorherrschenden Urknalltheorie entstand das Universum vor etwa 13,7 Milliarden Jahren durch eine riesige Explosion. Planeten, Sterne und Galaxien waren wie Splitter, die sich fortschreitend vom Detonationszentrum wegbewegten, wodurch sich das Universum kontinuierlich ausdehnte.
„Das Universum war nach dem Urknall ziemlich einheitlich. Aber dann wuchsen die Fragmente und die Sterne und Galaxien entstanden. Wir können derzeit eine Vielzahl von Objekten beobachten“, sagte Kunieda.
Für ihn ist die Beobachtung schwacher, beleuchteter Objekte im Weltraum mit geringer Blendung wie die Beobachtung der frühen Stadien des Urknalls, als die Fragmente Gestalt annahmen. „Entfernte Galaxien zu betrachten bedeutet zu sehen, wie diese Galaxien im frühen Universum waren.“
Die Idee eines sich bewegenden und expandierenden Universums, eine Vorstellung, die der Urknalltheorie zugrunde liegt, wurde stark vom Hubble-Gesetz beeinflusst, nach dem es einen Zusammenhang zwischen der Entfernung einer Galaxie von der Erde und der Geschwindigkeit gibt, mit der sie sich fortbewegt: je weiter , der Schnellere.
Das Gesetz wurde formuliert, indem man ein Phänomen beobachtete, das als „Rotverschiebung“ bekannt ist, oder Änderungen in der Frequenz der Wellen, die das Lichtspektrum bilden, verursacht durch die relative Geschwindigkeit zwischen dem Beobachter und der Emissionsquelle. Entfernt sich das Objekt mit hoher Geschwindigkeit vom Betrachter, werden niederfrequente Wellen sichtbarer und ihre Farbe verschiebt sich in Richtung Rot und bei Annäherung an das Objekt werden die hochfrequenten Wellen schärfer und die Farbe wird ins Violett verschoben.
So wurde festgestellt, dass die meisten Galaxien eine Rotverschiebung aufweisen und je größer die Abweichung, desto größer der Abstand zwischen diesen Galaxien und der Erde. „Nach dem Hubble-Gesetz wird die Zeitachse in Raumtiefe umgewandelt“, resümierte Kunieda.
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INTERKONTINENTAL
AKADEMIE
Thematische Achse: Zeit
Hideyo Kuniedas Konferenz
Von der Relativitätstheorie vorhergesagt, tritt eine Rotverschiebung auch in Gegenwart eines starken Gravitationsfeldes auf. Kuniedas Forschung zu aktiven galaktischen Kernen (AGNs) basiert auf Beobachtungen dieses Phänomens durch Bilder, die von Röntgenteleskopen aufgenommen wurden.
AGNs sind supermassive (mit einer Masse von bis zu 1 Milliarde mal der unserer Sonne) und sehr hellen (bis zu 100 Milliarden mal heller als die Sonne) Himmelskörper.
Astronomische Beobachtungen mit unterschiedlichen Techniken, so der Professor, legen nahe, dass AGNs Schwarze Löcher beherbergen – Regionen im Weltraum, in denen die Schwerkraft so stark ist, dass nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Schwarze Löcher sind das Ergebnis der Krümmung der Raumzeit, des Koordinatensystems, das der Relativitätstheorie zugrunde liegt.
„In der Nähe eines Schwarzen Lochs ist die Raumzeit stärker gekrümmt. Aus diesem Grund scheint sich die Zeit zu verlangsamen und das Licht, das von dieser Region ausgeht, erscheint röter“, sagte Kunieda und bezog sich auf die gravitative Rotverschiebung.
Er erklärte, dass die Helligkeit von AGNs nicht von den unsichtbaren Schwarzen Löchern selbst stammt, sondern von der Strahlung der Akkretionsscheibe – der Ansammlung von Partikeln und Gasen, die supermassereiche Objekte umgeben. Da sie ein sehr starkes Gravitationsfeld haben, saugen Schwarze Löcher alle umgebende Materie an. Und wenn die Materie angesaugt wird, fällt sie nicht gerade, sondern spiralförmig wie ein Wirbelwind in das Loch, wodurch eine Scheibe entsteht, die dem zentralen Objekt allmählich Masse hinzufügt.
Laut Kunieda strahlt die Wärme der Materie, die sich auf den Gravitationskörper zubewegt, in die sichtbare Oberfläche der Scheibe ab. Die Rotverschiebung erfolgt unter Einwirkung der Schwerkraft, wodurch die Länge der Lichtwellen verlängert wird. Er sagte, dieses Phänomen sei die Krümmung des Lichts unter dem Einfluss der Schwerkraft, wie es die Relativitätstheorie vorhersagt.
Bei den Beobachtungen des Professors handelt es sich um Akkretionsscheiben im Zentrum von Wirtsgalaxien. Er sagte, die von ihm und anderen Forschern erhaltenen Bilder weisen auf die Existenz supermassereicher Objekte – in diesem Fall Schwarzer Löcher – hin, wie dies durch die Relativitätstheorie festgestellt wurde.
Die Milchstraße
Nach Kuniedas Einschätzung liefern bestimmte Bilder der Milchstraße Beweise für die Existenz von Schwarzen Löchern. Diese Bilder, die durch Infrarotstrahlung oder Röntgenstrahlen gewonnen wurden, zeigen zunächst eine gemeinsame Galaxie ohne zentrales helles Objekt und daher ohne einen aktiven Kern.
Allerdings, betont Kunieda, zeige eine Teilchenwolke an einem Ende der Galaxie ein ungewöhnliches Lichtmuster, als würde sie von unten beleuchtet und reflektierte das Licht, das von einem Objekt in der Nähe emittiert wird. Ihm zufolge bezeichnen Astronomen dies als „Reflexionsnebel“.
„Indem man den Abstand zwischen Reflexion und Lichtquelle misst, kann man berechnen, wie lange das Licht zurückliegt. Das Zentrum der Galaxie war vor 350 Jahren 10 Millionen Mal heller“, sagte er und bemerkte, dass der Reflexionsnebel den Beweis liefert, dass das Zentrum der Milchstraße einst ein AGN war.
„Es ist eine Art astronomische Archäologie. Es erlaubt uns, vergangene Aktivitäten im Zentrum der Galaxie zu betrachten“, verglich er. "In diesem Fall wird die Zeitachse in eine zweidimensionale Verteilung umgerechnet."
Laut Kunieda haben auch Beobachtungen von Supernovae (Explosionen, die den Beginn des Todes von Sternen ankündigen) zu unserem Verständnis der Geschichte des Universums beigetragen.
Der Professor erklärte, dass Sterne wie unsere Sonne aufgrund der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium hell sind, ein Prozess, der zu einem Masseverlust und der Bildung eines immer dichteren Kerns führt.
Wenn der Treibstoff ausgeht, schrumpft der Kern des Sterns und wird zu einem kompakten Objekt mit einem extrem starken Gravitationsfeld. Der Stern beginnt dann, alle Materie in sein Zentrum zu ziehen, bis zu einem Punkt, an dem die hohe Dichte nicht mehr aufrechterhalten werden kann und der supermassive Körper kollabiert und Materie in einer großen Explosion ausdehnt – der Supernova. Was von diesem Kollaps übrig bleibt, lässt Schwarze Löcher entstehen.
Kunieda betonte, dass "die Aufzeichnungen dieser Explosionen sehr nützlich sind, um die Entwicklung der Supernova-Überreste zu verstehen, die wir heute sehen." Die Überreste sind Nebel, die aus beim Gravitationskollaps ausgestoßenem Material gebildet werden und sich vom Kern entfernen. „In diesem Fall wird die Zeitachse in eine zweidimensionale Intensitätsverteilung umgewandelt“, sagt er.
Gelöst: Das Geheimnis der Expansion des Universums
Die Erde, das Sonnensystem, die gesamte Milchstraße und die wenigen Tausend Galaxien, die uns am nächsten sind, bewegen sich in einer riesigen "Blase" mit einem Durchmesser von 250 Millionen Lichtjahren, in der die durchschnittliche Materiedichte halb so hoch ist wie im Rest der Welt Universum. Dies ist die Hypothese eines theoretischen Physikers der Universität Genf (UNIGE), um ein Rätsel zu lösen, das die wissenschaftliche Gemeinschaft seit einem Jahrzehnt spaltet: Mit welcher Geschwindigkeit dehnt sich das Universum aus? Bisher kamen mindestens zwei unabhängige Berechnungsmethoden zu zwei Werten, die sich um ca. 10 % mit einer statistisch nicht vereinbaren Abweichung voneinander unterscheiden. Dieser neue Ansatz, der in der Zeitschrift Physik Buchstaben B, löscht diese Divergenz, ohne sich einer "neuen Physik" zu bedienen.
Das Universum dehnt sich seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus – eine These, die erstmals vom belgischen Kanoniker und Physiker Georges Lemaître (1894-1966) aufgestellt und erstmals von Edwin Hubble (1889-1953) demonstriert wurde. Der amerikanische Astronom entdeckte 1929, dass sich jede Galaxie von uns entfernt und dass sich die am weitesten entfernten Galaxien am schnellsten bewegen. Dies deutet darauf hin, dass es in der Vergangenheit eine Zeit gab, in der sich alle Galaxien am selben Ort befanden, eine Zeit, die nur dem Urknall entsprechen kann. Diese Forschung führte zum Hubble-Lemaître-Gesetz, einschließlich der Hubble-Konstante (H0), die die Expansionsrate des Universums bezeichnet. Die besten H0-Schätzungen liegen derzeit bei 70 (km/s)/Mpc (d.h. das Universum dehnt sich alle 3,26 Millionen Lichtjahre um 70 Kilometer pro Sekunde schneller aus). Das Problem ist, dass es zwei gegensätzliche Berechnungsmethoden gibt.
Die erste basiert auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund: Dies ist die Mikrowellenstrahlung, die von überall her auf uns zukommt und zu der Zeit emittiert wird, als das Universum kalt genug wurde, damit das Licht frei zirkulieren kann (etwa 370.000 Jahre nach dem Urknall). Mit den genauen Daten der Planck-Weltraummission und der Tatsache, dass das Universum homogen und isotrop ist, ergibt sich für H0 ein Wert von 67,4, wenn man das Szenario mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie durchläuft. Die zweite Berechnungsmethode basiert auf Supernovae, die sporadisch in fernen Galaxien auftreten. Diese sehr hellen Ereignisse liefern dem Beobachter sehr genaue Entfernungen, ein Ansatz, der es ermöglicht hat, einen Wert für H0 von 74 zu bestimmen.
Lucas Lombriser, Professor am Institut für Theoretische Physik an der Fakultät für Naturwissenschaften der UNIGE, erklärt: "Diese beiden Werte wurden über viele Jahre präziser und blieben dennoch unterschiedlich. Es brauchte nicht viel, um eine wissenschaftliche Kontroverse auszulösen und sogar" um die aufregende Hoffnung zu wecken, dass wir es vielleicht mit einer 'neuen Physik' zu tun haben." Um die Lücke zu schließen, hegte Professor Lombriser die Idee, dass das Universum nicht so homogen ist wie behauptet, eine Hypothese, die in relativ bescheidenen Maßstäben offensichtlich erscheinen mag. Es besteht kein Zweifel, dass Materie innerhalb einer Galaxie anders verteilt ist als außerhalb. Schwieriger ist es jedoch, sich Schwankungen der durchschnittlichen Materiedichte vorzustellen, die auf Volumina berechnet werden, die tausendmal größer sind als eine Galaxie.
„Wenn wir uns in einer Art gigantischer ‚Blase‘ befänden“, fährt Professor Lombriser fort, „wo die Dichte der Materie deutlich geringer wäre als die für das gesamte Universum bekannte Dichte, hätte dies Auswirkungen auf die Entfernungen von Supernovae und letztlich auf H0 bestimmen."
Diese "Hubble-Blase" müsste lediglich groß genug sein, um die Galaxie einzuschließen, die als Referenz für die Entfernungsmessung dient. Indem der Physiker einen Durchmesser von 250 Millionen Lichtjahren für diese Blase festlegte, berechnete der Physiker, dass bei einer um 50 % geringeren Materiedichte im Inneren des Universums ein neuer Wert für die Hubble-Konstante erhalten würde, der dann übereinstimmen würde mit derjenigen, die unter Verwendung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds erhalten wurde. „Die Wahrscheinlichkeit, dass es eine solche Fluktuation auf dieser Skala gibt, beträgt eins zu 20 bis eins zu fünf, was bedeutet, dass es keine Fantasie eines Theoretikers ist. Es gibt viele Regionen wie unsere im riesigen Universum“, sagt Professor Lombriser
Das kosmische Ei
1931 schlug Monsignore Lemaître eine noch radikalere Idee vor, „das Universum begann als „einzelnes Quantum&rdquo. Das expandierende Universum muss in der Vergangenheit immer kleiner gewesen sein, überlegte er. Also muss es ein gehabt haben endlich Anfang.
Wie wurde die Idee von Lemaître&rsquo aufgenommen? Viele Physiker waren misstrauisch gegenüber a Anfang des Universums von einem katholischen Priester vorgeschlagen. Die Idee war zu nah an der Genesis-Geschichte in der Bibel. Erschwerend kommt hinzu, dass Papst Pius XII. als Bestätigung der biblischen Beschreibung der Schöpfung an der Lemaître&rsquo-Theorie festhielt. Lemaître argumentierte, es sei nur ein wissenschaftlich Theorie und sonst nichts —, religiöse Überzeugungen weder zu bestätigen noch zu leugnen. Er sagte:
Soweit ich sehen kann, bleibt eine solche Theorie völlig außerhalb jeder metaphysischen oder religiösen Frage. . . Es stimmt damit überein, dass Jesaja vom verborgenen Gott spricht, der sogar am Anfang des Universums verborgen ist.
1933 hielten Lemaître und Einstein eine Reihe von Vorträgen in Kalifornien. Einstein widerrief seine früheren Einwände und nannte nun Lemaître&rsquos Theorie &ldquot;die schönste und zufriedenstellendste Erklärung der Schöpfung, die ich je gehört habe&rdquo
Das expandierende Universum (Klicken für eine größere Ansicht): Bildnachweis NASA
Dichtevariationen im frühen Universum
1990 maß ein Satellit namens Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) die Hintergrundstrahlungstemperaturen am ganzen Himmel. COBE fand Variationen, die nur etwa 5 von 100.000 Teilen ausmachten, enthüllten jedoch die Dichtefluktuationen im frühen Universum.
Die anfänglichen Dichtevariationen wären die Keime der Struktur, die im Laufe der Zeit zu den Galaxien, Galaxienhaufen und Superhaufen von Galaxien wachsen würden, die heute vom Sloan Digital Sky Survey beobachtet werden. Mit den Sloan-Daten und den Daten von COBE werden Astronomen in der Lage sein, die Strukturentwicklung des Universums in den letzten 10 bis 15 Milliarden Jahren zu rekonstruieren. Mit diesen Informationen werden wir ein tiefes Verständnis der Geschichte des Universums erlangen, was eine fast unglaubliche wissenschaftliche und intellektuelle Leistung sein wird.
Aber die Messung der Entwicklung der Dichtevariationen im Universum beantwortet noch immer nicht die wichtigste Frage: Warum enthält das Universum diese Dichteunterschiede überhaupt? Um diese Frage zu beantworten, müssen Astronomen und Astrophysiker die Natur der Dichtevariationen verstehen und Theorien über den Ursprung des Universums konstruieren, die vorhersagen, wie diese Variationen auftreten sollten.
