Die Form des Universums

Die Gestalt des Universums kann nicht mit alltäglichen Begriffen diskutiert werden, denn alle Begriffe müssen denen der Einsteinschen Relativitätstheorie entsprechen. Die Geometrie des Universums ist also nicht die gewöhnliche euklidische Geometrie unseres Alltagslebens.

Nach der Speziellen Relativitätstheorie ist es unmöglich zu sagen, ob zwei verschiedene Ereignisse gleichzeitig auftreten, wenn diese Ereignisse räumlich getrennt sind. Von "der Gestalt des Universums (zu einem Zeitpunkt)" zu sprechen, ist aus der Sicht der Speziellen Relativitätstheorie naiv. Aufgrund der Relativität der Gleichzeitigkeit können wir weder von verschiedenen Punkten im Raum als "zum selben Zeitpunkt" noch von "der Form des Universums (zu einem Zeitpunkt)" sprechen.

Was Astrophysiker tun, ist zu fragen, ob ein bestimmtes Modell des Universums mit dem konsistent ist, was durch Beobachtungen und Messungen des Universums bekannt ist. Wenn das beobachtbare Universum kleiner als das gesamte Universum ist (in einigen Modellen ist es um viele Größenordnungen kleiner oder sogar infinitesimal), ist die Beobachtung auf einen Teil des Ganzen beschränkt.

Die Betrachtung der Form des Universums lässt sich in zwei Teile unterteilen:

die lokale Geometrie, die sich insbesondere auf die Krümmung des Universums, insbesondere im beobachtbaren Universum, bezieht, und
globale Geometrie, die sich auf die Topologie des Universums als Ganzes bezieht, deren Messung möglicherweise nicht möglich ist.

Das beobachtbare Universum ist die Grundlage für die Prüfung jedes beliebigen Modells des Universums. Es ist ein kugelförmiges Volumen (eine Kugel), das auf den Beobachter zentriert ist, unabhängig von der Form des Universums als Ganzes. Jeder Ort im Universum hat sein eigenes beobachtbares Universum, das sich mit dem auf der Erde zentrierten Universum überlappen kann oder auch nicht.

Kürzlich durchgeführte Messungen haben die NASA zu der Aussage veranlasst: "Wir wissen jetzt, dass das Universum flach ist mit nur 0,4 % Fehlermarge". Innerhalb eines Modells, des FLRW-Modells, ist die gegenwärtig populärste Form des Universums, die den Beobachtungsdaten entspricht, das unendlich flache Modell. Es gibt andere Modelle, die ebenfalls an die Daten angepasst sind.

Visualisierung des 93 Milliarden Lichtjahre - oder 28 Milliarden Parsec - umfassenden dreidimensionalen beobachtbaren Universums. Der Maßstab ist so gewählt, dass die feinen Körner Ansammlungen einer großen Anzahl von Superhaufen darstellen. Der Virgo-Superhaufen - die Heimat der Milchstraße - ist im Zentrum markiert, aber zu klein, um auf dem Bild zu sehen zu sein.

Fragen und Antworten

F: Welche Form hat das Universum nach den aktuellen Beobachtungen?

A: Jüngsten Messungen zufolge hat die NASA festgestellt, dass das Universum flach ist, mit einer Fehlermarge von nur 0,4 %.

F: Wie wirkt sich die spezielle Relativitätstheorie auf unser Verständnis der Form des Universums aus?

A: Aufgrund der Relativität der Gleichzeitigkeit ist es unmöglich zu sagen, ob zwei verschiedene Ereignisse zur gleichen Zeit stattfinden, wenn diese Ereignisse räumlich voneinander getrennt sind. Das bedeutet, dass wir nicht von verschiedenen Punkten im Raum sprechen können, die sich "zum selben Zeitpunkt" befinden, und somit auch nicht von "der Form des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt".

F: Welche Art von Geometrie verwenden Astrophysiker, wenn sie über die Form des Universums sprechen?

A: Astrophysiker verwenden die Einsteinsche Relativitätstheorie, wenn sie Modelle zur Beschreibung und Vorhersage von Aspekten des Universums diskutieren und testen. Sie berücksichtigen auch die lokale Geometrie, die sich insbesondere auf die Krümmung bezieht, und die globale Geometrie, die sich auf die Topologie bezieht.

F: Ist jeder Ort im Universum Teil eines beobachtbaren Universums?

A: Ja, jeder Ort im Universum hat sein eigenes beobachtbares Universum, das sich mit dem Universum auf der Erde überschneiden kann oder auch nicht.

F: Was ist mit "flach" gemeint, wenn es um ein Modell zur Beschreibung/Vorhersage von Aspekten des Universums geht?

A: Innerhalb eines Modells, das FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker) genannt wird, bezieht sich 'flach' auf ein unendlich flaches Modell, das den Beobachtungsdaten am besten entspricht. Es bedeutet, dass der Raum einheitlich erscheint, egal wohin man schaut, und dass es in diesem Modell keine Kurven oder Biegungen gibt.

F: Gibt es neben dem unendlich flachen Modell von FLRW noch andere Modelle, die mit den Beobachtungsdaten übereinstimmen?

A: Ja, es gibt neben dem unendlich flachen Modell von FLRW auch andere Modelle, die zu den Beobachtungsdaten passen.