Von Steve Nerlich in Universe Today – Übersetzt von Harald Horneff
Das Lambda-CDM-Modell (Lambda-Cold Dark Matter-Modell) versucht, das ganze Universum von der Annahme ausgehend zu beschreiben, daß das ganze Universum sowohl isotrop als auch homogen ist. Diese Annahme gilt sowohl für die Vergangenheit, die Gegenwart und die Zukunft – und schließt ein einmaliges, erschaffendes Urknallereignis, eine gegenwärtig flache Geometrie und eine Zukunft ein, die von beschleunigter Expansion beherrscht wird – hier und überall. Entliehen: coldcreation.blogspot.com
Das gegenwärtige Standardmodell des Universums, das Lambda-CDM-Modell, geht davon aus, das sich das Universum in Übereinstimmung mit dem geometrischen Term Lambda ausdehnt – Lambda stellt die in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie Anwendung findende kosmologische Konstante dar. Lambda könnte die Rolle der Dunklen Energie übernehmen, jene mysteriöse Kraft, die etwas antreibt, was wir heute als beschleunigte Expansion der Raumzeit kennen. Kalte Dunkle Materie ist dann vermutlich das Gerüst, welche die Verteilung der sichtbaren Materie auf großräumigen Skalen quer durch das Universum bestimmt.
Um überhaupt einen vernünftigen Versuch zur Modellierung unseres Universums zu unternehmen – und wie es sich in der Vergangenheit entfaltete und in Zukunft entfalten wird – müssen wir zuerst voraussetzen, daß es überall ungefähr gleich ist.
Diese Annahme wird zuweilen „Kosmologisches Prinzip“ genannt und besagt, daß bei Betrachtung eines ausreichend großen Raumgebiets die Eigenschaften des Universums für alle Beobachter gleich sind. Diese Aussage beinhaltet zwei Konzepte – Isotropie, die besagt, daß das Universum ziemlich gleich aussieht, wo auch immer wir hinblicken – und Homogenität, die besagt, daß die Eigenschaften des Universums für alle Beobachter, egal wo sie sind, egal wohin sie blicken, ziemlich gleich aussehen. Wir können nicht erwarten, daß wir die Homogenität immer durch Beobachtung bestätigt finden – darum müssen wir annehmen, daß der Teil des Universums, den wir direkt beobachten können, eine ausreichende und charakteristische Stichprobe für den Rest des Universums ist.
Eine Abschätzung der Isotropie ist zumindest theoretisch entlang des Vergangenheit-Lichtkegels möglich. Mit anderen Worten: wir blicken ins All hinaus und erhalten geschichtliche Informationen darüber, wie sich das Universum in der Vergangenheit verhielt. Wir nehmen dann an, daß die Teile des Universums, die wir beobachten können, sich bis in die Gegenwart durchgängig und vorhersagbar verhalten haben – auch wenn wir den Wahrheitsgehalt dieser Aussage erst bestätigen können, wenn mehr Zeit vergangen ist. Aber über alles, was außerhalb unseres Lichtkegels liegt, werden wir nie etwas in Erfahrung bringen können und daher immer nur vermuten, daß das Universum durchweg homogen ist.
Wir nehmen eine Position in der Raumzeit ein, von der aus man den Teil des Universums beobachten kann, der in unserem Vergangenheits-Lichtkegel liegt. Mit einer Taschenlampe können wir auch nach vorne in einen Teil des zukünftigen Universums leuchten – wissend, daß eines Tages dieser Lichtstrahl ein Objekt erreichen kann, das in unserem Zukunfts-Lichtkegel liegt. Aber wir können niemals in Erfahrung bringen, was im Moment an einem entfernten Ort im Raum geschieht – denn er liegt auf der „Hyperoberfläche der Gegenwart“. Quelle: Aainsqatsi
Maartens hat nun eine Reihe von Argumenten zusammengestellt, warum wir vernünftigerweise annehmen sollten, daß das Universum homogen ist. Kern der Aussage ist: wenn das Universum, das wir beobachten können, über die Zeit einen gleichbleibenden Isotropielevel zeigt, weist dies stark darauf hin, daß unser Teil des Universums sich in einer Art und Weise entfaltet hat, daß es mit der Vorstellung in Einklang steht, Teil eines homogenen Universums zu sein.
Die Isotropie des beobachtbaren Universums kann fraglos unterstellt werden, wenn wir in jede Richtung blicken und finden:
gleichmäßige Verteilung der Materie
gleichmäßige großräumige Geschwindigkeit von Galaxien und Galaxienhaufen, die sich durch die Ausdehnung des Universums von uns entfernen
gleiche Messungen der Winkeldurchmesser-Entfernungsbeziehung (bei der Objekte der gleichen absoluten Größe bei größeren Entfernungen kleiner erscheinen – bis zu einer Rotverschiebung von 1.5, von wo ab sie beginnen, größer zu erscheinen – siehe nächster Punkt)
und
gleichmäßiger Gravitationslinseneffekt durch großräumige Objekte wie Galaxienhaufen
Diese Beobachtungen stützen die Annahme, daß sowohl die Materieverteilung als auch die zugrunde liegende Geometrie der Raumzeit des beobachtbaren Universums isotrop ist. Wenn diese Isotropie für alle Beobachter zutrifft, dann ist das Universum vereinbar mit der Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) Metrik. Dies würde bedeuten: das Universum ist homogen, isotrop und zusammenhängend – wir können überall hin reisen (einfach verbunden), oder das Universum könnte Wurmlöcher (vielfach verbunden) besitzen, so daß man nicht nur überall hin reisen kann, sondern es dafür auch Abkürzungen gibt.
Daß das beobachtbare Universum schon immer isotrop war – und es vermutlich auch in der Zukunft so sein wird – wird stark durch Beobachtungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gestützt, die bis herunter auf den kleinsten Maßstab isotrop ist. Wenn diese Isotropie für alle Beobachter sichtbar ist – dann ist es wahrscheinlich, daß das Universum außerdem immer homogen gewesen ist und immer sein wird.
Abschließend beruft sich Maartens auf das Kopernikanische Prinzip – welches besagt, daß wir nicht nur nicht im Zentrum des Universums liegen, sondern das unsere Position weitgehend willkürlich ist. Mit anderen Worten: der Teil des Universums, den wir beobachten können, kann sehr gut eine angemessene und repräsentative Stichprobe des großräumigen Universums sein.
Weiterführende Literatur (im Internet zu finden unter):
arXiv:1104.1300v1
Roy Maartens
Is the Universe homogeneous? (2011)
