14 Milliarden Jahre auf Expansionskurs

„Ich möchte Ihnen heute gerne das Universum vorstellen, werde es allerdings nicht in der Sprache der Mathematik tun. Was wir in den letzten 100 Jahren an Erkenntnissen über unseren Kosmos gewonnen haben, ist in der Tat atemberaubend“

So begann der Astrophysiker Prof. Dr. Matthias Bartelmann seinen Vortrag im Mercedes-Benz Museum. „Damals blickten die Forscher mittels ihrer Teleskope auf das von Staubwolken verhüllte Zentrum der Milchstraße – und es war nicht klar, ob das Universum überhaupt größer als diese sein könnte, geschweige denn, dass eine Vorstellung davon existierte, wie es entstanden sein könnte.“

Sein Vortrag „Unser einfacher und doch rätselhafter Kosmos“ fand im Rahmen der gemeinsam von der Daimler AG, der Daimler und Benz Stiftung sowie dem Mercedes-Benz Museum veranstalteten Reihe „Dialog im Museum“ statt. Als Hausherr begrüßte Jürgen W. Müller, Chef-Ökonom der Daimler AG, die zahlreichen Gäste; als Vertreter der Daimler und Benz Stiftung führte Prof. Dr. Rainer Dietrich, Mitglied des Stiftungsvorstands, den Referenten ein.

Andromedanebel und Milchstraße

Das Wissen über das Universum erweiterte sich deutlich durch die Beobachtung des Andromedanebels, der der Milchstraße nächstliegenden Galaxie. Mit der Messung ihrer Entfernung zur Erde beginne in gewisser Weise die moderne Kosmologie, so Bartelmanns Einschätzung. Mit einem der seinerzeit größten Teleskope gelang es, 1923 innerhalb des Andromedanebels einen Stern, dessen Licht mit regelmäßiger Frequenz pulsierte, über mehrere Tage hinweg zu beobachten.

Durch Rückschluss auf dessen absolute Lichtintensität gelang eine exakte Messung: Die Distanz beträgt 2,2 Millionen Lichtjahre. 1931, also nur wenige Jahre später, war es dank dem Physiker Edwin Hubble bereits möglich, die Entfernung weiterer Galaxien in mehreren hundert Millionen Lichtjahren zu bestimmen. Dabei machte er eine weitere erstaunliche Entdeckung: Je weiter diese Sternenansammlungen von uns weg sind, umso schneller bewegen sie sich auch von der Erde fort.

Einen bedeutsamen weiteren wissenschaftlichen Fortschritt machte dann Albert Einsteins Relativitätstheorie möglich. „Diese Theorie ist aus meiner Sicht eine der phänomenalsten intellektuellen Leistungen der Menschheit“, so Bartelmann. „Sie birgt leider nur ein Problem: Ihre Gleichungen sind nicht auflösbar.“

Universum im Rahmen der Physik

Die Physik kenne vier grundlegende Kräfte: die Schwerkraft, die elektromagnetische Wechselwirkung sowie die starke und die schwache Wechselwirkung – wobei die letzten drei Kräfte auf kosmologischen Skalen keine Rolle spielten. Es verbleibe somit eine einzige Kraft, die die Entwicklung des Universums beeinflusse: die Schwerkraft. Und diese werde mithilfe von Einsteins Theorie beschreibbar.

Dank drastischer Vereinfachungen gelang es dem russischen Mathematiker Alexander Friedmann, Einsteins Gleichungen zur Grundlage einer Beschreibung des Universums im Ganzen zu machen. Hieraus resultierte die Vorstellung, dass es kein statisches Universum geben könne, sondern sich dieses entweder immer weiter ausdehnen oder aber zusammenziehen müsse. Die wichtigste Erkenntnis der letzten 15 Jahre sei es, dass alle heutigen Beobachtungsbefunde tatsächlich in diesen einfachen Rahmen passen.

Dehne sich das Universum in Richtung Zukunft immer weiter aus, so könne es im Umkehrschluss in der Vergangenheit als schrumpfend gedacht werden. „Was immer wir in der Physik komprimieren, es muss heiß werden“, stellte Bartelmann fest. „Doch wie heiß? Ungefähr so heiß wie heute das Innere der Sterne, also 10 Millionen Grad?“

1948 gelang die erstmalige Berechnung, wie ein junges, zwischen zwei und drei Minuten altes Universum ausgesehen haben müsse, das als ein Fusionsofen und als Keimzelle des heutigen kosmologischen Zustands fungierte. Die Restwärmestrahlung sollte gemäß dieser Theorie heute noch zwischen einem und fünf Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt liegen, was die Wissenschaft auch exakt bestätigen konnte.

Die dunkle Macht

Die heutige Struktur des 14 Milliarden Jahre alten Universums könne allerdings nicht vollständig erklärt werden, wenn man nicht eine weitere Substanz hinzu nähme: die dunkle Materie. Diese mache 85 Prozent der Gesamtmasse des Kosmos aus und zeige keinerlei Wechselwirkung mit Licht. „Wir wissen bis heute nicht, worum es sich bei dieser dunklen Materie handelt.

Für die beschleunigte Ausdehnung des Universums halten wir Forscher die sogenannte dunkle Energie für verantwortlich, von der wir allerdings noch weniger wissen, worum es sich bei ihr handelt als bei der dunklen Materie.“ Diesen beiden Phänomenen weiter nachzuspüren, sei eine der großen Herausforderungen, denen sich die Astrophysik in den nächsten Jahren stellen müsse, so Bartelmanns Fazit.

Für seinen lebhaften, anschaulichen und sehr verständlichen Vortrag erhielt Bartelmann viel Applaus. Die rege Diskussion zeigte, dass die Besucher das Thema trotz seiner wissenschaftlichen Komplexität gut aufgenommen hatten. „Könnte es nicht sein“, wollte ein Besucher wissen, „dass die von Ihnen und Ihren Kollegen gemachten Messfehler vielleicht doch so gravierend sind, dass in einigen Jahren ganz neue Theorien zum Aufbau des Universums entwickelt werden müssen?“

„Gewiss legen wir bei der Genauigkeit vieler Beobachtungsverfahren immer noch nach, aber insgesamt ist die angewandte Methodik doch so ausgereift, dass dies – soweit ich es abschätzen kann – keinen entscheidenden Einfluss auf unsere Grundmodelle mehr haben wird“, hielt Bartelmann fest.

Die Veranstaltung steht auch als Audio-Video-Podcast auf YouTube zur Verfügung.


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