Das Universum ist ein scheinbar endloses Meer voller Sterne, Galaxien und Nebel. Darin sehen wir Muster und Konstellationen, die Geschichten im Laufe der Geschichte inspiriert haben. Aber es gibt ein kosmisches Muster, das wir immer noch nicht verstehen. Eine Frage, die unbeantwortet bleibt: Wie ist die Form des Universums? Wir dachten, wir wüssten es, aber neue Forschungsergebnisse legen etwas anderes nahe und es könnte auf eine Krise in der Kosmologie hinweisen.
Viele frühe Astronomen hielten das Universum für eine Sternenkugel, die das Sonnensystem einschließt und sich auf eine feste, unbewegliche Erde konzentriert. Aber im Laufe der Jahrhunderte stellten Astronomen fest, dass unsere Sonne nur eine von Milliarden innerhalb einer Galaxie war und es unzählige Galaxien gab, die über Milliarden von Lichtjahren im Weltraum verstreut waren. Die Frage nach der Form der Schöpfung schien ein strittiger Punkt zu sein. Sterne und Galaxien existierten im leeren Raum. Was Raum sein könnte, ist nur eine leere Leinwand: flach, euklidisch und ohne Struktur.
In den frühen 1900er Jahren entwickelte Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie. Darin war der Raum keine leere Leinwand. Es könnte sich biegen und dehnen, verdrehen und verformen, basierend auf der Position und Bewegung der Masse im Universum. Diese räumlichen Verformungen lenkten Licht und Materie ab und verursachten den Effekt, den wir Schwerkraft nennen. Mit der Relativitätstheorie könnte der Raum unterschiedliche Formen annehmen. Es war damals möglich, dass das Universum eine kosmische Gesamtform haben könnte, so wie die Erde insgesamt rund ist.
Ganz allgemein würde die allgemeine Relativitätstheorie es dem Universum ermöglichen, eine von drei Formen zu haben: flach, geschlossen oder offen.
Flach ist die Art und Weise, wie wir den Raum in unserem täglichen Leben betrachten. Es ist der euklidische Raum, den wir in der Schule kennenlernen. Der flache Raum erstreckt sich gleichmäßig in alle Richtungen, und zwei parallele Lichtstrahlen würden für immer parallel bleiben.
Der offene Raum kann als sattelförmig vorgestellt werden. Es biegt sich so, dass es divergiert, wenn Sie sich nach außen erstrecken. Zwei anfänglich parallele Lichtstrahlen würden sich allmählich auseinander ausbreiten und sich beim Durchqueren des Kosmos leicht voneinander weg drehen.
Der geschlossene Raum ist im Allgemeinen kugelförmig. Es konvergiert, wenn es sich ausdehnt, so dass sich parallele Lichtstrahlen schließlich treffen und kreuzen würden, wie Längengrade auf der Erde.
Es sollte erwähnt werden, dass sich keines davon mit der Tatsache befassen muss, dass sich das Universum als Ganzes ausdehnt. Kosmische Expansion bedeutet, dass sich Punkte im Raum im Laufe der Zeit ausbreiten. Die Form des Universums befasst sich mit der Form des Raumes. Ein kugelförmiger Ballon kann sich beim Aufblasen ausdehnen, ebenso wie eine flache Gummiplatte gedehnt werden kann und flach bleibt. Unser expandierendes Universum könnte also flach, offen oder geschlossen sein.
Da die Krümmung des Raums durch das Vorhandensein von Masse beeinflusst wird, hängt die Gesamtform des Universums von der durchschnittlichen Dichte der Materie in ihm ab. In der allgemeinen Relativitätstheorie wird dieser Wert durch den Dichteparameter angegeben, der das Verhältnis der beobachteten Dichte zur „kritischen Dichte“ darstellt, die erforderlich ist, damit das Universum flach ist. Wenn der Dichteparameter 1 ist, ist das Universum flach. Wenn es größer als 1 ist, ist es geschlossen und offen, wenn der Dichteparameter kleiner als 1 ist. Messungen der kosmischen Dichte haben durchweg einen Wert von 1 ergeben. Bis zu den Grenzen der Beobachtung ist das Universum flach, wie wir lange vermutet haben .
Es gibt aber auch eine andere Möglichkeit, die Form des Kosmos zu messen, nämlich die scheinbare Größe sehr weit entfernter Objekte zu betrachten. Es kommt alles auf das Verhalten paralleler Lichtstrahlen zurück. In einem flachen Universum bleiben parallele Linien parallel, sodass Licht, das von zwei Seiten einer entfernten Galaxie kommt, uns in einer geraden Linie erreicht. Ihre Winkel zueinander bleiben gleich, und so erscheint die Galaxie als ihre wahre Größe.
Wenn das Universum offen ist, weichen parallele Linien mit der Entfernung voneinander ab. So wird das Licht unserer fernen Galaxie paralleler, wenn es uns erreicht. Dies bedeutet, dass die Galaxie kleiner erscheint als sie ist. Wenn das Universum geschlossen ist, tritt die entgegengesetzte Biegung des Lichts auf und die Galaxie würde größer erscheinen als sie ist.
In einem neuen Artikel veröffentlicht in NaturEin Team untersuchte nicht Galaxien, sondern Schwankungen innerhalb des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB). Das CMB ist das restliche Licht des Urknalls und es ist das am weitesten entfernte Licht, das wir im Universum sehen können. Aus diesem Grund ist es das Licht, das am meisten von der Form des Universums beeinflusst wird. Das Ausmaß der Schwankungen in der CMB wird durch die Menge an dunkler Materie und dunkler Energie im Universum bestimmt, die wir kennen, damit wir wissen, wie groß die Schwankungen sein sollten. Als das Team das analysierte CMB Daten vom Plank-Raumschiff ergaben, dass die Schwankungen größer waren als erwartet. Dies bedeutet, dass das Universum mit einer Gewissheit von 99% geschlossen und nicht flach ist.
Diese neue Forschung widerspricht zahlreichen früheren Studien, die zeigen, dass das Universum flach ist. Es kann einen systematischen Fehler in den Planck-Daten geben, der das Universum gekrümmt erscheinen lässt. Wenn die Forschung jedoch korrekt ist, deutet dies auf eine Lücke in unserem Verständnis hin. Derzeit ist die Form des Universums unklar.
Quelle: Planck-Beweise für ein geschlossenes Universum und eine mögliche Krise für die Kosmologie, von Di Valentino, E., et al.
