Welche Form hat das Universum?

Das Universum mag riesig sein, aber es gibt mehr als einen Beweis dafür, dass Forscher die Form des Universums aufgedeckt haben.

Das Universum mag formlos erscheinen, weil es so riesig ist, aber es hat eine Form, die Astronomen beobachten können. Also, was ist die Form des Universums?

Physiker glauben, dass das Universum flach ist. Mehrere Beweislinien weisen auf dieses flache Universum hin: Licht, das vom Urknall übrig geblieben ist, die Expansionsrate des Universums an verschiedenen Orten und die Art und Weise, wie das Universum aus verschiedenen Blickwinkeln „aussieht“, sagten Experten gegenüber Nachrichtensendern.

David Spergel, ein theoretischer Astrophysiker und emeritierter Professor für astrophysikalische Wissenschaften an der Princeton University, erforscht seit Jahrzehnten die Form des Universums. In einer 2003 im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie maß Spergel Unregelmäßigkeiten im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), Licht, das vom Urknall übrig geblieben war und von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA und später beobachtet wurde von der Raumsonde Planck der Europäischen Weltraumorganisation.

Die Mengen an positiver und negativer Energie in einem flachen Universum sind genau gleich und heben sich daher gegenseitig auf. Wenn das Universum eine Krümmung hätte, wäre eine höher als die andere. „Ein flaches Universum entspricht einem Universum ohne Energie“, sagte Spergel gegenüber Nachrichtensendern.

Welche Form hat das Universum? - Informationen über die Form des Universums

In diesem Fall deuteten die WMAP-Messungen der CMB-Schwankungen darauf hin, dass das Universum sowohl unendlich als auch flach war. Spergel verglich diese Messungen auch mit denen der Raumsonde Planck der Europäischen Weltraumorganisation, was die möglichen Formen des Universums weiter einschränkte.

„Wir können die Krümmung mit einer gewissen Unsicherheit messen, also können wir mit einer gewissen Unsicherheit sagen, dass die Krümmung null ist“, sagte Spergel. „Während wir die Unsicherheit verringern können, schränken wir bestenfalls die Geometrie ein.“

Ein weiterer Grund, warum Spergel überzeugt ist, dass das Universum flach ist, ist seine schnelle Expansion, die von der Hubble-Konstante erfasst wird. Da das Universum von seiner Entstehung als kompakter Materieball zu einer bemerkenswerten Expansion nach außen überging, wurde es durch all diese Dehnungen flach oder zumindest so flach wie möglich.

Ein Beweis für die Ebenheit des Universums zeigt sich auch in der sogenannten kritischen Dichte. Bei der kritischen Dichte wäre ein hypothetisches Universum flach und würde schließlich aufhören zu expandieren, aber erst nach einer unendlichen Zeit, so die Swinburne University of Technology in Australien. Wenn ein hypothetisches Universum dichter wäre, wäre es wie eine Kugel gekrümmt und würde schließlich aufgrund seiner Schwerkraft in sich zusammenfallen – ein vorgeschlagenes Phänomen, das als „Big Crunch“ bekannt ist.

Aber alle Messungen unseres realen Universums deuten darauf hin, dass es knapp unter der kritischen Dichte liegt, was bedeutet, dass das Universum sowohl flach ist als auch sich unbegrenzt ausdehnen wird.

Noch ein weiterer Beweis deutet darauf hin, dass das Universum flach ist: Es ist isotrop, was bedeutet, dass es aus jedem Blickwinkel gleich aussieht. Anton Chudaykin, ein Physiker am Institut für Kernforschung in Russland, und Kollegen untersuchten die Daten zu Schwingungen in normaler oder „baryonischer“ Materie sowie Modelle, inwiefern Atomkerne schwerer als Wasserstoff waren kurz nach dem Urknall geschaffen, um die Krümmung des Universums abzuschätzen.

„In unterschiedlichen Geometrien entwickeln sich Materie und Licht unterschiedlich, was es uns ermöglicht, die dreidimensionale Form des Universums aus Beobachtungsdaten zu extrahieren“, sagte Chudaykin gegenüber Nachrichtensendern.

Die in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlichte Studie ergab, dass das Universum mit einer Genauigkeit von 0,2 % flach war Forscher schrieben in der Studie. „Das impliziert, dass unser Universum innerhalb der statistischen Unsicherheit unendlich ist.“