Community-of-Darkness

Mehr gibt es nicht!
Das Universum ist endlich und hat die Form eines Duodekaeders

Nachdem dieser Bereich jetzt lange genug den weiblichen Mitgliedern vorbehalten war bringe ich jetzt mal ein allgemeineres Thema, ist ja gut das mag nicht unbedingt stimmen, aber die Entdeckung das das Universum nicht wie lange angenommen eine unendliche Ausdehnung hat bzw. sich unendlich ausdehnt finde ich trotzdem interessant, dies könnte einiges an unserem Weltbild ändern.

Wenn es stimmt, was ein Team von Astronomen aus der großräumigen Verteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung - dem "Echo" des Urknalls - folgert, dann haben wir schon alles gesehen im Universum. Denn nach ihrem Modell ist das Weltall nicht nur geschlossen, sondern so klein, dass wir uns beim Blick zum Sternenhimmel schon fast selbst auf die Hinterköpfe schauen.

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Rotierende Karte


Wilkinson Microwave Anisotropie Probe

Bei allen Wirren und Wirbeln des Alltags gibt es Erkenntnisse, auf die wir uns fest verlassen können. Dazu gehört, dass parallele Geraden sich niemals schneiden (so haben wir es in der Schule gelernt) und das Universum unendlich ist (was im Vorspann der Fernsehserie "Raumschiff Enterprise" überzeugend behauptet wird).

Nur für Kosmologen sieht die Welt nicht ganz so einfach aus. Die denken nämlich in viel größeren Dimensionen und geraten deshalb öfter ins Grübeln. Bei der Sache mit den Parallelen ziehen sie zum Beispiel gleich drei Möglichkeiten in Betracht. Angenommen, der Weltraum sei das, was sie mit "flach" bezeichnen, dann wäre alles in schönster Ordnung mit den Geraden. Doch wehe, er ist "negativ gekrümmt", so würden sich die Parallelen zwar niemals treffen, doch ihr Abstand zueinander würde immer größer werden, je weiter man den beiden folgte. Und bei einem "positiv gekrümmten" Raum würden die Striche sich sogar schneiden - jedem Mathelehrer zum Trotz.

Auch die Unendlichkeit des Weltalls steht noch in Frage. Wissenschaftlich ausgedrückt wäre ein unendliches Universum "offen", und es passte beliebig viel Materie hinein. Das ginge bei einem "geschlossenen" Universum selbstverständlich nicht, denn sein Raum wäre endlich - und wer jemals Umzugskartons gepackt hat, weiß, was das bedeutet.

Nun fühlen sich auch Kosmologen nicht wohl, wenn so grundlegende Fragen ungeklärt sind. Also haben sie verschiedene theoretische Szenarien aufgestellt, mit denen sich Vorhersagen treffen lassen, die experimentell nachprüfbar sind. Einer der wichtigsten Zeugen für die geometrische Natur des Universums ist die kosmische Hintergrundstrahlung. Sie stellt ein Relikt des Urknalls dar, mit dem Raum und Zeit überhaupt ihren Anfang nahmen, und ist mit empfindlichen Sensoren noch als Mikrowellenstrahlung nachzuweisen.

Aus allen Himmelsrichtungen erreicht uns die Strahlung, doch bei genauer Betrachtung ist sie nicht völlig gleichmäßig verteilt. Winzige Schwankungen in der Energie lassen entsprechende Karten körnig erscheinen. Schuld daran sind hauptsächlich Dichteschwankungen im ganz jungen Universum, denn um der größeren Gravitation einer dichten Region zu entkommen, musste ein Photon mehr Energie lassen und erscheint "kühler" als ein Photon aus einem weniger dichten Gebiet.

Eine der neuesten Karten von der kosmischen Hintergrundstrahlung stammt von dem Satelliten Wilkinson Microwave Anisotropie Probe (WMAP) der NASA. Dessen Daten hat ein Team französischer und amerikanischer Astronomen um Jean-Pierre Luminet vom Observatoire de Paris mit einem theoretischen Modell erklärt, aus dem klar hervorgeht: Das Universum ist doch endlich und positiv gekrümmt!

Die Wissenschaftler stützen ihre Behauptung auf Vergleiche der Mikrowellen-Energien von weit entfernten Abschnitten des Himmels. Liegen diese nämlich mehr als 60 Grad auseinander, verschwinden plötzlich die Unterschiede - das körnige Bild wirkt sanfter. Keine der gängigen Theorien kann diese Beobachtung ohne weiteres erklären. Also wandten sich Luminet und seine Kollegen einer Annahme zu, die ihnen am nahe liegendsten erschien: Es gibt keine Differenzen im großen Maßstab, weil das Weltall gar nicht so groß ist. Der Eindruck von Unendlichkeit entsteht nur deshalb, weil wir beim Blick in die Tiefen uns quasi fast selbst auf den Hinterkopf gucken. Es ist ähnlich wie in dem Cartoon von einem Bogenschützen, dessen Pfeil einmal um die Erde fliegt, um den Sportler dann in seinem eigenen Hinterteil zu treffen.

Ein bisschen komplizierter als eine simple Kugel ist die Form des Universums nach Aussage der Forscher schon. Ihren Berechnungen zufolge passt am besten ein Poincaré-Dodekaeder, der zusammen mit angelagerten Kopien seiner selbst eine Hypersphäre bildet. Um sich das auch nur einigermaßen vorstellen zu können, beginnt man am besten mit einem "gewöhnlichen" Dodekaeder. Den kann sich sogar jeder zu Hause selbst basteln, indem er zwölf gleichseitige Fünfecke an den Kanten zusammenklebt, sodass sich ein eckiger "Ball" ergibt. Um daraus ein Modell des Universums zu machen, müsste man nun die Figur zu einer Kugel verbiegen und so falten, dass die Flächen von gegenüberliegenden Fünfecken aufeinander liegen. Da dies in unserer Welt unmöglich ist, übernimmt der Computer die Aufgabe und berechnet einen Hyperkörper, mit dem so etwas geht. Und siehe da: In einem solchen Universum kann ein Beobachter beliebig weit "im Kreis" schauen, ohne an eine Grenze zu stoßen, obwohl der Raum tatsächlich endlich ist.

Im Gegensatz zur Konkurrenz erklärt das Dodekaeder-Modell alle Messergebnisse ohne Schwierigkeiten oder seltsame Zusatzannahmen, schreiben die Astronomen in ihrer Veröffentlichung. Außerdem macht es weitere nachprüfbare Aussagen. So sollte es Kreise von identischen Schwankungen der Mikrowellenenergie geben. Mit zukünftigen, noch genaueren Messungen sollten diese nachweisbar sein. Ebenso werden spätere Missionen vermutlich einen genaueren Wert für den wichtigen Dichteparameter liefern. Den könnte man mit theoretisch berechneten Werten vergleichen.

Es besteht also noch eine schwache Hoffnung für die Mathelehrer der Welt und ihre nicht schneidenden Parallelen. Doch sollte das Universum letztlich wirklich nicht unendlich sein, macht das auch nichts. Denn zumindest sieht es beim Blick an den Sternenhimmel so aus.

DwD

@Ares: Es ist zwar nicht das Universum sondern nur die Welt, die auf einer riesigen Schildkröte (Groß A' Tuin) liegt, ach ja dazwisschen sind noch vier Elefanten..

Jetzt mal Scherz beiseite, es gibt seit fast einem Jahrhundert, viele, meist konträre, Theorien darüber wie das Universum beschaffen ist, diese jetzt vorgelegten neuen Erkenntnisse stellen aber zum ersten mal eine Theorie dar die mit einer grossen Anzahl, harter empirischer Fakten untermauert wird, deshalb halte ich dieses nicht nur für eine Modeerscheinung sondern für einen echten Durchbruch. Zum ersten Mal in unserer wissenschaftlichen Geschichte ist es der Menschheit, ist es den Kosmologen gelungen, Fakten und nachweisbare Meßdaten für eine der vielen Theorien über die Beschaffenheit des Universums vorzulegen. Das ist etwas, dass seit zwei Jahrzenten miit allen Arten von Teleskopen, Teilchenbeschleunigern und sonstigem wissenschaftlichen Gerät versucht wird. Deshalb halte ich diese erste, halbwegs untermauerte Theorie für einen großen Schritt, auf dem Weg das Universum zu verstehen, auch wenn es vielleicht noch Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende dauern mag bis wir vor einer entgültigen Klärung stehen.
Man sollte auch nicht die folgen dieser Entdeckung unterschätzen. Der Einfluss auf Fragen wie die nach Leben auf anderen Planeten oder der nötigen Geschwindigkeit für interstellare Raumflüge darf nicht unterschätzt werden und wird die wissenschaftliche Gemeinde wohl, noch eine Weile beschäftigen.

DwD

Zitat

Original von Gargos

der eigentliche thread ist ganz interessant aber auch nicht mehr als die bloße aufzählung von fakten

@Gargos: Genau das ist ja das aufregende an der ganzen Sache. Es ist das erste Mal das es zu diesem Themenkomplex Fakten gibt. Bis jetzt war man in diesem Bereich auf Vermutungen, unausgegorenen Theorien und andere Sachen angewiesen die man nicht einmal genau benennen kann.

Jetzt gibt es zum ersten Mal gesichertes Material mit dem man arbeiten kann und über das man diskutieren kann.
Alleine das ist schon ein Durchbruch.

DwD

@ Medivh: Es ist schon richtig das man mit Theorien alles beweisen kann, wenn man nur lange genug daran rumrechnet. Du kannst mir aber glauben das man an den angesprochenen Messdaten nicht mehr viel ruminterpretieren kann. Was die Grössenmessungen und Quasare angeht.: Es scheint mittlerweile recht sicher zu sein das es Quassare nur in der Frühzeit des Universums gab, so dass man davon ausgehen kann, das wir nichts anderes Empfangen können als Signale die von sehr weit entfernt kommen, da alle die Näher dran waren schon vor so langer Zeit aufgehört haben zu existieren das sich ihre Strahlung scho lange verflüchtig hat. Den wir sollten nich vergessen: Alles was wir in einer Entfernung von 10 Mrd Lichtjahren ausmachen, ist auch vor 10 Mrd Jahren passiert.
Ausserdem haben wir im Prinzip noch nichts gefunden was wirklich weiter entfernt ist als diese neue Grenze zulässt.


DwD

Das man sich selbst fast auf den Hinterkopf schaut ist relativ dazu zu sehen von welchen Gesamtgößen man bisher beim Universum ausging.
Die Theorie der Lichtermüdung ist gar nicht so wild. Letztendlich besteht das Licht aus Quanten und das sind, so klein und leicht sie auch sind, Teilchen. Selbst wenn man von dem kleineren Universum ausgeht sind diese Teilchen viele hundert Millionen Mal länger unterwegs als jeder Zeitraum den wir jemals in Relation zur Beeinflussung irgendwelcher Materie untersucht haben. Deshalb kann keiner Wissen wie sich die Quanten nach einem so langen 'Flug' verhalten.

DwD

Mitte 2002 wurde mit Magnetfeld-und Teilchenbeschleunigerexperimenten festgestellt das Photonen und Quanten sehr wohl eine Art von Materieteilchen sind und aus mindestens zwei verschiedenen Komponenten zusammengesetzt sind. Es ist daher wahrscheinlich das sich eine dieser Komponenten während eines langen Fluges, um Beispiel auch durch das Magnetfel eines Sterns oder sonst eines Massereichen Körpers, löst. Schon ist der EES gerettet und man muss auch kein neues grunlegendes Naturgesetz suchen.

DwD