Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Anwendung der Relativitätstheorie stellte eine neue Möglichkeit dar, das Universum als Ganzes zu betrachten und es mathematisch zu beschreiben. Die moderne Kosmologie hatte ihren Anfang gefunden. Als eine Lösung seiner mathematischen Gleichungen stellte sich Einstein selbst zunächst ein statisches Universum vor, was der generellen Annahme seiner Zeit entsprach. Nach dieser Lösung sollte das Universum mit der Zeit weder größer noch kleiner werden. Damit es unter dem Einfluss der eigenen Schwerkraft nicht in sich zusammenstürzt, benötigte Einstein in seinen Gleichungen noch eine der Schwerkraft entgegenwirkende Kraft: Die kosmologische Konstante war geboren.
    Kurz darauf veröffentlichte Willem de Sitter 1917 seine Ideen zur Existenz und Entwicklung des Universums. Sein Modell war allerdings noch etwas verworren und kompliziert, denn es enthielt keine Materie. Dennoch konnten sich Testteilchen von einem Beobachter entfernten, was zu der Vorhersage einer Rotverschiebung von weit entfernten kosmischen Objekten führte. Sofort machten sich die Astronomen dieser Zeit auf die Suche nach Nebeln und Galaxien mit hoher Rotverschiebung, um beobachtbare Beweise für das de-Sitter-Modell zu finden.
    Fast zehn Jahre später, nachdem stellare Beobachtungen und Spektralklassifikationen der Entwicklung der Quantenmechanik und ersten Erkenntnissen auf der Suche nach der Energiequelle von Sternen im Gange waren, zeigte der belgische Priester und Physiker Georges Lemaître ab Mitte der 1920er Jahre ein umfassendes Interesse an Astronomie und dem Kosmos. Er hatte unter Eddington in England studiert, mit dem er später Modelle zur Kosmologie und der Natur des Universums über viele Jahre hinweg diskutieren würde. Lemaître war einer der Ersten, die sich intensiv mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie auseinandersetzten, um sie auf das Universum als Ganzes anzuwenden.
    Auch der Russe Alexander Friedmann war an Kosmologie interessiert. 1922 entwickelte er eine Lösung, die das Universum erst als expandierend und dann wieder kollabierend darstellt und ohne kosmologische Konstante auskommt. Ein solches zyklisches Universum, das sich ausdehnt und daraufhin wieder schrumpft, umgeht angenehmerweise das Problem des unbekannten Anfangs des Universums. 1924 fand er eine weitere Lösung für ein sich in alle Ewigkeit ausdehnendes Universum.
    Seit dieser Zeit suchten auch de Sitter und Eddington gemeinsam in regelmäßigen Diskussionen im Rahmen der Sitzungen der Royal Astronomical Society in England nach einer kosmologischen Interpretation für Hubbles Beobachtungen weit entfernter und rotverschobener Galaxien von 1923. Lemaître las um 1930 einen Bericht dieser Treffen und schrieb daraufhin an Eddington, um ihm von seinen eigenen Ideen zu berichten, die er schon vor 1927 in eigenen Arbeiten entwickelt hatte. Die Feldgleichungen Einsteins lassen sich für den allgemeinen Fall nicht lösen. Durch die Einführung des kosmologischen Prinzips 1933 durch den englischen Astrophysiker Edward Arthur Milne, welches das Universum als homogen und isotrop betrachtet, [1] vereinfachen sich die Einstein’schen Gleichungen zur Friedmann-Gleichung. Zu dieser vereinfachten Gleichung hatte Lemaître eine Lösung gefunden, in welcher das Universum gleichmäßig expandiert.
    Aus der Expansion des Universums leitete Lemaître weiterhin eine lineare Entfernungs-Geschwindigkeits-Beziehung für kosmische Objekte ab. Für ihn ergab sich dieses Gesetz als Konsequenz der relativistischen Kosmologie. Lemaître berechnete auch einen Wert für die »Hubble-Konstante«, die die Expansionsrate des Universums beschreibt. Allerdings war es Lemaître noch nicht möglich, diese Beziehung auch zwischen den Entfernungsdaten von kosmischen Objekten und deren Geschwindigkeitsmessungen zu erkennen. Dafür gab es 1927 noch nicht genügend astronomische Daten.
    Alles in allem hatte Lemaître unbeachtet von der restlichen Welt mit Hilfe der damaligen Theorien und Galaxienbeobachtungen als Erster auf die Existenz eines expandierenden Universums geschlossen. Wenn sich das Universum ausdehnt, ergibt sich sofort die Frage nach seinem Anfang. Lemaître und Eddington diskutierten in den folgenden Jahren regelmäßig über diese Frage und ihre Konsequenzen. Mit seiner Idee des expandierenden Universums hatte er aber schon lange den Grundstein für die Urknalltheorie gelegt, von der heute angenommen wird, dass sie den Ursprung des Universums beschreibt. Erst im Nachhinein wurde