Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

naturwissenschaftliches Bild davon.
    Die Kosmologie trat kürzlich in ein bemerkenswertes Zeitalter ein, in dem revolutionäre Fortschritte, und zwar sowohl experimentelle als auch theoretische, eine ausführlichere und mehr ins Detail gehende Beschreibung hervorbrachten, als irgendjemand vor 20 Jahren für möglich gehalten hätte. Durch die Kombination verbesserter experimenteller Methoden mit Berechnungen, die auf der allgemeinen Relativitätstheorie und der Elementarteilchenphysik basieren, haben die Physiker ein detailliertes Bild dessen begründet, wie das Universum in seinen früheren Stadien aussah und wie es sich zu seiner heutigen Gestalt entwickelte.
    Bisher hat sich das vorliegende Buch in erster Linie auf kleinere Skalen konzentriert, auf denen wir das innere Wesen der Materie untersuchen. Nachdem wir die gegenwärtige Grenze unserer Reise nach innen erreicht haben, wollen wir nun die in Kapitel 15 begonnene Reise zu den entferntesten Skalen abschließen, mit denen wir in Kapitel 5 anfingen, und unsere Aufmerksamkeit nach außen wenden, um die Größe von Objekten im äußeren Universum zu betrachten.
    Auf dieser Reise zu kosmischen Skalen müssen wir uns vor einem großen Unterschied in Acht nehmen, da wir nicht alle Aspekte des Universums allein im Hinblick auf die Größe ausreichend charakterisieren können. Beobachtungen halten nicht nur das heutige Universum fest. Wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit reichen sie auch in die Vergangenheit. Strukturen, die wir heute beobachten, können Bewohner des frühen Universums sein, deren Licht unsere Teleskope erst Milliarden von Jahren erreichte, nachdem es abgestrahlt wurde. Die Größe des gegenwärtig stark expandierten Universums, das wir heutzutage sehen, umfasst die Größe des Universums zu einem früheren Zeitpunkt um ein Vielfaches.
    Trotzdem spielt die Größe eine entscheidende Rolle bei der Beschreibung unserer Beobachtungen – und zwar sowohl des gegenwärtigen Universums als auch seiner Geschichte in der Zeit; dieses Kapitel untersucht beides. In der zweiten Hälfte betrachten wir die Evolution des Universums als ganzes, von seiner winzigen Anfangsgröße bis zu der riesigen Struktur, die wir jetzt beobachten. Aber zuerst werden wir uns das Universum in seiner heutigen Erscheinung anschauen, um uns mit einigen der Längen vertraut zu machen, die unsere Umgebung beschreiben. Im Hinblick auf die Skalen werden wir uns hocharbeiten und größere Skalen und entferntere Objekte betrachten – auf der Erde und im Kosmos –, um ein Gefühl für die größeren Arten von Strukturen zu bekommen, die da draußen auf ihre Erforschung warten. Diese Reise zu großen Skalen wird kürzer sein als unsere vorherige Reise in das Innere der Materie. Trotz der Reichhaltigkeit von Strukturen im Universum kann das meiste von dem, was wir sehen, mit bekannten physikalischen Gesetzen erklärt werden – und nicht mit grundlegenden, neuen. Die Bildung von Sternen und Galaxien beruht auf bekannten Gesetzen der Chemie und des Elektromagnetismus – den bereits zuvor besprochenen Teil der Naturwissenschaft, die auf kleinen Skalen basiert. Nun spielt jedoch auch die Gravitationskraft eine entscheidende Rolle, und die beste Beschreibung wird von der Geschwindigkeit und der Dichte der Objekte abhängen, auf die sie wirkt, was auch in diesem Fall zu verschiedenen theoretischen Beschreibungen führt.
    Rundreise durchs Universum
    Das Buch und der Film Zehn Hoch , [66]   eine der Reisen zu verschiedenen Skalen mit Kultcharakter, beginnt und endet mit einem Ehepaar, das im Chicagoer Grant Park sitzt – ein Ort, der so gut wie jeder andere ist, um unsere Reise zu beginnen. Wir wollen einen Augenblick auf dem festen Erdboden (von dem wir wissen, dass er weitgehend aus leerem Raum besteht) verweilen, um die vertrauten Längen und Größen in unserer Umgebung zu betrachten. Nach einer kurzen Betrachtung ihres menschlichen Maßstabs von einigen Metern Höhe wollen wir diesen bequemen Ort verlassen und zu größeren Höhen und Größen aufsteigen. (Man beziehe sich auf die Zusammenstellung der Maßstäbe, die dieses Kapitel erforscht, in Abbildung 70.)

Abb. 70: Eine Rundreise durch große Maßstäbe und die Längeneinheiten, mit denen sie beschrieben werden.
    Eine der spektakuläreren Demonstrationen der menschlichen Reaktion auf Höhe, die ich gesehen habe, fand während einer Vorführung von Elizabeth Strebs Tanzgruppe statt. Ihre Tänzer (oder »Aktionsingenieure«)