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

wahrscheinlich Letzteres der Fall ist. Keine Messung gibt irgendeinen Hinweis auf seine Endlichkeit, aber Messungen reichen eben nur endlich weit. Im Prinzip könnte das Universum ein Ende oder gar die Form eines Balls oder Ballons haben. Aber kein theoretischer oder experimenteller Anhaltspunkt führt uns gegenwärtig in diese Richtung.
    Die meisten Physiker ziehen es vor, nicht zu viel über die Charakteristik jenseits des beobachtbaren Universums nachzudenken, da wir wahrscheinlich nie wissen werden, was es dort gibt. Jede Theorie der Gravitation oder Quantengravitation gibt uns jedoch die mathematischen Werkzeuge an die Hand, um die Geometrie dessen zu erforschen, was existieren könnte. Anhand von theoretischen Methoden und Ideen mit Bezug auf Extra-Dimensionen des Raumes betrachten die Physiker manchmal exotische andere Universen, die mit uns während der Lebensdauer unseres Universums nicht in Kontakt stehen oder einen solchen Kontakt nur durch die Schwerkraft bilden. Wie wir in Kapitel 18 besprochen haben, denken Stringtheoretiker und andere über die Existenz eines Multiversums nach, das viele unverbundene, unabhängige Universen enthält, die mit den Gleichungen der Stringtheorie übereinstimmen. Manchmal kombinieren sie diese Ideen mit dem anthropischen Prinzip, das die mögliche Fülle von möglicherweise existierenden Universen ausnutzt. Manche versuchen sogar, für die Zukunft beobachtbare Signaturen solcher Multiversen zu finden. Wie wir in Kapitel 17 gesehen haben, könnte in einem bestimmten Szenario ein Zwei-Branen-»Multiversum« uns sogar beim Verstehen von Fragen der Elementarteilchenphysik helfen und in diesem Fall überprüfbare Konsequenzen haben. Aber die meisten zusätzlichen Universen werden in der absehbaren Zukunft wahrscheinlich jenseits des Bereichs experimenteller Überprüfbarkeit liegen, obwohl sie vorstellbar und vielleicht sogar wahrscheinlich sind. Sie werden dann theoretische, abstrakte Möglichkeiten bleiben.
    Der Urknall:
Vom Kleinen zum Großen im Lauf der Zeit
    Da wir uns nun zu den größten Skalen hinausgewagt haben, die wir beobachten oder im Zusammenhang des beobachtbaren Universums besprechen können, und die äußersten Grenzen des Sichtbaren (und durch unsere Vorstellungskraft Denkbaren) erreicht haben, wollen wir untersuchen, wie das Universum, in dem wir leben und das wir beobachten, sich im Lauf der Zeit entwickelte, um die gewaltigen Strukturen hervorzubringen, die wir heute sehen. Die Urknalltheorie sagt uns, wie das Universum innerhalb seiner 13,75 Milliarden währenden Lebensspanne von seiner kleinen Anfangsgröße bis zu seiner gegenwärtigen Ausdehnung wuchs, deren Durchmesser 100 Milliarden Lichtjahre beträgt. Fred Hoyle benannte die Theorie scherzhaft (und skeptisch) nach der anfänglichen Explosion, als einen heißen, dichten Feuerball, der sich zu der Vielzahl von Sternen und Strukturen entwickelte, die wir jetzt beobachten: Während seiner Entwicklung wuchs er, die Materie verdünnte sich und kühlte sich ab.
    Das eine, das wir jedoch sicher nicht wissen, ist, was am Anfang knallte und wie das geschah – oder auch nur die genaue Größe, die es dabei hatte. Trotz unseres Verständnisses der späten Evolution des Universums sind seine Anfänge geheimnisumwoben. Obwohl die Urknalltheorie uns nichts über den Anfangszustand des Universums sagt, ist sie trotzdem eine sehr erfolgreiche Theorie, die uns viel über seine anschließende Geschichte lehrt. Gegenwärtige Beobachtungen vermitteln uns in Kombination mit der Urknalltheorie eine ganze Menge darüber, wie sich das Universum entwickelt hat.
    Niemand wusste zu Beginn des 20. Jahrhunderts, dass das Universum expandiert. Als Edwin Hubble zum ersten Mal in den Himmel blickte, wusste man noch sehr wenig. Harlow Shapley hatte zwar die Größe der Milchstraße gemessen und festgestellt, dass ihr Durchmesser 300 000 Lichtjahre betrug. Er war jedoch davon überzeugt, dass die Milchstraße der einzige Inhalt des Universums war. In den 1920er Jahren bemerkte Hubble, dass einige der Nebel, die Shapley für Staubwolken gehalten hatte – und die diesen phantasielosen Namen tatsächlich verdienten –, in Wirklichkeit Millionen Lichtjahre entfernte Galaxien waren.
    Nachdem er einmal Galaxien identifiziert hatte, machte Hubble seine zweite verblüffende Entdeckung – die Expansion des Universums. 1929 beobachtete er, dass Galaxien eine Rotverschiebung aufwiesen, was bedeutet, dass es einen Doppler-Effekt