Eine kurze Geschichte der Zeit (German Edition)

der Gravitation nie, die Galaxienbewegung zu überwinden, so daß das Universum seine Expansion unbegrenzt fortsetzt.
    Abb. 13: Im «flachen» Modell des Universums befindet sich die Massenanziehung in einem exakten Gleichgewicht zur Galaxienbewegung. Dem Universum bleibt es erspart zu rekollabieren, während die Galaxienbewegung immer geringer wird, ohne je ganz zur Ruhe zu kommen.
    Der Gedanke, man könnte das Universum umrunden und dort wieder ankommen, wo man seine Reise begonnen hat, ist gute Science-fiction, aber ohne große praktische Bedeutung, weil sich nachweisen läßt, daß das Universum bereits wieder zur Größe Null zusammengeschrumpft wäre, bevor man die Umrundung abgeschlossen hätte. Man müßte sich schneller als das Licht bewegen, wollte man wieder an seinem Ausgangspunkt sein, bevor das Universum aufgehört hätte zu existieren – und das ist nicht zulässig!
    Im ersten Friedmannschen Modell eines Universums, das sich ausdehnt und rekollabiert, krümmt sich der Raum in sich selbst zurück wie die Erdoberfläche. Deshalb ist er in seiner Ausdehnung begrenzt. Im zweiten Modell, das von einer endlosen Ausdehnung ausgeht, ist der Raum umgekehrt gekrümmt, wie die Oberfläche eines Sattels. In diesem Fall ist der Raum unendlich. Im dritten Friedmannschen Modell schließlich, das genau die kritische Expansionsgeschwindigkeit aufweist, ist der Raum flach (und damit ebenfalls unendlich).
    Doch welches dieser Modelle beschreibt nun unser Universum? Wird es schließlich in seiner Expansion innehalten und anfangen, sich zusammenzuziehen, oder wird es sich endlos ausdehnen? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir die gegenwärtige Expansionsgeschwindigkeit des Universums und seine augenblickliche durchschnittliche Dichte kennen. Wenn die Dichte unter einem bestimmten kritischen Wert liegt, der durch die Expansionsgeschwindigkeit bestimmt wird, so wird die Gravitation zu schwach sein, um der Expansion Einhalt zu gebieten. Liegt die Dichte über dem kritischen Wert, wird die Gravitation die Ausdehnung irgendwann in der Zukunft zum Stillstand bringen und das Universum wieder in sich zusammenstürzen lassen.
    Das gegenwärtige Expansionstempo können wir bestimmen, indem wir mit Hilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeiten messen, mit denen sich andere Galaxien von uns fortbewegen. Das ließe sich mit großer Genauigkeit machen, doch leider sind die Entfernungen zu den anderen Galaxien nicht exakt bekannt, weil wir sie nur indirekt ermitteln können. So wissen wir lediglich, daß sich das Universum pro Jahrmilliarde um fünf bezehn Prozent ausdehnt. Doch unsere Unsicherheit über die gegenwärtige durchschnittliche Dichte des Universums ist sogar noch größer. Wenn wir die Masse aller Sterne summieren, die wir in unserer und anderen Galaxien sehen können, so kommen wir insgesamt auf weniger als ein Hundertstel des Betrages, der, selbst bei niedrigster Schätzung der Expansionsgeschwindigkeit, erforderlich wäre, um die Expansion des Universums aufzuhalten. Unsere und andere Galaxien müssen indessen große Mengen «dunkler Materie» enthalten, die wir nicht direkt sehen können, deren Vorhandensein sich jedoch aus der Beobachtung ableiten läßt, daß sie mit ihrer Gravitation die Bahnen der Sterne in den Galaxien beeinflussen. Ferner kommen die meisten Galaxien in Haufen vor, und wir können in ähnlicher Weise auf noch mehr dunkle Materie zwischen den Galaxien in diesen Haufen schließen, da sich auch eine entsprechende Wirkung auf die Bewegung der Galaxien beobachten läßt. Wenn wir diese ganze dunkle Materie der Gesamtmasse hinzurechnen, so kommen wir trotzdem nur auf ungefähr ein Zehntel der Menge, die erforderlich wäre, um die Ausdehnung zum Stillstand zu bringen. Wir können jedoch die Möglichkeit nicht ausschließen, daß es, nahezu gleichförmig über das Universum verteilt, noch irgendeine andere Materieform gibt, die wir bislang nicht entdeckt haben und die die durchschnittliche Dichte des Universums auf jenen Wert anheben würde, der die Expansionsbewegung in ferner Zukunft innehalten ließe. Die gegenwärtige Beweislage spricht also dafür, daß sich das Universum endlos ausdehnen wird. Doch sicher ist nur, daß das Universum, auch wenn es wieder in sich zusammenstürzen sollte, dazu mindestens zehn Milliarden Jahre braucht, denn so lange hat seine Ausdehnung bisher gedauert. Das braucht uns nicht übermäßig zu beunruhigen: Zu diesem Zeitpunkt wird die Menschheit infolge des