Hawkings Kosmos einfach erklaert

Höhe immer noch recht stark), sondern weil sie sich im permanenten freien Fall befinden – im kreisförmigen Dauersturz rund um den Globus.
    Aus dem Äquivalenzprinzip zog Einstein eine erstaunliche Schlussfolgerung: Die Schwerkraft beeinflusst Lichtstrahlen. Zum einen vermindert sie deren Frequenz („Gravitationsrotverschiebung“), zum anderen lenkt sie die Bahn der Strahlen ab, wenn sie an einem schweren Körper vorbeikommen. Mehr noch: In den zehn Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie hat Einstein die Raumzeit mit der Materie und der Energie mathematisch verbunden. Raum und Zeit bilden demnach nicht die passive Bühne des Geschehens, sondern werden von den Körpern und sogar Licht beeinflusst – und umgekehrt. Das wurde inzwischen vielfach gemessen.
    Daher ist die Gravitation Einstein zufolge eigentlich keine Kraft, sondern eine Eigenschaft der Raumzeit-Geometrie – die Folge der durch Masse „gekrümmten“ Raumzeit. Denn Masse verlangsamt die Zeit (relativ zu einem Bezugssystem in einem schwächeren Gravitationsfeld), deformiert den Raum und zwingt Lichtstrahlen auf krumme Touren. Die Krümmung der Raumzeit kann sogar bewirken, dass das Licht nicht nur auf die schiefe Bahn gerät, sondern regelrecht aufgespalten ( Foto hier ) und im Extremfall – in der Umgebung Schwarzer Löcher – um bis zu 180 Grad zurückgebogen wird.
    Doch nicht nur lokal ist der Weltraum gekrümmt, nämlich dort, wo es Massen gibt. Auch als Ganzes, also global, besitzt er eine Geometrie.
› Die flache Welt
    1917 hat Albert Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie erstmals auf das Universum insgesamt angewandt. Zu seiner großen Überraschung entdeckte er nicht nur, dass der Weltraum dynamisch zu sein scheint (was er zunächst nicht wahrhaben wollte), sondern auch, dass für ihn drei grundverschiedene globale Geometrien möglich sind (was Mathematiker zwar schon vorher herausgefunden hatten, aber nicht physikalisch begründen und deuten konnten).
    Diese großräumige Geometrie oder Krümmung des Weltraums kann sphärisch, flach oder hyperbolisch sein ( siehe hier ): Im sphärischen Fall laufen parallele Lichtstrahlen aufeinander zu wie die Längengrade auf dem Globus, und das Universum hat ein endliches Volumen, aber – wie eine Kugeloberfläche – keine Grenze. Im flachen Fall bleiben parallele Lichtstrahlen wie in der auf Euklid zurückgehenden Schulgeometrie parallel. Im hyperbolischen Fall laufen sie auseinander wie auf der Oberfläche eines Sattels. Und in beiden letztgenannten Fällen ist das Universum dann unendlich groß. (Nebenbemerkung im Dienst der Exaktheit: Das gilt nur für die sogenannten einfach verbundenen Topologien, also Gestalten des Raumes ohne „Löcher“; der Raum könnte im Prinzip auch ganz exotisch sein, zum Beispiel ein höherdimensionaler Ring sein, siehe hier , und dann kann es auch endliche Räume geben, die flach oder hyperbolisch sind.)
    Die Geometrie des Weltraums: Wenn die mittlere Materie- und Energiedichte im All einen kritischen Grenzwert überschreitet, ist der Raum geschlossen (sphärisch) und endlich (aber grenzenlos), das heißt er krümmt sich in sich selbst zurück analog zur Kugeloberfläche. Entspricht die Dichte exakt dem Grenzwert oder liegt darunter, ist der Weltraum unendlich – im Spezialfall flach (euklidisch), ansonsten offen (hyperbolisch) und dann an jeder Stelle negativ gekrümmt wie ein Sattel. Im geschlossenen Fall schneiden sich Parallelen und Dreiecke haben eine Winkelsumme von über 180 Grad. In einem flachen Raum gilt die gewohnte Schulgeometrie. Im offenen Fall laufen Parallelen auseinander und die Winkelsumme von Dreiecken ist kleiner als 180 Grad. Messungen haben gezeigt, dass wir in einem (nahezu) euklidischen Universum leben.
    Messungen der Kosmischen Hintergrundstrahlung und der durchschnittlichen Materiedichte haben inzwischen gezeigt, dass der Weltraum global nicht oder kaum gekrümmt zu sein scheint, also weder der Oberfläche einer Kugel (sphärische Metrik) noch der eines Sattels (hyperbolische Metrik) ähnelt.
    Diese unter Kosmologen schon früh vermutete „Flachheit“ des Weltraums (euklidische Metrik) ist als zufällige Anfangsbedingung allerdings extrem unwahrscheinlich – etwa 1:10 58 . Dies hat Stephen Hawking abgeschätzt und sich darüber sehr gewundert. In einem