Hawkings neues Universum

Satellit WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) zur Erde funkte und noch funkt. Ende Februar 2008 wurden die Ergebnisse der ersten fünf Jahre Messzeit veröffentlicht.

Grundlagen der modernen Kosmologie: Der Ursprung der Welt ist nicht mehr bloß ein Thema von archaischen Mythologien oder metaphysischen Spekulationen, sondern ein respektabler Zweig der modernen Naturwissenschaft. Diese stützt sich auf zahlreiche Tatsachen astronomischer Beobachtungen, die es erlauben, die Entwicklung des Universums zu rekonstruieren – bis zurück zu seinen ersten Sekundenbruchteilen. In der Tabelle wurden die wichtigsten Beobachtungen zusammengestellt und was man aus ihnen lernen kann. Das ist erstaunlich angesichts der winzigen Möglichkeiten des Menschen im gigantischen All.
Beobachtungen
Folgerungen und Rückschlüsse
Bewegung der Galaxienhaufen
    (fast ausschließlich voneinander weg)
Ausdehnung des Weltraums (kosmische Expansion)
    Abschätzung des Weltalters
Kosmische Hintergrundstrahlung
    (- 270 Grad Celsius)
    • Gleichförmigkeit (Homogenität)
    • Temperaturzunahme mit der Entfernung
    • Temperaturunterschiede (± 0,00001 Grad) und deren zufällige Verteilung
    • Polarisation
Strahlung und Materie waren einst im thermodynamischen Gleichgewicht
    • Zustand 380.000 Jahre nach dem Urknall bei 4000 Grad Celsius
    • Abkühlung des Weltraums infolge seiner Ausdehnung
    • Dichteschwankungen im Urgas als Keime der Strukturen; Informationen über die Geometrie und andere Eigenschaften des Universums
    • Dynamik des Urgases; spätere Reionisierung durch die UV-Strahlung der ersten Sterne (weniger als 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall)
Sternphysik
Entwicklung und Alter der Sterne
    Entstehung der schweren Elemente
Galaxiensuperhaufen und Leerräume
Materieverteilung und -dichte
    Entwicklung der großräumigen Strukturen aus dem Urgas
Urgalaxien in großen Entfernungen und InfrarotHintergrund
Evolution des Kosmos: Geschichte der Sternentstehung sowie Galaxien(haufen)bildung und -entwicklung
Erkenntnisse der Hochenergie-Teilchenphysik (Partikel und Kräfte)
Vorgänge in den ersten Sekundenbruchteilen
Physik der Dunklen Materie und der Dunklen Energie
    (noch weitgehend unerforscht)
Aufbau, Entwicklung und Zukunft des Universums
    Informationen über die fundamentale Physik
Neutrinos und Gravitationswellen (noch weitgehend unerforscht)
Informationen über den Urknall und die fundamentale Physik
Häufigkeit der leichten Elemente
    (75 % Wasserstoff, 24 % Helium-4, Spuren von Deuterium, Helium-3, Lithium)
Bildung der Atomkerne in den ersten drei Minuten (primordiale Nukleosynthese)
    Die erste bedeutende Erkenntnis dieser neuen Daten – viele Forscher sprechen seither vom Beginn der Präzisionskosmologie – war, dass die Geometrie des Universums sehr genau am euklidischen Grenzfall liegt. Mit anderen Worten: Die Welt ist flach! Dies bedeutet selbstverständlich keinen Rückfall in die Vorstellung von einer scheibenförmigen Erde, sondern heißt, dass das Universum auf großräumigen Skalen nahezu keine Krümmung besitzt. Die Winkelsumme eines Dreiecks mit Milliarden Lichtjahren großen Seitenlängen wäre also, wie die Schulgeometrie es lehrt, exakt 180 Grad.
    Eine flache Geometrie bedeutet, dass der Weltraum unendlich groß ist. Ob das wirklich der Fall ist, beweisen die WMAP-Daten jedoch nicht, denn die Flachheit könnte auch nur für das All innerhalb des Beobachtungshorizonts zutreffen – doch hinterm Horizont geht‘s weiter.
    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), das heißt 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. Wir leben in einem (nahezu) euklidischen Universum.
    Wenn unser All unendlich im Raum ist, so ist es doch nicht unendlich in der Zeit. So, wie es heute ist, war es nicht immer. Davon gibt der Nachthimmel ein deutliches Zeugnis. Er macht deutlich, dass