Kosmologie: Ist das Universum ein Donut?
© Spektrum der Wissenschaft (Ausschnitt)
Ist der Weltraum unendlich groß, wie es seit Jahren die Kosmologen behaupten? Oder gibt es vielleicht Alternativen zu diesem Weltmodell? Es ist die präzise Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung – ein Relikt vom Anfang des Universums, dem Urknall –, die den Forschern jetzt neue Wege eröffnet, um zwischen endlichen und unendlichen Modellen des Kosmos zu unterscheiden.
Wie Frank Steiner und sein Team von der Universität Ulm zeigen konnten, ist derzeit auch ein endliches Universum von der Form eines Torus mit den Beobachtungsdaten verträglich.
Vielleicht nähern wir uns damit allmählich der Antwort auf die über zwei Jahrtausende alte Frage, ob das Universum endlich oder unendlich groß ist. Und wenn der Ulmer Forscher Steiner Recht hat, dann könnte es eine Lösung geben, an die bisher nur wenige gedacht haben. In der Januarausgabe von "Spektrum der Wissenschaft" wird über die Arbeiten von Frank Steiner ausführlich berichtet.
Kosmologische Räume werden gewöhnlich nach ihrer so genannten Krümmung unterschieden. Sind sie positiv gekrümmt, wie etwa die zweidimensionale Oberfläche einer Kugel, haben sie stets ein endliches Volumen. Räume mit negativer Krümmung – wie etwa eine zweidimensionale Satteloberfläche – heißen „hyperbolisch“ und können endlich oder unendlich sein. Entsprechendes gilt für flache Gebilde wie etwa die euklidische Ebene. Was diese drei Raumtypen unterscheidet, ist ihre Krümmung: positiv für die Kugeloberfläche, negativ für den hyperbolischen Raum, null für den euklidischen Raum. Solche Räume ohne jede Krümmung nennen die Fachleute gerne „flach“.
Da die globale Geometrie eines Raumes (fachlich: seine Topologie, die Lehre von den Orten) durch seine Krümmung nicht vollständig festgelegt wird, ist diese Dreitypenlehre jedoch nur die halbe Geschichte. So kann auch ein flacher Raum endlich sein. Ein Beispiel für einen flachen, aber endlichen Raum bildet die Oberfläche eines Torus. Ringe beziehungsweise Donuts sind Torusbeispiele in zwei Dimensionen, fachlich ein „Zwei-Torus“.
Den möglichen Hinweisen auf ein endliches Universum sind inzwischen mehrere Forscher nachgegangen, zuletzt Frank Steiners Gruppe von der Universität Ulm. Sie hat seit 1999 mehrere Geometrien untersucht, zuletzt einen so genannten Drei-Torus, die dreidimensionale Version des uns vertrauten zweidimensionalen Rings oder Zwei-Torus. Als Modell unseres Kosmos wäre ein Drei-Torus die einfachste nichttriviale Geometrie eines endlichen flachen Raums.
Die Analyse der Ulmer Forscher setzt in Übereinstimmung mit Himmelsbeobachtungen einen endlichen flachen Raum voraus und vergleicht dann das Drei-Torus-Universum detailliert mit den Daten. Erstaunlicherweise stimmt das Drei-Torus-Modell eines endlichen flachen Raums exzellent mit den Beobachtungsdaten überein, in manchen Bereichen der Messkurven passt es sogar besser als das Standardmodell mit unendlichem flachen Raum.
Wie also wird der Wettstreit zwischen der Standardkosmologie und dem etwas ketzerischen Torus-Gegenmodell ausgehen? Frank Steiner sieht die Dinge pragmatisch: „Die Beobachtungen müssen es entscheiden!“
Wie Frank Steiner und sein Team von der Universität Ulm zeigen konnten, ist derzeit auch ein endliches Universum von der Form eines Torus mit den Beobachtungsdaten verträglich.
Vielleicht nähern wir uns damit allmählich der Antwort auf die über zwei Jahrtausende alte Frage, ob das Universum endlich oder unendlich groß ist. Und wenn der Ulmer Forscher Steiner Recht hat, dann könnte es eine Lösung geben, an die bisher nur wenige gedacht haben. In der Januarausgabe von "Spektrum der Wissenschaft" wird über die Arbeiten von Frank Steiner ausführlich berichtet.
Kosmologische Räume werden gewöhnlich nach ihrer so genannten Krümmung unterschieden. Sind sie positiv gekrümmt, wie etwa die zweidimensionale Oberfläche einer Kugel, haben sie stets ein endliches Volumen. Räume mit negativer Krümmung – wie etwa eine zweidimensionale Satteloberfläche – heißen „hyperbolisch“ und können endlich oder unendlich sein. Entsprechendes gilt für flache Gebilde wie etwa die euklidische Ebene. Was diese drei Raumtypen unterscheidet, ist ihre Krümmung: positiv für die Kugeloberfläche, negativ für den hyperbolischen Raum, null für den euklidischen Raum. Solche Räume ohne jede Krümmung nennen die Fachleute gerne „flach“.
Da die globale Geometrie eines Raumes (fachlich: seine Topologie, die Lehre von den Orten) durch seine Krümmung nicht vollständig festgelegt wird, ist diese Dreitypenlehre jedoch nur die halbe Geschichte. So kann auch ein flacher Raum endlich sein. Ein Beispiel für einen flachen, aber endlichen Raum bildet die Oberfläche eines Torus. Ringe beziehungsweise Donuts sind Torusbeispiele in zwei Dimensionen, fachlich ein „Zwei-Torus“.
Den möglichen Hinweisen auf ein endliches Universum sind inzwischen mehrere Forscher nachgegangen, zuletzt Frank Steiners Gruppe von der Universität Ulm. Sie hat seit 1999 mehrere Geometrien untersucht, zuletzt einen so genannten Drei-Torus, die dreidimensionale Version des uns vertrauten zweidimensionalen Rings oder Zwei-Torus. Als Modell unseres Kosmos wäre ein Drei-Torus die einfachste nichttriviale Geometrie eines endlichen flachen Raums.
Die Analyse der Ulmer Forscher setzt in Übereinstimmung mit Himmelsbeobachtungen einen endlichen flachen Raum voraus und vergleicht dann das Drei-Torus-Universum detailliert mit den Daten. Erstaunlicherweise stimmt das Drei-Torus-Modell eines endlichen flachen Raums exzellent mit den Beobachtungsdaten überein, in manchen Bereichen der Messkurven passt es sogar besser als das Standardmodell mit unendlichem flachen Raum.
Wie also wird der Wettstreit zwischen der Standardkosmologie und dem etwas ketzerischen Torus-Gegenmodell ausgehen? Frank Steiner sieht die Dinge pragmatisch: „Die Beobachtungen müssen es entscheiden!“
Abdruck honorarfrei bei Quellenangabe:
Spektrum der Wissenschaft, 01/2009
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