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Themen der Wissenschaft: Das Standardmodell der Kosmologie

Erstmals in der Geschichte der Astronomie fügen sich so gut wie alle kosmologischen Beobachtungen in den Rahmen eines einfachen Modells. Doch müssen wir uns damit anfreunden, dass die meiste Materie im Universum unbekannter Natur ist und eine rätselhafte »Dunkle Energie« das Universum beschleunigt auseinandertreibt.
Unter den Teildisziplinen der Physik nimmt die Kosmologie eine Sonderrolle ein. Schon die Astrophysik kann mit ihren Gegenständen nicht experimentieren, aber sie macht diese Schwierigkeit dadurch wett, dass ihr eine große Zahl verschiedenster Himmelskörper für Untersuchungen zur Verfügung steht, etwa Sterne, Galaxien oder noch größere Objekte. Die Kosmologie hingegen unternimmt den Versuch, eine physikalische Erklärung für ein einzelnes »Objekt« zu finden, das sich ihrer Kontrolle entzieht: das Universum als Ganzes. Sie verfolgt das ehrgeizige Ziel, aus den bekannten Naturgesetzen darauf zu schließen, wie das Universum sich entwickelt haben muss. Sie kann dabei zu Hilfe nehmen, dass sich das Verhalten des Universums aus den physikalischen Eigenschaften zahlloser Objekte ablesen lässt, die sie dank der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts vor umso längerer Zeit sieht, je weiter sie entfernt sind. Welche Theorien haben wir zur Verfügung, um ein Modell des Universums zu konstruieren, das mit der beobachtbaren Wirklichkeit verglichen werden kann?

Kennen Sie schon …

Spektrum Kompakt – Rätsel der Teilchenphysik

Das Standardmodell sollte das Universum erklären, doch manche Fragen bleiben offen. Um Antworten zu erhalten, werden aufwändige Untersuchungen durchgeführt: zu der Masse von Neutrinos, dem Rätsel der Dunklen Materie und warum sich Materie über Antimaterie durchsetzte.

Sterne und Weltraum – Gravitationswellen – Wie ist der Status bei gemessenen Signalen?

Gravitationswellendetektoren messen seit April 2024 wieder Signale von Schwarzen Löchern – in unserer Titelgeschichte erfahren Sie mehr über die neuen Erkenntnisse zu diesen rätselhaften Objekten. Darüber hinaus zeigen wir Ihnen die Technik der JANUS-Kamera auf der europäischen Raumsonde JUICE, die im Juli 2031 Jupiter und seine Monde detailliert erkunden soll. Wir berichten über die erfolgreiche Probennahme von der Mondrückseite mit der chinesischen Sonde Chang’e 6 und zeigen neue Aufnahmen des Weltraumteleskopes Euclid.

Spektrum der Wissenschaft – Eine neue Weltformel

Rund 100 Jahre währt die Suche der theoretischen Physik nach einer Quantentheorie der Schwerkraft. Doch vielleicht kann die Gravitation in einer Weltformel so bleiben, wie sie ist – zumindest fast. Experimente könnten die neue Theorie schon bald testen. Außerdem im Heft: Die Bedeutung der Böden der Erde wurden lange unterschätzt. Zahlreiche Organismen im Boden zersetzen abgestorbenes organisches Material und fördern so den globalen Kohlenstoffkreislauf. Gammastrahlenblitze mischen gelegentlich die irdische Ionosphäre durch. Aber brachten kosmische Explosionen das Leben auf der Erde schon einmal an den Rand der Existenz? Selbst unter dem Eis des arktischen Ozeans findet man Lava speiende Vulkane und Schwarze Raucher. Dies bietet einen neuen Blick auf die geologischen Vorgänge in unserem Planeten.

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