Kosmologie

Kosmologie ist der Zweig der Astronomie und Physik, der sich mit dem Universum in seiner Gesamtheit befasst. Die zentrale Frage lautet: Wie ist das Universum entstanden, wie hat es sich entwickelt, und was erwartet es in ferner Zukunft? Anders als die Astronomie, die einzelne Objekte wie Sterne oder Galaxien untersucht, betrachtet die Kosmologie das große Bild.

Das Fundament der modernen Kosmologie bildet Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie von 1915, die den Zusammenhang zwischen Materie, Energie und der Geometrie der Raumzeit beschreibt. Der belgische Physiker und Priester Georges Lemaître leitete daraus bereits 1927 die Expansion des Universums her und schlug ein Uratom als Ursprung vor, zwei Jahre bevor Edwin Hubble die Expansion 1929 durch Beobachtungen bestätigte. Daraus folgt logisch: Wenn das Universum sich ausdehnt, muss es einmal kleiner und dichter gewesen sein. So entstand das Urknallmodell, dessen Namen der Astronom Fred Hoyle, ein erklärter Gegner der Theorie, 1949 spöttisch prägte.

Heute stützt sich die Kosmologie auf drei zentrale Beobachtungen: die kosmische Hintergrundstrahlung mit ihrer charakteristischen Temperatur von 2,7 Kelvin (entdeckt 1965 von Penzias und Wilson), die Häufigkeit leichter Elemente (Wasserstoff, Helium, Deuterium) und die beobachtete Expansion des Universums, für deren präzise Vermessung Missionen wie WMAP und der Planck-Satellit der ESA entscheidend waren. Seit 1998 wissen wir zusätzlich, dass die Expansion sich beschleunigt, was zur Hypothese der Dunklen Energie führte. Das Standardmodell der Kosmologie (Lambda-CDM-Modell) beschreibt ein Universum aus etwa 5 % normaler Materie, 27 % Dunkler Materie und 68 % Dunkler Energie. Ungeklärt bleibt die sogenannte Hubble-Spannung, eine hartnäckige Diskrepanz zwischen unterschiedlichen Messmethoden der aktuellen Expansionsrate.

In der Science-Fiction ist die Kosmologie ein Dauerthema. Olaf Stapledons Sternenerschaffer (1937) erzählt die gesamte Geschichte des Universums. Stephen Baxters Xeelee-Sequenz entwirft eine Kosmologie mit konkurrierenden Spezies über kosmische Zeiträume. Und Greg Egans Schild's Ladder spielt in einem Universum, dessen physikalische Grundlagen sich verändern.