Zusammenfassung
Wenn man in einer klaren, mondlosen Herbstnacht zum Sternbild Andromeda aufschaut, dann sieht man dort vielleicht einen schwachen, diffusen Lichtfleck. Von der äußeren Erscheinung her kann er keineswegs mit den spektakuläreren Sehenswürdigkeiten des Himmels konkurrieren, wie beispielsweise mit der Mondoberfläche oder den Saturnringen. Sogar ein Teleskop bringt nicht viel mehr zum Vorschein: Man sieht den Umriß einer elliptischen Struktur, die sich zum Zentrum, dem Kern, hin verdichtet, aber das ist auch schon alles. Doch halt, bevor man dieses Objekt als uninteressant abtut, sollte man sich bewußt machen, daß man den großen Andromedanebel vor Augen hat, eine unserer eigenen Milchstraße sehr ähnliche Galaxie, die mit einer Entfernung von 2000000 Lichtjahren das entfernteste Objekt ist, das man mit bloßem Auge erkennen kann. Praktisch werfen wir hier also einen Blick in die Unendlichkeit.1
Es ist ziemlich sicher, daß unser Raum endlich, obgleich unbegrenzt ist. Unendlicher Raum ist einfach skandalös für das menschliche Denken.
Bischof Barnes
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Literatur
Sogar die größten Teleskope sind nicht in der Lage, Einzelheiten extragalaktischer Objekte zu offenbaren. Dies ändert sich erst, wenn man die Photographie zu Hilfe nimmt. Der atemberaubende Anblick der Andromedagalaxie, der in Abb. 27.1 zu sehen ist, ist das Ergebnis einer sehr langen Belichtung.
Der Ausdruck „Weltinseln“ wurde von dem Naturforscher Alexander von Humboldt (1769–1859) geprägt.
Erst einige Jahre zuvor war es Harlow Shapley (1885–1972) gelungen, den Aufbau unserer eigenen Milchstraße zu ergründen. Sie ist eine scheibenförmige Zusammenballung von ungefähr 100 Milliarden Sternen, deren Durchmesser etwa 100000 Lichtjahre beträgt. Im Zentrum weist sie eine Ausbuchtung auf, den Kern der Galaxie. Unsere Sonne befindet sich in einem Arm der Galaxie, 30000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Herschel hatte sich also geirrt, als er annahm, die Sonne befände sich im galaktischen Zentrum.
Bei solchen immensen Entfernungen versagt die Parallaxenmethode völlig — sie kann mit einiger Zuverlässigkeit nur bis zu Entfernungen von etwa 100 Lichtjahren verwendet werden. Stellare Entfernungsbestimmungen sind im allgemeinen sehr ungenau, und Unsicherheiten bis zu 50% sind durchaus nicht ungewöhnlich.
Nahegelegene Galaxien können aufgrund ihrer eigenen Bewegungen innerhalb der „lokalen Gruppe“, das ist die Familie der Galaxien, der auch wir angehören, von diesem Gesetz abweichen. So nähert sich uns die Andromedagalaxie zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 200 km/s. Das Hubblesche Gesetz gilt also nur für das Universum in einem großen Rahmen und nicht für lokale Bewegungen, die die Folge der gegenseitigen Gravitationsanziehung benachbarter Galaxien sind.
Es ist Eddingtons Bemühungen zu verdanken, daß Einsteins Relativitätstheorie erste Beachtung in der Öffentlichkeit fand. Er war maßgeblich an der Organisation jener berühmten Expedition beteiligt, die im Jahr 1919 während einer Sonnenfinsternis die Einsteinsche Vorhersage bestätigte, derzufolge Lichtstrahlen in der Nähe eines massiven Körpers wie der Sonne gekrümmt werden.
Der einschränkende Zusatz „im wesentlichen“ in der Formulierung des Kosmologischen Prinzips ist hier sehr bedeutsam. Wenn man im Lebensmittelgeschäft ein Paket Zucker kauft, erwartet man, daß der Inhalt eine mehr oder weniger gleichmäßige, feine Beschaffenheit aufweist. Dies schließt jedoch die Möglichkeit nicht aus, daß der Zucker hier oder da kleine Klumpen bildet. Vollkommene Homogenität ist, wie die meisten mathematischen Vorstellungen, die in die physikalische Welt übertragen werden, eine Idealisierung. Es stellt sich nun heraus, daß auch Galaxien die Tendenz haben, sich zu kleinen Gruppen oder Haufen zusammenzuballen. Sie werden dabei von der gleichen Gravitationsanziehung zusammengehalten wie das Sonnensystem (siehe Abb. 27.2).
Vergleiche jedoch Fußnote 6 auf S. 254.
Einsteins Gravitationstheorie steht nicht, wie so oft fälschlicherweise angenommen wird, im Widerspruch zu Newtons Theorie; sie stellt vielmehr eine Verbesserung dar. Für kleine Geschwindigkeiten und Massen stimmen die beiden Theorien überein.
Wie der Name sagt, handelt es sich dabei um dieselbe Art von Strahlung, wie sie von einem schwarzen Körper mit einer Temperatur von etwa 3 K (über dem absoluten Nullpunkt) emittiert wird. Ein schwarzer Körper ist ein idealisiertes Objekt, das einfallende Strahlung nur absorbieren und nicht reflektieren kann. Diese Energie wird dann innerhalb des Körpers in Wärme umgewandelt. In unserem Fall ist das Universum selbst der schwarze Körper, und in diesem Sinn kann man davon sprechen, daß das Universum eine Temperatur von drei Grad Kelvin hat.
Die Situation ist vergleichbar mit einem Stein, der mit einer gewissen Anfangsgeschwindigkeit in die Luft geworfen wird. Bei kleinen Geschwindigkeiten erreicht der Stein eine maximale Höhe und fällt dann zurück zu seinem Ausgangsort. Über einer bestimmten kritischen Geschwindigkeit (sie beträgt etwa 11 km/s) besitzt der Stein jedoch genügend kinetische Energie, um die Gravitationsanziehung der Erde zu überwinden und ins Unendliche zu entfliehen. (Anstatt die Geschwindigkeit des Steins zu variieren, könnten wir uns aber auch vorstellen, die Masse der Erde zu ändern: Je größer die Masse, desto größer die erforderliche Fluchtgeschwindigkeit.) Im Fall des Universums ist die Ausgangsgeschwindigkeit durch den Urknall vorgegeben.
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Maor, E. (1989). Das expandierende Universum. In: Dem Unendlichen auf der Spur. Birkhäuser, Basel. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-6145-8_27
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DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-0348-6145-8_27
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