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Grundwissen

Kosmologie und Standardmodell

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Kosmologie beschäftigt sich mit dem derzeitigen Aufbau und der zeitlichen Entwicklung, also der Geschichte des Universums
  • Das sog. Standardmodell der Kosmologie ist die anerkannteste Theorie über die Entwicklung des Universums und geht von einem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus.

Der Begriff Kosmologie

Die Kosmologie beschäftigt sich mit dem Ursprung und der Entwicklung des Universums als Ganzem. Sie ist ein Teilgebiet der Astrophysik und ihr Name leitet sich aus dem griechischen kosmologia (κοσμολογια), der Lehre von der Welt her.

Die Kosmologie versucht, das Universum mittels physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu beschreiben. Dabei kann zwischen zwei verschiedenen Aspekten unterschieden werden:

  1. Der Beschreibung des derzeitigen Aufbaus des Universums. Dieser ist durch die Verbesserung und Erweiterung der Beobachtungsmethoden (z.B. durch Satelliten) verhältnismäßig gut beobachtbar bzw. bestimmbar.
  2. Die Beschreibung der zeitlichen Entwicklung, also der Geschichte und der Zukunft des Universums und seiner Teile. Diese beruht auf Erkenntnissen aus Simulationen auf Supercomputern, Experimenten in den Versuchslabors auf der Erde und in erheblichem Maße aus den uns im Weltall angebotenen Zuständen weit entfernter Objekte (Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen, etc.). Da das Licht von diesen Objekten bis zu uns je nach Entfernung zur Erde unterschiedlich lange unterwegs war, sehen wir heute Zustände aus unterschiedlichen Zeitpunkten der Geschichte des Universums. Wenn wir heute ein weit entferntes Objekt beobachten, so beobachten wir den Zustand dieses Objekts vor Millionen bzw. Milliarden Jahren, weil das Objekt Millionen oder Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist. Durch Beobachtung ähnlicher Objekte in unterschiedlichen Entfernungen von der Erde können wir so unterschiedliche Zeitpunkte der Entwicklung solcher Objekte sehen und auf diese Weise auf die zeitliche Entwicklung eines solchen Objekts Rückschlüsse ziehen.

Standardmodell

Das Standardmodell der Kosmologie ist die heute anerkannteste kosmologische Theorie über die Entwicklung des Universums. Das Standardmodell beschreibt viele beobachtete Phänomene und gründet sich im Wesentlichen auf zwei Theorien: Einerseits dem Standardmodell der Teilchenphysik, also einem Gebiet, dass sich mit den Kräften und Wechselwirkungen von Atomen, Atomkernen und anderen Elementarteilchen befasst und andererseits der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein. Weiter geht es von der Universalität der Naturgesetze aus. Es setzt also voraus, dass die auf der Erde bzw. von der Erde aus bestimmten Naturgesetze überall im Universum gelten. Ebenso legt das Modell das sog. kosmologische Prinzip zugrunde: Das Weltall ist bezogen auf große Distanzen homogen - es stellt sich also für einen Beobachter immer gleich dar, egal an welchem Punkt im Universum er sich befindet, und das Universum ist isotrop - es stellt sich für einen Beobachter unabhängig von seiner Beobachtungsrichtung immer gleich dar. Das kosmologische Prinzip gilt natürlich nur für sehr große Distanzen. Der ungleichmäßig verteilte Sternenhimmel zeigt anschaulich, dass das Prinzip auf kurze Distanzen nicht gilt.

Homogen heißt aber nicht, dass die Materie gleichmäßig verteilt ist. Die Galaxien sind entlang eines kosmischen Netzwerks von Filamenten aufgereiht, an deren Verbindungen große Galaxienhaufen zu finden sind. In den Zwischenräumen befinden sich Leerräume, in denen sich fast ausschließlich dünn verteiltes, heißes Gas befindet.

Das Standardmodell geht davon aus, dass vor etwa 13,8 Milliarden Jahren der sog. Urknall stattfand. Von diesem Ausgehend entwickelte sich das Universum fortlaufend bis zu seiner derzeitigen Form.