Astronomie

Die Geburt der modernen Kosmologie

Vor der Entstehung der modernen Kosmologie glaubten die Menschen, dass die Welt flach ist, und sie wussten nicht viel über die Kosmologie.

Bevor Isaac Newton eine Erklärung der Schwerkraft lieferte, waren alle kosmologischen Modelle ziemlich lokal. Das bedeutet, dass sie versuchten, das Verhalten der Körper zu beschreiben, aus denen das Sonnensystem besteht, aber sie gingen nicht auf das Wissen über das Universum als Ganzes ein.

Im Jahr 1755 veröffentlichte der deutsche Philosoph Emanuel Kant sein Werk „Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels“, in dem er die Idee vertrat, dass es sich bei den am Nachthimmel sichtbaren Nebeln um andere Galaxien handeln könnte, die der unseren ähnlich sind.

Die Geburt der modernen Kosmologie

Erst 1610 entdeckte Galilei, dass das als Milchstraße bekannte Himmelsband aus einer enormen Anzahl einzelner Sterne besteht. Dies war natürlich auch das Ergebnis eines Mangels an Wissen über den Inhalt des Universums.

Newton vertrat jedoch die Ansicht, dass die Komponenten, aus denen unser Universum besteht, einander anziehen müssten, da seine Regel der Anziehung überall gilt, auch wenn er diese Komponenten nicht vollständig kannte.

Da die Anziehungskraft aller Körper das Universum an einem einzigen Punkt kollabieren lassen müsste, schlussfolgerte er, dass ein statisches Universum nicht denkbar sei, und kam folglich zu diesem Schluss.

Isaac Newton hatte die Vorahnung, dass das Vorhandensein einer universellen Abstoßungskraft das Gleichgewicht des Universums aufrechterhalten könnte, obwohl nachgewiesen worden war, dass eine solche Kraft sehr instabil wäre und es unmöglich machen würde, das Erscheinungsbild des Universums über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.

Die Geburt der modernen Kosmologie
Die Geburt der modernen Kosmologie

Darüber hinaus war er der Meinung, dass die Verteilung der Materie im Universum, wenn man sie von einem ausreichend großen Maßstab aus betrachtet, den Eindruck erwecken sollte, dass sie gleichmäßig ist.

Auch Kants kosmologisches Paradigma wurde hervorgehoben. Obwohl es äußerst qualitativ und in vielerlei Hinsicht fehlerhaft war, enthielt es eine Reihe von Konzepten, die physikalisch fundiert waren.

Zum Beispiel unterstützte es die Idee, dass sich die Materie in einer hierarchischen Art und Weise zu immer größeren Einheiten zusammenballt (dieses Verhalten ist gegenwärtig in der Existenz von Sternensystemen, Galaxien, Galaxienkonglomeraten und Superkonglomeraten usw. sichtbar).

Darüber hinaus argumentierte er für das Vorhandensein einer geheimnisvollen abstoßenden Kraft, die das Universum von sich selbst fernhält und es davor bewahrt, in sich selbst zu kollabieren.

Die Geburt der modernen Kosmologie durch Einstein

Erst mit dem Erscheinen der Allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 kann die Kosmologie als vollständige wissenschaftliche Disziplin betrachtet werden, d. h. als eine Disziplin, die in der Lage ist, ein theoretisch gültiges Modell zu erstellen und Vorhersagen zu treffen, die mit Beobachtungen verglichen werden können.

Albert Einstein selbst entwickelte 1917 sein kosmologisches Modell und leitete damit die Entstehung der modernen Kosmologie ein.

Die Geburt der modernen Kosmologie
Die Geburt der modernen Kosmologie

Wie Newton war sich auch der deutsche Physiker darüber im Klaren, dass ein Universum, das nur aus „normaler“ Materie besteht, nicht statisch sein kann, da die universelle Anziehungskraft schließlich zu einem Zusammenbruch der gesamten Materie in einem einzigen Punkt führen würde. Newton wagte es kaum, die Existenz einer abstoßenden Entität unbekannten Ursprungs zu verteidigen.

Einstein, bewaffnet mit der Gleichung, die seinen Namen trug, ging weiter und beschloss, sie zu ändern.

Hat Einstein den Grundstein für die moderne Kosmologie gelegt?

Vor Einstein war die Kosmologie im heutigen Sinne noch nicht sehr weit fortgeschritten. Die große Mehrheit der Wissenschaftler mied sie. Man war der Meinung, dass sich nur Philosophen oder vielleicht Theologen mit diesem Thema befassen sollten. Man braucht nicht einmal einen mathematischen Hintergrund, um Kosmologie zu studieren.

Einstein zeigte jedoch, wie der mathematische Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie genutzt werden kann, um das Ziel der Charakterisierung des Kosmos zu erreichen. Seine Hypothese lieferte eine Methode für die genaue Untersuchung der Kosmologie, die sowohl in der Physik als auch in der Mathematik eine solide Grundlage hat.

Einstein stellte die Formel auf, mit der die Kosmologie zu einem Bereich wissenschaftlicher Forschung wurde, statt zu einem Bereich von Vermutungen.

Die Tatsache, dass Einsteins 1917 veröffentlichter Artikel die Geburt der modernen Kosmologie einleitete, ist unbestritten.

Noch bevor er die Entwicklung seiner neuen Theorie abgeschlossen hatte, machte sich Einstein bereits Gedanken darüber, wie sie sich auf die Kosmologie auswirken würde. Am Ende war die allgemeine Relativitätstheorie eine Theorie, die sowohl Raum als auch Zeit in ihrer Gesamtheit umfasste.

Die Geburt der modernen Kosmologie
Die Geburt der modernen Kosmologie

Einsteins Arbeit zeigte, dass die Schwerkraft, die treibende Kraft, die die Architektur des Universums formt, nichts anderes als eine Verzerrung der Geometrie der Raumzeit ist, die durch das Vorhandensein von Masse und Energie verursacht wird.

Der gesamte Kosmos müsste sich so verhalten, wie es die Gleichung der allgemeinen Relativitätstheorie verlangt, da Raumzeit und Masse/Energie praktisch alles erklären.

Das Newtonsche Gravitationsgesetz hat in diesem speziellen Aspekt Schwierigkeiten verursacht. Wenn jede Masse jede andere Masse anziehen würde, wie Newton erklärt hatte, dann hätte sich die gesamte Materie im Kosmos einfach zu einem einzigen riesigen Klumpen zusammenfalten müssen.

Newton postulierte, dass der Kosmos grenzenlos und vollständig mit Materie angefüllt sei, so dass die Anziehungskraft der uns näheren Materie durch die Anziehungskraft der weiter entfernten Materie ausgeglichen werde. Allerdings war niemand von dieser Erklärung wirklich überzeugt.

Zum einen setzt sie eine extrem perfekte Anordnung voraus: Wenn ein Stern aus seiner Position gerät, wird das Gleichgewicht der Anziehungskräfte gestört, und das Universum würde untergehen. Außerdem ist eine unendliche Anzahl von Sternen erforderlich, was eine Erklärung für den düsteren Nachthimmel schwierig macht.

Einstein erwartete, dass seine Gravitationstheorie eine Antwort auf die kosmologischen Rätsel der Newtonschen Gravitation geben würde.

In den ersten Monaten des Jahres 1917, also weniger als ein Jahr nach der Veröffentlichung seines umfassenden Artikels über die allgemeine Theorie, legte er der Preußischen Akademie der Wissenschaften einen kurzen Bericht vor, in dem er die Auswirkungen seiner Theorie beschrieb und die Geburtsstunde der modernen Kosmologie einleitete.

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