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Alternative Kosmologie

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Die Alternative Kosmologie versucht Probleme des Standardmodells der Kosmologie durch alternative Ansätze zu lösen.

Problem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das gegenwärtig favorisierte wissenschaftliche Bild von der Struktur und der Dynamik des Kosmos ist nicht frei von Widersprüchen und kann nicht alle wesentlichen Beobachtungen befriedigend interpretieren. Deshalb gibt es alternative Vorstellungen zu den Eigenschaften des Universums. Diese sind zum Teil spekulativ oder gründen sich noch auf Modellvorstellungen, die bereits entwickelt wurden, bevor für das heutige Weltbild wesentliche Beobachtungen und Modelle vorlagen. Zum Teil setzen sich diese alternativen kosmologischen Ansätze aber auch mit bis heute vorhandenen Diskrepanzen zwischen Beobachtungsdaten und dem aktuellen Standardmodell auseinander.

Empirische Basis[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die grundlegenden Eigenschaften unseres Universums können wegen der großen Entfernungen und langen Zeiträume nicht direkt experimentell erforscht werden. Erkenntnisse zur Entwicklung des Universums als Ganzem kommen erst durch das Zusammenspiel von astronomischen und astrophysikalischen Beobachtungen und Messungen, physikalischen Experimenten auf der Erde und theoretischen Modellentwicklungen, Analysen und Berechnungen zustande.

Das Standardmodell der Kosmologie wird heute durch die Interpretation der kosmologischen Rotverschiebung als Ausdruck der Expansion des Weltalls bestimmt. Diese Interpretation impliziert, dass sich das Weltall als Ganzes in einem irreversiblen Entwicklungsprozess befindet. Wegen der Einmaligkeit und dem historischen Charakter dieser Entwicklung ist die kosmologische Entwicklung als Ganzes nicht einer klassischen empirischen Forschung zugänglich und deshalb spekulativ. Die Modelle zur Beschreibung haben jedoch einen sehr hohen heuristischen Wert, da sie sich auf eine große Fülle von Einzelbeobachtungen stützen.

Probleme des Standardmodells[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Trotz weitreichender Erklärungsmöglichkeiten treten Probleme und Widersprüche zwischen dem Modell und manchen Beobachtungsdaten auf. Dazu gehört z.B., dass

  • die mittlere Energiedichte im Universum um viele Größenordnungen niedriger ist, als auf Grund von quantenmechanischen Vakuumfluktuationen erwartet wird.
  • manche Objekte in den Beobachtungen älter erscheinen als das Gesamtalter des Universums.
  • für die Frühphase der kosmischen Entwicklung laut Inflationstheorie ein Szenario des lawinenartigen Anwachsens von Raum und Energie angenommen werden muss, um die heutige Beschaffenheit des Universums zu erklären.
  • ein homogenes und isotropes Universum angenommen wird, was – wenn überhaupt – lediglich auf die räumliche Verteilung des kosmischen Mikrowellenhintergrundes zutrifft.
  • Bewegungs- und Intensitätsdaten weit von der Erde entfernter Objekte nur durch die Beschleunigung der kosmischen Expansion gedeutet werden können.
  • offensichtlich eine Asymmetrie zwischen den Mengen der Elementarteilchen und ihrer Antiteilchen existiert, aber theoretisch eine Symmetrie zu erwarten wäre.
  • das Modell sehr sensibel auf kleine Änderungen in den physikalischen Grundkonstanten reagiert und deshalb wenig robust gegenüber möglichen Schwankungen ist.

Alternative Ansätze[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Astrophysiker Hans-Jörg Fahr diskutiert in mehreren Büchern die Argumente für und gegen eine kosmische Expansion. Im Ergebnis stellt er die Deutung der kosmologischen Rotverschiebung als kosmologische Expansion generell in Frage.

Ein früher Ansatz zur Deutung der kosmischen Rotverschiebung bestand in der Auffassung, dass das Licht auf dem Weg durch den Raum „ermüden“ könnte, das heißt, dass jedes Photon durch Energieabgabe an seine Umgebung mit der Zeit Energie verliert und dadurch die Rotverschiebung verursacht wird, ohne dass dazu eine Expansion des Raumes erforderlich wäre. Für einen solchen Energieverlust in einem als statisch angenommenen Universum gibt es jedoch außerhalb der Rotverschiebung keine Hinweise. Demgegenüber entspricht die unter der Annahme einer kosmologischen Expansion verursachte Dehnung der Wellenlänge der propagierenden Photonen durchaus einer „Alterung“ der Photonen, wobei diese „kosmologische Alterung“ universell ist und für Photonen jeder Frequenz jeweils den gleichen Energieverlustbetrag pro Schwingungsperiode betrifft.

Auf den Astronomen und Astrophysiker Fred Hoyle geht die sogenannte „steady-state-Hypothese“ zurück, nach der sich das Weltall zwar ausdehnt, sich jedoch durch einen Massenzuwachs im Inneren die lokalen Verhältnisse – insbesondere die Materiedichte und -verteilung – im Wesentlichen nicht ändern. Versuche, einen solchen Massenzuwachs nachzuweisen blieben jedoch bislang erfolglos.

Für die Modellierung des kosmischen Geschehens ist es  entscheidend, ob es räumliche oder zeitliche Abweichungen bei einzelnen bisher als konstant angenommenen Größen gibt. Für die Kosmologie sind dabei neben den fundamentalen Naturkonstanten wie etwa den Planckgrößen auch die Konstanz der Massen und der Ladung der Elementarteilchen und der Feinstrukturkonstante von zentraler Bedeutung. Die Annahme einer allmählichen Änderung solcher „Konstanten“ führt zu spekulativen Vorstellungen, die versuchen sowohl eine inflationäre Phase in der kosmischen Evolution als auch das Postulat einer Beschleunigung in der kosmischen Expansion zu vermeiden. Sowohl für die Überprüfung und Bestätigung des Standardmodells als auch für die Beurteilung von Ansätzen einer Alternativen Kosmologie ist deshalb die möglichst präzise Bestimmung von Naturkonstanten von zentraler Bedeutung.

Neben kosmologischen Alternativen, die von einer Kritik am Standardmodell ausgehen, gibt es auch weiterreichende Modell-Entwicklungen, die auf dem Standardmodell aufsetzen. Diese machen Konsequenzen für die Struktur des Universums deutlich, die sich aus dem Zusammenspiel von Relativitätstheorie und Quantentheorie ergeben könnten und entwerfen Vorstellungen und Szenarien, die bis über die Grenzen des beobachtbaren Universums hinausreichen.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • B. Bryson: Eine kurze Geschichte von fast allem (München 2004)
  • H. J. Fahr: Mit oder ohne Urknall (Heidelberg 1995)
  • L. Randell: Verborgene Universen (Frankfurt/M. 2006)
  • S. Weinberg: Cosmology (Oxford 2008)

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