Kosmologie

Die Kosmologie (altgriechisch κοσμολογία, kosmología, „Lehre von der Welt“) ist die Wissenschaft, die sich mit dem Universum als Ganzem beschäftigt, also vor allem dem Ursprung, der Entwicklung und der grundlegenden Struktur des Kosmos. Sie ist ein Teilgebiet der Astronomie,^[1] das in enger Beziehung zur Astrophysik steht.

Die heutige Kosmologie beschreibt das Universum durch Anwendung physikalischer Theorien, wobei für die großen Skalen insbesondere die Allgemeine Relativitätstheorie wichtig ist, für die kleinsten die Quantenphysik. Allgemein anerkannt wird, dass das Universum zu einem Zeitpunkt vor etwa 13,75 Milliarden Jahren extrem dicht und heiß war, daraufhin wuchs und sich so zu seinem derzeit beobachteten Zustand entwickelte. Für den Extremzustand im sehr frühen Universum sind die bekannten physikalischen Theorien allerdings nicht mehr gültig – insbesondere fehlt eine gültige Theorie der Quantengravitation. Die damaligen Ereignisse sind derzeitigen Theorien also noch nicht zugänglich. Aus dem aktuellen Standardmodell für die Entwicklung des Universums (Lambda-CDM-Modell) wird häufig geschlossen, dass das Universum damals in einer Singularität begonnen habe, dem sogenannten Urknall.

Ausgangspunkt der Modellbildung sind astronomische Beobachtungen der Verteilung und der Eigenschaften von Galaxien im Universum. Zu den kosmologisch relevanten messbaren Gegenständen gehören die Häufigkeiten der durch die primordiale Nukleosynthese entstandenen leichtesten Elemente (Wasserstoff, Helium und Lithium) sowie die kosmische Hintergrundstrahlung, die etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde, als die Temperatur des sich ausdehnenden Universums so weit abgesunken war, dass neutrale Atome existieren konnten. In der weiteren Folge entwickelte sich aus kleinen Dichtefluktuationen durch die Wirkung der Gravitation die großräumige Verteilung der Galaxien und Galaxienhaufen, die durch Klumpung, Filamente und dazwischenliegende Leerräume (Voids) charakterisiert ist und auf größten Skalen zunehmend homogen wird. Die Kosmologie erfasst außerdem die großskalig gemessen geringe Krümmung des Raumes, dazu die raumzeitliche Isotropie und Homogenität des Kosmos im Ganzen,^[2][3][4] die numerischen Werte der Naturkonstanten und die Häufigkeitsverteilung der chemischen Elemente.

Wichtige Instrumente zur Erforschung des Universums werden heute von Satelliten und Raumsonden getragen, bspw. das James-Webb-Weltraumteleskop, Hubble, Chandra, Gaia und Planck.

1. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen astlex.
2. ↑ Robert Osserman, Rainer Sengerling: Geometrie des Universums. Von der Göttlichen Komödie zu Riemann und Einstein, Vieweg, 1. Aufl., 1997, S. 112
3. ↑ Hans Joachim Störig: Knaurs moderne Astronomie. Droemer Knaur, 1992, S. 271
4. ↑ Hans Klapdor-Kleingrothaus, Kai Zuber: Teilchenastrophysik. Teubner, 1997, S. 111