Das Universum

Das Universum ist die Gesamtheit aller Dinge. Im Speziellen meint man damit den Weltraum, auch Weltall oder Kosmos Der Ausdruck Universum wurde von Philipp von Zesen durch den Ausdruck Weltall eingedeutscht. Mit Weltraum wird oft nur der Raum außerhalb der Erdatmosphäre bezeichnet. Da der Übergang von der Erdatmosphäre zum Weltraum fließend ist, existieren mehrere festgelegte Grenzen. Als International anerkannt gilt,das der Weltraum in einer Höhe von 100 Kilometern beginnt. Nach der Definition der NASA beginnt der Weltraum bereits in einer Höhe 
von etwa 80 Kilometern über dem Boden.
Die heute allgemein anerkannte Theorie zur Beschreibung der großräumigen Struktur des Universums ist die allgemeine Relativitätstheorie von 
Albert Einstein.
       

Alter und Zusammensetzung

Die heute weithin anerkannte Urknalltheorie geht davon aus, dass das Universum in einem bestimmten Augenblick, dem Urknall (Big Bang), aus einer Singularität heraus entstand und sich seitdem ausdehnt. Allerdings bleibt in diesem Modell offen, was vor dem Urknall war und wodurch er verursacht wurde. Zeit, Raum und Materie sind jedoch gemäß der Urknalltheorie erst mit dem Urknall entstanden. Dadurch wird der Frage nach dem „davor“ die Grundlage entzogen, denn einen Raum, in dem etwas hätte stattfinden können, gab es vor dem Urknall (per Definition) nicht. 
 
                                    
    Sehr alter Sternenhaufen                                      Die Geburt eines Sterns.
                                                                                                                          

       Das Alter des Universums ist aufgrund von Präzisionsmessungen des Satelliten WMAP mit 13,7 Milliarden Jahren relativ genau abschätzbar. Dieses Alter kann auch durch Extrapolation von der momentanen Expansionsgeschwindigkeit des Universums auf den Zeitpunkt, an dem das Universum in einem Punkt komprimiert war, berechnet werden. Diese Berechnung hängt aber stark von der Zusammensetzung des Universums ab, da Materie bzw. Energie durch Gravitation die Expansion verlangsamen. Die bisher nur indirekt nachgewiesene Dunkle Energie kann die Expansion allerdings auch beschleunigen. So können verschiedene Annahmen über die Zusammensetzung des Universums zu verschiedenen Altersangaben führen. Durch das Alter der ältesten Sterne kann eine untere Grenze für das Alter des Universums angegeben werden. 
                               
       Geburtsstätte für Sterne                                          Ein alter Sternen Nebel

Sämtliche Berechnungen für das Alter des Universums setzen voraus, dass der Urknall tatsächlich als zeitlicher Beginn des Universums betrachtet werden kann, was wegen Unkenntnis der physikalischen Gesetze für den Zustand unmittelbar nach Beginn des Urknalls nicht gesichert ist. Zwar kann ein statisches Universum, das unendlich alt und unendlich groß ist, ausgeschlossen werden, nicht jedoch ein dynamisches unendlich großes Weltall. 

Eine riesige Gaswolke.
Geburtsstätte für Sterne.

Ausserhalb der Galaxie beträgt die Materiedichte etwa ein Wasserstoff-Atom pro Kubikmeter, innerhalb von Galaxien ist sie jedoch wesentlich höher. Desgleichen ist der Raum von Feldern und Strahlung durchsetzt. Die Temperatur der Hintergrundstrahlung beträgt derzeit 2,7 Kelvin (also etwa −270 °C). Sie entstand 380.000 Jahre nach dem Urknall und wird auch als Geburtsschrei unseres Universums bezeichnet. Das Universum besteht nur zu einem kleinen Teil aus uns bekannter Materie und Energie (4 %), von der wiederum nur 10 % Licht aussendet und dadurch sichtbar ist; den größten Teil macht eine, durch eine Vielzahl von Beobachtungen indirekt nachgewiesene, aber bis heute weitgehend unverstandene „dunkle Materie“ (23 %) und die „dunkle Energie“ (73 %) aus, die für die beschleunigte Expansion verantwortlich ist.. 
Die Gesamtmasse des sichtbaren Universums liegt zwischen 8,5 · 10⁵² und 10⁵³ kg. 


Man nimmt an, dass es zusätzlich Dunkle Energie gibt, die dann auch eine Masse trägt. In der Theorie wird diese durch ihre antigravitative Wirkung (Massenabstoßung) ausgezeichnet. Mit ihr versucht man zu erklären, warum es nicht zum gravitativen Kollaps kommt (s. „Big Crunch“).

 

Die Spiralarme sind heller als  der Rest 

Form und Ausdehnung

Die Anschauung könnte die Vermutung nahelegen, dass aus der Urknalltheorie eine „Kugelform“ des Universums folge; das ist jedoch nur eine von mehreren Möglichkeiten. So wurden neben einem flachen unendlichen Universum viele andere Formen vorgeschlagen. 


Der Orion-Nebel

Es  wird von einer euklidischen Geometrie (einem flachen Universum) und einem unendlichen Volumen des Universums ausgegangen. Das unendliche Volumen ist nicht zwingend, da es gegenwärtig nur möglich ist, eine untere Grenze für die Ausdehnung des Universums anzugeben. Es ist davon auzugehen,dass das Universum größer als 78 Milliarden Lichtjahre ist. Wichtig ist der Unterschied zwischen Unendlichkeit und Unbegrenztheit: Auch wenn das Universum ein endliches Volumen besitzen würde, so wäre es dennoch unbegrenzt. Leicht anschaulich lässt sich dieses Modell folgendermaßen darstellen: eine Kugeloberfläche (Sphäre) ist endlich, besitzt aber keinen Mittelpunkt und ist unbegrenzt (man kann sich auf ihr fortbewegen, ohne jemals einen Rand zu erreichen). So wie eine zweidimensionale Kugeloberfläche eine dreidimensionale Kugel umhüllt, kann man, falls das Universum nicht flach sondern gekrümmt ist, sich den dreidimensionalen Raum als „Rand“ eines höherdimensionalen Raums vorstellen. Wohlgemerkt dient dies lediglich der Veranschaulichung, denn das Universum ist in der klassischen Kosmologie nicht in einen höherdimensionalen Raum eingebettet.

                         
     Crebula-Nebel                                                                     Crebula-Nebel

Gegenwärtige astronomische Beobachtungsdaten erlauben es nicht, das Universum von einem euklidischen Universum zu unterscheiden. Die bisher gemessene Energiedichte des Universums liegt also so nahe an der kritischen Dichte, dass die experimentellen Fehler es nicht ermöglichen, zwischen den drei grundlegenden Fällen zu unterscheiden.


Crebula-Nebel

Dunkle Energie beeinflusst weiterhin die Expansionseigenschaften des Universums. So führt ein großer Anteil von Dunkler Energie dazu, dass ein sphärisches Universum nicht in sich zusammenstürzt, oder ein flaches Universum immer weiter beschleunigt. Bestimmte Formen der Dunklen Energie können sogar dazu führen, dass das Universum lokal schneller als Lichtgeschwindigkeit expandiert und so in einem Big Rip auseinandergerissen wird, da keine Wechselwirkungen zwischen Teilchen mehr stattfinden können.


Eagle-Nebel

                    Konsequenzen eines unendlichen Raumzeitvolumens

Die Annahme eines Universums mit einem unendlichen Raumzeitvolumen wirft einige Fragen nach den erkenntnistheoretischen Konsequenzen dieser Annahme auf. Hier spielt besonders das Anthropische Prinzip eine Rolle, wie es z.B. von Brandon Carter formuliert wurde.^.Danach muss in der vorsichtigsten Interpretation - zumindest die Notwendigkeit der Existenz eines Beobachters bei der Interpretation astronomischer Daten berücksichtigt werden; d.h. Beobachtungsdaten sind nicht notwendigerweise repräsentativ für das gesamte Universum.
                               
 
   Eta-Carinae-Nebel

Beispiele für Folgerungen, welche verschiedentlich daraus geschlossen wurden, sind etwa, dass ein lokal scheinbar lebensfreundliches Universum im Ganzen extrem lebensfeindlich sein kann, oder dass selbst extrem unwahrscheinliche, aber mögliche Ereignisse sich in einem solchen Universum unendlich oft ereignen müssten.


^.In neuerer Zeit hat der Physiker Max Tegmark darauf hingewiesen, dass aus dem gegenwärtigen Standardmodell des Universums zusammen mit der Quantentheorie folge, dass im Durchschnitt alle Meter eine „Zwillingswelt“ existieren müsse. Einige der genannten Konsequenzen ergeben sich allerdings schon bei Universen mit endlichem, aber hinreichend großem Volumen.

  Schicksal des Universums:
In sehr ferner Zukunft wird es nur noch ein leeres,dunkles und starres Universum geben.
Selbst die letzten Schwarzen Löcher,werden in sich zusammen fallen und nicht mehr existieren.
Es wird dunkel sein.
Bis "vielleicht zum nächsten "Big Bang"
Denn ob sich das Universum ewig ausdehnt, oder sich irgentwann wieder zusammen zieht,ist noch nicht geklärt. 
                                               

      Das Universum ist leer und dunkel
                           .