Klaus Becker

Das Buch bespricht ausgew hlte Themen aus den Wis-sensgebieten Astronomie und Kosmologie. Erkennt-nisse dieser Wissenschaften werden in unseren Schulen nur ansatzweise gelehrt. Ziel des Buches ist es deshalb, nicht nur in bescheidenem Umfang Wissen zu vermitteln und Interesse zu wecken. Und das nicht nur bei Sch lern, auch bei Erwachsenen. Es kann fehlende Wissensgrundlagen sicher nicht ersetzen und will und kann auch nicht mit den unz hligen im Netz zur Verf gung stehenden Lernhilfen und Lernvideos konkurrieren. In erster Linie soll es deshalb Freude bereiten an den Fragenstellungen der Astronomie und Kosmologie. Die Kosmologie ist die Wissenschaft vom Universum als Ganzem. Sie besch ftigt sich mit dem Anfang, der Entwicklung und mit dem unvermeidbaren Ende unse-rer Welt. Wie ist unsere Welt entstanden, wie alt ist sie und wie gro und wie hat sie sich entwickelt und was passiert mit ihr? Dies sind ihre Fragen. Sie ber hrt damit auch Fragen unserer eigenen Existenz. Obgleich sie diese nicht beantworten kann und auch nicht will, bt sie auf viele Menschen eine besondere Faszination aus. Die Erkl rungen, die sie liefert kommen nicht ohne mathematische und physikalische Kenntnisse aus. Das Buch versucht dabei einen Mittelweg zwischen oberfl chlicher und wissenschaftlicher Darstellung. Die Welt ist nun einmal komplex und nicht geschaffen f r die gro en Vereinfacher. Nik, der kleine Kosmologe ist aber auch ein kleiner Astronom und neugierig auf alles, was sich in diesem Universum abspielt. Auf fremde Monde und Sonnen, Sternenhaufen und Schwarze L cher. Die Besch ftigung mit diesen Themen macht ihn bescheiden und ehrf rchtig vor den Wundern der Natur. Sie sch rfen seine Einsicht, alles tun zu sollen, um unsere winzigen Planeten als Lebensgrundlage f r uns alle zu erhalten.

Das Buch bespricht ausgew hlte Themen der newtonschen bis zur relativistischen Physik Einsteins und der Quantenphysik und nimmt auch Bezug zu Situationen des t glichen Lebens. Ziel des Buches ist es, nicht nur verloren gegangenes Wissen neu oder fehlendes berhaupt erst zu vermitteln. In erster Linie soll es Freude an physikalischen Fragestellungen bereiten. Die Physik ist die Wissenschaft, die in den letzten zweihundert Jahren das Weltbild nachhaltiger ver ndert hat, als alle Religionen und Philosophien bis dahin zusammen. Das Buch ist also nicht gedacht als Rettung vor der drohenden F nf in der n chsten Klassenarbeit. Es soll und kann auch nicht mit den unz hligen im Netz zur Verf gung stehenden Lernhilfen und Lernvideos konkurrieren. Obgleich unsere moderne Welt ohne die naturwissenschaftlichen Erkenntnisse, insbesondere die der Physik und ihre Umsetzungen nicht denkbar ist, haben es viele unserer jungen Menschen verlernt oder auch nie gelernt, die einfachsten physikalischen Wahrheiten zu verstehen. An dieser Situation kann das Buch mit Sicherheit nichts ndern. Aber es ist den Versuch wert, neben Nik, dem kleinen Physiker, wenigstens einen weiteren naturwissenschaftlichen Kopf hinzuzugewinnen.

Das Buch behandelt ausgew hlte Themen aus der Schulmathematik. Es ist nicht gedacht als letzte Rettung vor der drohenden f nf in der n chsten Klassenarbeit. Es soll und kann auch nicht mit den unz hligen im Netz zur Verf gung stehenden Lernhilfen und Lernvideos konkurrieren. Ziel des Buches ist es, verloren gegangenes Wissen neu oder berhaupt erst zu vermitteln, nat rlich auch interessierten Sch lerinnen und Sch lern, in erster Linie aber Freude an dieser wunderbaren Wissenschaft. Ohne Mathematik ist unsere moderne Welt nicht denkbar. Umso erstaunlicher ist es, dass viele unserer jungen Menschen verlernt oder vielleicht auch nicht gelernt haben, mit den einfachsten Rechenoperationen sicher umzugehen. Daran kann das Buch wahrscheinlich nicht viel ndern. Aber der Versuch ist es wert, wenigstens eine Seele zu retten.

Die in den 1930er Jahren entwickelte Urknalltheorie erfuhr erst durch den Nachweis des vorhergesagten kosmischen Mikrowellenhintergrundes im Jahre 1965 eine breite Anerkennung. In der Folge wurden dann aber Probleme entdeckt, die ihr ziemlich zu schaffen machten. Bestimmte Beobachtungen waren mit der Theorie nicht in bereinstimmung zu bringen. So konnte beispielsweise die Gleichf rmigkeit der kosmischen Mikrowellenstrahlung mit der Urknalltheorie nicht erkl rt werden. Im Rahmen des Urknallmodells h tte sich die Gleichf rmigkeit nicht so herausbilden k nnen, wie sie sich nachweislich herausgebildet hat. Ein zweites Problem ergab sich aus der Flachheit des Universums. Die Flachheit des Universums h tte der Theorie folgend von Anfang an auf unvorstellbar viele Nachkommastellen genau festgelegt sein m ssen. Nur geringe Abweichungen davon h tten ein Universum entstehen lassen, das v llig anders ausgesehen h tte, als wir es heute beobachten. Diese aus der Theorie resultierenden Ergebnisse gaben den Kosmologen lange Zeit R tsel auf. Ende der 1970er Jahre entwickelte der US-amerikanische Physiker und Kosmologe Alan Guth die Theorie vom inflation ren Universum, mit der sich die "Urknallprobleme" quasi in Luft aufl sten. Die L sung Guths bestand in einer Erweiterung der Urknalltheorie, die sich mit dem Verhalten des Universums unmittelbar nach dem Urknall besch ftigte. Im sehr fr hen Universum soll sich das Universum nach Guths Erkenntnissen in extrem kurzer Zeit extrem weit aufgebl ht haben. Dieses Verhalten gab der Theorie ihren Namen Inflationstheorie. Physikalisch wird die "inflation re" Expansion auf die "Unterk hlung" eines Energiefeldes zur ckgef hrt, vergleichbar mit hochreinem Wasser, das unter den Gefrierpunkt abgek hlt wird, ohne dass es zun chst gefriert. Das unterk hlte Energiefeld erzeugte eine absto ende Gravitationskraft, die das Universum auf die beschriebene Weise "inflation r" auseinander trieb. Diese Geschichte der kosmischen Inflation ist ziemlich verr c

Das Buch stellt das Standardmodell der Kosmologie vor und besch ftigt sich insbesondere mit der Expansionsdynamik des Universums. Noch Albert Einstein war vor nicht ganz hundert Jahren von einem statischen Universum berzeugt und diesem seinerzeit vorherrschenden Weltbild so verhaftet, dass er seinen eigenen Gleichungen nicht traute. Er ver ffentlichte 1917 sein auf der Allgemeinen Relativit tstheorie basierendes Weltmodell. Seinen Gleichungen hatte er die sogenannte kosmologische Konstante "eingehaucht", die das modellierte Universum statisch werden lie . Der russische Physiker und Mathematiker Alexander Alexandrowitsch Friedmann war es, der 1922 L sungen der einsteinschen Feldgleichungen vorstellte, die ohne kosmologische Konstante auskamen und ein dynamisches Universum in Betracht zogen. Als dann der US-amerikanische Astronom Edwin Hubble Ende der 1920er Jahre die Expansion des Universums tats chlich beobachtete, verwarf Einstein die kosmologische Konstante und nannte sie angeblich die gr te Eselei seines Lebens. Eine Expansion des Universums bedeutete nun aber auch, dass es einen Anfang gegeben haben musste. L sst man n mlich den "Expansionsfilm" zur cklaufen, muss das Universum in der Vergangenheit kleiner, dichter und hei er gewesen sein. Anfang der 1930er Jahre entstand so die Theorie vom hei en Urknall, die aber erst mit der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung im Jahre 1964 eine breite Anerkennung fand. Beinahe bis zur Jahrtausendwende blieb allerdings offen, ob das Universum f r alle Zeiten expandieren oder irgendwann in sich zusammenfallen und durch die Energie des R ckpralls m glicherweise sogar erneut expandieren w rde. 1998 entdeckte man bei der Vermessung weit entfernter Supernovae, was niemand erwartet hatte. Das Universum expandiert seit geraumer Zeit beschleunigt, mit zunehmender Geschwindigkeit also. Diese Entdeckung kam einer kosmologischen Sensation gleich. Sie f hrte zu dem Bild des Universums, dass in dieser Arbeit vorgestellt wird.

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