Expansion des Universums

Die Expansion des Universums beschreibt eine Veränderung (und zwar eine Ausdehnung) des Universums.

Grundlegende Überlegungen über die Struktur des Universums auf großen Skalen wurden bereits im 18. und 19. Jahrhundert angestellt. Wäre das Universum statisch und unendlich in seiner Ausdehnung, müsste jede Sichtlinie im Universum immer an einem Stern enden und das Universum folglich hell erleuchtet sein. Da solches nicht beobachtet werden kann, muss das Universum nicht-statisch und (potentiell) endlich sein - das ist das olberssche Paradoxon.

Willem de Sitter beschrieb 1917 erstmalig ein sich ausdehnendes Universum.

Der erste direkte Beweis für eine allmähliche Ausdehnung des Universums gelang dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble 1923 durch den Nachweis des Dopplereffekts beim Licht weit entfernter Galaxien. 1929 konnte Hubble nachweisen, dass sich das Weltall ausdehnt. Er stellte fest, dass Galaxien sich umso schneller entfernen, je weiter sie bereits voneinander entfernt sind. Dies konnte er mit Hilfe der Spektralverschiebung des Lichts feststellen: Sehr weit entfernte Galaxien weisen eine Rotverschiebung in Ihrem Spektrum auf (vergleiche dazu:Hubble-Konstante). Diese Erkenntnis führte zu der Annahme des Urknalls, da die Wege der Galaxien zu einem Ursprung zurückverfolgt werden können.

Hatte Einstein noch in seinen Theorien ein statisches Universum postuliert, musste er angesichts dieser damals neuen Erkenntnisse diese Auffassung revidieren.

Lange Zeit war unklar, ob die Expansion

• unendlich fortdauern wird (offenes Universum)
• die Expansion immer langsamer, aber dennoch einen asymptotischen Grenzzustand erreichen wird (ebenes Universum)
• irgendwann zum Stillstand kommt und wieder in eine Kontraktion übergeht (geschlossenes Universum)

Neuere Erkenntnisse zeigen jedoch ein erstaunliches Verhalten: Nicht nur, dass das Universum ständig expandiert, die Expansion beschleunigt sich sogar, der vermutete Endzustand wird als Big Rip bezeichnet. Die genaue Ursache hierfür ist noch unbekannt, es wird jedoch die sogenannte Dunkle Energie als Ursache vermutet. Danach stellt das Vakuum den höchsten Energiezustand dar.

Weitere Überlegungen bezüglich der Expansion des Universums werden in Verbindung mit dem Urknall angestellt. Gegenwärtige Forschungsergebnisse legen nahe, dass das Universum in den schätzungsweise 12 bis 15 Milliarden Jahren seiner Existenz niemals seine jetzige Größe hätte erreichen können, wenn es nicht zu einem sehr frühen Zeitpunkt seiner Entwicklung mit Überlichtgeschwindigkeit expandiert wäre. Diese Expansionstheorien werden Inflationstheorien genannt.

Die Kosmologie versucht, diese Frage zu klären.

Ungewiss ist noch, ob sich das Universum immer weiter ausdehnt, zu einem Stillstand kommt, oder aber irgend wann wieder in sich zusammen fällt. Ausschlaggebend ist hierfür die Masse des aktuellen Universums. Dies führte auch zu der Theorie der dunklen Materie (Fritz Zwicky) und schließlich zu der Entdeckung schwarzer Löcher.