Donnerstag, 12. September 2013

Wissenschaftler: Beschleunigte Ausdehnung des Universums könnte optische Täuschung sein


Archiv: Das Universum in einer Ausbreitung von einer Milliarde Lichtjahren (307 Mpc) um die Erde herum mit lokalen Superhaufen und Voids (Illu.). | Copyright: Richard Powell, CC-by-SA 2.5

Helsinki (Finnland) - Seit rund 100 Jahren ist bekannt, dass sich das Universum ausdehnt. Seit etwa Jahren jedoch zeigen astronomische Beobachtungen - beispielsweise weit entfernter Galaxien - dass sich weit entfernte Objekte im Universum mit zunehmender Entfernung offenbar schneller von uns fortbewegen. Um dieses Verhalten zu erklären, haben Kosmologen bereits mehrere theoretische Szenarien entwickelt - unter anderem das Konzept der sogenannten Dunklen Energie und damit einer noch nicht eindeutig nachgewiesenen Kraft, die das Universum auseinandertreibt. Finnische Wissenschaftler haben nun einen gänzlich neuen Erklärungsansatz für die Beobachtungen präsentiert und vermuten, dass es sich nur um eine optische Illusion handelt. Schuld an dieser Täuschung seien Regionen die in ihrem Innern größer sind als sie von außen betrachtet erscheinen. Tatsächlich könnten bereits gemachte astronomische Beobachtungen die exotische Theorie der Forscher schon heute stützen.

Mit Bezug auf die britische Kult-TV-Serie "Dr. Who" bezeichnen die Forscher um Mikko Lavinto von der University of Helsinki diese Regionen in ihrem vorab auf "arXiv.org" veröffentlichten Artikel als "Tardis Regionen", da die in der Serie sogenannte Tardis-Raum-Zeit-Maschine des Dr. Who genau diese Eigenschaft besitzt: Während sie von außen wie ein in London gewöhnliches Polizei-Notrufhäuschen erscheint, offenbaren sich bei durchschreiten der Türen im Innern unerwartet zahlreiche und geräumige Zimmer.


Um die ungleichmäßige Ausdehnung des Universums zu erklären, haben sich Kosmologen und andere Wissenschaftler bereits verschiedene Theorien ausgedacht: So wurde unter anderem bereits darüber spekuliert, dass die Gravitation selbst über die unvorstellbar großen kosmischen Entfernungen schwächer werden könnte und so entsprechend entfernte Objekte schneller beschleunigen. Die derzeit populärste Theorie bedient sich hingegen eines gänzlich hypothetischen Konstrukts, der sogenannten Dunklen Energie - deren physikalische Interpretation jedoch weitgehend noch ungeklärt und ihre Existenz experimentell nicht nachgewiesen wurde - die das Universum auseinandertreiben lassen soll.


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Lavinto und Kollegen hingegen vermuten nun jedoch, dass die beschleunigte Ausdehnung des fernen Universums nichts anderes als eine optische Illusion sei, die von besagten Tradis-Regionen verursacht werde.

Zu dieser Theorie kamen die Forscher anhand einer recht einfachen Vorgehensweise: Sie bedienten sich des Standardmodells des sich ausdehnenden Universums und tauschten bestimmte Regionen der Raum-Zeit (also der Struktur des Universums) gegen Regionen aus, die zwar die gleiche Oberfläche jedoch ein deutlich größeres Volumen aufweisen: "Wir haben einen Teil der Raum-Zeit entfernt und an gleicher Stelle Regionen eingefügt, die gerade so in das entstandene Loch passen, jedoch einen größeren Rauminhalt besitzen als die entfernten Teile", zitiert der "The Physics arXiv Blog" (medium.com/@arxivblog) aus der Arbeit der Forscher.


Tatsächlich sei eine solche Operation möglich, da unterschiedliche Regionen der Raumzeit unterschiedliche Krümmungen aufweisen können. Das Beispiel des Entfernen einer zweidimensionalen runden Scheibe aus einen Brett und das Ersetzen dieser Scheibe durch eine Kugel verdeutlicht dieses Prinzip: Obwohl Scheibe und Kugel den gleichen Durchmesser aufweisen, besitzt die Kugel eine größere Oberfläche, da diese gebogen ist und damit mehr Volumen aufweist.


In einem nächsten Schritt haben Lavinto und Kollegen dann ein Universum berechnet, das genau diese Tardis-Regionen beinhaltet. Wie sich zeigt, nimmt das Volumen dieser Regionen mit zunehmender Ausdehnung des so simulierten Universums schneller zu und erzeugt so den Eindruck als würde das gesamte Universum sich mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnen.


Zudem können die finnischen Wissenschaftler zeigen, dass ihre Tardis-Regionen wie Teile des Universums aussehen würden, die besonders wenig Dichte besitzen. Tatsächlich bestätigen astronomische Beobachtung die Existenz genau solcher Regionen im Universum - sogenannte "Voids". Hierbei handelt es sich um riesige "Leerräumen" zwischen den größeren Strukturen des Universums. Bislang beobachtete Voids haben meist einen Durchmesser von etwa 100 Millionen Lichtjahren. Der bislang größte dieser Dichte-Hohlräume im Universum wurde 2007 im Sternbild Eridanus entdeckt und hat mit einem Durchmesser von etwa einer Milliarde Lichtjahren und damit etwa das tausendfache Volumen der üblichen Voids.



Zugleich widersprechen jedoch andere Aspekte des so simulierten Universums den astronomischen Beobachtungen, wenn beispielsweise das Licht beim Eindringen in eine Tardis-Region deutlich stärker gekrümmt werden sollte, als dies wirkliche Beobachtungen dies zeigen. Wie die Autoren aller anderen kosmologischen Theorien über das Universum, ignorieren Lavinto und Kollegen dieses "kleine Problem" zunächst und setzten ihre Berechnungen so fort, als würde sich das Licht durch die Tardis-Regionen in gleicher Weise fortbewegen als anderswo...


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Quelle: arxiv.org, medium.com/@arxivblog
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