M6 Kosmische Expansion und kosmischer Mikrowellenhintergrund

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist der Skalenfaktor des Universums, zusammen mit der Reliktstrahlung, die die Erinnerung an seine Frühgeschichte bewahrt.

Das Hubble-Gesetz besagt, dass sich Galaxien mit einer Geschwindigkeit von uns entfernen, die direkt proportional zu ihrer Entfernung ist, mit einer Proportionalitätskonstante von etwa 70 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec Entfernung. Die Tatsache, dass diese Proportionalität so konstant gilt, bedeutet, dass sich der Skalenfaktor des Universums seit dem Urknall um den Faktor Tausend vergrößert hat.

Die Friedmann-Gleichung beschreibt wiederum, wie sich dieser Skalenfaktor in Abhängigkeit von der Gesamtdichte des Universums, seiner Krümmung und der kosmologischen Konstante entwickelt.

Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung ist die Reliktstrahlung, die freigesetzt wurde, als Protonen und Elektronen erstmals rekombinierten und Photonen sich dadurch zum ersten Mal in der Geschichte des Universums frei bewegen konnten. Die Tatsache, dass diese Strahlung kleinste Temperaturschwankungen bewahrt, bedeutet, dass genau diese Schwankungen die Keimzellen aller nachfolgenden großräumigen Strukturen bilden und die kodierte Information über Materiedichte, Baryonendichte, Expansionsrate und die Gesamtgeometrie des Universums in sich tragen.

Die primordiale Nukleosynthese, die in den ersten drei Minuten der Geschichte des Universums stattfand, erzeugte die heute beobachteten Häufigkeiten von Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium, bestimmt durch die damals herrschende Baryonendichte. Dass diese Häufigkeiten unabhängig voneinander durch Beobachtung bestätigt wurden, untermauert dasselbe Modell, das bereits die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung beschreibt. Vom Skalenfaktor des Universums, mit dem dieses Dokument beginnt, bis zu jener unabhängigen Bestätigung am Ende, über das Hubble-Gesetz, die Friedmann-Gleichung und die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung hinweg, bedeutet die kosmische Expansion, dass die gesamte Geschichte des Universums, von seinen Anfängen bis zu seiner heutigen Größe, zweimal unabhängig voneinander in derselben Reliktstrahlung und denselben primordialen Häufigkeiten festgehalten ist.

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