Das aktuelle Standardmodell des Universums, Lambda-Cold Dark Matter, geht davon aus, dass sich das Universum gemäß dem geometrischen Begriff Lambda ausdehnt – der die kosmologische Konstante in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie darstellt. Man könnte annehmen, dass Lambda dunkle Energie repräsentiert, eine mysteriöse Kraft, die eine beschleunigte Expansion der Raumzeit antreibt, wie wir heute wissen. Kalte Dunkle Materie wird dann als das Gerüst angesehen, das der Verteilung der sichtbaren Materie in großem Maßstab im Universum zugrunde liegt.
Aber um einen vernünftigen Versuch zu machen, zu modellieren, wie das Universum ist – und wie es sich in der Vergangenheit entfaltet hat und sich in Zukunft entwickeln wird – müssen wir zunächst davon ausgehen, dass es überall ungefähr gleich ist.
Dies wird manchmal als bezeichnet Kosmologisches Prinzip die besagt, dass die Eigenschaften des Universums, wenn sie in einem ausreichend großen Maßstab betrachtet werden, für alle Beobachter gleich sind. Dies erfasst zwei Konzepte – das vonIsotropie, was bedeutet, dass das Universum überall ungefähr gleich aussieht (alsoSie) schauen undHomogenität, was bedeutet, dass die Eigenschaften des Universums ungefähr gleich aussehen fürirgendeinBeobachter, wo immer sie sind und wohin sie schauen. Homogenität ist etwas, von dem wir nicht erwarten können, dass es jemals durch Beobachtung bestätigt wird – daher müssen wir davon ausgehen, dass der Teil des Universums, den wir direkt beobachten können, ein faires und repräsentatives Beispiel für den Rest des Universums ist.
Eine Einschätzung der Isotropie ist zumindest theoretisch möglich in unserem vergangenen Lichtkegel. Mit anderen Worten, wir schauen in das Universum und erhalten historische Informationen darüber, wie es sich in der Vergangenheit verhalten hat. Wir gehen dann davon aus, dass sich die Teile des Universums, die wir beobachten können, bis in die Gegenwart konsistent und vorhersehbar verhalten haben – auch wenn wir dies erst nach längerer Zeit bestätigen können. Aber von allem außerhalb unseres Lichtkegels können wir nicht erwarten, jemals etwas darüber zu erfahren, und daher können wir nur immer davon ausgehen, dass das Universum durchgängig homogen ist.
Sie nehmen eine Position in der Raumzeit ein, von der aus ein Teil des Universums in Ihrem vergangenen Lichtkegel beobachtet werden kann. Sie können auch einen Fackelstrahl nach vorne in Richtung eines Teils des zukünftigen Universums richten – in dem Wissen, dass dieser Lichtstrahl eines Tages ein Objekt erreichen kann, das in Ihrem zukünftigen Lichtkegel liegt. Sie können jedoch nie wissen, was gerade an einer entfernten Position im Weltraum passiert - weil es auf der 'Hyperoberfläche der Gegenwart' liegt. Bildnachweis: Aainsqatsi.
Maartens entwickelt, um ein Argument dafür zu entwickeln, warum es vernünftig sein könnte, anzunehmen, dass das Universum homogen ist. Wenn das Universum, das wir beobachten können, im Laufe der Zeit ein konsistentes Maß an Isotropie aufweist, deutet dies stark darauf hin, dass sich unser Teil des Universums in einer Weise entfaltet hat, die damit vereinbar ist, dass es Teil eines homogenen Universums ist.
Die Isotropie des beobachtbaren Universums kann stark impliziert werden, wenn Sie in eine beliebige Richtung schauen und feststellen:
• konsistente Stoffverteilung;
• konsistente Massengeschwindigkeiten von Galaxien und Galaxienhaufen, die sich durch universelle Expansion von uns entfernen.
• konsistente Messungen des Winkeldurchmesserabstands (wobei Objekte gleicher absoluter Größe in größerer Entfernung kleiner erscheinen – bis zu einer Entfernung von Rotverschiebung 1,5, wenn sie beginnen, größer zu wirken – siehe hier); und
• konsistente Gravitationslinsen durch großräumige Objekte wie galaktische Haufen.
Diese Beobachtungen stützen die Annahme, dass sowohl die Materieverteilung als auch die zugrunde liegende Raum-Zeit-Geometrie des beobachtbaren Universums isotrop ist. Wenn diese Isotropie für alle Beobachter gilt, dann stimmt das Universum mit der Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)-Metrik . Dies würde bedeuten, dass es homogen, isotrop undin Verbindung gebracht– damit Sie überall hinreisen können (einfach verbunden) – oder es könnte Wurmlöcher haben (mehrfach verbunden) Sie können also nicht nur überall hinreisen, sondern es gibt auch Abkürzungen.
Dass das beobachtbare Universum hatimmerisotrop war – und wird es wahrscheinlich auch in Zukunft bleiben – wird stark durch Beobachtungen der kosmischer Mikrowellenhintergrund , die bis in eine feine Skala isotrop ist. Wenn dieselbe Isotropie für alle Beobachter sichtbar ist – dann ist, ist und wird wahrscheinlich auch das Universum homogen sein.
Schließlich, Maartens appelliert an die Kopernikanisches Prinzip – was sagt, dass nicht nur wirnichtdas Zentrum des Universums, aber unsere Position ist weitgehend willkürlich. Mit anderen Worten, der Teil des Universums, den wir beobachten können, kann durchaus eine faire und repräsentative Stichprobe des weiteren Universums sein.
Weiterführende Literatur: Maartens Ist das Universum homogen?