Warum sind umfassende Theorie zur Entstehung des Weltalls noch so jung?

Hallo Consti2306,

anhand dieser Frage kann man sich eigentlich sehr schön klar machen, wie viel Entdeckungen und wirklich diffizile langweilige Klein-Kleinarbeit in dem stecken, was man dann als spannende und beeindruckend bunte "Doku" im Fernsehen sieht.

Um die Idee mit dem Urknall zu haben, waren eine ganze Reihe von Entdeckungen nötig. Man muss zum Beispiel

• wissen, dass die Milchstraße nur eine von sehr, sehr vielen Galaxien ist
• messen können, wie weit die anderen Galaxien von uns weg sind
• bemerken, dass sich die anderen Galaxien alle von uns entfernen

Und noch einiges mehr, aber beschränken wir uns einmal auf nur diese Punkte.

Außer der Andromeda sind alle anderen Galaxien zu lichtschwach als dass wir sie mit bloßem Auge sehen können. Also brauchst Du als erstes mal ein Teleskop. Vorher geht gar nichts. Damit beginnt die Erforschung des Weltalls erst so richtig im 17. Jahrhundert.

Dann braucht es ein paar Jahrzehnte, um etwas ganz, ganz wichtiges zu begreifen: Die Sterne, die wir da oben sehen, die folgen den selben Kraftgesetzen, die wir hier unten auch untersuchen können. Diese Idee stammt von Newton, der seine Kraftformeln einfach auf die Planeten überträgt und als erster die Planetenbahnen herleiten kann. Mit der ersten Vorhersage der Rückkehr eines Kometen durch Halley Mitte des 18. Jahrhunderts setzt sich das heliozentrische Weltbild und die Bedeutung der Physik in der Astronomie eigentlich erst durch. Man hat zumindest verstanden, wie das Universum vor der Haustüre aussieht.

Man beginnt, den Sternhimmel systematisch mit Teleskopen zu betrachten und alle interessanten Objekte zu erfassen. Messier erstellt im 18. Jahrhundert seinen berühmten Katalog, in dem er "Nebel" einträgt, die selbst im Teleskop nicht scharf erscheinen, sondern als diffuse Fleckchen.

Zu diesem Zeitpunkt geht man davon aus, dass die Milchstraße das ganze Universum ausfüllt und der Raum einigermaßen gleichmäßig mit Sternen gefüllt ist. Das Universum gilt als statisch und unendlich unveränderlich.

Erst Anfang des 20. Jahrhunderts macht Henrietta Swann Leavitt eine zufällige Entdeckung: Sie bemerkt, dass bei einer bestimmten Klasse veränderlicher Sterne (also Sterne, die periodisch ihre Helligkeit verändern) ein mathematischer Zusammenhang besteht zwischen ihrer Periode und ihrer absoluten Helligkeit. Das sind die sogenannten "Cepheiden-Veränderlichen" und die Geschichte findest Du hier

http://www.leifiphysik.de/astronomie/weltall/entfernung-cepheiden-methode

Wenn man aber weiß, wie hell ein Objekt ist, kann man aus der hier bei uns ankommenden Helligkeit seine Entfernung bestimmen. Mit dem Cepheidengesetz hat und Henrietta Swan Leavitt eine sogenannte "Standardkerze" geschenkt - Wir können sie benutzen, um die Entfernung zu bestimmen.

Diese Entdeckung war 1912 und schon 1919 hat man sie anwenden können, um die Entfernung zu Kugelsternhaufen zu bestimmen: Man schaut nach Cepheidenveränderlichen im Kugelsternhaufen und misst deren Periode. Daraus berechnet man die absolute Helligkeit und vergleicht diese mit der bei uns gemessenen Helligkeit.

Das heißt, zu diesem Zeitpunkt war erstmals überhaupt möglich, zu entdecken, dass einige der Messier-Objekte nicht zur Milchstraße gehören. Bereits 1914 hat Shapley das für den "Andromedanebel M31" vermutet, denn es war aus anderen Messungen bekannt, dass sich dieses Objekt auf uns zu bewegt.

Man hatte entdeckt, dass das Licht einer bewegten Lichtquelle rotverschoben ist, wenn sie sich von uns weg bewegt und blau, wenn sie sich auf uns zu bewegt. Seit 1912 wusste man, dass das Licht des Andromedanebels blau verschoben ist.

1917 gelang es erstmals im damals leistungsstärksten Teleskop auf dem Mount Wilson einzelne Sterne im Andromedanebel aufzulösen. Man konnte jetzt also mit der Suche nach Cepheiden darin beginnen. 1923 gelang Hubble eine erste grobe Entfernungsbestimmung, die eindeutig zeigte, dass der Andromedanebel nicht zur Milchstraße gehören kann, sondern ein eigenständiges Sternensystem ist.

Im Laufe der 1920er gelang das für einige - rund 20 - "nahe" Galaxien. Gleichzeitig beobachtete man auch die Dopplerverschiebungen der Galaxien und stellte überrascht fest, dass sich alle außer der Andromeda von uns entfernen. 1929 veröffentlichte Hubble seine berühmte Gerade: Je weiter die Galaxien weg sind, desto schneller entfernen sie sich von uns.

1931 veröffentlichte Lemaître die erste Idee eines "Urknallmodells", das sich aber in der damaligen Formulierung noch ziemlich von dem unterschied, was wir heute darunter verstehen.

Da die Daten damals noch recht fehlerbehaftet waren, hatte das neue, revolutionäre Modell natürlich Schwierigkeiten, zu überzeugen und sich durchzusetzen. Überhaupt stammt der Name "Urknall" von den Kritikern des Modells.

In den 1940ern rechnete man aus, dass eine Vorhersage des Urknallmodells wäre, dass das Universum von einer gleichmäßig aus allen Richtungen stammenden "Hintergrundstrahlung" erfüllt sein müsste; eine Art "Nachhall" des Momentes, in dem das junge Universum so stark abgekühlt war, dass es durchsichtig wurde. Diese Strahlung wurde für einer Temperatur von unter 4 Kelvin vorhergesagt. Das liegt im Radiowellenbereich.

1964 entdeckten Penzias und Wilson diese Hintergrundstrahlung unbeabsichtigt mit ihrer Hohlantenne. Sie hilten das nicht verschwindende Rauschen sogar zuerst für einen Messfehler - und krochen in die Hohlantenne, um Taubendreck abzukratzen, in der Hoffnung, das Rauschen dadurch los zu werden. Wurden sie nicht, was sie zu weiteren Nachforschungen veranlasste, was da stören könnte. Schließlich bekamen sie dann den Nobelpreis für die Entdeckung der kosmologischen Hintergrundstrahlung.

Erst mit dieser Messung und weiteren in den 2 Jahrzehnten danach hat sich das Urknallmodell wirklich durchsetzen können. Neuere Messungen haben es immer wieder mit hoher und höher werdender Präzession bestätigt.

Trotzdem ist seine genau Formulierung, vor allem, was die ersten Sekunden des Universums betrifft, immer noch Gegenstand aktueller Untersuchungen. Erst mit den größten Teleskopen entdeckt man die Standardkerzen sehr weit entfernter Galaxien (das sind dann auch andere Standardkerzen, Supernovae vom Typ Ia). Und erst die Satelliten COBE, WMAP und PLANCK haben um die 2000er die Anisotropien (also winzige Unregelmäßigkeiten) in der Hintergrundstrahlung vermessen, aus denen wir enorm viel über die Geschichte des jungen Universums, über die im Universum enthaltene Materie und auch über die neu entdeckte "Dunkle Materie" und "Dunkle Energie" lernen.

Die Modelle sind also so jung, weil man erst Wissen ansammeln muss. Das stellt man dann mit einer neuen Generation Messgeräte auf die Probe und erhält mit jeder neuen Generation Messgeräte auch einen vertieften Blick ins Universum. So steht im Moment die Gravitationswellenastronomie am Anfang und könnte uns in wenigen Jahrzehnten viele Einblicke liefern, die wir heute nicht mit in die Modelle einschließen können. Es bleibt spannend.

Grüße

Weil die Techniken und Forschungsgeräte,  die die neuen Phänomene sichtbar machen können, erst seit kurzem verfügbar sind.

Teleskope und Astrofotografie, die ferne Galaxien und deren Rotverschiebung sichtbar machen können, gibt es erst seit ca. 100 Jahren.

Galaxien mit extremer Rotverschiebung nahe an der Grenze des sichtbaren Universums sind erst seit Indienststellung von Weltraumteleskopen wie z.B. Hubble beobachtbar.

Die Hintergrundstrahlung konnte erst in den 1960er Jahren nachgewiesen werden.

Die Messung der Rotationsgeschwindigkeit von Galaxien ist auch erst seit einigen Jahrzehnten zuverlässig möglich.

Tatsächlich hat das Weltraumteleskop einen regelrechten Boost an neuen Phänomenen und den daraus folgenden Erklärungsversuchen verursacht.

Die verhältnismäßig exakte Bestimmung der Hubble-Konstante ist erst vor dreißig Jahren gelungen und wurde bis vor kurzem immer weiter verfeinert. Die Feststellung, dass die Hubble-Konstante über die Zeit hinweg eben nicht konstant war, fällt in die jüngste Vergangenheit.

Besondere Beobachtungen, die die Existenz der Dunklen Materie erhärten, sind erst in den letzten fünf bis zehn Jahren gelungen (Bullet-Galaxie).

Weil man dazu halt schon einiges über Astronomie und Teilchenphysik wissen muss.halb ist die Schlusdsfolgerung genau umgekehrt.

Die Theorien sind nicht deshalb so jung, weiln die Wissenschaftler zu dumm waren sie früher zu entdecken, sondern weil die Wissenschaftler in den letzten 100 Jahren soviel entdeckt haben, konnten sie solche Theorien aufstellen.

Menschen haben schon immer in die Sterne geguckt und als faszinierend erlebt.

Oft haben aber Religionen und Glaubensüberzeugungen dafür gesorgt, dass sich die Frage nach der Entstehung gar nicht stellt (im Alten Testament der Christen: "Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde" - die Sterne sind Teil des Himmels, Frage geklärt!). Das Hinterfragen der Glaubenssätze wurde verfolgt und als Ketzerei (Kritik an Gott) verunglimpft.

Das Drängen der Naturwissenschaften im 15. und 16. Jahrhundert bis zum Durchbruch (I. Newton: unabhängig von der Theologie) rückte die Erde aus dem Zentrum des Universums und gab den Blick frei für die Fragen nach Bedeutung und Entstehung des Universums.

Hinzu kommt, dass es, um die Sterne nicht als Lichtpunkte, sondern als Himmelskörper wahrzunehmen, Möglichkeiten zur systematischen Beobachtung und Analyse braucht. Diese sind teilweise erst vor kurzem (wenigen Jahrhunderten oder Jahrzehnten) geschaffen worden - sowohl technisches als auch mathematischer Art.

Viel Erfolg!

Weil die Menschheit noch so jung ist. Wir sammeln immer noch viele Informationen und werten diese aus.

Und wir werden wohl nie aufhören lernen zu müssen, ...