Kosmologie


Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Theoretische Physik

Beschreibung:


Die Kosmologie ist die Theorie des Universums und dessen Entwicklung. Da kosmologisch betrachtet die Schwerkraft die dominante Wechselwirkung darstellt, ist die Kosmologie in erster Näherung eine spezielle Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Da das Universum auf sehr großen Skalen homogen ist, kann es theoretisch als eine spezielle, symmetriereduzierte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen beschrieben werden. Die bekannteste Lösung, welche homogene und isotrope Raumzeiten beschreibt, ist die Friedmann-Robertson-Walker (FRW) Lösung. Auf sehr großen Skalen (Galaxie-Cluster und Supercluster) modelliert die FRW-Lösung das Universum sehr gut und beschreibt insbesondere auch dessen Ausdehnung. Dennoch gibt das Universum noch zahlreiche Rätsel auf. Lediglich 5% des Materieinhalts des Universums besteht aus den uns bekannten Formen der Materie. Circa 25% des Materieinhalts setzt sich aus einer ominösen „Dunklen Materie“ zusammen und ca. 70% aus „Dunkler Energie“. „Dunkel“ bezieht sich dabei auf die Tatsache, dass wir keine Kenntnis über deren Zusammensetzung besitzen.



Zudem weisen kleine Inhomogenitäten und Anisotropien in der Materieverteilung und der kosmologischen Hintergrundstrahlung (CMB) darauf hin, dass die FRW-Lösung nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann. Die Satelliten-Missionen WMAP und PLANCK haben hierzu die Verteilung des CMB vermessen. Im kosmologischen Standardmodell werden diese Inhomogenitäten durch Quantenfluktuationen eines sog. Inflatonfeldes erklärt. Dieses Inflatonfeld stellte den Inhalt des Universums in seinen Anfängen dar und zerfiel im weiteren Verlauf in die uns heute bekannten Materiekomponenten des Universums. Die weiterführende Geschichte des Universums ist ein Zusammenspiel von gravitativen Wechselwirkungen und den Wechselwirkungen des Standardmodells. Dies legt nahe, dass auch in der Kosmologie Materiefelder der Quantenfeldtheorie berücksichtigt werden sollten. Deren Rückreaktionen mit der Gravitation sollten insbesondere in frühen Zeiten des Universums eine Rolle spielen.



Zuletzt aktualisiert 2018-24-10 um 15:25