Reboukliert sich das Universum? Diese Methode könnte den Nachweis erbringen

Wissenschaftler untersuchen die Möglichkeit nicht-trivialer oder exotischer Topologien des Universums, um bestimmte Anomalien zu erklären, die im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) beobachtet wurden, so eine neue Studie, die in Physical Review Letters veröffentlicht wurde.


Unser kosmologisches Modell des Universums, das auf Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie basiert, geht im Allgemeinen davon aus, dass das Universum flach ist. Es sagt jedoch nichts über die Topologie des Universums aus: Ist es unendlich, hat es Schleifen usw.? Die Studie der PRL konzentriert sich auf diesen Aspekt und die Möglichkeit, dass die aktuellen Modelle und gesammelten Daten mit dem Vorhandensein dieser exotischen oder nicht-trivialen Topologien vereinbar sind.

Diese Forschung ist Teil der COMPACT-Kollaboration, einem internationalen Team von Wissenschaftlern. Professor Glenn D. Starkman von der Case Western Reserve University in Ohio hat die Arbeit des Teams erörtert. Er äußerte sein Interesse an der Möglichkeit, dass das Universum eine "interessante" Topologie aufweist, obwohl dies oft als exotisch angesehen wird.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist eine sehr homogene elektromagnetische Strahlung, die in alle Richtungen des Himmels beobachtet wird und deren Emissionspeak im Mikrowellenbereich liegt. Bereits in den 1940er Jahren als Überrest des Urknalls vorhergesagt, wurde sie 1965 versehentlich entdeckt.

Nach dem Urknall war das Universum eine Suppe aus fundamentalen Teilchen und Gasen bei extrem hohen Temperaturen und Drücken. Beim Abkühlen bildeten die Teilchen Atome, wodurch die Photonen sich frei bewegen konnten, was die Ausbreitung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds markierte, der als "Überbleibsel" des Urknalls gilt.


Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist überall vorhanden und im Allgemeinen gleichmäßig in der Temperatur. Kleine Schwankungen und Anomalien konnten jedoch bisher nicht erklärt werden. Die Forscher der PRL-Studie schlagen vor, dass diese Anomalien durch nicht-triviale Topologien des Universums erklärt werden könnten.

Topologie ist ein Zweig der Mathematik, der sich mit der Form und Struktur von Objekten befasst. Die Regeln der Topologie unterscheiden sich von denen der Geometrie, aber die Geometrie beeinflusst die Topologie. Die Geometrie definiert, wie der Raum gekrümmt ist, während die Topologie die Konnektivität des Raums definiert, mit Kurven oder Schleifen.

Professor Starkman erklärte, dass das Universum wie ein altes Videospiel sein könnte, bei dem das Verlassen der rechten Seite des Bildschirms Sie auf der linken Seite wieder erscheinen lässt, was als mehrfach verbunden bezeichnet wird.

Wenn das Universum mehrfach verbunden wäre, würden wir passende Temperaturringe beobachten, da das Licht von einer Quelle zwei verschiedene Wege nehmen und den Beobachter aus zwei Richtungen erreichen könnte. Allerdings wurden bisher keine Beweise für das Vorhandensein dieser Ringe gefunden.

Die Forscher schlagen zusätzliche Methoden vor, um diese Topologie nachzuweisen, insbesondere Änderungen in den statistischen Mustern der Temperaturschwankungen in den CMB-Daten und in der großräumigen Struktur des Universums. Diese Nachweise erfordern enorme Rechenleistung und den Einsatz von maschinellen Lernalgorithmen, um die Berechnungen zu beschleunigen.

Professor Starkman hofft, dass die Forschung zur kosmischen Topologie nach einer zehnjährigen Pause wieder aufgenommen wird.