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Expansion

Astronomie und AstrophysikThermodynamik und statistische Physik, Ausdehnung, 1) Thermodynamik: die Vergrösserung des verfügbaren Volumens. Die Expansion der Gase wird technisch in Wärmekraftmaschinen genutzt. Gegensatz: Kompression. Plötzliche Expansion stark komprimierter Gase bezeichnet man als Explosion.

2) Astrophysik: die Ausdehnung des Universums. Die Theorie, dass das Universum expandiert, basiert historisch auf zwei Befunden:

a) 1929 entdeckte E.P. Hubble, dass die Spektrallinien in den Spektren von Galaxien eine Rotverschiebung aufweisen. Bis in nicht allzugrosse Entfernungen wächst die Rotverschiebung proportional mit der Entfernung an, wobei die Proportionalitätskonstante die Hubble-Konstante ist. Dieser Effekt der Galaxienflucht wurde später so gedeutet, dass die Galaxien sich deshalb voneinander entfernen, weil sich der Raum ausdehnt. Der Mathematiker G.E. Lemaître leitete aus der Galaxienflucht die Hypothese des Urknalls ab, die lange Zeit umstritten blieb.

b) Aus den Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie hergeleitete Lösungen führen generell auf ein nicht-statisches Universum. Dies wurde schon 1917 von W. de Sitter und 1922 von A. Friedmann bemerkt. Auch Einstein selbst stiess auf diese Tatsache. Da zur damaligen Zeit jedoch fast alle Kosmologen an ein statisches Universum glaubten, fügte Einstein seiner Lösung der Feldgleichungen die kosmologische Konstante hinzu. Für einen bestimmten Wert schien sie ein statisches Universum zu ermöglichen. Genaue Rechnungen zeigten jedoch später, dass dies nicht der Fall ist. Die kosmologische Konstante wird heute wieder zunehmend diskutiert und physikalisch mit der Vakuumenergie identifiziert.

Heute gilt die Expansion des Universums als weitgehend gesichert. Ein weiteres wichtiges Indiz ist die Existenz der Hintergrundstrahlung. Unklar ist jedoch die zeitliche Entwicklung der Expansion seit dem Urknall. Sie hängt vom Weltmodell ab, das durch die mittlere Dichte im Universum und den Wert der kosmologischen Konstanten festgelegt wird.

 

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