Glaubte Einstein die Erde oder das Universum sei flach?

Eine der Konsequenzen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist, dass der Raum je nach einer Zahl, die wir Omega nennen, gekrümmt oder flach sein kann. Omega steht in Zusammenhang mit der Dichte des Universums, also der Masse pro Raumvolumeneinheit.

Wenn Omega kleiner als eins ist, hat das Universum eine negativ gekrümmte (hyperbolische) Geometrie; wenn Omega größer als eins ist, hat das Universum eine positiv gekrümmte (sphärische) Geometrie; und wenn Omega eins ist, hat das Universum eine euklidische (flache) Geometrie.

Die Erde hat im Wesentlichen eine sphärische Geometrie und keine flache. Das heißt, die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten auf der Erdoberfläche ist keine gerade Linie, sondern ein gekrümmter Pfad (Kreis), der als Geodäte bezeichnet wird. Uns erscheint die Erde stellenweise flach, aber wir wissen genau, dass sie keine Fläche, sondern eine Kugel ist. Angenommen, Sie beginnen Ihren Weg genau nach Osten auf dem Äquator.

Gehen Sie weiter und irgendwann landen Sie wieder dort, wo Sie angefangen haben. Dies kann auf einer flachen Fläche nicht passieren. Gehen Sie auf einer unendlich flachen Fläche immer geradeaus und Sie werden nie wieder an Ihren Ausgangspunkt zurückkehren.

Nun geht die Frage zum Universum. Wir können es nur lokal betrachten, aber wenn wir irgendwie „außerhalb“ davon gelangen könnten, was würden wir sehen? Wie wäre die Geometrie? Einstein sagte, es sei möglich, dass das Gefüge des Universums gekrümmt sei. Er zeigte, dass der Raum um Materie herum gekrümmt oder gekrümmt ist – ein Effekt, der experimentell bestätigt wurde.

Aber ist die Geometrie des gesamten Universums von Natur aus gekrümmt oder flach? Wenn es gekrümmt wäre, könnten Sie irgendwo im Universum beginnen, sich in einer geraden Linie bewegen und nach einer ausreichend langen Zeit dorthin zurückkehren, wo Sie begonnen haben.

Der aktuelle wissenschaftliche Konsens ist, dass sich das Universum (der Weltraum) infolge einer gewaltigen „Explosion“ bei der Geburt unseres Universums – dem Urknall – ausdehnt. Die Krümmung des Universums hat wichtige Auswirkungen auf seine Zukunft.

Eine Krümmung impliziert eine Ausdehnung für alle Zeiten (offen), eine andere impliziert, dass die Ausdehnung eines Tages aufhören und ein Kollaps (ein Big Crunch) stattfinden wird (geschlossen).

Der Urknall hinterließ ein verräterisches Zeichen – Strahlungswellen, die das Universum durchdringen (die sogenannte kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB)). Das Studium der CMB ist eine Möglichkeit, die Geburt des Universums sowie seine Geometrie zu erforschen.

Bis vor kurzem war die CMB nicht detailliert genug kartiert worden, um Rückschlüsse auf die Geometrie des Universums zu ziehen. 1998 führte eine Zusammenarbeit von Physikern aus aller Welt die Experimente „Boomerang“ und „Maxima“ durch, die diese detaillierte Karte lieferten. Zwei unabhängige Forschungsteams schickten Mikrowellenteleskope auf Höhenballons in die Luft und führten die bis dato genauesten Messungen der CMB durch.

Obwohl die Experimente nur 3 % des Universums untersuchten, ist das zentrale Ergebnis ein Hinweis darauf, dass das Universum nicht gekrümmt, sondern flach ist. Dies bedeutet, dass sich das Universum für immer ausdehnen wird (es sei denn, unser Schöpfer greift ein). Es wird keinen Big Crunch geben und die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten ist keine Geodäte, sondern eine gerade Linie.

Um die vollen Konsequenzen der von Boomerang und Maxima gesammelten Daten zu verstehen, sind natürlich weitere Analysen erforderlich, aber die Entdeckung, dass ein Big Crunch unwahrscheinlich ist, ist eine der bedeutendsten in der Geschichte der Physik.

Fazit:

Mir ist nicht bekannt, dass Einstein tatsächlich dachte, die Erde sei flach. Vielleicht verwirrt Sie die Terminologie, die in wissenschaftlichen Angelegenheiten oft eine bestimmte Bedeutung hat. Also …

Einstein dachte, das Universum sei statisch, und fügte seinen Gleichungen einen Begriff namens Kosmologische Konstante hinzu, um dies zu ermöglichen. Später bezeichnete er dies als seinen größten Fehler, aber jetzt stellt sich heraus, dass es vielleicht doch kein Fehler war!

Das Flachheitsproblem betrifft das Universum, nicht die Erde. Obwohl es noch unklar ist, scheint es wahrscheinlich, dass das Universum flach ist. Aber Vorsicht vor dem Wort „flach“! In diesem Kontext bedeutet es nicht ganz dasselbe wie normalerweise, wenn es (zum Beispiel) auf ein Stück Papier angewendet wird.

Es bedeutet tatsächlich eine Zukunft, die sehr fein ausbalanciert ist zwischen ewiger Ausdehnung (ein offenes Universum) und Zusammenbruch in sich selbst bis zu einem Punkt unendlicher Dichte (ein geschlossenes Universum).

Mehr über die Innere Erde lesen Sie in „DUMBs 2“ und die Flache Erde in „Antarktis: Hinter der Eiswand“.