KOSMOLOGIE
Das Universum - ein vierdimensionaler Fußball?
von Rainer Kayser
9. Oktober 2003

Sportschau-Fans wussten es schon immer: das Universum ist ein Fußball, wenn auch ein vierdimensionaler. Die Kosmologen nennen dieses Gebilde einen dodekaedrischen Poincare-Raum und glauben mit der Konstruktion nicht nur sämtliche aktuellen Beobachtungsdaten erklären, sondern auch nachprüfbare Vorhersagen machen zu können.

Nach Auffassung eines internationalen Forschungsteams ist unser Universum nicht nur endlich - nämlich rund 37 Milliarden Lichtjahre groß -, sondern von seltsamer Form: Es ähnelt einem aus Fünfecken zusammengenähten Fußball, wenngleich in vier Dimensionen. Damit, so die Forscher, ließen sich die Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung - einer Art Echo des Urknalls - besser erklären als mit dem Standardmodell eines unendlichen, flachen Kosmos. Die Wissenschaftler beschreiben ihr neues Modell des Universums in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts Nature.

"Seit der Antike haben sich die Menschen gefragt, ob unser Universum endlich oder unendlich ist", erklären die Astronomen um Jean-Pierre Luminet von der Sternwarte Paris, "jetzt, nach mehr als zweitausend Jahren der Spekulation, können wir anhand von Beobachtungsdaten endlich diese Frage beantworten." Anfang des Jahres hatte der Forschungssatellit WMAP die bislang genaueste Vermessung der vom Urknall hinterlassenen Reststrahlung geliefert. Aus den Temperaturschwankungen dieser Hintergrundstrahlung können die Kosmologen mit hoher Genauigkeit ablesen, welche Geometrie unser Kosmos besitzt und woraus er besteht. Es schien wie ein spektakulärer Triumph des Standardmodells: Alle Daten bestätigten, dass unser Universum überwiegend aus Dunkler Materie und Dunkler Energie besteht, unendlich groß ist, und das seine Expansion durch die Dunkle Energie beschleunigt wird.

Alle Daten - bis auf eine Kleinigkeit: Eigentlich sollte ein unendlich großes Universum Temperaturschwankungen auf beliebig großen Skalen erlauben. Doch die WMAP-Daten zeigen keinerlei Schwankungen oberhalb von 60 Grad. Während andere Forscher auf der Suche nach einer Erklärung über unbekannte physikalische Prozesse während des Urknalls nachgrübelten, zogen Luminet und seine Kollegen einen nahe liegenden Schluss: Das Universum ist nicht unendlich sondern endlich - deshalb kann es keine Schwankungen auf Skalen geben, die größer sind als der Kosmos selbst.

Wie aber soll so ein endlicher Kosmos geometrisch aussehen? Als Lösung fiel den Forschern ein "dodekaedrischer Poincare-Raum" ein - ein in eine vierte Dimension hinein gekrümmter Raum, der von zwölf fünfeckigen Flächen begrenzt ist. Diese gekrümmten Dodekaeder wiederholen sich periodisch und bilden so eine Art Hypersphäre. Das dreidimensionale Analogon dafür ist ein Fußball, der aus gekrümmten Fünfecken lückenlos zusammengenäht ist. Dieses Modell passt nicht nur exakt zu den WMAP-Daten, es macht sogar nachprüfbare Vorhersagen. So liegt die Krümmung des Raumes in dem Modell fest. Noch genauere Messungen der Hintergrundstrahlung können also schon bald diesen Wert - und damit auch das Modell selbst - bestätigen oder verwerfen.