Das kosmo­logische Standardmodell

Matthias Bartelmann ist einer der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Kosmologie und hat endlich ein modernes deutschsprachiges Lehrbuch vorgelegt. Es stellt konsequent das aktuelle Modell der Kosmologie dar und gibt interessierten Student*innen und Wissenschaftler*innen einen sehr guten Überblick zum Aufbau und Zustand des kosmologischen Standardmodells. Dabei stellt der Autor die kosmo­logischen Fragestellungen heraus und verzichtet bewusst auf Abschweifungen, z. B. in die Teilchenphysik. Ich würde das Buch Studierenden ab dem 5. Semester empfehlen. Ratsam ist es, parallel Allgemeine Relativitätstheorie und die Grundlagen der Astrophysik zu studieren. Zwar setzt das Buch diese Kenntnisse nicht zwingend voraus, einige Konzepte und Rechnungen dürften für Leser*innen ohne Grundkenntnisse allerdings vom Himmel fallen.

Die ersten vier Kapitel beschäftigen sich mit dem homogenen Universum, also einer über kosmologische Skalen gemittelten Beschreibung des Universums. Bartelmann stellt sowohl die theoretischen Grundlagen als auch die experimentellen und beobachteten Befunde dar. Darunter fallen die Hubble-Lemaître-Expansion und das Alter des Universums, die thermische Geschichte sowie die Ideen von kosmologischer Inflation und Dunkler Energie. Erstaunlich am kosmologischen Standardmodell ist seine Einfachheit auf den größten beobachtbaren Skalen. Seine Vorhersagekraft und Eleganz, aber auch Grenzen und Probleme werden erst durch das Studium von kosmischen Strukturen möglich, denen die restlichen fünf Kapitel gewidmet sind. Nach einem allgemeinen Überblick zur Strukturbildung beschreibt das Buch die Fluktuationen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, um anschließend die Entstehung von Halos (also von der Expansion entkoppelten überdichten Regionen) zu diskutieren. Dabei geht Bartelmann auch auf viele wichtige Details ein. Sehr gut finde ich, dass er die Methoden der Messung von Zwei-Punkt-Korrelationen anspricht oder im Detail darlegt, wie sich die Press-Schechter-Massenfunktion finden lässt. Schließlich geht es um die tatsächlich beobachteten Objekte wie Galaxien und Galaxienhaufen sowie Gravitationslinsen und was wir aus ihnen lernen können.

Das Buch ist übersichtlich gestaltet und gibt Hinweise für eigene Rechnungen und weitere Nachforschungen. Die Bilder und Grafiken illustrieren den Text ausgezeichnet. Trotz enormer Themenbreite kommt das Buch mit 275 Seiten aus, inklusive Stichwortverzeichnis und Literaturverzeichnissen am Ende der Kapitel. Daher deckt Matthias Bartelmann ganz bewusst einige Themen nicht ab. So leitet er die kosmologische Störungstheorie nicht rigoros her und diskutiert nicht die diversen Kandidaten der Teilchenphysik für Dunkle Materie.
Das Standardmodell hat offene Ränder und die kosmologische Forschung viele offene Fragen. Dieses Buch macht das klar und regt neue Fragen an. Ich kann die Lektüre allen angehenden Kosmolog*innen wärms­tens empfehlen.

Prof. Dr. Dominik Schwarz,
Fakultät für Physik, Universität Bielefeld