Entstehung unseres universums gab es einen anfang
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Entstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang?. Amand Fäßler, Univ. Tübingen. Wie ist es entstanden?. Fing alles mit dem Urknall an ?. Wie geht es weiter?. Jede Kultur hat versucht die Welt einfach zu verstehen. Anfang der Bibel: „Im Anfang schuf Gott…“

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Presentation Transcript


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Entstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang?

Amand Fäßler, Univ. Tübingen

Wie ist es entstanden?

Fing alles mit dem Urknall an ?

Wie geht es weiter?


Jede kultur hat versucht die welt einfach zu verstehen

Jede Kultur hat versucht die Welt einfach zu verstehen.

Anfang der Bibel: „Im Anfang schuf Gott…“

Empedokles (Agragas):~ 450 v. Ch.

4 Elemente: Erde,Wasser,Luft,Feuer

Kräfte: filia, neikoV

Aristoteles (Athen):~ 350 v. Ch.

Äther = Quinta essentia

Isaac Newton (London): ~ 1687 n. Ch. (Principia)

Kräfte im Himmel = Kräfte auf der Erde

Amand Fäßler, Universität Tübingen


Moderne kosmologie drei s ulen

Moderne Kosmologie:Drei Säulen

Mikrowellen- hintergrund

Expansion des Univers.

Bildung der leicht. Kerne

1964

bis heute

1929

bis heute

~1980

bis heute


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

1. Säule: Expansion unseres Universums:

Woher wissen wir dies?


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Unser Raum dehnt sich aus.

Zeit

Galaxie

Galaxie

Erde

Erde


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

  • Woher wissen wir dies?


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Entdeckung der Expansion des Universums

Cepheiden: Periode der Helligkeit

verbunden mit wahrer Helligkeit

Gemessene Helligkeit ~

wahre Helligkeit/ Abstand2

Geschwindigkeit [km/sec]

Entfernung [Megaparsec]

H0 = H(t0) = 71 [km/sec Mpc]

Geschwindigkeit [km/sec]

Entfernung [Megaparsec]


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Alle Supernovae Explosionen dieses

Types ( Ia) gleich hell.

Gemessene Helligkeit ~

wahre Helligkeit / Abstand2


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Heute: H0 = 71

[km/sec pro Mpc]


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Struktur im Universum

Erde: Durchmesser = d = 13 000 km

Sonne: Entfernung = d = 150 Million km = 1 AU[Astro. Einheit]

Nächster Stern: Proxima Centauri 4,1 Lichtjahre

Durchmesser Milchstr. 100 000 Lichtjahre = 33 000 [psec]

Nächste Galaxie: Andromeda 2.5 Million Lichtjahre

Entfernung zum COMA-Haufen(10 000 Galaxien) = 100 [Mpsec]

Gemittelt über 100 Mpsec: konstante Dichte

Kosmologisches Prinzip: Wir sind nicht an ausgezeichneter Stelle.


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

2. Säule: Kosmische Mikrowellen- (im Maximum 2 mm) Hintergrundstrahlung.

Was ist das und wie sagt dies etwas aus über die Natur des Universums?


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Erklärung durch Theoretiker in Princeton.

Verlangt „Inflationäre“ Expansion

2.726 Kelvin


Temperatur fluktuationen der kosmischen mikrow hintergrundes 1 100 000

Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/100 000

(2002)


Kr mmung des universums

Krümmung des Universums

Ausdehnung bekannt

x

x

x


Anisotropie und kr mmung

Anisotropie und Krümmung

Beobachtete Fluktuationen

Schluß:

Das Universum

ist flach !


Helligkeitsvertlg als fkt rotversch

Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.


Urknall big bang

Urknall = Big Bang

Anstieg der Geraden =

H(heute) = 71[km/(sec Mpc)]

Skalenfaktor a(t)

Abstände ( Zeit)

Hubble Gesetz: v = H(Zeit) d

d = v/H(Zeit)

Zeit

Heute


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte und Anteil der Dunklen Energie.

Accelerating Expansion

Dunkle Materie + Dunkle Energie

Relative Größe des Universums

d = v/H(Zeit)

Contracting Universe

heute

Miliarden Jahre


Diese fakten verlangen

Diese Fakten verlangen:

  • Materie 30 % der Energiedichte des Universums

    ( Energie = Masse * c2 ).

  • Davon leuchtende Materie (Sterne) ~ 0,5 % von total.

  • Von den 30% sind nur 4% bekannte Materie relativ zu total.

  • Unbekannte (Dunkle) Materie ~ 26 %

    Was ist dies ?

  • Was sind die restlichen ~ 70 % ? (Dunkle Energie)

    Energiedichte = Massendichte * c2

  • Das Universum ist etwa 13 bis 14 Milliarden Jahre alt.

Wir wissen nicht was zu

~ 96 % unser Universum füllt.


Dunkle materie im coma haufen

Dunkle Materie im Coma-Haufen

Im Röntgenlicht

Im sichtbaren Licht

10 000 Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt

95 % der Masse in Plasmagaswolke

Dunkle Materie ?

Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären.


Rotation von galaxien

Rotation von Galaxien

Dunkle Materie ?

Was kompensiert die Zentrifugalkraft ?

Faktum

Geschwindigkeit [km/sec]

erwartet

Radius [kiloparcec]


Einstein ringe

Einstein Ringe

Gravitations-Mikrolinsen-Effekt


Einsteins pers nlicher ring

Einsteins persönlicher Ring

  • mit Schwarzem

  • Loch vor dem Mund


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Sie möchten einen direkten Beweis

für Dunkle Materie ? Ich werde

Ihnen einen direkten Beweis geben!

A direct proof for dark matter ?


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts

Dunkle (u. helle) Materie

Helle Materie


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Kollision zweier Galaxien im Röntgenlicht (rosa)

und mit Gravitationslinseneffekt (blau).

Erster direkter Nachweis für Dunkle Materie.


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

z=1

Computer Simulation mit heller und dunkler Materie

Formierung von Galaxienhaufen


Diese bobachtete verteilung der galaxien nur mit sechs bis siebenfacher dunkler materie

Diese bobachtete Verteilung der Galaxien nur mit sechs bis siebenfacher Dunkler Materie.

Galaxien erscheinen vorzugsweise entlang der Filamente orientiert

Beobachtete Verteilung der Galaxien. Konzentriert längs Filamente.


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

70 %

26 %


Dunkle energie betr gt 70 des gewichts des universums

Dunkle Energie beträgt 70 % des Gewichts des Universums

  • Was ist dies?

  • Vakuumenergie?

  • Kurzfristige Teilchen-Antiteilchen-Erzeugung aus dem Nichts?


3 s ule bildung der leichten atomkerne im urknall

3. Säule: Bildung der leichten Atomkerne im Urknall


Bildung der leichten atomkerne im urknall

Bildung der leichten Atomkerne im Urknall

  • Man beobachtet in alten Sternen

  • 75 % Wasserstoff (Protonen)

  • 25 % Heliumatome (Kern: aTeilchen)

  • ( zwei Protonen und zwei Neutronen ).


300 sekunden nach urknall eine milliarde grad kerne stabil

300 Sekunden nach Urknall: Eine Milliarde Grad; Kerne stabil

Elektronen + Protonen  Neutronen + Neutrinos

Da Neutronen schwerer als Protonen:

Zahl(Protonen) : Zahl( Neutronen) = 7 : 1

Bei eine Milliarde Grad (100 keV):

Bildung von Deuterium (pn) -> Helium(2p, 2n)


Massen h ufigkeit der leichten elemente nach dem urknall

Massen-Häufigkeit der leichten Elemente nach dem Urknall

  • Wasserstoff (p) ~ 0,75

  • Helium4 (ppnn) ~ 0,25

  • Deuterium (pn) ~ 0,00004

  • Helium3 (ppn) ~ 0,00001

  • Lithium7 ~ 0,0000000003


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

4*105 J

Inflation

Inflation

Leichte Kerne

Mikrowellen-hintergrund-strahlung

Beschleunigung


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Zusammenfassung:

  • Die Kosmologie ist auf einem hohen Niveau

  • des Nichtwissens: Wir kennen nur 4 % der

  • Energiedichte im Universum.

  • 26 % der Dichte des Universums sind

  • unbekannte Dunkle Materie.

  • 70 % der Dichte des Universums sind

  • Dunkle Energie (mit Druck zur Expansion).


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

Offene Fragen:

  • Was bewirkt die Inflationäre Expansion, die

  • im ganzen Universum die gleiche

  • Temperatur sicher stellt?

  • Was war vor dem Urknall? Kaotisches

  • Ur-Universum?

  • Phasenübergang mit ungeheuerem

  • Energiegewinn?

  • Ist dies mehrmals passiert?

  • Gibt es mehrere Parallel-Universa?


Entstehung unseres universums gab es einen anfang

An was glauben die

Naturwissenschaftler?

  • Dass alles Naturgesetzen folgt.

  • Es wurden noch nie unter Labor-

  • bedingungen Wunder nachgewiesen.

  • (Sind vielleicht im Labor prinzipiell nicht nachzuweisen.)

  • Wir glauben nicht an „Intelligent Design“.

  • Wir können weder die Existenz noch

  • die Nicht-Existenz Gottes beweisen.

ENDE


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