23.11.07hauptseminar: der urknall und seine teilchen - urknalltheorie1 urknalltheorie martin...

23.11.0723.11.07 Hauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen - UrknalltheorieHauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen - Urknalltheorie 11

UrknalltheorieUrknalltheorieMartin BabutzkaMartin Babutzka


ÜbersichtÜbersicht

Die Urknalltheorie beschäftigt sich mit den Die Urknalltheorie beschäftigt sich mit den Geschehnissen unmittelbar nach dem Urknall – einem Geschehnissen unmittelbar nach dem Urknall – einem unvorstellbarem, aber wissenschaftlich anerkanntem unvorstellbarem, aber wissenschaftlich anerkanntem Ereignis welches, aus einer extrem heißen und dichten Ereignis welches, aus einer extrem heißen und dichten Anfangssingularität, die die Grundlagen für Raum, Zeit, Anfangssingularität, die die Grundlagen für Raum, Zeit, Energie und Materie legte.Energie und Materie legte.

Inhalte des Vortrags:Inhalte des Vortrags: Die "Entdeckung" des UrknallsDie "Entdeckung" des Urknalls Die einzelnen Phasen des UrknallsDie einzelnen Phasen des Urknalls Die Struktur & Stabilität des UniversumsDie Struktur & Stabilität des Universums


1. Die Entdeckung des Urknalls1. Die Entdeckung des Urknalls

Zentrale Fragestellung zum Verständnis:Zentrale Fragestellung zum Verständnis:

"Woher weiß man das?""Woher weiß man das?"


1. Die Entdeckung des Urknalls1. Die Entdeckung des Urknalls

Die Theorie der Kosmos sei aus der Expansion einer Die Theorie der Kosmos sei aus der Expansion einer Singularität entstanden war lange umstritten (der Singularität entstanden war lange umstritten (der englische Name "Big Bang" geht auf den Urknall-Kritiker englische Name "Big Bang" geht auf den Urknall-Kritiker Fred Hoyle zurück der mit dieser Bezeichnung die Fred Hoyle zurück der mit dieser Bezeichnung die Urknalltheorie verspotten wollte). Erst sehr trickreiche Urknalltheorie verspotten wollte). Erst sehr trickreiche Messungen unterstützten die Urknalltheoretiker. Die 5 Messungen unterstützten die Urknalltheoretiker. Die 5 Grundpfeiler sind:Grundpfeiler sind: Die ART als theoretischer VorreiterDie ART als theoretischer Vorreiter Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der Galaxien Die kosmische HintergrundstrahlungDie kosmische Hintergrundstrahlung Die Elementverteilung des UniversumsDie Elementverteilung des Universums Das Alterslimit der SterneDas Alterslimit der Sterne


Die Allgemeine RelativitätstheorieDie Allgemeine Relativitätstheorie

Albert Einstein (1879-1955) veröffentlichte Albert Einstein (1879-1955) veröffentlichte 1916 die allgemeine Relativitätstheorie, 1916 die allgemeine Relativitätstheorie, die eine Wechselwirkung zwischen Masse die eine Wechselwirkung zwischen Masse und der Raum-Zeit beschreibt.und der Raum-Zeit beschreibt. Gravitation ist eine Scheinkraft, Gravitation ist eine Scheinkraft, verursacht durch die Raumkrümmung. verursacht durch die Raumkrümmung. Lässt sich nicht von Beschleunigung Lässt sich nicht von Beschleunigung unterscheiden (Äquivalenzprinzip)unterscheiden (Äquivalenzprinzip) Gravitation beeinflusst Gravitation beeinflusst elektromagnetische Wellen und die elektromagnetische Wellen und die relative Zeitrelative Zeit



Die Feldgleichung der allgemeinen Relativitätstheorie Die Feldgleichung der allgemeinen Relativitätstheorie lautet:lautet:

Dabei ist R der Ricci-Krümmungstensor/-skalar, g der Dabei ist R der Ricci-Krümmungstensor/-skalar, g der metrische Tensor, T der Energie-Impuls-Tensor und metrische Tensor, T der Energie-Impuls-Tensor und Λ die Λ die kosmologische Konstante. Letztere erfand Einstein um kosmologische Konstante. Letztere erfand Einstein um ein statisches Universum zu erhalten.ein statisches Universum zu erhalten.

Insgesamt unterscheidet sich die ART von Newtons Insgesamt unterscheidet sich die ART von Newtons Gravitation über die Krümmung, einem möglichen Gravitation über die Krümmung, einem möglichen Innendruck und die Energie-Masse-Relation E=mc².Innendruck und die Energie-Masse-Relation E=mc².



Die Feldgleichung wurde auf vielfältige Weise gelöst, Die Feldgleichung wurde auf vielfältige Weise gelöst, besonders interessant sind die Lösungen von Alexander besonders interessant sind die Lösungen von Alexander Friedmann und Georges Lemaître.Friedmann und Georges Lemaître.

Alexander Friedmann (1888-1925) verwarf die Alexander Friedmann (1888-1925) verwarf die kosmologische Konstante zu Gunsten eines kosmologische Konstante zu Gunsten eines dynamischen Universums. Erkannte dass das dynamischen Universums. Erkannte dass das Universum in Folge dessen, entweder expandieren oder Universum in Folge dessen, entweder expandieren oder kollabieren muss.kollabieren muss.

Georges Lemaître (1894-1966) unterstützte das Georges Lemaître (1894-1966) unterstützte das dynamische Universum. Fragte nach dem Ursprung des dynamische Universum. Fragte nach dem Ursprung des Universums. Klein und dicht Universums. Klein und dicht „Uratom“ „Uratom“


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der GalaxienEdwin Hubble (1989-1953) Edwin Hubble (1989-1953) gelingt es nicht nur gelingt es nicht nur nachzuweisen, dass die nachzuweisen, dass die Milchstraße nicht die einzige Milchstraße nicht die einzige Galaxie ist, er stellt auch Galaxie ist, er stellt auch aufgrund der Rotverschiebung aufgrund der Rotverschiebung der Galaxien fest, dass sich der Galaxien fest, dass sich diese von uns entfernen und diese von uns entfernen und dies mit einer Geschwindigkeit dies mit einer Geschwindigkeit die proportional zu ihrem die proportional zu ihrem Abstand zu Erde ist.Abstand zu Erde ist.

Hubble-Gesetz:Hubble-Gesetz:


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der Galaxien

Zum Nachweis des Hubble-Gesetzes und Zum Nachweis des Hubble-Gesetzes und zur präzisen Vermessung der Hubble-zur präzisen Vermessung der Hubble-Konstante bedarf es der Abstands- und Konstante bedarf es der Abstands- und Geschwindigkeitsmessung einer weit Geschwindigkeitsmessung einer weit entfernten Galaxie.entfernten Galaxie.

Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt über Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt über die Rotverschiebung der die Rotverschiebung der Wasserstoffspektrallinien. Das Bild zeigt den Wasserstoffspektrallinien. Das Bild zeigt den Vergleich zwischen der Sonne und einem Vergleich zwischen der Sonne und einem weit entfernten Supergalaxiehaufen.weit entfernten Supergalaxiehaufen.


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der GalaxienKeine Relativbewegung zwischen Lichtquelle und Keine Relativbewegung zwischen Lichtquelle und Beobachter.Beobachter.


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der Galaxien

Die Rotverschiebung wird angegeben mit:Die Rotverschiebung wird angegeben mit:

Mit der Dopplerverschiebung folgt:Mit der Dopplerverschiebung folgt:


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der GalaxienAber tatsächlich werden Galaxien selbst nicht durch den Aber tatsächlich werden Galaxien selbst nicht durch den Raum bewegt (wie es beispielsweise die Erde um die Raum bewegt (wie es beispielsweise die Erde um die Sonne tut), sondern sie bewegen sich mit der sich Sonne tut), sondern sie bewegen sich mit der sich ausdehnenden Raum-Zeit (vgl. aufgehendes ausdehnenden Raum-Zeit (vgl. aufgehendes Rosinenbrötchen), welche auch die Rotverschiebung Rosinenbrötchen), welche auch die Rotverschiebung verursacht.verursacht.


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der GalaxienDie Abstandsbestimmung zu anderen Sternen und Die Abstandsbestimmung zu anderen Sternen und Galaxien ist erheblich schwieriger und ungenauer als Galaxien ist erheblich schwieriger und ungenauer als deren Geschwindigkeit. Die Messung basiert immer deren Geschwindigkeit. Die Messung basiert immer darauf, dass man die Soll-Helligkeit eines Objektes oder darauf, dass man die Soll-Helligkeit eines Objektes oder eines Ereignisses in einem bestimmten Abstand kennt und eines Ereignisses in einem bestimmten Abstand kennt und mit der durch Spektroskopie bestimmte Helligkeit auf der mit der durch Spektroskopie bestimmte Helligkeit auf der Erde vergleicht.Erde vergleicht.Mögliche „Standardkerzen“ sind:Mögliche „Standardkerzen“ sind: Cepheiden (pulsierende Sterne)Cepheiden (pulsierende Sterne) Supernovae vom Typ IaSupernovae vom Typ Ia Tully-Fisher RelationTully-Fisher Relation Spektrum + Herzsprung-Russel DiagrammSpektrum + Herzsprung-Russel Diagramm ParallaxenmessungParallaxenmessung Galaxien: Flächenhelligkeit, Galaxien: Flächenhelligkeit, Geschwindigkeitsdispersion, hellsten SterneGeschwindigkeitsdispersion, hellsten Sterne


Die Rotverschiebung der GalaxienDie Rotverschiebung der GalaxienDie Hubble-Konstante ist heutzutage ziemlich genau auf Die Hubble-Konstante ist heutzutage ziemlich genau auf

bestimmt. Der Raum dehnt sich ständig aus bestimmt. Der Raum dehnt sich ständig aus Im Limes Im Limes der Zeit zurückgerechnet ergibt sich eine Singularität des der Zeit zurückgerechnet ergibt sich eine Singularität des Raumes. Der Kehrwert der Hubble-Konstante liefert einen Raumes. Der Kehrwert der Hubble-Konstante liefert einen guten Schätzwert für das Alter des Universums:guten Schätzwert für das Alter des Universums:

Das Hubblesche Gesetz gilt auch von Das Hubblesche Gesetz gilt auch von jedem anderen Beobachtungspunkt des jedem anderen Beobachtungspunkt des Kosmos aus und entspricht damit dem Kosmos aus und entspricht damit dem kosmologischen Prinzip, nachdem es kosmologischen Prinzip, nachdem es im Universum keinen bevorzugten im Universum keinen bevorzugten Beobachtungspunkt gibt.Beobachtungspunkt gibt.


Kosmische HintergrundstrahlungKosmische Hintergrundstrahlung

Wenn das Universum zu einem Anfangszeitraum extrem Wenn das Universum zu einem Anfangszeitraum extrem heiß und dicht war, muss es von Strahlung erfüllt gewesen heiß und dicht war, muss es von Strahlung erfüllt gewesen sein. Und diese Strahlung ist heute noch vorhanden und sein. Und diese Strahlung ist heute noch vorhanden und messbar:messbar:Die kosmische Hintergrundstrahlung.Die kosmische Hintergrundstrahlung.

Diese wurde bereits 1948 durch George Gamow Diese wurde bereits 1948 durch George Gamow vorhergesagt. Experimentell bestätigt wurde sie durch vorhergesagt. Experimentell bestätigt wurde sie durch zufällige Entdeckung durch Arno Penzias und Robert zufällige Entdeckung durch Arno Penzias und Robert Wilson bei einer Antenneneichung 1965 (NP 1978).Wilson bei einer Antenneneichung 1965 (NP 1978).


Kosmische HintergrundstrahlungKosmische Hintergrundstrahlung

Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand bei einer Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand bei einer Temperatur von etwa 3000 K. Durch die Ausdehnung der Temperatur von etwa 3000 K. Durch die Ausdehnung der Raum-Zeit befindet sie sich heutzutage im Mikrowellen- Raum-Zeit befindet sie sich heutzutage im Mikrowellen- Bereich (Bereich (λλmaxmax ≈ 1,8 mm). Das Spektrum entspricht fast ≈ 1,8 mm). Das Spektrum entspricht fast perfekt dem eines schwarzen Strahlers bei T = 2,7 K.perfekt dem eines schwarzen Strahlers bei T = 2,7 K.

Jeder cm³ des heutigenJeder cm³ des heutigenWeltraum-VakuumsWeltraum-Vakuumsenthält im Schnitt 400enthält im Schnitt 400Photonen Hintergrund-Photonen Hintergrund-strahlungstrahlung


Kosmische HintergrundstrahlungKosmische HintergrundstrahlungEs lassen sich auch einige Es lassen sich auch einige Abweichungen von der perfekten Abweichungen von der perfekten räumlichen Isotropie der satelliten- räumlichen Isotropie der satelliten- vermessenen Hintergrundstrahlung vermessenen Hintergrundstrahlung feststellen. Diese sind zum Großteil feststellen. Diese sind zum Großteil durch Eigenbewegung der Milchstraße durch Eigenbewegung der Milchstraße oder Gravitationsverschiebungen oder Gravitationsverschiebungen verursacht.verursacht.

Eine ganz kleine Verschiebung (Eine ganz kleine Verschiebung (ΔT/T = 1/10000) ΔT/T = 1/10000) ermöglicht aber einen Rückblick in die Zeit kurz nach ermöglicht aber einen Rückblick in die Zeit kurz nach dem Urknall – und die Materieschwankungen die diese dem Urknall – und die Materieschwankungen die diese Verschiebungen verursacht haben. Die Messungen Verschiebungen verursacht haben. Die Messungen liefern auch indirekt Alter und Energieverteilung im liefern auch indirekt Alter und Energieverteilung im Universum.Universum.


Elementverteilung des UniversumsElementverteilung des UniversumsEin frühes Universum das extrem heiß und dicht war und Ein frühes Universum das extrem heiß und dicht war und mit viel Strahlung erfüllt war, wird mit Sicherheit in Form mit viel Strahlung erfüllt war, wird mit Sicherheit in Form eines Plasmas vorliegen. Bei einer bestimmten eines Plasmas vorliegen. Bei einer bestimmten Temperatur ist Nukleosynthese möglich – die Temperatur Temperatur ist Nukleosynthese möglich – die Temperatur darf nicht zu hoch sein, sonst werden die Kerne wieder darf nicht zu hoch sein, sonst werden die Kerne wieder zerschlagen, aber auch nicht zu niedrig, sonst kann die zerschlagen, aber auch nicht zu niedrig, sonst kann die Kernfusion nicht stattfinden.Kernfusion nicht stattfinden.

Es war wieder Gamow der diese Theorie als erstes Es war wieder Gamow der diese Theorie als erstes entwickelte. Allerdings ging er zuerst davon aus das sich entwickelte. Allerdings ging er zuerst davon aus das sich in diesem Plasma alle möglichen Elemente gebildet in diesem Plasma alle möglichen Elemente gebildet haben. Genauere Betrachtung der Fusionsprozesse und haben. Genauere Betrachtung der Fusionsprozesse und ihrer Energien ergeben dass sich hauptsächlich Helium-4 ihrer Energien ergeben dass sich hauptsächlich Helium-4 und Spuren von Deuterium, Tritium, Lithium-7 und und Spuren von Deuterium, Tritium, Lithium-7 und Beryllium-7 gebildet haben.Beryllium-7 gebildet haben.


Elementverteilung des UniversumsElementverteilung des Universums

Im Bereich der leichten Elemente ist aber Helium Im Bereich der leichten Elemente ist aber Helium energetisch ganz klar dominierend. Deswegen war Helium energetisch ganz klar dominierend. Deswegen war Helium ganz klar das Hauptprodukt der primordialen ganz klar das Hauptprodukt der primordialen Nukleosynthese (relativer Anteil 25 %, und 75 % Nukleosynthese (relativer Anteil 25 %, und 75 % Wasserstoff).Wasserstoff).Schwerere Kerne entstanden erst bei Kernfusionen in Schwerere Kerne entstanden erst bei Kernfusionen in Sternen und Supernovae.Sternen und Supernovae.


Elementverteilung des UniversumsElementverteilung des Universums

Entscheidende Stütze der Urknalltheorie wurde die Entscheidende Stütze der Urknalltheorie wurde die Massenverteilung von 75 % Wasserstoff und 25 % Helium Massenverteilung von 75 % Wasserstoff und 25 % Helium die sich genau so im Universum nachweisen und über die die sich genau so im Universum nachweisen und über die Phasen der Urknalltheorie herleiten lässt:Phasen der Urknalltheorie herleiten lässt:

1.) In dem Plasma bei einer Temperatur von über 10^10 K 1.) In dem Plasma bei einer Temperatur von über 10^10 K finden eine Vielzahl an Umwandlungen statt:finden eine Vielzahl an Umwandlungen statt:

Das Gleichgewichtsverhältnis basiert auf dem Das Gleichgewichtsverhältnis basiert auf dem Masseunterschied von 1,3 MeV zwischen n und p.Masseunterschied von 1,3 MeV zwischen n und p.

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Elementverteilung des UniversumsElementverteilung des Universums2.) Die Temperatur sinkt unter 10^10 K. Die Reaktionen 2.) Die Temperatur sinkt unter 10^10 K. Die Reaktionen sind gestoppt, das Proton-Neutron-Verhältnis friert ein.sind gestoppt, das Proton-Neutron-Verhältnis friert ein.

3.) Während der Zeit die es braucht um 10^9 K (Bereich 3.) Während der Zeit die es braucht um 10^9 K (Bereich der Kernfusion zu erreichen) zerfallen einige Neutronen der Kernfusion zu erreichen) zerfallen einige Neutronen (HWZ = 10 min) – es stellt sich ein neues Verhältnis ein.(HWZ = 10 min) – es stellt sich ein neues Verhältnis ein.

4.) Kernfusion, die stark von obigem Verhältnis abhängt4.) Kernfusion, die stark von obigem Verhältnis abhängt

Y = 0,25 ist der relative Anteil an Helium an der Y = 0,25 ist der relative Anteil an Helium an der Gesamtverteilung, die sich im Kosmos erfreulicherweise Gesamtverteilung, die sich im Kosmos erfreulicherweise genauso messen lässt!genauso messen lässt!

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Alter der ältesten SterneAlter der ältesten Sterne

Völlig unabhängig von den bisherigen Erkenntnissen: Die Völlig unabhängig von den bisherigen Erkenntnissen: Die ältesten Sterne (weiße Zwerge) die man gefunden hat und ältesten Sterne (weiße Zwerge) die man gefunden hat und deren Alter man heutzutage glaubt gut einschätzen zu deren Alter man heutzutage glaubt gut einschätzen zu können sind 12-13 Milliarden Jahre alt. Berücksichtigt können sind 12-13 Milliarden Jahre alt. Berücksichtigt man dass Sterne nach Schätzungen ca. 1 Milliarde Jahre man dass Sterne nach Schätzungen ca. 1 Milliarde Jahre zur Entstehung brauchten passt das gut zu den bisherigen zur Entstehung brauchten passt das gut zu den bisherigen Erkenntnissen!Erkenntnissen!

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2. Die Phasen des Urknalls2. Die Phasen des Urknalls


2. Die Phasen des Urknalls2. Die Phasen des Urknalls Die Planck-ÄraDie Planck-Ära

Vor der Planck-Zeit (Vor der Planck-Zeit (10^-43 s), innerhalb der Planck-10^-43 s), innerhalb der Planck-Länge (10^-35 m) und bei einer Dichte von 10^94 g/cm³ Länge (10^-35 m) und bei einer Dichte von 10^94 g/cm³ machen die Begriffe von Raum und Zeit keinen Sinn. machen die Begriffe von Raum und Zeit keinen Sinn. Physikalische Beschreibungen gibt es noch nicht – Physikalische Beschreibungen gibt es noch nicht – erfordert Quantengravitation.erfordert Quantengravitation.Am Ende der Ära spaltet sich die Gravitation von den Am Ende der Ära spaltet sich die Gravitation von den restlichen 3 Kräften ab.restlichen 3 Kräften ab.

Die GUT-ÄraDie GUT-ÄraDurch Abspaltung freigesetzte Energie lässt Universum Durch Abspaltung freigesetzte Energie lässt Universum expandieren. Starke und elektroschwache Kraft sind expandieren. Starke und elektroschwache Kraft sind noch gemäß der Grand Unified Theory (GUT) vereint. noch gemäß der Grand Unified Theory (GUT) vereint. Aufgrund einer unbekannten Asymmetrie bildet sich ein Aufgrund einer unbekannten Asymmetrie bildet sich ein kleiner Überschuss Materie gegenüber der Antimaterie.kleiner Überschuss Materie gegenüber der Antimaterie.

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Das inflationäre UniversumDas inflationäre UniversumDurch spontane Symmetriebrechung spaltet sich die Durch spontane Symmetriebrechung spaltet sich die starke von der elektroschwachen Kraft abstarke von der elektroschwachen Kraft ab..Die freiwerdende Energie lässt das Universum Die freiwerdende Energie lässt das Universum überlichtschnell expandieren. Von 10^-35 bis 10^-33 s überlichtschnell expandieren. Von 10^-35 bis 10^-33 s mindestens um den Faktor 10^20. Die Inflationstheorie mindestens um den Faktor 10^20. Die Inflationstheorie löst mehrere Probleme der Kosmologie:löst mehrere Probleme der Kosmologie:- Flachheitsproblem- Flachheitsproblem- Horizontproblem & Homogenität des Universums - Horizontproblem & Homogenität des Universums - Entstehung von Strukturen wie Galaxien- Entstehung von Strukturen wie Galaxien


2. Die Phasen des Urknalls2. Die Phasen des Urknalls Quarks-ÄraQuarks-Ära

Nach 10^-33 s ist die Energie im Raum ist groß genug Nach 10^-33 s ist die Energie im Raum ist groß genug um ein Quark-Antiquark-Gluonen Plasma entstehen zu um ein Quark-Antiquark-Gluonen Plasma entstehen zu lassen. Es ist aber noch zu heiß für stabile Hadronen. lassen. Es ist aber noch zu heiß für stabile Hadronen. Schwere, sowie möglicherweise unbekannte Teilchen, Schwere, sowie möglicherweise unbekannte Teilchen, verschwinden mit abnehmender Temperatur.verschwinden mit abnehmender Temperatur.Nach 10^-12 s spaltet sich die Elektroschwache in die Nach 10^-12 s spaltet sich die Elektroschwache in die elektromagnetische und die schwache Kraft auf. Ab jetzt elektromagnetische und die schwache Kraft auf. Ab jetzt existieren die 4 bekannten Grundkräfte.existieren die 4 bekannten Grundkräfte.

Hadron-ÄraHadron-ÄraNach 10^-6 s ist die Energie so niedrig, dass Hadronen Nach 10^-6 s ist die Energie so niedrig, dass Hadronen entstehen können. Sie vernichten sich mit ihren Anti-entstehen können. Sie vernichten sich mit ihren Anti-Teilchen – zurück bleiben hauptsächlich die Baryonen Teilchen – zurück bleiben hauptsächlich die Baryonen Proton und Neutron (5:1) und eine Vielzahl Neutrinos.Proton und Neutron (5:1) und eine Vielzahl Neutrinos.

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Lepton-ÄraLepton-ÄraVon der 10^-4 bis zur 1 s des Universums: Die Energie Von der 10^-4 bis zur 1 s des Universums: Die Energie ist jetzt so niedrig dass nur noch Leptonen entstehen ist jetzt so niedrig dass nur noch Leptonen entstehen können. Elektronen vernichten sich mit Positronen mit können. Elektronen vernichten sich mit Positronen mit demselben kleinen Überschuss wie bei Hadronen. demselben kleinen Überschuss wie bei Hadronen. Neutrinos die nur schwach wechselwirken können nun Neutrinos die nur schwach wechselwirken können nun aufgrund der niedrigen Dichte entkoppeln.aufgrund der niedrigen Dichte entkoppeln.

NukleosyntheseNukleosyntheseNach wenigen Sekunden findet die angesprochene Nach wenigen Sekunden findet die angesprochene Nukleosynthese statt. Es bildet sich ein Massenanteil von Nukleosynthese statt. Es bildet sich ein Massenanteil von 25 % Helium und der Rest sind Protonen. Der Vorgang 25 % Helium und der Rest sind Protonen. Der Vorgang dauert wenige Minuten.dauert wenige Minuten.

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2. Die Phasen des Urknalls2. Die Phasen des Urknalls Ende der Strahlungsära und EntkopplungEnde der Strahlungsära und Entkopplung

Nach 10000 Jahren beginnt die Ruheenergie der Materie Nach 10000 Jahren beginnt die Ruheenergie der Materie die Energie der bis jetzt dominierenden Strahlung zu die Energie der bis jetzt dominierenden Strahlung zu übersteigen.übersteigen.Nach mehreren 100000 Jahren ist die Temperatur soweit Nach mehreren 100000 Jahren ist die Temperatur soweit abgefallen, dass die Strahlung nicht mehr Atome abgefallen, dass die Strahlung nicht mehr Atome ionisieren können ionisieren können Elektronen und Kerne verbinden Elektronen und Kerne verbinden sich zu Atomen und die Strahlung entkoppelt. Das sich zu Atomen und die Strahlung entkoppelt. Das Universum wird „durchsichtig“.Universum wird „durchsichtig“.

Bildung von Strukturen und GalaxienBildung von Strukturen und GalaxienIm durchsichtigen Universum gewinnt Gravitation an Im durchsichtigen Universum gewinnt Gravitation an Bedeutung. Aus Dichtefluktuationen aus der Inflations-Bedeutung. Aus Dichtefluktuationen aus der Inflations-Ära bilden mit Hilfe von Dunkler Materie schleichend die Ära bilden mit Hilfe von Dunkler Materie schleichend die ersten Sterne, schwarzen Löcher und Galaxien.ersten Sterne, schwarzen Löcher und Galaxien.

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Happy EndHappy EndNach 9 Milliarden Jahren verdichtet sich an einer Nach 9 Milliarden Jahren verdichtet sich an einer unbedeutenden Stelle im Universum eine Wolke aus Gas unbedeutenden Stelle im Universum eine Wolke aus Gas und Staub – es entsteht ein Sonnensystem mit 8 und Staub – es entsteht ein Sonnensystem mit 8 Planeten. Einer dieser Planeten wird 13,6 Milliarden Planeten. Einer dieser Planeten wird 13,6 Milliarden Jahre später von seinen Bewohnern als „Erde“ Jahre später von seinen Bewohnern als „Erde“ bezeichnet.bezeichnet.

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3. Die Stabilität des Universums3. Die Stabilität des Universums

Das Ende des Universums hängt Das Ende des Universums hängt von seiner Gesamtmasse ab. Für von seiner Gesamtmasse ab. Für ein dynamisches Universum sind 3 ein dynamisches Universum sind 3 Szenarien denkbar:Szenarien denkbar: Offenes Universum (Big Chill)Offenes Universum (Big Chill) Geschlossenes Universum (Big Crunch) Geschlossenes Universum (Big Crunch) – evtl. mit oszillierendem Universum– evtl. mit oszillierendem Universum Flaches UniversumFlaches Universum

Herleitung der krit. Dichte über Newton & Herleitung der krit. Dichte über Newton & Hubble:Hubble:

Definiere:Definiere:


3. Die Stabilität des Universums3. Die Stabilität des UniversumsDer Dichteparameter Der Dichteparameter Ω hängt auch direkt mit der Krümmung Ω hängt auch direkt mit der Krümmung der Universums zusammen:der Universums zusammen:

Ω = 1 ± kΩ = 1 ± k

Die letzten Messungen ergaben: Ω = 1,01 ± 0,02Die letzten Messungen ergaben: Ω = 1,01 ± 0,02Das Universum wäre also flach oder fast flach. Allerdings ist Das Universum wäre also flach oder fast flach. Allerdings ist man sich heute relativ sicher, dass baryonische Materie nur man sich heute relativ sicher, dass baryonische Materie nur ein kleiner Anteil der Gesamtmasse liefert (5 %). Die dunkle ein kleiner Anteil der Gesamtmasse liefert (5 %). Die dunkle Materie hat 23 % und die dunkle Energie 73 % Anteil.Materie hat 23 % und die dunkle Energie 73 % Anteil.


3. Die Stabilität des Universums3. Die Stabilität des UniversumsErinnerung: Die dunkle Materie ermöglichte Erinnerung: Die dunkle Materie ermöglichte Massenanhäufungen im frühen Universum und kontrahiert Massenanhäufungen im frühen Universum und kontrahiert daher das Universum. Im Gegensatz dazu verhält sich die daher das Universum. Im Gegensatz dazu verhält sich die Dunkle Energie wie eine Art Binnendruck und unterstützt die Dunkle Energie wie eine Art Binnendruck und unterstützt die Expansion des Universums. Expansion des Universums.

Sie wurde eingeführt, weil Sie wurde eingeführt, weil die neuesten die neuesten Beobachtungen gezeigt Beobachtungen gezeigt haben, dass das Universum haben, dass das Universum wider erwarten beschleunigt wider erwarten beschleunigt expandiert.expandiert.


Das war's! Vielen DankDas war's! Vielen Dankfür die Aufmerksamkeit!für die Aufmerksamkeit!


QuellenQuellen Bryson: Eine kurze Geschichte von fast allemBryson: Eine kurze Geschichte von fast allem de Boer: Einführung in die Kosmologiede Boer: Einführung in die Kosmologie Sing: Big BangSing: Big Bang Silk: Die Geschichte des KosmosSilk: Die Geschichte des Kosmos Physik Journal (12/04): Dunkle EnergiePhysik Journal (12/04): Dunkle Energie Physik Journal (02/05): Der Nachhall des UrknallsPhysik Journal (02/05): Der Nachhall des Urknalls Komitee für Astroteilchenphysik: Kosmische SpurensucheKomitee für Astroteilchenphysik: Kosmische Spurensuche Pape: Grundlagen der UrknalltheoriePape: Grundlagen der Urknalltheorie Mail: Die UrknalltheorieMail: Die Urknalltheorie de.wikipedia.org, en.wikipedia.orgde.wikipedia.org, en.wikipedia.org

23.11.07hauptseminar: der urknall und seine teilchen - urknalltheorie1 urknalltheorie martin...

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