Ein kurzer Blick in die Kosmologie

Strahlung – Materie – Energie

Inhalt

• Von „den ersten drei Minuten“ bis jetzt• „Standardmodell“ zur Entstehung des

Kosmos– Kosmische Hintergrund-Strahlung

• Energie-Erhaltung• Die Teile und das Ganze• „Attempto“: Mit Physik einen Blick über den

Tellerrand

(Nobel Preise für Physik 2006 an J. C. Mather und G. F. Smoot für die Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung)Info dazu: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/info.pdf

Auf der Erde können ich stabile,

Mit der Ausdehnung des Universums „streckt“ sich die Wellenlänge der kosmischen Strahlung – und ist von der Erde aus beobachtbar

„Big Bang“-Modell: Vom Anfang bis heute

Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung

• Arno Penzias (*1933), Woodrow Wilson (*1936), Nobelpreis für Physik 1978 http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1978/

„…suchten ein Jahr (1965) vergeblich nach der Ursache des ununterbrochenen Zischens …. konnten aber keine Ursache ausfindig machen…“

Das „Standardmodell“ der Entstehung des Kosmos

Vom Zeitpunkt der Entstehung des Weltalls vor 13 ·109 Jahren bis jetzt gilt, gemäß dem „Standardmodell“:

• Die Energie des gesamten Systems ist konstant• Beim „Big Bang“ entsteht eine dichte Wolke identischer

Teilchen mit Temperatur von 1032K und einer einheitlichen Kraft, – nach 10-43 s erscheint die Gravitationskraft, – nach 10 s (1010 K) Beginn der „Strahlungs-Ära“:

• Die Strahlung enthält mehr Energie als die Materie, die durch Umwandlungen aus Strahlung entsteht

• Rekombination von Materie mit Antimaterie erzeugt wieder Strahlung

– Nach 300 000 Jahren (3·103 K) bis heute: Materie enthält mehr Energie als Strahlung

• Es entstehen Atome, Galaxien, und, auf (mindestens) einem Planeten mit besonders günstigen Bedingungen (Temperaturen um 273 K ± 50 K), organisches Leben mit Pflanzen, Tieren und – sogar – Menschen

• Die Strahlung der ersten 10-43 s erscheint noch jetzt als kosmische Hintergrundstrahlung– Die Expansion des Weltalls verlängerte die Wellenlänge in den

Mikrowellen-Bereich

Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie

Materie Anti-Materie

.. und der unseren Kosmos formende Symmetrie-Bruch

Materie Anti-Materie

Gebrochene Symmetrie bei der Geburt des Universums

Es gab bei der Geburt des Universums einen – bis jetzt unverstandenen - „Symmetriebruch“:

•Wäre beim „Big Bang“ ebensoviel Materie wie Anti-Materie entstanden, dann hätten sich beide – beim Zusammentreffen - in Strahlung verwandelt und dabei ausgelöscht

•Ein winziger Überschuss von einem Partikel Materie auf jeweils 10 Milliarden (10·109) Partikeln aus Anti-Materie genügte, die Materie gegenüber der Antimaterie zu bevorzugen

•Aus diesem “Materie - Überschuss” entstand der Kosmos unserer Tage, gefüllt mit Galaxien, Sternen, Planeten und -schließlich sogar- Leben

•Quelle:http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/info.pdf

Gebrochene Symmetrie – Physik Nobelpreis 2008

Physik Nobelpreis 2008 an :

•Yoichiro Nambu (*1921) (Enrico Fermi Institute, University of Chicago, Chicago, IL, USA)

•Makoto Kobayashi (*1944) (High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Tsukuba, Japan)

•Toshihide Maskawa (*1940) (Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP), Kyoto University Kyoto, Japan)

Energie-Erhaltung

• Die Energie (Einheit: 1 Joule) eines Systems ist eine Erhaltungsgröße:

• Sie kann zwischen unterschiedlichen Formen ausgetauscht werden – – reversibel, wenn die Umwandlung vollständig

umkehrbar ist– irreversibel, wenn die Umkehrung nur

unvollständig oder gar nicht gelingt• Die gesamte Energie des Kosmos ist seit

Beginn konstant

fhE 2cmE Energie der Photonen Energie der Masse

Hub-EnergieKinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile,

hgmEG 2

2

1vmEkin

Die Strahlungsenergie der ersten 10-43 s ist jetzt auf unterschiedliche Formen der Energie verteilt, u. a. auf Hub- , kinetische Energie und Energie in chemischer Bindung

Heute

Die Teile und „das Ganze“

Versuch

• Betrachten Sie einen Punkt auf Ihrer Haut, denken Sie ihn vergrößert bis auf atomares Niveau

• Praktisch jedes Atom gibt es seit 13 Milliarden Jahren

Ein Stück der Haut

Durchmesser eines Haares: 100 μm

= 0,1·10-3 m

= 0,1 mm

An welchen Objekten war Teilchen Nr. 1 z. B. K+, wohl schon beteiligt :-) ?

Atom Nr. 1

Bildquelle: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/public.html

Zellmembran einer Tast-Zelle

Die Teile und „das Ganze“

• Wir bestehen aus Teilen des Universums• Jedes Individuum ist ein Teil unseres

Universums

Physik schenkt einen Blick „über den Tellerrand“

Beste Wünsche zu guter Erholung an den

Feiertagen, Frohen Weihnachten und einem

guten Neuen Jahr!