Die Entwicklung des Weltbilds
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Die Entwicklung des Weltbilds Manuel Erdin Gym Liestal, 2004 Frühe Kulturen Der Mensch als Teil des Kosmos Frühe Kulturen • Beobachtungen von Sonnen- und Mondpositionen Himmelscheibe von Nebra (Deutschland) Frühe Kulturen • Bau von Kultstätten mit Berücksichtigung der Himmelskonstellationen (Verbindung von Himmel/ Gott und Erde/Mensch) Stonehenge (England) Frühe Kulturen • Kalender (Verbindung von Himmel und Alltag) Tikal (Guatemala) Frühe Kulturen • Mythologisch basierte Weltbilder Darstellung aus Ägypten Aristoteles (384–322 v.Chr.) Der Mensch und die Erde im Zentrum des Universums Das Weltbild des Aristoteles Sonne Mond Planetensphären Erde Fixsternsphäre Das Weltbild des Aristoteles Mond Erde sublunar translunar Das Weltbild des Aristoteles Die vier Elemente Erde Luft Feuer Wasser Äther (Quinta essentia) Vorstellungen in der Antike, die sich damals nicht durchsetzen • Heraklit von Pontos (4. Jh. v.Chr.) entwickelt ein Modell, bei dem Merkur und Venus um die Sonne kreisen (geoheliozentrisches Weltbild). • Aristarch von Samos (310–230 v.Chr.) entwickelt ein heliozentrisches Weltbild. Claudius Ptolemäus (83–161 n.Chr.) Das geozentrische Weltbild Das Weltbild des Ptolemäus Mars Sonne Venus Jupiter Merkur Erde Saturn Kreisbahn Mond Fixsternsphäre Probleme im geozentrischen Weltbild • Einige Beobachtungen lassen sich nicht ohne Weiteres mit dem geozentrischen Weltbild erklären. Warum z.B. zeichnen alle äusseren Planeten jährlich Schleifen an den Fixsternhimmel? • Das Modell von Ptolemäus wird ergänzt. Planetenschleifen Die Schleife des Planeten Mars (Januar bis August 1999) Planetenschleifen Epizykel Mars Erde Deferent Planetenschleifen Bewegung des Planeten auf dem Epizykel Bewegung des Epizykels auf dem Deferenten Der Planet bewegt sich relativ zu den Fixsternen vorwärts Planetenschleifen Der Planet bewegt sich relativ zu den Fixsternen rückwärts Weitere Probleme im geozentrischen Weltbild • Warum gibt es keine Schleifen bei Merkur und Venus? • Warum halten sich Merkur und Venus immer nahe bei der Sonne auf? • Warum sind bei der Venus (und beim Merkur) Phasen sichtbar, nicht aber bei den anderen Planeten? Tycho Brahe (1546–1601) Der Korrekturvorschlag eines grossen Beobachters: Das geoheliozentrische Weltbild Das Weltbild Tycho Brahes Venus Mars Jupiter Saturn Sonne Merkur Erde Mond Nikolaus Kopernikus (1473–1543) Der grossen Revolution erster Teil: Das heliozentrische Weltbild Das Weltbild des Kopernikus Mars Erde Mond Jupiter Venus Sonne Saturn Kreisbahn Merkur Pro und Contra heliozentrisches Weltbild • Die Schleifen der äusseren Planeten und die Phasen von Merkur und Venus lassen sich nun einfach erklären. • Warum aber stimmen die komplexen geozentrischen Modelle besser mit den Beobachtungen überein? Johannes Kepler (1571–1630) Der Revolution zweiter Teil: Das heliozentrische Weltbild mit elliptischen Planetenbahnen Die Keplerschen Gesetze Erde Sonne Kreisbahn Die Keplerschen Gesetze Erde Perihel Der Planet bewegt sich schnell Die Sonne steht in einem Brennpunkt Sonne Elliptische Bahn Aphel Der Planet bewegt sich langsam Die Keplerschen Gesetze • Die Planetenbahnen sind Ellipsen. Die Sonne steht in einem der beiden Brennpunkte. • Die Flächen, die von der Strecke Planet– Sonne in gleichen Zeitintervallen überstrichen werden, sind gleich gross. • Das Verhältnis des Quadrats der Umlaufzeiten und der dritten Potenz der grossen Bahnhalbachse ist konstant. William Herschel (1738–1822) Das statische Universum mit einer Milchstrasse Das Weltbild Herschels Die Position unseres Sonnensystems Die Milchstrasse (Galaxis) Edwin Hubble (1899–1953) Das dynamische Universum mit Myriaden von Galaxien Das Weltbild Hubbles Die galaktischen Nebel sind eine Anhäufung von vielen Sternen Das Weltbild Hubbles Sind diese Sternhaufen Teil der Galaxis? Das Weltbild Hubbles Oder sind diese Nebel eigenständige Galaxien? Das Weltbild Hubbles Durchmesser der Galaxis 100’000 Lichtjahre Das Weltbild Hubbles Durchmesser der Galaxis 100’000 Lichtjahre Abstand zur nächsten Galaxie (Andromeda) 2’200’000 Lichtjahre Das Weltbild Hubbles Unsere Position im Universum: Am Rand einer mittleren Galaxie umkreist die Erde einen durchschnittlichen Stern. Das Weltbild Hubbles Alle Galaxien bewegen sich von uns weg Je weiter sie von uns weg sind, desto schneller entfernen sie sich von uns Das Weltbild Hubbles Folglich: Alle Galaxien sind früher näher beieinander gewesen! Das Urknallmodell Alexander Friedmann Georges Lemaître Edwin Hubble Albert Einstein • Er formuliert 1915 die allgemeine Relativitätstheorie. Bestätigung durch astronomische Beobachtungen: • • • Drehung des Merkurperihels Krümmung des Raums durch Massen Rotverschiebung einer im Schwerefeld emittierten Strahlung • Darin postuliert er ein statisches Universum. Alexander Friedmann Georges Lemaître • Friedmann zeigt 1922, dass ein statisches Universum nicht existieren kann. • Sie zeigen, dass ein singulärer Anfangszustand möglich ist: Ein Universum von geringsten Dimensionen, höchster Dichte und Temperatur Raum Das Urknallmodell “Thermische Suppe” aus Strahlung und Elementarteilchen Big bang Zeit 0.01 s 100 Mia. K Raum Das Urknallmodell Bildung von Atomkernen aus Protonen und Neutronen Zeit 10 s 3 Mia. K Raum Das Urknallmodell Bildung von Atomen, das Universum wird durchsichtig Zeit 300’000 a 3’000 K Raum Das Urknallmodell Bildung der ersten Sterne und Galaxien Zeit 1 Mia. a Raum Das Urknallmodell Heutiges Universum Zeit 14 Mia. a 3K Indizien, die das Urknkallmodell stützen • Hubble zeigt 1929, dass die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien proportional zu deren Entfernung ist (Hubble–Konstante). • Arno Penzias und Robert Wilson entdecken 1964 die 3–K–Hintergrundstrahlung, das Nachglühen des Urknalls. • Die Theorie ist heute grundsätzlich unbestritten. Die Zukunft des Universums • Was geschieht in der Zukunft mit dem Universum? Ewige Expansion oder Kollaps? • Entscheidend ist hier die mittlere Materiedichte im ganzen Universum. Dabei spielt die sog. dunkle Materie, über die so gut wie nichts bekannt ist, eine wesentliche Rolle.
