10 Das Inflationäre 10. Das Inflationäre Universum und der Urknall
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10. Das Inflationäre 10 Das Inflationäre Universum und der Urknall Universum und der Urknall Amand Fäßler Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Inhalt der Vorlesung „Moderne Kosmologie“. 1. 1 2. Von Aristoteles zu Kopernikus V Ait t l K ik Die beobachtbaren Fakten: Kosmologisches Prinzip; Hintergrundstrahlung; Rotverschiebung; dunkle Materie; Planck‘sche Strahlung. 3. Expandierendes Universum und seine Geometrie: Friedmann‐Gleichung. 4. Kosmologische Modelle. 5. Hubble‐Parameter, Kritische Dichte, Expansion und Kosmologische Konstante (Dunkle Energie). 6. Alter des Universums. 7. Dunkle Materie 8. Die Kosmische Mikrowellen‐ Hintergrundstrahlung 9. Das frühe Universum und die Bildung der leichten Elemente 10. Das Inflatonäre Universum und der Urknall Amand Fäßler Probleme des Urknallmodells 1. Das Flachheitsproblem (euklidisch): (ρB + ρ ρDark M + ρ ρDark E)/ρcrit = 1.0 +‐0.1 Warum ist Universum flach ? 2. Das Horizontproblem: Aus allen Richtungen Hintergrund Strahlung Aus allen Richtungen Hintergrund Strahlung gleiche Temperatur 2.728 Kelvin. Warum thermisches Gleichgewicht ? thermisches Gleichgewicht ? 1 Das Flachheitsproblem 1. Das Flachheitsproblem • Friedmanngleichung: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum 1 Das Flachheitsproblem 1. Das Flachheitsproblem Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum 1 Das Flachheitsproblem 1. Das Flachheitsproblem Materie: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum 1 Das Flachheitsproblem 1. Das Flachheitsproblem Strahlung: Strahlung: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Das Flachheitsproblem Das Flachheitsproblem Zeit [sec] |Ω – 1| Ereignisse 4x1017 < 0.1 heute 1013 < 60 < 10‐12 Entkopplung 400 000 Jahre 400 000 Jahre Nukleosynthese 1 bis 10 Minuten ‐10 10 ‐24 24 < 10 < 10 ‐4 10 Elektroschwache Symmetriebrechung Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum 2 Das Horizont Problem 2. Das Horizont Problem Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Lösung für das Flachheits‐ und Horizontproblem durch Inflationäre Expansion Beschleunigung: Beschleunigung: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Lösung: Kosmologischer Term Lösung: Kosmologischer Term • Friedmann Gl.: Exponentielles = inflationäres Wachstum des Skalenparameters Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Das Flachheitsproblem Das Flachheitsproblem Strahlung: Strahlung: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum • Nenner: • Aus Friedmann Gl.: • Wird während Inflation exp. klein: k ‐> 0 flach Wird während Inflation exp klein: k ‐> 0 flach Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Zur Illusration machen wir die Annahmen: ¾Inflation endet bei 10‐34 sec ( tinflEnde) ¾Inflation ist strahlungsdominiert: |Ω ‐1|~ t ¾Inflation ist strahlungsdominiert: |Ω 1|~ t ¾Start der Inflation (tinflAnfang): Ωtot ~ O(1) ¾Heute: |Ω | tot – 1| < 0.1 | Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Zeitliche Entwicklung der Inflation: Zeitliche Entwicklung der Inflation: Universum sehr flach: Universum sehr flach: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum • Aus Friedmann Gl.: Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Mit der Annahme: 36 sec; t 34 sec tinflAnfang = 10 10‐36 sec; tinflEnde = 10 10‐34 Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Urknall = Big Bang Urknall = Big Bang • Beschleunigungsgl.: • Mit: • Strong Energy Strong Energy Condition (Starke Energiebedingung): (Starke Energiebedingung): • Kräftefrei: K äft f i Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Urknall = Big Bang Urknall = Big Bang Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Skaalenfakktor a((t) Urknall = Big Bang Urknall = Big Bang H Heute = now Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Z it Zeit Urknall = Big Bang Urknall = Big Bang abgebremst beschleunigt Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum Accelerating Expansion Contracting Universe EEnde10: d 10 I fl ti ä U i Inflationäres Universum und Urknall d U k ll • Amand Fäßler Amand Fäßler 10. Kosmologie: Inflationärees Universum
