Vom Urknall zu den Sternen.

Spezialvorlesung WS 11/12. Vorl.Verz. 52302
Wolfgang Gebhardt:
Vom Urknall zu den Sternen.
Eine Einführung in die Kosmologie mit Übungen
Ort: Raum 5.1.01 in der Mittelspange
Zeit: Mo 15 - 17h
Mi 15 - 17h
Beginn Mo d. 17.10.11
(Bei erfolgreicher Teilnahme an den Übungen werden 4 Kreditpunkte
vergeben)
Inhalt. Übersicht:
Kap. 00
Inhalt. Einleitung .Tabelle
Seite 1 - 3
Kap. 01
Die Expansion des Kosmos.
Hubbles Konstante H0
4 - 14
Kap. 02
Die Dynamik des Kosmos in
Newtonscher Näherung
15 -25
Kap. 03
Die Metrik des homogenen
und isotropen Raumes
26 -36
Kap. 04
Einsteins Gleichungen und
das Standardmodell der
Kosmologie
Einsteins kosmologische Konstante.
Unsinn oder eine neue Kraft?
37 – 48
Kap. 05
49 – 63
Kap. 06
Reste des Feuerballs. Die
kosmische Hintergrundstrahlung
64 – 75
Kap. 07
Die Nukleosynthese der
leichten Elemente
76 – 87
Kap. 08
Die Schwierigkeiten des
Standardmodells und das
inflationäre Paradigma
88 - 101
Kap. 09
Fluktuation der
Mikrowellenstrahlung
102 - 122
Kap. 10
Was war am Anfang?
123 - 140
Kap. 11
Bildung von Strukturen
140 - 162
Kap. 12
Erste Sterne. Reionisation.
Galaxien
163 - 178
Kap. 13
Dunkle Materie
179 - 203
Kap. 14
Dunkle Energie
204 – 218
Kap. 15
Anhang
219 - 243
2
Ausführliche Inhaltsangabe:
1. Die Expansion des Kosmos. Hubbles Konstante H0
1.1 Die Entfernung von Galaxien und das Hubble-Gesetz
1.2 Kosmische Expansion
1.3 Wie alt ist der Kosmos
2. Die Dynamik des Kosmos in Newtonscher Näherung
2.1 Sphärisches Modell
2.2. Lösungen der 2. Friedmann-Gleichung für κ = 0
2.3. Lösungen der 2. Friedmann-Gleichung für κ ≠ 0
3. Die Metrik des homogenen und isotropen Raumes.
3.1. Hubble-Fluß und Gleichzeitigkeit
3.2. Die Robertson-Walker-Metrik
3.3. Rotverschiebung und Skalenfaktor
3.4. Mitbewegter Abstand
3.5. Zusammenfassung
4. Einsteins Gleichungen und das Standardmodell der Kosmologie
4.1. Die Einsteinschen Gleichungen (EG) in Robertson-Walker-Metrik
4.2. Die Berechnung des Ricci-Tensors.
4.3. Der Energie-Impuls-Tensor
4.4. Erhaltungssätze und Friedmann-Gleichungen
4.5. Historisches
4.7. Zusammenfassung
5. Einsteins kosmologische Konstante Λ, Unsinn oder eine neue Kraft
5.1. Kosmologische Modelle mit Λ ≠ 0
5.2. Leuchtkraft-Abstand
5.3. Hubble-Diagramm mit SN Ia und Bestimmung von (Ω ,ΩΛ )
5.4. Kosmologische Konstante oder Quintessenz
5.5. Andere Hinweise auf Λ > 0 .
5.5. Deutungen
5.6. Zusammenfassung
6. Reste des Feuerballs. Die kosmische Mikrowellenstrahlung
6.1. Die Vorgeschichte
6.2. Der COBE-Satellit.
6.3. Die Skalierung von Temperatur und Strahlungskurve
6.4. Entkopplung von Strahlung und Materie
6.5. Zusammenfassung
7. Die Nukleosynthese der leichten Elemente
7.1. Der heiße Strahlungskosmos
7.2. Die Kernprozesse
7.3. Ergebnisse der Beobachtungen
7.4. Zusammenfassung
8. Schwierigkeiten des Standardmodells und das inflationäre Paradigma
8.1. Die Probleme des Standardmodells
8.2. Das Horizontproblem
8.3. Das Problem der „Flachheit“
8.4. Entropie und Strahlung
8.5. Eine inflationäre Expansion würde viele Rätsel lösen
8.6. Skalares Feld und Symmetriebrechung
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8.7. Quantenfluktuationen
8.8. Zusammenfassung
9. Fluktuationen der Mikrowellenstrahlung (CMB)
9.1. Das Fluktuationsspektrum, eine Fundgrube für Kosmologen
9.2. Die Experimente und ihre Ergebnisse
9.3. Die WMAP-Sonde
9.4. Interpretation der Spektren
9.5. Polarisation
9.6. Zusammenfassung
10. Was war am Anfang?
10.1. Inflationsmodelle und Beobachtungen
10.2. Die Planck-Aera
10.3. Wege zur Quantengravitation: Stringtheorie
10.4. Wege zur Quantengravitation. „Loop Quantum Gravity“.
10.4. Immerwährende Inflation („Eternal Inflation“)
10.5. Unser spezieller Kosmos und das anthropische Prinzip
10.6. Wie geht es nach der Inflation weiter?
10.6. Zusammenfassung
11. Bildung von Strukturen
11.1. Dichtekonstrast im linearen hydrodynamischen Modell
11.2. Die weitere Entwicklung des Dichtekontrasts. Das sphärische Kollapsmodell
11.3. Katalogisierungen von Galaxien und Galaxienhaufen
11.4. Leistungsspektren der Massenverteilung
11.5. N-Teilchen-Simulationen
11.6. Weitere Meßmethoden zur Massenverteilung
11.7. Zusammenfassung
12. Erste Sterne. Reionisation. Galaxien.
12.1. Erste Sterne
12.2. Galaxienentstehung
12.3. Gaswolken und Gasausflüsse
12.4. Galaxien bei großen Rotverschiebungen und die Kartierung der Dunklen Materie
12.5. Morphologische Entwicklungen.
12.5. Zusammenfassung
13. Die Dunkle Materie
13.1.Astronomische Massenbestimmungen
13.2. Gravitationslinsen-Effekte. „Weak Lensing“.
13.3 Die Teilchen der Dunklen Materie
13.5. Direkter Nachweis von WIMPs
13.6. Indirekter Nachweis von WIMPs durch Annihilation
13.7. Zusammenfassung
14. Dunkle Energie
14.1. Beschleunigte Expansion
14.2. Der Leuchtkraftabstand
14.3. Sind SN Ia wirklich ideale Standardkerzen?
14.4. Wie plausibel ist eine kosmologische Konstante?
14.5. Literatur
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Anhang
A.1. Helligkeiten, Größenklassen und Entfernungen
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4
A.2. Hubble-Gesetz: aus Isotropie folgt Homogenität
A.3. Das Birkhoff-Theorem
A.4. Roberson-Walker-Metrik und hypersphärische Geometrie
A.5. Mehr über Abstände
A.6. Horizonte
A.7. Konforme Zeit, Friedmann-Gl für κ ≠ 0
A.8. Einige Beziehungen aus der Riemannschen Geometrie
A.9. Der Dopplereffekt in der speziellen Relativitätstheorie
A.10. Der Energie-Impuls-Tensor
A. 11. Kosmologische Entfernungen (s. Gl. 3.32 , 3.34 und 5.14).
A.12. Fluid-Gleichung und erste Friedmann-Gleichung
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