Rätsel Kosmos - School
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Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Rätsel Kosmos - 2/2013 Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de · M A t h e ma t i k Rätsel · Technik Kosmos Neue Erkenntnisse runden unser Weltbild ab € 8,90 (D) · € 9,70 (A) · � 10,– (L) · sFr. 17,40 24525 spezial Physik · MAthematik · Technik 2/13 SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT SPEZIAL Physik · MAthematik · Technik 2/ 13: Rätsel Kosmos Physik spe z i a l Parallelwelten Kosmo lo gie Schwar ze Lö cher Ein Universum oder viele? Verliert das Universum Energie? Schattenrisse der Schwerkraftmonster www.spektrum.de Sonderhefte zu Astronomie und Astrophysik Die Jagd nach dem Quark-Gluon-Plasma • Der lange Weg zum Higgs • Leben in der Quantenwelt • Schrödingers Katze auf dem Prüfstand • Antirealistischer Querdenker • € 8,90 Der Ur-Sprung des Alls • Bedroht die Quantenverschränkung Einsteins Theorie? • Die Wirklichkeit der Quanten • Nackte Singularitäten • Ist das Universum ein Torus? • € 8,90; 2. Auflage Aus ge wä hlt e S o nd erhef t e a l s PDF Leben auf dem Mars • Dunkle Wahrheiten: Galaxien als natürliche Teleskope • Europas Weg zum weltgrößten Teleskop • Die älteste Materie des Sonnensystems • € 8,90 Acht Wunder des Sonnensystems • Das Zeit­alter der elektrischen Raketen • Stellarer Ur­haufen: Geschwister der Sonne • Exoplaneten, wo keine sein dürften • € 8,90 o d er APP erh ä lt l i ch w w w.ster ne-und-weltraum.de/themen Tel.: 06221 9126-743 Fax: 06221 9126-751 E-Mail: [email protected] Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH Slevogtstraße 3–5 | 69126 Heidelberg W issens ch a f t aus er s t er H a n d Editorial Thilo Körkel Redakteur dieser Ausgabe Den Kosmos mit neuen Augen sehen D er Strom von Nachrichten aus Astronomie, Astrophysik und Kosmologie reißt nicht ab. Fast täglich, mindestens aber wöchentlich erfahren wir, welche neuen Erkenntnisse Forscher aus den Daten im­ mer leistungsfähigerer Messinstrumente auf der Erde und im Weltraum gewinnen konnten. Wirklich überraschen können uns die Wissenschaftler aber selten, denn meist widmen sie sich be­ kannten Phänomenen, die sie in einem weiteren Detail besser zu verstehen suchen. Neues Wissen ent­ steht nun einmal in vielen, manchmal winzig kleinen Schritten. Erst am Ende tritt aus den zahlreichen Einzelheiten das große Bild der Welt hervor. U mso schöner ist es, wenn wir auf vertraut scheinendem Terrain dann doch Überraschungen erleben. Genau solchen Momenten gilt dieses Heft. Nehmen wir nur die unkonventionelle Frage »Verliert das Universum Energie?« (S. 14), bei deren Beantwortung nichts Geringeres auf dem Spiel steht als der fundamentale Satz von der Energieerhaltung. Oder das Vorhaben, Schwarze Löcher vielleicht doch fotografieren zu können (S. 38). Zwar sind die Schwerkraftmonster prinzipiell unsichtbar, denn sie verschlucken Licht, statt es zu reflektieren. Doch Forscher haben eine Idee entwickelt, wie sie dem Porträt eines Schwarzen Lochs so nahe kommen können wie irgend denkbar: indem sie den Schatten aufnehmen, den das Objekt auf den kosmischen Hinter­ grund wirft. Auch die Beobachtung, dass es im Universum sogar an »normaler« Materie zu fehlen scheint (S. 58), wird nicht wenige von Ihnen erstaunen. Schätzungen zufolge enthält der Kosmos 200 Milliarden Gala­ xien – es müsste aber zehnmal mehr davon geben. Astronomen stehen vor einem Rätsel, das zu lösen ih­ nen nicht ganz leicht fällt. Ein Heft also mit hoffentlich vielen Überraschungen – viel Spaß beim Lesen! PS: Weitere, stets aktuelle Nachrichten und Berichte zum Thema finden Sie unter www.spektrum.de/kosmologie. SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · www.spektrum.de 3 I N H A LT 6 14 Ein Universum oder viele? Die Idee der Parallelwelten fasziniert viele Kosmologen. Überzeugende Belege werden sie aber für alle Zukunft schuldig bleiben. Erhaben über die Gesetze Photonen, die in einem expandierenden Universum unterwegs sind, verlieren scheinbar Energie. Ein Verstoß gegen die Naturgesetze? Supercomputer-simulation 22 Das Universum in der Kiste Kosmologie r 38 Brian Hayes Parallelwelten 6 Multiversum in Beweisnot Fotoscheue Gesellen Schwarze Löcher lassen sich aus Prinzip nicht fotografieren. Nun wollen Astronomen stattdessen ihren Schatten auf ein Bild bannen. Astrophysik 38 Mittelgewichte unter den Schwarzen Löchern Für die Software »Bolshoi« ist das Jenny E. Greene George F. R. Ellis Weltall ein Würfel mit einer Wie entstehen supermassereiche Viele Kosmologen fasziniert die Idee, Milliarde Lichtjahre Kantenlänge. Schwarze Löcher? Eine von zwei es gebe unzählige Paralleluniversen. konkurrierenden Erklärungen Schwarze Löcher Das Problem: Niemand wird je scheint nun das Rennen zu machen. deren Existenz überprüfen können. Naturgesetze r 14 V erliert das Universum Energie? 4 r Radioastronomie 30 Schattenrisse Schwarzer Löcher Rekordbrecher 47 Massemonster im All Michele Cappellari Avery E. Broderick Tamara M. Davis und Abraham Loeb Der Energieerhaltungssatz gilt als Mit einem globalen Teleskopverbund Grundfeste der Physik. Ausgerechnet wollen Astronomen den Schatten das Universum als Ganzes scheint eines Schwarzen Lochs vor dem kos- ihn zu verletzen. mischen Hintergrund abbilden. 48 Beherrscht vom Schwarzen Loch Thorsten Dambeck Spezial Physik – Mathematik – Technik 2/2013: Rätsel Kosmos 50 Elegante Krempe Zwei Satellitengalaxien verbiegen die Ränder der Galaxis – und Dunkle Materie erweist sich als Helfershelfer. 66 Explosionen der Extraklasse Einige Sterne setzen bei ihrer Explosion ungeahnt viel Energie frei. Erklären lässt sich das nur, wenn man davon ausgeht, dass sie über 100-mal mehr Masse als die Sonne besaßen. Doch nach der gängigen Theorie dürften solche Exemplare gar nicht explodieren! Neue Phänomene Dunkle Materie 50 Die dunkle Seite der Milchstraße Leo Blitz Ga­laxien – doch es müsste zehn- lassen sich heute schon am Nacht- mal mehr leuchtende Materie geben. himmel beobachten. In einigen Wo verbirgt sich der Rest? Billionen Jahren ist es aber so weit. Vielleicht wird der Kosmos sogar Sternphysik lebensfreundlicher. 66 Superhelle Supernovae Der geschwungene Außenrand der Avishay Gal-Yam Milchstraße könnte die Moment­ Dass Hyperriesen explodieren aufnahme einer Wellenbewegung können, überraschte die Theoretiker. sein – verursacht von Dunkler Erst als sie auch Antimaterie in Materie. ihren Modellen berücksichtigten, zeichnete sich eine Erklärung ab. Intergalaktisches Medium 58 Die verschwundenen Galaxien Schicksal des Universums 74 Die ferne Zukunft der Sterne James E. Geach Donald Goldsmith Nach neuesten Schätzungen ent- Nicht alle exotischen Objekte, die hält das Universum 200 Milliarden das Universum hervorbringen kann, SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · www.spektrum.de Editorial 3 · Impressum 47 · Vorschau 82 Titelmotiv: Mark Hooper [M] Die auf der Titelseite angekündigten Artikel sind mit r gekennzeichnet. 5 Parallelwelten Multiversum in Beweisnot Viele Kosmologen fasziniert die Idee, es gebe unzählige Paralleluniversen mit jeweils eigenen Naturgesetzen. Doch das Problem ist: Niemand wird je nachprüfen können, ob ein solches Multiversum überhaupt existiert. Von George F. R. Ellis S eit einigen Jahren debattieren Kosmologen über eine kühne These: Außer dem expandierenden Universum, das wir wahrnehmen, sollen noch ungezählte weitere Universen existieren. Es gäbe demnach nicht nur einen Kosmos, sondern ein Multiversum. Der amerikanische Physiker Brian Greene bezeichnet diese Vorstellung als »superkopernikanische Revolution«, da ihr zufolge nicht nur unser Planet einer unter vielen ist, sondern sogar unser gesamtes Universum in kosmischem Maßstab unbedeutend. Was genau ist das, ein Multiversum? Zunächst einmal hat das Wort mehrere Bedeutungen. Astronomen vermögen bis zu einer Entfernung von rund 42 Milliarden Lichtjahren zu sehen; diese optische Grenze definiert unseren kosmischen Horizont. Es gibt aber keinen Grund, warum das All dort aufhören sollte. Jenseits des Horizonts dürften viele – sogar unendlich viele – Bereiche liegen, die dem für uns sichtbaren Kosmos gleichen. Zwar war die Materie anfänglich in jedem dieser Bereiche anders verteilt, aber in allen gelten dieselben Naturgesetze. Fast alle Experten akzeptieren diesen Typ des 6 Multiversums, den der amerikanische Kosmologe Max Tegmark »Ebene 1« nennt. Doch manche Theoretiker gehen weiter. Sie postulieren völlig unterschiedliche Universen mit einer jeweils anderen Physik, mit einer eigenen Geschichte oder gar mit unterschiedlich vielen Raumdimensionen. Die meisten dieser ­hypothetischen Welten sind lebensfeindlich, doch einige wimmeln von Organismen. Ein Hauptvertreter dieses »Ebene-2«-Multiversums ist der russisch-amerikanische Physiker Alexander Vilenkin. Er entwirft das dramatische Bild einer unendlichen Menge von Universen mit unendlich vielen Personen darin, die Ihren Namen tragen und gerade diesen Artikel lesen. Derlei Behauptungen sind in vielen Kulturen nichts Neues. Neu ist allein der Anspruch, das Multiversum sei eine wissenschaftliche, also mathematisch strenge und experimentell prüfbare Theorie. Ich bin da skeptisch und glaube nicht, dass die Existenz dieser anderen Universen bewiesen wurde – ja überhaupt beweisbar ist. Indem die Befürworter des Multi- Spezial Physik – Mathematik – Technik 2/2013: Rätsel Kosmos Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Rätsel Kosmos - 2/2013 Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de
