Die Urknalltheorie
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Die Urknalltheorie Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte „Geistesgegenwärtig hatte Gott damals vom Urknall ein Foto geschossen, welches er immer noch recht eindrucksvoll fand“ 1 Überblick Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 2 Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 3 Skalenfaktor Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick Um von der Expansion Unabhängige Koordinaten zu haben führt man den Skalenfaktor S(t) ein. Dieser gibt somit auch die Größenentwicklung des Universums wieder. • Mathematik • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 4 Friedmann Modelle Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Mathematik • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 5 Friedmann Modelle Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Mathematik • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 6 Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 7 Planck Ära / Ära der Quantengravitation Einleitung Gravitation (Einstein): Schwarzschildradius (Ereignishorizont) Was besagt die Theorie? Gm l 2 c • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära Quantenmechanik: Unschärferelation c -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen mPlanck l Planck Gh 32 1 , 62 10 m c3 t Planck G 5,39 10 44 5 c Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte c 2,18 10 8 k g G 8 h mc GUT Ära Einleitung Baryonenasymmetrie Ab 10-43 s Existenz von Materie Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 9 Inflation Löst: Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf - Planck Ära Horizontproblem / Homogenität des Universums - GUT Ära -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära Flachheit des Raumes - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen Magnetische Monopole Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 10 Elektroschwache Ära Ab 10-34 s Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära - Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte Es entstand das noch heute bestehende Verhältnis Anzahl (Quarks) 9 10 Anzahl ( Photonen) 11 Leptonen Ära Einleitung Was besagt die Theorie? Ab 10-10 s Quarks aus dem Quark-Gluon-Plasma bilden Baryonen und Mesonen • Überblick • Ablauf - Planck Ära Antimaterie verschwunden - GUT Ära -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära Neutrinos entkoppeln - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Neutronen-Protonen-Verhältnis 1:7 entsteht Schwachpunkte 12 Photonen Ära Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära Ab 102 s Es ist heiß genug, damit durch Fusion leichte Kerne entstehen können, aber nicht mehr heiß genug, dass die Photonen diesen Prozess rückgängig machen könnten. -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent Deuterium, Helium, Lithium (Kerne) entstehen - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 13 Ab 300000 a Universum wird transparent Einleitung Was besagt die Theorie? Die Kerne können Elektronen an sich binden • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära -Inflation Keine Streuung von Photonen an freien Elektronen - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent Universum wird „durchsichtig“ - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 14 Ab 1 Mrd. a Galaxien und Sterne entstehen Einleitung Was besagt die Theorie? • Überblick • Ablauf - Planck Ära - GUT Ära -Inflation - Elektroschwache Ära - Leptonen Ära - Photonen Ära - Universum wird transparent - Galaxien und Sterne entstehen Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte 15 Wodurch wird sie gestützt? Einleitung Expansion des Universums Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Schwachpunkte Hintergrundstrahlung Häufigkeit der Elemente Altersverteilung der Sterne 16 Expansion des Universums Hubble (1929): v = H0 r Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte 17 Expansion des Universums Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte 18 Hintergrundstrahlung Einleitung Was besagt die Theorie? Entstanden durch häufige Streuung der Photonen an Elektronen in der Photonen-Ära Schwarzkörperspektrum Wodurch wird sie gestützt? • Expansion des Universums 1948 vorhergesagt • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente 1964 zufällig gemessen (1978 Nobelpreis) • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte 19 Hintergrundstrahlung Einleitung Sehr isotrop, jedoch geringe Anisotropie mit besser werdenden Messgeräten festgestellt (WMAP) Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Informationen über Dichteschwankungen • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte 20 Hintergrundstrahlung Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Hintergrundstrahlung und deren Spektrum • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte Nur über Urknallmodel erklärbar 21 Häufigkeit der (leichten) Elemente Verhältnis Nn/Np ≈ 1/7 (aus Leptonen Ära) Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Alle Neutronen in He => Rest an Protonen für Wasserstoff • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Nuklidkarte: keine Kerne mit 5 oder 8 Nukleonen, die dazwischen großteils instabil Verteilung der baryonischen Materie Schwachpunkte Wasserstoff Helium schwerer 22 Häufigkeit der (leichten) Elemente Z Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? 9C 10C 127 ms 19,3 s 8B 7Be • Hintergrundstrahlung 9Be 53,3 d • Häufigkeit der Elemente 6Li • Altersverteilung der Sterne 3He Schwachpunkte 1H 2H 4He 20,3 min 10B 770 ms • Expansion des Universums 11C 7Li 12C 11B 13C 12B 20,3 ms 10Be 11Be 1,6·106 a 13,8 s 8Li 9Li 842 ms 178 ms 6He 8He 808ms 122 ms 3H 12,3 a n 10,6 min 0 1 2 3 4 5 6 7 N 23 Altersverteilung der Sterne S: Skalenfaktor Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? • Expansion des Universums • Hintergrundstrahlung • Häufigkeit der Elemente • Altersverteilung der Sterne Schwachpunkte Ω0: Dichteparameter 24 Probleme Einleitung Was besagt die Theorie? Wodurch wird sie gestützt? Dunkle Materie / Energie Weitere Vorträge Schwachpunkte • Dunkle Materie • Inflation Inflation Felder mit abstoßender Gravitation nötig, bislang nicht gefunden 25 Die Urknalltheorie Ende „Geistesgegenwärtig hatte Gott damals vom Urknall ein Foto geschossen, welches er immer noch recht eindrucksvoll fand“ 26
