Die Urknalltheorie - Cusanus Gymnasium

Wahlthema Astronomie:
Die Urknalltheorie
Simon Zimmer
Schon in der Frühzeit hatten die Menschen versucht sich die Erde und das Weltall zu
erklären. Einer dieser Pioniere in der Astrophysik war der griechische Philosoph Aristoteles.
Er dachte, die Welt würde schon ewig bestehen, die Welt würde nie untergehen und wäre
der Mittelpunkt des Weltalls. Doch die Kirche hatte eine andere Sicht auf das Weltall. Sie
dachte nämlich die Welt würde von einer höheren Macht erschaffen, von Gott. Ebenso
nahm sie an, dass die Erde unbeweglich und der Mittelpunkt des Weltalls sei. Nach heutigem
Standpunkt wissen wir, dass diese Annahmen falsch waren.
Bei der Urknalltheorie geht man davon aus, dass vor ca. 20 Milliarden Jahren die gesamte
Masse des Universums in einem einzigen Punkt mit sehr hoher Dichte und Temperatur
konzentriert war. Diese Materie dehnte sich durch eine „Explosion“, welche vor etwa 13,7
Mrd. Jahren stattfand und als Urknall bezeichnet wird, aus und stellt heute unser Universum
dar. Diese Ausdehnung hat bis heute nicht angehalten. Möglicherweise gibt es irgendwann
einen Punkt, an dem die Expansion gestoppt wird und der Umkehreffekt eintritt. Die Kraft
die diese Expansion hervorruft, nennt man dunkle Energie. Bis heute weiß man nicht, was
das überhaupt ist.
Das Urknallmodell
Den Urknall kann man durch das Urknallmodell sehr gut verdeutlichen:
Zu Beginn gab es noch gar nichts. Diesen Moment kann man sich nicht vorstellen, da Raum
und Zeit gerade erst geboren wurden. Während dieses Zeitpunktes stand die gesamte Masse
des Universum unter enormen Druck: „ein Liter Urknall“ wog etwa 1094 kg. Der Urknall
selbst dauerte nur 10-43 Sekunden. Eine für uns unvorstellbar kurze Zeit. Die Folge dieser
Explosion war eine extreme Expansion (Ausdehnung) des Raumes, die bis heute nicht
angehalten
hat und mit
steigender
Ausdehnung auch
eine immer
schnellere
Ausdehnungsgeschwindigkeit hervorruft. Wie schon oben beschrieben vermuten Forscher
einen Umkehrpunkt (der aber noch weit in der Zeit voraus liegt), bei dem das Weltall
schlagartig wieder in sich zusammenfällt.
Der nächste Schritt nach dem eigentlichen Urknall war das frühe Universum, welches nach 3
bis 4 Minuten entstand. Während dieser Zeit wurden die ersten Atomkerne erschaffen: Es
entstand Wasserstoff. Dieser Stoff bot die Grundlage für das ganze Weltall. Das Weltall
dehnte sich weiterhin aus, zwar nicht mehr mit der gleichen Geschwindigkeit wie vorher
aber trotzdem noch unglaublich schnell. Durch diese Vergrößerung des Raumes konnte sich
die extreme Hitze von 100.000 Mio. °C weiter verteilen und das Universum konnte sich
abkühlen. Danach veränderte sich nicht mehr sehr viel, allerdings endete die Produktion von
Wasserstoffatomkernen.
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Erst nach 380.000 Jahren fand die nächste ausschlaggebende Veränderung statt. Das
Universum hatte sich weiter auf
abgekühlt und die Temperatur war nun endlich
niedrig genug, sodass sich Atomkerne und Neutronen zu Atomen verbinden konnten. Von
nun an konnten sich Lichtteilchen, oder wie der Experte sagt, Photonen, im Raum frei
bewegen. Da nun auch Licht das Universum durchstrahlte, erschien dieses durchsichtig. Da
es aber zu dieser Zeit noch keine Sterne gab, blieb es völlig dunkel.
Erst nach 400 Mio. Jahre gab es die erste große und grundlegende Veränderung: Aus
Gasanhäufungen und erhöhter Massekonzentrationen entstanden erste Sterne und
Planeten.
Abbildung 1: Planet
Nach 1 Mrd. Jahren hatten sich endlich genug Sterne, Planeten und andere Himmelskörper
gebildet, sodass sich auch komplexere Strukturen, wie Galaxien und Galaxienhaufen, im
Weltall bilden konnten.
Abbildung 2: Galaxie
Abbildung 3: Galaxienhaufen
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Der Urknall war eigentlich gar keine Explosion, so wie wir sie uns vorstellen, da Licht und
Schall zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht existierten. Bis heute zerreißen sich Forscher die
Köpfe darüber, warum es zum Urknall kam. Ebenso wissen sie auch nicht was vorher war,
also ob es vor dem Urknall vielleicht schon etwas anderes gegeben hat.
Entwickler der Urknalltheorie:
Wiliam Herschel war Musiker und Hobbyastronom. Er lebte von
1738 bis 1822. Mit seinen selbstgebauten Teleskopen versuchte
er sich ein Bild von dem gesamten Universum zu machen. Aus
seinen dadurch errungenen Kenntnissen entwickelte er die
Theorie eines statischen (unbeweglichen) Universums. Ebenso
dachte er, die Milchstraße (die Galaxie in der wir leben) sei die
einzige im Universum. Doch da Wiliam Herschel eine sehr
schlechte astronomische hatte, konnte er das Universum nur
begrenzt erforschen. Seine Theorie stellte sich später als falsch
Abbildung 4: W. Herschel
heraus, da das Weltall nicht statisch ist, sondern immer schneller
expandiert.
Ein weiterer sehr wichtiger Astronom war Edwin Hubble. Er lebte von 1889 bis 1953 und
übte seinen Beruf in den amerikanischen Bundesstaaten aus. Im zwanzigsten Jahrhundert
entdeckte er die Rotverschiebung der Galaxien. Solche
Rotverschiebungen entstehen durch den ständig wachsenden
Abstand zwischen Beobachter und Lichtquelle. Ist dies der Fall,
so erscheint das Licht, das von den Galaxien ausgestrahlt wird
immer rötlicher. Aus dieser Rotverschiebung schloss er auf ein
sich ausdehnendes Universum. Ebenso leitete er aus seiner
Entdeckung den Umkehrschluss ab: Wenn sich das Universum
ständig weiter ausdehnt, so muss seine ganze Masse
irgendwann auch einmal auf einem einzigen Punkt konzentriert
Abbildung 5 E. Hubble
gewesen sein. Diese Entdeckung änderte das Weltbild enorm und Edwin Hubble gilt deshalb
auch als einer der bedeutendsten Astronomen überhaupt (Als Ehre für diese Entdeckung
wurde auch ein Weltraumteleskop nach ihm benannt: das Hubble-Weltraumteleskop).
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Zwei weitere bedeutsame Physiker sind Alexander Friedmann und Georges Lemaître.
Alexander Friedmann war russischer Physiker und Mathematiker und lebte von 1888 bis
1925. Er beschrieb in seiner Theorie, dass das
Universum gleichartig ist und in alle Richtungen
die gleiche Eigenschaften besitzt. Friedmann
bestätigte auch die Theorie Edwin Hubbles,
nämlich die eines dynamischen Universums.
Abbildung 6: A. Friedmann
Georges Lemaître war belgischer Priester und
Astrophysiker. Er lebte von 1894 bis 1966.
Lemaître stellte die Theorie eines Uratoms auf, die Friedmann auch
schon ansatzweiße beschrieb. In diesem Uratom ist die gesamte Masse
Abbildung 7: G. Lemaître
des Universums zusammengepresst.
Beide zeigten mit ihren Forschungen, dass ein singulärer Anfangszustand möglich ist: ein
Universum von geringster Dimension, höchster Dichte und extrem hoher Temperatur.
Einer der größten Physiker überhaupt und Mitbegründer der
Urknalltheorie ist Albert Einstein. Er war theoretischer Physiker
und lebte von 1879 bis 1955. Einstein formulierte 1915 die
allgemeine Relativitätstheorie, bei der er auch nebenbei
Gravitationswellen beschrieb, die beim Urknall entstanden. In
der allgemeinen Relativitätstheorie zeigte er, dass die Raum und
Zeit abhängig von der Masse sind. Mit seiner Formel
zeigte er, dass Masse gleich Energie ist.
Zwei Physiker, die auch zum Nachweis des Urknalls beitrugen
Abbildung 8: A. Einstein
sind Arno Penzias und Robert Wilson. Penzias ist 1933 geboren
und US-amerikanischer Physiker. Wilson ist 1936 geboren und US-amerikanischer Physiker
und Astronom. Beide entdeckten zusammen bei einem Test einer neuen, hoch
empfindlichen Antenne die kosmische Hintergrundstrahlung. Diese kurz nach dem Urknall
entstandene Strahlung erfüllt das ganze Universum. Deshalb gilt sie auch als Beweis des
Urknalls. Für diese Entdeckung erhielten sie zusammen 1978 den Nobelpreis für Physik.
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Quellen:
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http://www.planet-wissen.de/natur_technik/weltall/universum/urknall.jsp
http://www.youtube.com/watch?v=GeKiAZ4JQ8k
http://www.cobocards.com/pool/de/card/7180281/online-karteikarten-wasbesagt-die-urknalltheorie-/
http://www.planeten.ch/Frage_Urknalltheorie
http://www.n-tv.de/wissen/Dunkle-Energie-bleibt-mysterioesarticle4450156.html
http://www.weltlinie.de/astro002.html
http://www.gymliestal.ch/manuelerdin/dok/urknall.pdf
http://www.astrokramkiste.de/herschel-wilhelm
http://www.astronews.com/frag/antworten/2/frage2245.html
http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/kosmologie/die-kosmischehintergrundstrahlung/
http://www.taz.de/!135063/
Abb 1:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Artist%E2%80%99s_view_of_an_ex
oplanet_inspired_by_the_discovery_of_Gliese_876_d.jpg
Abb 2: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d1/NGC_1232_galaxy.jpg
Abb 3 http://www3.kis.uni-freiburg.de/~ovdluhe/Vorlesungen/GEG_01/Image161.jpg
Abb 4: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/William_Herschel01.jpg
Abb 5:
http://fc03.deviantart.net/fs36/i/2008/269/4/a/Edwin_P__Hubble_by_boboverlord.jpg
Abb 6: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Alexander_Friedman.png
Abb 7: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/Lemaitre.jpg
Abb 8: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Albert_Einstein_Head.jpg
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