Urknalltheorie - Gymnasium Liestal
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Die Entwicklung der Urknalltheorie Manuel Erdin Gymnasium Liestal, 2012 William Herschel (1738–1822) Das statische Universum mit einer Galaxie Das Weltbild Herschels Die Position unseres Sonnensystems Die Milchstrasse (Galaxis) Edwin Hubble (1899–1953) Das dynamische Universum mit Myriaden von Galaxien Edwin Hubble Hubble am Hale–Teleskop, Mt. Palomar Das Weltbild Hubbles Die galaktischen Nebel sind eine Anhäufung von vielen Sternen Bild: NGC 1288, ESO VLT Das Weltbild Hubbles Sind diese Sternhaufen Teil der Galaxis? Das Weltbild Hubbles Oder sind diese Nebel eigenständige Galaxien? Das Weltbild Hubbles ? Wie misst man so grosse Distanzen? Das Weltbild Hubbles Cepheiden sind Blinklichter, deren Helligkeit den Abstand verraten. Grafik: Lermer – Grundkurs der Astronomie, bsv Das Weltbild Hubbles Durchmesser der Galaxis 100’000 Lichtjahre Das Weltbild Hubbles Durchmesser der Galaxis 100’000 Lichtjahre Abstand zur nächsten Galaxie (Andromeda) 2’200’000 Lichtjahre Das Weltbild Hubbles Unsere Position im Universum: Am Rand einer mittleren Galaxie umkreist die Erde einen durchschnittlichen Stern. Das Weltbild Hubbles Alle Galaxien bewegen sich von uns weg Je weiter sie von uns weg sind, desto schneller entfernen sie sich von uns Das Weltbild Hubbles Folglich: Alle Galaxien sind früher näher beieinander gewesen! Das Urknallmodell Alexander Friedmann Georges Lemaître Edwin Hubble Alexander Friedmann Russischer Physiker und Mathematiker 1888–1925 Georges Lemaître Belgischer Theologe und Astrophysiker 1894–1966 Bilder: Wikipedia Albert Einstein • Er formuliert 1915 die allgemeine Relativitätstheorie. Bestätigung durch astronomische Beobachtungen: • • • Drehung des Merkurperihels Krümmung des Raums durch Massen Rotverschiebung einer im Schwerefeld emittierten Strahlung • Darin postuliert er ein statisches Universum. Alexander Friedmann Georges Lemaître • Friedmann zeigt 1922, dass ein statisches Universum nicht existieren kann. • Friedmann und Lemaître zeigen, dass ein singulärer Anfangszustand möglich ist: Ein Universum von geringsten Dimensionen, höchster Dichte und Temperatur Das Urknallmodell 0.00 Sekunden • Der Urknall Beginn von Zeit und Raum Materie in einem Zustand unendlich grosser Dichte und Temperatur, mit der bekannten Physik nicht beschreibbar Das Urknallmodell 0.0001 Sekunden • Ära der subatomaren Teichen Extreme Expansion des Raums (Inflation) Entstehung der ersten Elementarteilchen (Protonen, Neutronen u.a.) bei Milliarden Kelvin Das Urknallmodell 180.00 Sekunden • Frühes Universum Fusion von Wasserstoff-, Helium- und Lithiumkernen Vergrösserung und damit verbundene Abkühlung des Universums Das Urknallmodell 380‘000 Jahre • Das dunkle Universum Bildung von Atomen durch Bindung von Elektronen an die Atomkerne bei 3‘000 K. Freier Raum für die Bewegung von Lichtteilchen (Photonen). Das Universum wird durchsichtig. Das Urknallmodell 400‘000‘000 Jahre • Sterne Lokale Anhäufung von Materie aufgrund der Gravitation Bildung der ersten Generation von Sternen, die das Universum erhellen Das Urknallmodell 1‘000‘000‘000 Jahre • Galaxien Bildung von grossen Strukturen: Galaxien und Galaxienhaufen Das Urknallmodell 13‘800‘000‘000 Jahre • Heutiges Universum Geburt, Interaktion und Tod von Sternen und Galaxien Durchschnittliche Temperatur von 3 K Kontinuierliche Ausdehnung des Universums Bild: Wikipedia Indizien, die das Urknkallmodell stützen • Hubbles Messungen von 1929 zeigen eine proportionale Abhängkeit der Fluchtgeschwindigkeit vr vom Abstand r: •v r = H· r Grafik: Lermer – Grundkurs der Astronomie, bsv Indizien, die das Urknkallmodell stützen • Arno Penzias und Robert Wilson entdecken 1964 die 3-KelvinHintergrundstrahlung, das Nachglühen des Urknalls. Bild: Wikipedia Indizien, die das Urknkallmodell stützen • Heute kennt man geringe Schwankungen in der Hintergrundstahlung. Bild: COBE-Satellit, NASA, 1990 Indizien, die das Urknkallmodell stützen • Diese geringen Unterschiede führen zur Bildung von Galaxien. Bild: WMAP-Raumsonde, NASA, 2001 Die Zukunft des Universums • Was geschieht in der Zukunft mit dem Universum? Ewige Expansion oder Kollaps? • Entscheidend ist hier die mittlere Materiedichte im ganzen Universum. Dabei spielen die sog. dunkle Materie und die dunkle Energie, über die so gut wie nichts bekannt sind, eine wesentliche Rolle.
