Powerpoint - Universität Tübingen
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Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Amand Fäßler Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts? Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? An was Glauben die Naturwissenschaftler? Jede Kultur hat versucht die Welt einfach zu verstehen. Anfang der Bibel: „Im Anfang schuf Gott…“ Empedokles (Agragas): ~ 450 v. Ch. 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer Kräfte: filia, neikoV Aristoteles (Athen): ~ 350 v. Ch. Äther = Quinta essentia Isaac Newton (London): ~ 1687 n. Ch. (Principia) Kräfte im Himmel = Kräfte auf der Erde Amand Fäßler, Universität Tübingen 2 Moderne Kosmologie: Drei Säulen Mikrowellen- Expansion Bildung der hintergrund des Univers. leicht. Kerne 1964 1929 ~1980 1. Säule: Expansion unseres Universums: Woher wissen wir dies? Entdeckung der Expansion des Universums H0 = H(t0) = 71 [km/sec Mpc] Entfernung [Mpc] Unser Raum dehnt sich aus. Alle Supernovae Explosionen dieses Types ( Ia) gleich hell. Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit / Abstand2 2. Säule: Kosmische Mikrowellen- (im Maximum 2 mm) Hintergrundstrahlung. Was ist das und wie sagt dies etwas aus über die Natur des Universums? Verlangt „Inflationäre“ Expansion 2.726 Kelvin Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/100 000 (2002) 18 Ausdehnung bekannt Krümmung des Universums x x 1 1 x WMAP 2002 : 1.00 0.02 1 19 Anisotropie und Krümmung Beobachtete Fluktuationen 20 Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch. Urknall = Big Bang Abstände ( Zeit) Skalenfaktor a(t) Anstieg der Geraden = H(z=0) Dl/l = z = v/c = H(z) d(Abstand) d = z/H(z) Heute = now; z= 0 Zeit Relative Größe des Universums Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte und Anteil der Dunklen Energie. Dunkle Materie + Dunkle Energie Accelerating Expansion d = z/H(z) Contracting Universe heute Miliarden Jahre Diese Fakten verlangen: • Materie 30 % der Energiedichte des Universums ( Energie = Masse * c2 ). • Davon leuchtende Materie (Sterne) ~ 0,5 % von total. • Von den 30% sind nur 4% bekannte Materie relativ zu total. • Unbekannte (Dunkle) Materie ~ 26 % Was ist dies ? • Was sind die restlichen ~ 70 % ? (Dunkle Energie) Energiedichte = Massendichte * c2 • Das Universum ist etwa 13 bis 14 Milliarden Jahre alt. Wir wissen nicht was zu ~ 96 % unser Universum füllt. Dunkle Materie im Coma-Haufen Im sichtbaren Licht 10 000 Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt Im Röntgenlicht 95 % der Masse in Plasmagaswolke Dunkle Materie ? Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären. Rotation von Dunkle Galaxien Materie ? Was kompensiert die Zentrifugalkraft ? Faktum erwartet Rotation von Dunkle Materie ? Galaxien keine gute Beschreibung ohne Annahme eines Halos Einstein Ringe Gravitations-Mikrolinsen-Effekt Einsteins persönlicher Ring • • • • mit Schwarzem Loch vor dem Mund Gravitationslinsen durch dunkle Materie ? Dunkle Materie ? Große und konzentrierte Massenansammlungen wirken auf Licht wie Linsen Sichtbare Materie reicht oft nicht aus, um Linseneffekt zu erzeugen Sie möchten einen direkten Beweis für Dunkle Materie ? Ich werde Ihnen einen direkten Beweis geben! A direct proof for dark matter ? 2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts Dunkle u. helle Materie Helle Materie Kollision zweier Galaxien im Röntgenlicht (rosa) und mit Gravitationslinseneffekt (blau). Erster direkter Nachweis für Dunkle Materie. z=1 Computer Simulation mit heller und dunkler Materie Formierung von Galaxienhaufen Diese bobachtete Verteilung der Galaxien nur mit sechs bis siebenfacher Dunkler Materie. Galaxien Verteilung erscheinender Beobachtete vorzugsweise entlang der Galaxien. Konzentriert Filamente orientiert längs Filamente. 70 % 26 % Dunkle Energie beträgt 70 % des Gewichts des Universums • Was ist dies? • Vakuumenergie? • Kurzfristige TeilchenAntiteilchen-Erzeugung aus dem Nichts? Einsteins größte „Eselei“ Von Einstein, Berlin, an Weyl, ETH Zürich. [Bei] De Sitter laufen zwei genügend voneinander entfernte materielle Punkte beschleunigt auseinander. Wenn schon keine quasi-statische Welt, dann fort mit dem kosmologischen Glied. Seien Sie herzlich gegrüsst von Ihrem A.Einstein 3. Säule: Bildung der leichten Atomkerne im Urknall Bildung der leichten Atomkerne im Urknall • Man beobachtet in alten Sternen • 75 % Wasserstoff (Protonen) • • 25 % Heliumatomkerne ( zwei Protonen und zwei Neutronen ). 400 Sekunden nach Urknall: 1 Milliarden Grad; Kerne stabil Da Neutronen schwerer als Protonen: Zahl(Protonen) : Zahl( Neutronen) = 7 : 1 Bei 1 Milliarden Grad (100 keV): Bildung von Deuterium (pn) -> Helium(2p, 2n) Massen-Häufigkeit der leichten Elemente nach dem Urknall • Wasserstoff (p) • Helium4 (ppnn) • Deuterium (pn) • Helium3 (ppn) • Lithium7(pppnnnn) ~ 0.75 ~ 0.25 -5 ~ 4*10 -5 ~ 1*10 ~ 3*10-10 4*105 J Zusammenfassung: Die Kosmologie ist auf einem hohen Niveau des Nichtwissens: Wir kennen nur 4 % der Energiedichte im Universum. 26 % der Dichte des Universums sind unbekannte Dunkle Materie. 70 % der Dichte des Universums sind Dunkle Energie (mit Druck zur Expansion). Offene Fragen: Was bewirkt die Inflationäre Expansion, die im ganzen Universum die gleiche Temperatur sicher stellt? Was war vor dem Urknall? Kaotisches Ur-Universum? Phasenübergang mit ungeheuerem Energiegewinn? Ist dies mehrmals passiert? Gibt es mehrere Parallel-Universa? An was glauben die Naturwissenschaftler? Dass alles Naturgesetzen folgt. Es wurden noch nie unter Labor- bedingungen Wunder nachgewiesen. (Sind vielleicht im Labor prinzipiell nicht nachzuweisen.) Wir glauben nicht an „Intelligent Design“. Wir können weder die Existenz noch die Nicht-Existenz Gottes beweisen. ENDE
