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Fing alles mit dem Urknall an ?
Gab es ein Vorher?
Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang?
Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?
An was Glauben die Naturwissenschaftler?
Amand Fäßler
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Amand Fäßler, Universität Tübingen 2
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, FeuerKräfte: , filia neikoV
Aristoteles (Athen): ~ 350 v. Ch.Äther = Quinta essentia
Isaac Newton (London): ~ 1687 n. Ch. (Principia)Kräfte im Himmel = Kräfte auf der Erde
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Moderne Kosmologie:Drei Säulen
Expansion des Univers.
Mikrowellen- hintergrund
Bildung der leicht. Kerne
19291964 ~1980
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1. Säule: Expansion unseres Universums:
Woher wissen wir dies?
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Entdeckung der Expansion des Universums
H0 = H(t0) = 71 [km/sec Mpc]
Entfernung [Mpc]
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Unser Raum dehnt sich aus.
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Alle Supernovae Explosionen dieses Types ( Ia) gleich hell.
Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit / Abstand2
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2. Säule: Kosmische Mikrowellen- (im Maximum 2 mm)
Hintergrundstrahlung.
Was ist das und wie sagt dies etwas aus über die Natur des
Universums?
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2.726 Kelvin
Verlangt „Inflationäre“ Expansion
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18(2002)
Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/100 000
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19
Krümmung des Universums
xx x
1 1 1
Ausdehnung bekannt
WMAP 2002 :
1.00 0.02
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20
Anisotropie und
Krümmung
Beobachtete Fluktuationen
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Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.
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Urknall = Big Bang
Skal
enfa
ktor
a(t
)
ZeitHeute = now; z= 0
Abst
ände
( Ze
it)
/ Dl l = z = v/c = H(z) d(Abstand) d = z/H(z)
Anstieg der Geraden = H(z=0)
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Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte
und Anteil der Dunklen Energie.
Accelerating Expansion
Contracting Universe
heute
Miliarden Jahre
Rel
ativ
e G
röß
e d
es U
niv
ersu
ms Dunkle Materie + Dunkle Energie
d = z/H(z)
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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.
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Dunkle Materie im Coma-Haufen
Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären.
Dunkle Materie ?
Im sichtbaren Licht Im Röntgenlicht
10 000 Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt
95 % der Masse in Plasmagaswolke
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erwartet
Faktum
Rotation von Galaxien
Was kompensiert die Zentrifugalkraft ?
Dunkle Materie ?
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Rotation von Galaxien
keine gute Beschreibung ohne Annahme eines Halos
Dunkle Materie ?
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Einstein RingeGravitations-Mikrolinsen-Effekt
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Einsteins persönlicher Ring• mit Schwarzem • Loch vor dem Mund• •
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Gravitationslinsen durch dunkle Materie ?Dunkle
Materie ?
Sichtbare Materie reicht oft nicht aus, um Linseneffekt zu erzeugen
Große und konzentrierte Massenansammlungen wirken auf Licht wie Linsen
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A direct proof for dark matter ?Sie möchten einen direkten Beweis für Dunkle Materie ? Ich werde
Ihnen einen direkten Beweis geben!
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2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts
Dunkle u. helle Materie Helle Materie
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Kollision zweier Galaxien im Röntgenlicht (rosa) und mit Gravitationslinseneffekt (blau).
Erster direkter Nachweis für Dunkle
Materie.
![Page 29: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/29.jpg)
z=1
Computer Simulation mit heller und dunkler Materie
Formierung von Galaxienhaufen
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Diese bobachtete Verteilung der Galaxien nur mit sechs bis siebenfacher Dunkler Materie.
Galaxien erscheinen vorzugsweise entlang der
Filamente orientiert
Beobachtete Verteilung der Galaxien. Konzentriert
längs Filamente.
![Page 31: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/31.jpg)
70 %
26 %
![Page 32: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/32.jpg)
Dunkle Energie beträgt 70 % des Gewichts des Universums
• Was ist dies? • Vakuumenergie? • Kurzfristige Teilchen-
Antiteilchen-Erzeugung aus dem Nichts?
![Page 33: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/33.jpg)
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
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3. Säule: Bildung der leichten
Atomkerne im Urknall
![Page 35: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/35.jpg)
Bildung der leichten Atomkerne im Urknall
• Man beobachtet in alten Sternen
• 75 % Wasserstoff (Protonen)• • 25 % Heliumatomkerne ( zwei Protonen und zwei Neutronen ).
![Page 36: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/36.jpg)
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)
![Page 37: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/37.jpg)
Massen-Häufigkeit der leichten Elemente nach dem Urknall
• Wasserstoff (p) ~ 0.75• Helium4 (ppnn) ~ 0.25• Deuterium (pn) ~ 4*10-5
• Helium3 (ppn) ~ 1*10-5
• Lithium7(pppnnnn) ~ 3*10-10
![Page 38: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/38.jpg)
4*105 J
![Page 39: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/39.jpg)
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).
Zusammenfassung:
![Page 40: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/40.jpg)
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?
Offene Fragen:
![Page 41: Fing alles mit dem Urknall an ? Gab es ein Vorher? Enstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Warum gibt es etwas? Warum gibt es nicht Nichts?](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062512/55204d7049795902118c2263/html5/thumbnails/41.jpg)
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