Die Entwicklung unseres Universums...

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1 Die Entwicklung unseres Universums...
...das frühe Universum ...Strukturen des Kosmos ...die Zukunft des Universums Peter Oswald In Anlehnung an die Präsentation von Franz Embacher Institut für Theoretische Physik Universität Wien

2 Andromeda-Nebel M31 mit M32 und M110

3 Gesetz von Hubble Neben dem Gravitationsgesetz und den 3 Gesetzen von Kepler gilt ein weiteres wichtiges Gesetz: v = Ho * r Gesetz von Hubble v: Geschw. der Galaxie relativ zur Erde Ho: Hubblekonstante (75 km s-1 Mpc-1) r: Entfernung von der Erde

4 Geschwindigkeit v – Rotverschiebung z
Gesetz von Hubble Dieses Gesetz ist eine Folge aus dem von Hubble gefundenen Zusammenhang : Geschwindigkeit v – Rotverschiebung z λ …die beobachtete Wellenlänge λo ..die vom Objekt aus gesandte Wellenlänge z …Rotverschiebung z = (λ-λo)/λo

5 Warum expandiert das Universum?
Erklärung dafür liefert die ART! (Massen müssten sich anziehen) Beschreibung: Friedmann-Gleichung Vermutung: Es gab eine Singularität (Urknall)

6 Der Urknall als Singularität
Ende (Anfang) von Raum und Zeit „Vor“ dem Urknall „gab“ es weder Raum noch Zeit Dichte und Druck  unendlich

7 Das frühe Universum? Anfang: Superkraft (Raum, Zeit, Materie, Strahlung sind nicht unterscheidbar!)

8 Das frühe Universum? Anfang: T ≈ 1032 K Dichte ρ ≈ 1097kg/m3 4 Grundkräfte in der Natur – sie entstehen der Reihe nach: Gravitation starke Kernkraft schwache Wechselwirkung elektromagnetische Kraft 1. Abspaltung: Gravitation (nach der Planck-Ära: 10-43s) die anderen drei bilden die GUT-Kraft (GUT: Grand Unified Theory) Planck-Ära: keine physikalischen Gesetze

9 Das frühe Universum? 2. Abspaltung: starke Kernkraft nach 10-36s und T ≈ 1027 K 3. Abspaltung: nach 10-12s und T ≈ 1016 K Schwache Wechselwirkung und elektromagnetische Kraft spalten sich ab

10 4 Grundkräfte - Übersicht

11 Allgemeine Relativitätstheorie
„Materie krümmt den Raum“ Materiedichte und Druck krümmen die Raumzeit („Friedmann-Gleichung“) Die Rolle des Drucks (und der „Zustandsgleichung“) der Materie ist wichtig für die Kosmologie. Die ART sagt für gewöhnliche Materie eine Expansion des Universums voraus.

12 Krümmung = Verletzung der Gesetze der euklidischen Geometrie
Was ist Krümmung? Krümmung = Verletzung der Gesetze der euklidischen Geometrie

13 Geometrie des Universums
Ist das Universum offen oder geschlossen Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte

14 Offen oder geschlossen?
Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte: H offen („negativ gekrümmt“) Dichte < kritische Dichte Dichte = kritische Dichte (kritischer Grenzfall) offen („flach“) geschlossen („positiv gekrümmt“) Dichte > kritische Dichte

15 Offen oder geschlossen?
Für ein materiedominiertes Universum: Zusammenhang mit der Zeitentwicklung: expandiert ewig expandiert ewig (kritischer Grenzfall) rekollabiert („Big Crunch“)

16 Wie alt ist das Universum?
Aktueller Wert: t = Milliarden Jahre

17 Probleme des Standardmodells
Der Urknall Kosmologischer Horizont Horizontenproblem Flachheitsproblem Dunkle Materie und dunkle Energie Kosmologische Konstante?

18 Wieso ist die heutige Dichte so nahe an der kritischen Dichte?
Flachheitsproblem Wieso ist die heutige Dichte so nahe an der kritischen Dichte? Zusammenhang zwischen Dichte und Geometrie  das Universum ist nahe an der „kritischen Grenze“ zwischen offen und geschlossen. Vermutung: Dichte = kritische Dichte

19 Flachheitsproblem „fine tuning“ 3 Modelle: Dichten 1 Nanosekunde nach dem Urknall

20 Dunkle Materie und dunkle Energie
Energieinhalt des Universums - vorläufiges Bild:

21 Kosmologische Konstante?
Einsteins „größte Eselei“ Vakuumenergie, negativer Druck Entfernung-Rotverschiebungs-Messungen an Typ Ia Supernovae  Abweichung vom Hubble-Gesetz, beschleunigte Expansion? Kosmologische Konstante, dunkle Energie? Ist das Universum heute materiedominiert oder dominiert von dunkler Energie?

22 Wie wird sich das Universum weiterentwickeln?
Zur Zeit scheint es beschleunigt zu expandieren. Aktuelle Vermutung: Vorhandensein von Raumzeit-Wellen Sie treiben die beschleunigte Expansion an.

23 Anisotropie der Hintergrundstrahlung
DT -6 = T COBE, 1992

24 Anisotropie der Hintergrundstrahlung
DT -6 = T WMAP, 2003