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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?

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Präsentation zum Thema: "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?"—  Präsentation transkript:

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2 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

3 Amand Fäßler, Universität Tübingen2 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: Aristoteles (Athen): ~ 350 v. Ch. Äther = Quinta essentia Isaac Newton (London): ~ 1687 n. Ch. (Principia) Kräfte im Himmel = Kräfte auf der Erde

4 Moderne Kosmologie: Drei Säulen Expansion des Univers. Mikrowellen- hintergrund Bildung der leicht. Kerne ~1980

5 1. Säule: Expansion unseres Universums: Woher wissen wir dies?

6 Entdeckung der Expansion des Universums H 0 = H(t 0 ) = 71 [km/sec Mpc] Entfernung [Mpc]

7 Unser Raum dehnt sich aus.

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10 Alle Supernovae Explosionen dieses Types ( Ia) gleich hell. Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit / Abstand 2

11 Velocity(Red Shift) ~ distance{lum. standard candle})

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14 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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16 2.726 Kelvin Verlangt Inflationäre Expansion

17 Structure in the Universe Earth: diameter = d = km Sun: distance = d = 150 Million km = 1 AU [Astro. Unit] Closest Star: Proxima Centauri 4.1 light years Diameter of our Galaxy light years = [psec] Closest Galaxy: Andromeda 2.5 Million Light Years Distance to the COMA cluster ( 10 4 Galaxies) = 100 [Mpsec] Averaged over 100 Mpsec: smooth (Cosmol. Principle)

18 CMBR anisotropies were detected by Conklin (1969) and Henry (1971) Entirely due to earth motion relative to the CMBR rest frame (600 km/s)

19 18 (2002) Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/

20 19 Krümmung des Universums xxx Ausdehnung bekannt

21 20 Anisotropie und Krümmung Beobachtete Fluktuationen

22 0 + = 1 Accelerated: q 0 < 0 Dark Energy Density versus Matter + Dark Matter Density 0 in Units of the critical density 0 =1.

23 0 + = 1 Accelerated: q 0 < 0 Dark Energy Density versus Matter + Dark Matter Density 0 in Units of the critical density 0 =1.

24 Expansion des Universums: Entfernte rote Galaxien Beobachter Unabhängige Entfernungsmessung gesucht

25 Supernova Typ Ia Weißer Zwerg in Nachbarschaft von Riesenstern Klar definierte Masse bei Zündung Alle Ia haben gleiche Leuchtkraft

26 Standardkerzen Supernovae Ia haben alle die gleiche Leuchtkraft Von der beobachteten Helligkeit kann man auf die Entfernung schließen Der Vergleich mit der Rotverschiebung der umgebenden Galaxie erlaubt Schluß auf Expansion zum Zeitpunkt der Explosion

27 Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.

28 Urknall = Big Bang Skalenfaktor a(t) Zeit Heute = now; z= 0 Abstände ( Zeit) = z = v/c = H(z) d(Abstand) d = z/H(z) Anstieg der Geraden = H(z=0)

29 Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte und Anteil der Dunklen Energie. Accelerating Expansion Contracting Universe heute Miliarden Jahre Relative Größe des Universums Dunkle Materie + Dunkle Energie d = z/H(z)

30 Diese Fakten verlangen: Materie 30 % der Energiedichte des Universums ( Energie = Masse * c 2 ). 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 * c 2 Das Universum ist etwa 13 bis 14 Milliarden Jahre alt. Wir wissen nicht was zu ~ 96 % unser Universum füllt.

31 Dunkle Materie ? Coma-Haufen 300 Millionen Lichtjahre 95% der Masse des Coma-Haufens ist eine Gaswolke Im Röntgenlicht Im sichbaren Licht Glaxien

32 Dunkle Materie im Coma-Haufen Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären. Dunkle Materie ? Im sichtbaren Licht Im Röntgenlicht Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt 95 % der Masse in Plasmagaswolke

33 Coma-Haufen Masse der Gaswolke reicht nicht, die Bewegung der Galaxien zu erklären. Dunkle Materie ? Im sichtbaren Licht Im Röntgenlicht

34 erwartet Faktum Rotation von Galaxien Was kompensiert die Zentrifugalkraft ? Dunkle Materie ?

35 Helle und Dunkle Materie Es gibt etwa 7 mal mehr dunkle Materie als helle

36 erwartet Faktum Rotation von Galaxien Was kompensiert die Zentrifugalkraft ? Dunkle Materie ?

37 Keplersche Gesetze der Planeten- bewegung Der Leitstrahl zum Planeten durchläuft in gleichen Zeiten gleiche Flächen

38 Rotation von Galaxien keine gute Beschreibung ohne Annahme eines Halos Dunkle Materie ?

39 Einstein Ringe Gravitations-Mikrolinsen-Effekt

40 Einsteins persönlicher Ring mit Schwarzem Loch vor dem Mund

41 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

42 A direct proof for dark matter ? Sie möchten einen direkten Beweis für Dunkle Materie ? Ich werde Ihnen einen direkten Beweis geben!

43 2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts Dunkle u. helle MaterieHelle Materie

44 Kollision zweier Galaxien im Röntgenlicht (rosa) und mit Gravitationslinseneffekt (blau). Erster direkter Nachweis für Dunkle Materie.

45 z=1 Computer Simulation mit heller und dunkler Materie Formierung von Galaxienhaufen

46 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.

47 70 % 26 %

48 log( log(a) -4 0 M R a eq present rad ~ 1/a 4 M ~ 1/a 3 ~ const. Nukleosynth. < a eq a eq < Entkopplung < present -3 1/ /10001 log Dichte Ausdehnung des Universums relativ zu heute

49 Urknall = Big Bang Skalenfaktor a(t) Zeit Heute = now; z = 0 Abstände ( Zeit) = z = v/c = H(z) * d(Abstand) d = z/H(z) Anstieg = H(z=0) = 71 [km/(sec*Mpc)]

50 Accelerating Expansion Contracting Universe d = z/H(z)

51 Dunkle Energie beträgt 70 % des Gewichts des Universums Was ist dies? Vakuumenergie? Kurzfristige Teilchen- Antiteilchen-Erzeugung aus dem Nichts?

52 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

53 3. Säule: Bildung der leichten Atomkerne im Urknall

54 Bildung der leichten Atomkerne im Urknall Man beobachtet in alten Sternen 75 % Wasserstoff (Protonen) 25 % Heliumatomkerne ( zwei Protonen und zwei Neutronen ).

55 400 Sekunden nach Urknall: 1 Milliarden Grad; Kerne stabil Da Neutronen schwerer als Protonen, erhält man mehr Protonen: (Zahl der Protonen zu Neutronen) = 7 : 1 Bei 1 Milliarden Grad Bildung von Deuterium (pn) = 886 sec

56 400 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)

57 Nach Ausfrieren zerfällt das Neutron und bei 1 Milliarde Grad und 400 sec nach Urknall Bildung von Deuterone n. = 886 sec Verhältnis Protonen zu Neutronen nach freiem Zerfall. Bei Bildung der Deuteronen (pn) und Helium4kernen (ppnn) : N(Protonen) : N(Neutronen) = 7 : 1

58 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

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60 Anteil der leichten Kerne nach Urknallsynthese als Funktion der heutigen Dichte 5* der Nukleonen zu den Photonen. = 0.5 b

61 4*10 5 J

62 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:

63 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:

64 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


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