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Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.

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1 Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember und die Probleme des Standardmodells Institut für Theoretische Physik Universität Wien

2 Andromeda-Nebel M31 mit M32 und M110

3 HST Deep Field

4 Größenordnungen im heutigen Universum Objekt(e) Echte Größenordnung Maßstab 1 : 3.09× Mpc 1 mm Radius der Milchstraße0.03 Mpc0.03 mm Dicke der Milchstraße0.005 Mpc0.005 mm Radius der Milchstraße inklusive Halo 0.1 Mpc0.1 mm Radius der meisten Galaxien Mpc mm typischer Abstand zweier Galaxien1 Mpc1 mm Radius eines Galaxienhaufens (Cluster, ca 1000 Galaxien) 5 Mpc5 mm typischer Abstand zweier Galaxienhaufen50 Mpc5 cm Radius eines Superhaufens100 Mpc10 cm Radius eines Leerraums (Void, größte beobachtete Strukturen) 200 Mpc20 cm Radius des sichtbaren Universums3000 Mpc3 m 1 Mpc = 1 Megaparsec = 3.26 Millionen Lichtjahre

5 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.

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

7 HST – Einstein-Ring Lichtablenkung 1

8 Geometrie des Universums Luftballon und Backofen Ist das Universum offen oder geschlossen? Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte Wie alt ist das Universum?

9 Luftballon und Backofen

10 Offen oder geschlossen? Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte: Dichte < kritische Dichte Dichte = kritische Dichte (kritischer Grenzfall) Dichte > kritische Dichte offen (negativ gekrümmt) offen (flach) geschlossen (positiv gekrümmt) ? H 0

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

12 Wie alt ist das Universum? Aktueller Wert: t = Milliarden Jahre 0

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

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

15 Wo fand der Urknall statt? Wo?

16 Kosmologischer Horizont

17 Horizontenproblem Wie ist die Isotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung möglich?

18 Horizontenproblem

19 Flachheitsproblem Wieso ist die heutige Dichte so nahe an der kritischen Dichte? Beobachtungen und Theorie: Dichte = zwischen 0.1 und 1 mal der kritischen Dichte Zusammenhang zwischen Dichte und Geometrie das Universum ist nahe an der kritischen Grenze zwischen offen und geschlossen. Vermutung: Dichte = kritische Dichte

20 Flachheitsproblem 3 Modelle: Dichten 1 Nanosekunde nach dem Urknall fine tuning

21 Dunkle Materie und dunkle Energie Galaxienrotation Nukleosynthese Wir sehen nur einige Prozent der (baryonischen und nicht-baryonischen) Materie, die es geben muss. Baryonische Materie trägt nur zu etwa 2 % zum Energieinhalts des Universums bei.

22 Dunkle Materie und dunkle Energie Energieinhalt des Universums vorläufiges Bild:

23 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?

24 Kosmologische Konstante?

25 Wie wird sich das Universum weiterentwickeln? Zur Zeit scheint es beschleunigt zu expandieren.

26 Das inflationäre Universum Exponentielle Expansion (inflationäre Phase) im sehr frühen Universum Lösung des Flachheitsproblems Lösung des Horizontenproblems

27 Lösung des Flachheitsproblems Dichte kritische Dichte

28 Lösung des Horizontenproblems

29 Quantentheorie und Quantengravitation Wie kamen Strukturen zustande, wenn der Urknall isotrop war? Quantenfluktuationen Anisotropie der Hintergrundstrahlung Galaxienverteilung Quantengravitation: Entstehung des Universum aus dem Nichts?

30 Anisotropie der Hintergrundstrahlung COBE, 1992 T T =

31 Anisotropie der Hintergrundstrahlung WMAP, 2003 T T =

32 Galaxienverteilung

33

34 Quantengravitation: Entstehung des Universums......aus dem Nichts? Tunneleffekt: Entstehung des Universums:

35 Das anthropische Prinzip Sind die Naturkonstanten konstant? Symmetriebrechung Verschiedenartige Bereiche eines sehr großen Universums? Anthropisches Prinzip: Der von uns bewohnte Bereich des Universum ist bewohnbar, da wir ihn ansonsten nicht beobachten könnten. Erklärung für die Werte der Naturkonstanten? Test: An den Naturkonstanten schrauben

36 Danke... Diese Präsentation steht im Web unter zur Verfügung


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