Maßarbeit oder Zufall im Universum

Präsentation zum Thema: "Maßarbeit oder Zufall im Universum"—  Präsentation transkript:

1 Maßarbeit oder Zufall im Universum
Maßarbeit oder Zufall im Universum H. Oberhummer Technische Universität Wien Es existieren mehrere Hinweise das unser Universum genau die Eigenschaften hat, dass auch Leben darin möglich ist. Die Werte von physikalischen Parametern (z.B. Massen von Elementarteilchen oder Stärken von fundamentalen Kräften) in unserem Universum haben genau die Werte, sodass Leben existieren kann. 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

2 Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff
• Die meisten chemischen Elemente werden in unserem Universum in Sternen erzeugt. Der Kohlenstoff und Sauerstoff wird dabei in den sogenannten Roten Riesen gebildet. • Leben in unserem Universum ist nur deshalb möglich, weil diese Sterne den für das Leben notwendigen Kohlen- und Sauerstoff erzeugen: • Kohlenstoff zum Bau der komplexen Moleküle des Lebens (DNS, Proteine) und Sauerstoff für das Wasser (H2O) Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff Und Sauerstoff im Inneren von Roten Riesen 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

3 Der Tripel-Alpha Prozess
Im sogenannten Tripel-Alpha Prozess in Roten Riesen vereinigen sich drei Heliumkerne (Alpha-Teilchen) zum Kohlenstoff. Durch diesen Prozess wird der gesamte für das Leben unbedingt notwendige Kohlenstoff in unserem Universum erzeugt. Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Der Tripel-Alpha Prozess in Roten Riesen 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

4 Der Tripel-Alpha Prozess
• Die Fusion zweier Alpha-Teilchen zu Beryllium und dann zu Kohlenstoff durch den Einfang eines weiteren Alpha-Teilchens nennt man Triple-.Alpha-Prozess. • Zunächst wird durch Fusion zweier Alpha-Teilchen (Heliumkerne) ein Berylliumkern gebildet, der jedoch nach Sekunden wieder in zwei Alphateilchen zerfällt. • Während dieser kurzen Zeit muss ein drittes Alpha-Teilchen eingefangen werden, um einen Kohlenstoffkern zu bilden. • Die Entstehung einer nennenswerten Menge von Kohlenstoff ist praktisch nur durch das Vorhandensein einer Resonanz im Kohlenstoffkern möglich. Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

5 Eine bemerkenswerte Vorhersage
Der englische Physiker Sir Fred Hoyle machte die bemerkenswerte Vorhersage, dass eine Resonanz im Kohlenstoffkern vorhanden sein muss, weil sonst nicht genug Kohlenstoff in Roten Riesen erzeugt werden kann. • Tatsächlich wurde diese Resonanz dann auch im Labor nachgewiesen. • Dies ist unseres Wissens der einzige Fall in dem ausgehend von unserer eigenen Existenz, die ja auf Kohlenstoff basiert, der Ausgang eines Labor-Experiments richtig vorhergesagt wurde. Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Sir Fred Hoyle 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

6 Der Tripel-Alpha Prozess vor 850 Jahren
Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Brunnenkapelle des 850 Jahre alten Kloster Maulbronn, Deutschland. 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

7 Maßarbeit oder Zufall im Universum
Ein Universum nach Maß • Der Tripel-Alpha Prozess hängt von den fundamentalen Kräften in Universum ab. Die Frage die wir uns stellten war, wie sehr man die Kernkraft ändern kann, sodass immer noch der für das Leben unbedingt notwendige Kohlenstoff und Sauerstoff gebildet wird. • Das Ergebnis war überraschend und faszinierend. Nur eine winzige Abweichung von einem halben Prozent für die starke Kraft würde bereits dazu führen, dass im Universum praktisch kein Kohlen- oder Sauerstoff und damit auch kein Leben existieren könnte. • H. Oberhummer, A. Csoto, H. Schlattl: Stellar Production Rates of Carbon and Its Abundance in the Universe, Science 289 (2000) Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

8 Das Cambridge-Treffen
Vom 29. August bis 1. September 2001 trafen sich an der University of Cambridge etwa 30 führende Kosmologen, Astrophysiker, Astronomen, Kern- und Teilchenphysiker um zu diskutieren, inwieweit unser Universum für Leben maßgeschneidert ist. Zwei entscheidende Fragen standen zur Diskussion: 1. Inwieweit ist unser Universum für die Existenz von Leben maßgeschneidert? 2. Kann die besondere Abstimmung unseres Universums für Leben durch eine noch zu findende endgültige Theorie für Alles erklärt werden? Oder ist das alternative Modell richtig, dass unser Universum nur eines von unendlich vielen Universen ist, in welchem die physikalischen Gesetze Leben zulassen? Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

9 Stephen Hawking und Heinz Oberhummer Cambridge 2001
Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

10 Materie und Antimaterie
Die Menge von Materie beim Urknall war fast gleich. Es existierte nur ein Überschuss von 1 Milliardstel (1/ ) mehr Materie als Antimaterie. Die Materie ist mit der gleichen Menge von Antimaterie bereits beim Urknall zerstrahlt. Nur der kleine Überschuss an Materie bildete Sterne, Planeten und führte zu Leben im Universum. Falls die Menge genau gleich gewesen wäre, würde alle Materie mit der Antimaterie zerstrahlt. Unser Universum wäre dann nur von langweiliger Strahlung erfüllt. Aber auch mit nur minimal mehr oder weniger Materie (nur ein Faktor in der ersten Sekunde nach dem Urknall !) als in unserem Universum würde kein Leben möglich sein: 1. Mehr Materie: Auf Grund der stärkeren Gravitation würde das Universum in kurzer wieder zusammenfallen und die Zeit für die Entstehung von Leben zu kurz sein. 2. Weniger Materie: Die Expansion ist so rasch, dass sich keine Strukturen (Sterne, Planeten) und damit auch kein Leben bilden kann. 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

11 Die Vereinheitlichung der fundamentalen Kräfte
Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Theorie für Alles sollte alle Eigenschaften und Strukturen des Universums erklären 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

12 Maßarbeit: Theorien für Alles
• Jede Theorie unserer Welt, welche die Eigenschaften und Strukturen des Universums erklärt, enthält grundlegende Parameter. Im Fall des Standardmodells gibt es 20 offene Parameter, wobei jedoch durch Symmetriebeziehungen nur 5 Parameter (Massen der beiden leichten Quarks, Elektronmasse, Feinstruktur- und Gravitationskonstante) voneinander unabhängig sind. • Weitreichende Konsequenzen unserer Untersuchungen sind, dass eine mögliche endgültige "Theorie für Alles" auch die Werte der grundlegenden Parameter, wie z.B. die Quarkmassen erklären sollte. In diesem Fall stellt der durch unsere Untersuchungen winzige Bereich der anthropisch erlaubten Werte eine Herausforderung an das mathematische „Design“ einer mögliche endgültige Theorie für Alles dar. Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

13 Die Entstehung des Multiversum
Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Entstehung des Multiversums durch die ewige Inflation. Unser Bereich des Universums entspricht einen einzigem blauen Gebiet. 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

14 Maßarbeit oder Zufall im Universum
Zufall: Multiversum • Das Modell der chaotischen, selbstreproduzierenden ewigen Inflation, das erstmals von Andrei Linde vorgeschlagen wurde, hat die Konsequenz, dass nicht nur verschiedene Univerden mit unterschiedlichen Parametern existieren können, sondern dass solche Bereiche auch in alle Ewigkeit immer wieder neu gebildet werden können (Multiversen). Die inflationären Bereiche dehnen sich schneller aus als die thermalisierten Bereiche kondensieren können. • In diesem Fall bietet unser Universum offensichtlich die Voraussetzung für Leben, während viele andere Universen mit nur geringfügig veränderten Parameterwerten, die durch diese Inflation entstehen, höchstwahrscheinlich steril in Bezug auf Leben sind.                                       Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

15 Erklärungsversuche der Feinabstimmung
Hypothese des Zufalls: „Das Universums ist eben so und braucht keine weitere Erklärung“. Hypothese der logischen Notwendigkeit: „Es muss ja so gewesen sein, sonst würden wir nicht existieren“. 3. Hypothese der Maßarbeit: „Es existiert eine endgültige fundamentale Theorie, welche die Feinabstimmung erklären kann. Wir kennen diese heute nur noch nicht.“ Multiversum-Theorie: „Es gibt unendlich viele unterschiedliche Universen. Wir leben in einem Universum das lebensfreundlich ist, während viele andere Universen steril sind“. 5. Theistische Erklärung: „Es gibt einen Schöpfer“.                                       Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff Die Erzeugung von Kohlenstoff und Sauerstoff 14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum

16 DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT!
14/11/2018 Maßarbeit oder Zufall im Universum