Entstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang?

1. Entstehung unseres Universums. – Gab es einen Anfang? Amand Fäßler, Univ. Tübingen Wie ist es entstanden? Fing alles mit dem Urknall an ? Wie geht es weiter?

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

3. Moderne Kosmologie:Drei Säulen Mikrowellen- hintergrund Expansion des Univers. Bildung der leicht. Kerne 1964 bis heute 1929 bis heute ~1980 bis heute

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

5. Unser Raum dehnt sich aus. Zeit Galaxie Galaxie Erde Erde

6. Woher wissen wir dies?

7. Entdeckung der Expansion des Universums Cepheiden: Periode der Helligkeit verbunden mit wahrer Helligkeit Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit/ Abstand2 Geschwindigkeit [km/sec] Entfernung [Megaparsec] H0 = H(t0) = 71 [km/sec Mpc] Geschwindigkeit [km/sec] Entfernung [Megaparsec]

9. Alle Supernovae Explosionen dieses Types ( Ia) gleich hell. Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit / Abstand2

10. Heute: H0 = 71 [km/sec pro Mpc]

12. Struktur im Universum Erde: Durchmesser = d = 13 000 km Sonne: Entfernung = d = 150 Million km = 1 AU[Astro. Einheit] Nächster Stern: Proxima Centauri 4,1 Lichtjahre Durchmesser Milchstr. 100 000 Lichtjahre = 33 000 [psec] Nächste Galaxie: Andromeda 2.5 Million Lichtjahre Entfernung zum COMA-Haufen(10 000 Galaxien) = 100 [Mpsec] Gemittelt über 100 Mpsec: konstante Dichte Kosmologisches Prinzip: Wir sind nicht an ausgezeichneter Stelle.

13. 2. Säule: Kosmische Mikrowellen- (im Maximum 2 mm) Hintergrundstrahlung. Was ist das und wie sagt dies etwas aus über die Natur des Universums?

15. Erklärung durch Theoretiker in Princeton. Verlangt „Inflationäre“ Expansion 2.726 Kelvin

16. Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/100 000 (2002)

17. Krümmung des Universums Ausdehnung bekannt x x x

18. Anisotropie und Krümmung Beobachtete Fluktuationen Schluß: Das Universum ist flach !

19. Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.

20. Urknall = Big Bang Anstieg der Geraden = H(heute) = 71[km/(sec Mpc)] Skalenfaktor a(t) Abstände ( Zeit) Hubble Gesetz: v = H(Zeit) d d = v/H(Zeit) Zeit Heute

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

22. 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.

23. Dunkle Materie im Coma-Haufen Im Röntgenlicht Im sichtbaren Licht 10 000 Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt 95 % der Masse in Plasmagaswolke Dunkle Materie ? Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären.

24. Rotation von Galaxien Dunkle Materie ? Was kompensiert die Zentrifugalkraft ? Faktum Geschwindigkeit [km/sec] erwartet Radius [kiloparcec]

25. Einstein Ringe Gravitations-Mikrolinsen-Effekt

26. Einsteins persönlicher Ring • mit Schwarzem • Loch vor dem Mund

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

28. 2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts Dunkle (u. helle) Materie Helle Materie

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

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

31. 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.

32. 70 % 26 %

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

34. 3. Säule: Bildung der leichten Atomkerne im Urknall

35. Bildung der leichten Atomkerne im Urknall • Man beobachtet in alten Sternen • 75 % Wasserstoff (Protonen) • 25 % Heliumatome (Kern: aTeilchen) • ( zwei Protonen und zwei Neutronen ).

36. 300 Sekunden nach Urknall: Eine Milliarde Grad; Kerne stabil Elektronen + Protonen  Neutronen + Neutrinos Da Neutronen schwerer als Protonen: Zahl(Protonen) : Zahl( Neutronen) = 7 : 1 Bei eine Milliarde Grad (100 keV): Bildung von Deuterium (pn) -> Helium(2p, 2n)

37. Massen-Häufigkeit der leichten Elemente nach dem Urknall • Wasserstoff (p) ~ 0,75 • Helium4 (ppnn) ~ 0,25 • Deuterium (pn) ~ 0,00004 • Helium3 (ppn) ~ 0,00001 • Lithium7 ~ 0,0000000003

38. 4*105 J Inflation Inflation Leichte Kerne Mikrowellen-hintergrund-strahlung Beschleunigung

39. Zusammenfassung: • 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).

40. Offene Fragen: • 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?

41. 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