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

Amand Fäßler, Universität Tübingen 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, FeuerKräfte: , filia neikoV

Aristoteles (Athen): ~ 350 v. Ch.Äther = Quinta essentia

Isaac Newton (London): ~ 1687 n. Ch. (Principia)Kräfte im Himmel = Kräfte auf der Erde

Moderne Kosmologie:Drei Säulen

Expansion des Univers.

Mikrowellen- hintergrund

Bildung der leicht. Kerne

19291964 ~1980

1. Säule: Expansion unseres Universums:

Woher wissen wir dies?

Entdeckung der Expansion des Universums

H0 = H(t0) = 71 [km/sec Mpc]

Entfernung [Mpc]

Unser Raum dehnt sich aus.

Alle Supernovae Explosionen dieses Types ( Ia) gleich hell.

Gemessene Helligkeit ~ wahre Helligkeit / Abstand2

2. Säule: Kosmische Mikrowellen- (im Maximum 2 mm)

Hintergrundstrahlung.

Was ist das und wie sagt dies etwas aus über die Natur des

Universums?

2.726 Kelvin

Verlangt „Inflationäre“ Expansion

18(2002)

Temperatur-Fluktuationen der Kosmischen Mikrow.-Hintergrundes 1/100 000

19

Krümmung des Universums

xx x

1 1 1

Ausdehnung bekannt

WMAP 2002 :

1.00 0.02

20

Anisotropie und

Krümmung

Beobachtete Fluktuationen

Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.

Urknall = Big Bang

Skal

enfa

ktor

a(t

)

ZeitHeute = now; z= 0

Abst

ände

( Ze

it)

/ Dl l = z = v/c = H(z) d(Abstand) d = z/H(z)

Anstieg der Geraden = H(z=0)

Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte

und Anteil der Dunklen Energie.

Accelerating Expansion

Contracting Universe

heute

Miliarden Jahre

Rel

ativ

e G

röß

e d

es U

niv

ersu

ms Dunkle Materie + Dunkle Energie

d = z/H(z)

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.

Dunkle Materie im Coma-Haufen

Masse der Gaswolke reicht nicht, den Zusammenhalt der Galaxien zu erklären.

Dunkle Materie ?

Im sichtbaren Licht Im Röntgenlicht

10 000 Galaxien 300 Millionen Lichtjahre entfernt

95 % der Masse in Plasmagaswolke

erwartet

Faktum

Rotation von Galaxien

Was kompensiert die Zentrifugalkraft ?

Dunkle Materie ?

Rotation von Galaxien

keine gute Beschreibung ohne Annahme eines Halos

Dunkle Materie ?

Einstein RingeGravitations-Mikrolinsen-Effekt

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

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

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

Ihnen einen direkten Beweis geben!

2006 : Kollision eines kleinen und eines großen Galaxienhaufens im Ablauf von 2 Millionen Jahren von links nach rechts

Dunkle u. helle Materie Helle Materie

Kollision zweier Galaxien im Röntgenlicht (rosa) und mit Gravitationslinseneffekt (blau).

Erster direkter Nachweis für Dunkle

Materie.

z=1

Computer Simulation mit heller und dunkler Materie

Formierung von Galaxienhaufen

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.

70 %

26 %

Dunkle Energie beträgt 70 % des Gewichts des Universums

• Was ist dies? • Vakuumenergie? • Kurzfristige Teilchen-

Antiteilchen-Erzeugung aus dem Nichts?

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

3. Säule: Bildung der leichten

Atomkerne im Urknall

Bildung der leichten Atomkerne im Urknall

• Man beobachtet in alten Sternen

• 75 % Wasserstoff (Protonen)• • 25 % Heliumatomkerne ( zwei Protonen und zwei Neutronen ).

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)

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

4*105 J

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:

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:

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