Vortragsreihe Senioren-Universität 2013
Sparkassen-Pavillon, 16:00 - 17:30 Uhr
Bad Kissingen
Albert Einstein und Willem de Sitter beschrieben 1917 zum ersten Male das Universum mit dem Formalismus der Allgemeinen Rleativitätstheorie. Allerdings hielten sie noch an einem statischen, immer gleichbleibenden Universum fest, ganz in der Tradition der Newtonschen Physik. Der russische Meteorologe und Mathematiker Alexander Friedmann gab 1922 die erste relativistische Beschreibung eines expandierenden oder kontrahierenden Universums an. Diese Publikation wurde allerdings kaum zur Kenntnis genommen. Die Expansion des Universums wurde dann 1927 vom belgischen Physiker und Theologen Georges Lemaitre wieder entdeckt. Er fand, was vor ihm schon Friedmann gefunden hatte, dass die Grundgleichungen der Einsteinschen Relativitätstheorie tatsächlich ein dynamisches Universum implizieren. Diese Entdeckung verband er mit Sliphers Rotverschiebungen von Galaxien und Hubbles Distanzen. Er schloss aus diesen Daten zum ersten Male in der Geschichte der Kosmologie, dass das Universum expandiert. In seiner Publikation in der belgischen Zeitschrift Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles im Jahre 1927 - also zwei Jahre vor Edwin Hubble - hat Lemaitre bereits das Hubble-Gesetz cz = H_0 d hergeleitet. cz bezeichnet die aus der Rotverschiebung z bestimmte Expansionsgeschwindigkeit. Galaxien entfernen sich umso schneller voneinander, je weiter sie von uns entfernt sind. Diese Beziehung wird heute fälschlicherweise Edwin Hubble zugeschrieben, der diese empirische Relation erst 1929 publiziert hat. Im Unterschied zu Lemaitre glaubte Hubble jedoch nicht an die Expansion des Raumes, die Rotverschiebung der Galaxien interpretierte Hubble als eine Flucht der Galaxien in einem absoluten Raum.
Lemaitres Universum von 1927 ist die Grundlage des modernen Big Bang Universums mit Vakuum-Energie. Dieses Universum besitzt sphärische Topologie, hat ein endliches, unvorstellbar grosses Volumen und entwickelte sich aus einem sehr dichten Zustand heraus, der als Big Bang bezeichnet wird. Dieses Universum ist heute 13,7 Milliarden Jahre alt, war im frühen Stadium allein durch Strahlung dominiert, die heute noch den Kosmos in allen Richtungen als Kosmische Hintergrundstrahlung (CMB) durchzieht. Als weitere Hinterlassenschaft finden wir Wasserstoff, Deuterium, Helium und Lithium, sowie die Teilchen der Dunklen Materie, deren Gravitation die Dynamik von Galaxien und Galaxienhaufen dominiert. Ist der Big Bang eine Geburt aus dem Nichts? Gibt es überhaupt Singularitäten im Kosmos? Wenn ja, erübrigt sich die Frage nach dem DAVOR, denn wir wissen nicht, durch welchen Prozess eine solche Singularität entstehen könnte. Viel wahrscheinlicher und aufregender ist jedoch die Annahme, dass unser Universum einem früheren kollabierenden Universum entsprungen ist.
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21. Februar 16:00 - 17:30 |
Das beobachtbare Universum ist endlich - vom Sonnensystem zum Rand des Universums Die Vorstellungen zum Universum haben sich in den letzten 3000 Jahren grundlegend geändert. Das hängt vor allem mit der technologischen Entwicklung der Menschheit zusammen. Ohne Teleskop endete das Universum bereits bei den Fixsternen, aber auch mit den einfachen Teleskopen des 18. und 19. Jahrhunderts waren noch keine Galaxien auszumachen, sondern nur Nebel, deren Natur völlig unklar war. Der Durchbruch in die wahre Tiefe des Universums ist erst in den letzten 80 Jahren gelungen dank neuer Teleskoptechnologien. Die Geschichte der Kosmologie ist damit auch Kulturgeschichte der Menschheit. Die Vorstellungen zu unserem Universum haben sich im wesentlichen in fünf grossen Revolutionen vollzogen, angefangen bei der sub- und supralunaren Welt des Aristoteles bis hin zum Postulat der Existenz Dunkler Materie und Dunkler Energie in neuester Zeit. Vor über 20 Jahren startete eine der erfolgreichsten Missionen der Wissenschaftsgeschichte. Das Weltraumteleskop Hubble hat unsere Sicht auf die Welt verändert. Am 24. April 1990 startete das Space Shuttle Discovery in den Weltraum. Mit an Bord befand sich die wohl bedeutendste technische Entwicklung für die Weltraumforschung der letzten Jahrzehnte. Der Name des 11,6 Tonnen schweren und 13,1 Meter langen Ungetüms lautet Hubble Space Telescope (HST). Das nach dem Astronomen Edwin Hubble benannte Teleskop hat nicht nur den Astronomen weltweit, sondern auch der gesamten Menschheit eine neue Sichtweise auf das Universum ermöglicht. Denn nicht zuletzt ist es vor allem dem Weltraumteleskop Hubble zu verdanken, dass das Alter des Universums bestimmt werden konnte. Nach derzeitigen Wissensstand hat der Urknall vor rund 13,7 Milliarden Jahren stattgefunden. Mit Hubble war es zum ersten Mal möglich die Vorgänge, die während der Geburt von Sternen, Planeten und Galaxien zu beobachten sind, besser zu verstehen. |
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25. Februar 16:00 - 17:30 |
Kosmische Rotverschiebung, Expansion und Dunkle Energie In den unermesslichen Weiten des Universums versagt die Newtonsche Beschreibung der Gravitation. Das Universum ist Newtonsch nicht begreifbar, obschon viele Leute dies immer wieder versuchen! Selbst Einstein hatte noch nicht das richtige Gefühl für das Universum. Die Entdeckung der Expansion des Raumes unseres Universums durch Alexander Friedmann und Georges Lemaitre in den 20er Jahren, zusammen mit der neuen Vision von der Gravitation durch Albert Einstein von 1915, gilt als eine der wichtigsten wissenschaftlichen Erkenntnisse des 20. Jahrhunderts. Noch vor 90 Jahren wurde das Universum als statisch angesehen. Carl Wirtz, Edwin Hubble und andere haben in den 20er Jahren empirisch eine lineare Beziehung zwischen Rotverschiebung der Spiralgalaxien und ihren Entfernungen nachgewiesen, die heute als Hubble-Beziehung bekannt ist. Sie ist eine direkte Konsequenz der Expansion des Universums und ist mit verschiedenen Objekten vermessen worden - sie gilt allerdings nur im Lokalen Universum.
Im Unterschied zu antiken Vorstellungen wird unser Universum durch Kugelschalen aufgebaut,
die umso jünger ausfallen je weiter entfernt sie sind. Dies ist eine Folge der Isotropie
des Universums und der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Photosphäre und Big Bang sind die
entferntesten Sphären. Alle diese Kugelschalen expandieren mit der Zeit - die Hubble-Konstante
ist ein Mass für die heutige Expansionsgeschwindigkeit.
Eine noch unbekannte Vakuum-Energie beschleunigt sogar die heutige und zukünftige Expansion,
so dass das Universum in 50 Milliarden Jahren eine weitere inflationäre Phase durchlaufen wird.
Fiktion oder Realität? |
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28. Februar 16:00 - 17:30 |
Der Urknall und das Kosmische Rauschen Unser Universum beginnt im Urknall in einer sehr heissen Phase und kühlt dann durch die rasche Expansion sehr schnell aus. Am Ende der Inflation entsteht aus der Gravitation das Quark-Gluon-Lepton Plasma, aus dem unsere heutige Materie aufgebaut ist. Diese Form der Materie wird heute am Large-Hadronen-Beschleuniger LHC am CERN in Genf auch erzeugt und untersucht. Nach 10 Mikrosekunden bilden sich im Quark-Hadronen-Phasenübergang aus dem Quark-Gluon Plasma Protonen und Neutronen, die nach einigen Minuten zu Deuterium, Helium und Lithium verkocht werden. Schwere Elemente, wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, entstehen erst in den ersten Sternen nach einigen hundert Millionen Jahren. Erst nach 380.000 Jahren hatte sich das Universum so weit abgekühlt, dass Elektronen und Protonen sich zu Wasserstoff-Atomen vereinigen konnten (sog. Rekombination). Damit konnten sich die Photonen nun frei bewegen. Das Vorhandensein der Kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB) als Folge des Urknalls und der anschliessenden Expansion des Universums wurde bereits in den 40er Jahren von den Vertretern der Urknall-Theorie vorhergesagt. Die Mikrowellenstrahlung mit einer Temperatur von 2,725 Grad Kelvin ist an sich schon interessant genug. Noch wichtiger ist die Tatsache, dass die Temperatur der Hintergrundstrahlung nicht überall exakt gleich ist. Erstmals zeigten sich auf Aufnahmen des WMAP-Vorgängers COBE winzige, nur wenige Millionstel Grad Kelvin kleine Temperaturunterschiede, die jedoch von grosser Bedeutung sind. Die NASA Sonde WMAP hat diese Temperaturfluktuationen von 2001 - 2010 genau untersucht und damit das kosmologische Modell sehr genau bestimmt. Die ESA Sonde PLANCK hat von 2009 - 2012 diese Messungen noch verbessert. Erste Resultate sind 2013 zu erwarten.
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Literatur:
Das Buch zu den Vorträgen: