Interessantes zu Theoretischer Physik


Eckdaten unseres Universums

Physiker und Kosmologen sind derzeit (mehrheitlich) der Überzeugung:

  • Unser Universum ist etwa 13.8 Mrd. Jahre alt (nach Kenntnisstand März 2013).
  • Es entstand in einem sog. Urknall
  • und hat sich dann aufgebläht und abgekühlt:

    • 10-34 sec: Temperatur bei etwa 1027 Grad, Quarks und Antiquarks dominieren.
    • 10-10 sec: Protonen, Neutronen und Mesonen entstehen. Quarks werden gebunden, Antiquarks verschwinden.
    • 1 sec: Wasserstoff, Helium und Deuterium entstehen.
    • 100 sec: Die Temperatur hat sich auf etwa 1 Mrd. Grad abgekühlt.
    • 380.000 Jahre: Elektronen und Kerne (Protonen) gruppieren sich zu Atomen. Da sie elektrisch neutral sind, wird das Universum für die heute noch messbare Hintergrundstrahlung durch­lässig.
    • 1 Mrd. Jahre: Es entstehen Unregelmäßigkeiten in der Materieverteilung, die sich der Gravitationskraft wegen zu Quasaren, Sternen und Protogalaxien verdichteten.
    • 2.5 Mrd. Jahre: Galaxien fast wie heute
    • 9 Mrd. Jahre: Unsere Erde entsteht.
    • 11 Mrd. Jahre: Erstes Leben entsteht.

  • Die Aufblähungsgeschwindigkeit war zunächst gesunken, doch seit etwa 7 Mrd. Jahren steigt sie wieder (eine Erkenntnis von Saul Perlmutter aus 1998, Ausdehnung als solche wurde schon durch Edwin Hubble beobachtet, geht aber auch hervor aus Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Rela­tivitätstheorie).
  • Beobachtungen aus 2006 scheinen Einsteins Verdacht zu bestätigen, dass leerem Raum eine Art "negativer Gravitationskraft" innewohnt (sog. "dark energy").
  • Unter den Galaxien, die Astronomen bis jetzt als solche registrieren konnten, ist auch eine,

    • die etwa 13 Mrd. Jahre alt ist
    • und sich mit etwa 95% Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt.

  • Man geht deswegen davon aus, dass

    • unser Universum schon jetzt Galaxien enthält, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen
    • und der Abstand zwischen sämtlichen Galaxien (von lokalen Schwankungen abgesehen) sich ständig — vielleicht bis in alle Ewigkeit hinein — vergrößern wird.
    • Derzeit vergrößert sich der Raum pro Megaparsec (= 3.24 Mio Lichtjahre) um etwa 74 km/sec, mehr dazu in [1] und [2], Kritisches dazu in [3].

  • Ob unser aus dem Urknall entstandenes Universum unendlich groß ist oder ob es darin wenigstens Entfernungen gibt, die deutlich größer als 46 Mrd. Lichtjahre sind, weiß derzeit niemand.
  • Merkwürdig ist: Je tiefer man ins All blickt, desto deutlicher wird, dass die Galaxien sich nach einem Muster verteilen, das nicht zufällig zu sein scheint (Benoit Mandelbrot konnte zeigen, dass diese Struktur einem Fraktal ähnelt und fraktalartige Strukturen in der Natur häufig auftreten).


Derzeit gilt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (durch relativ einfache Feldgleichungen gegeben) als die Theorie, die kosmische Strukturen am genauesten beschreibt. Einstein selbst aber hat erkannt, dass sie noch einer Verfeinerung bedarf. Er hat sie deswegen durch einen Term erweitert, der proportional zu einer sog. kosmologische Konstanten ist. Obgleich er diese Korrektur später selbst als seine "größte Eselei" bezeichnet hat, mehren sich heute die Hinweise, dass

  • seine Gleichung einer derartigen Erweiterung wirklich bedarf
  • und jene Konstante vielleicht sogar über große Zeiträume hinweg als variabel betrachtet werden muss.

In seinem Buch Aus meinen späten Jahren schrieb Einstein auch:

  • Die Allgemeine Relativitätstheorie ist bisher noch unvollkommen, insofern sie bisher das allgemeine Relativitätsprinzip in befriedigender Weise nur auf Gravitationsfelder, nicht aber auf das totale Feld anwenden konnte. Wir wissen noch nicht ... durch welchen mathematischen Mechanismus das totale Feld im Raum beschrieben wird und was die allgemeinen invarianten Gesetze sind, denen es unterliegt.

Siehe auch:

  • Entstehung und Entwicklung unserer Erde
  • Andrei Linde — sein kosmologisches Modell ist das bekannteste (aber eines unter vielen):

    For a long time scientists believed that our universe was born as an expanding ball of fire. This scenario dramatically changed during the last 30 years. Now we think that initially the universe was rapidly inflating, being in an unstable energetic vacuum-like state. It became hot only later, when this vacuum-like state decayed. Quantum fluctuations produced during inflation are responsible for galaxy formation. These ideas recently received an additional observa­tional confirmation by the results obtained by the Planck satellite. In some places, inflationary quantum fluctuations are so large that they can produce new rapidly expanding parts of the universe, with different properties. This process transforms the universe into a multiverse, a huge eternally growing fractal consisting of many exponentially large parts with different laws of physics operating in each of them. This picture became even more interesting lately, when string theory predicted that the total number of different laws of physics operating in different parts of the universe can be incredibly large. [Quelle: Linde's talk at Strings 2013]
     
  • Die älteste uns bekannte Galaxis hat schon 700 Mio. Jahre nach dem Urknall existiert (in recht deutlichem Widerspruch zu dem, was Simulationen aussagen).





    Siehe Details in: Beginn und Ende unseres Universums
    wie die sog. Millenium-Simulation (2005) sie uns darstellt:
    Ihr Ergebnis stimmt hervorragend mit der heute im Universum beobachteten Materieverteilung überein.

    Siehe auch, was die Bolshoi Simulation, die neueste, bisher genauesteste Simulation, uns zeigt.






    Source: Cary and Michael Huang (2012)



    Wissenswertes zu "Expansion, Urknall, Eckdaten, All, Universum" zusammengestellt durch Gebhard Greiter.
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