„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

1. Geschichte

1. Kosmologische Konstante

Zu Beginn des 20.ten Jahrhunderts galt das Universum noch als statisch. Es würde also, so nahm man an, weder expandieren noch kontrahieren sondern stets gleich groß bleiben. Jedoch kann nach den einsteinschen Feldgleichungen unser materieerfülltes Universum gar nicht statisch sein. Um eine Korrespondenz zwischen seinen Feldgleichungen und des damals herrschenden Bildes eines statischen Universums herzustellen, fügte Einstein die Kosmologische Konstante Λ seiner Gleichungen zu. Die Kosmologische Konstante war eine relativ frei aus der Luft gegriffene Ad-hoc-Hypothese (Hilfshypothese für den Einzelfall zur Abwehr von Angriffen auf eine Theorie). Jedoch ist sie völlig legitim, denn die einsteinschen Feldgleichungen lassen sich mit und ohne der kosmologischen Konstante formulieren. Und, was ihr Entstehungsgrund war, sie beschreibt im Idealfall ein statisches Universum.

2. Hubble-Konstante

Zeitnah dazu untersuchte der Astronom Vesto Slipher die Geschwindigkeiten von Spiralnebeln. Infolgedessen fand er eine allgemeine Rotverschiebung bei fast allen Galaxien vor. Diese scheinbar unspektakuläre Entdeckung sollte eine astronomische Revolution einläuten. Denn schon damals wusste man, dass das Lichtspektrum eines Objekts Auskunft über dessen relative Bewegung zum Beobachter gibt. Nähert sich eine Galaxie, so werden die von ihr emittierten elektromagnetischen Wellen leicht gestaucht und erscheinen uns folglich bläulicher (Vgl. Dopplereffekt bei einer Schallquelle). Wenn Galaxien, wie von Slipher beobachtet, rotverschoben erscheinen, heißt dies, dass diese sich i.d.R. von uns entfernen.

Nun verglich Edwin Hubble, ebenfalls US-Astronom, die verschiedenen Fotografien der Spiralnebel. Dabei stieß er auf einen Stern vom Typus Cepheiden im Andromeda-Nebel, der sich hervorragend zur Entfernungsbestimmung nutzen lässt. Da zu dieser Zeit niemand wusste, was ein Spiralnebel genau ist, war eine solche „Messlatte“ immens wichtig. Durch die Helligkeit und das Pulsieren dieses Sterns konnte Hubble dessen Entfernung von der Erde bestimmen. Er kam auf 900.000 Lichtjahre und das, obwohl unsere Milchstraße nur etwa 100.000 Lichtjahre groß ist. Der Andromeda-Nebel war eine ganze Andromeda-Galaxie, wie auch die anderen Nebel andere Galaxien sind. Und so entstand das Bild vom „Insel-Universum.“

Hubble forschte weiter. Er ermittelte die Entfernung weiterer Galaxien aufgrund von Sliphers Messdaten, die zur Annahme eines dynamischen Universums geführt hatten. Daraufhin ordnete Hubble diese Galaxien nach verschiedenen Kriterien in einem Diagramm (Hubble-Diagramm) an und entdeckte einen linearen Zusammenhang zwischen Rotverschiebung und Entfernung der Galaxien. Je ferner die Galaxie, desto höher die Rotverschiebung. Also entfernen sich die fernen Sternenhaufen erheblich schneller als die nahen. Die lineare Korrelation zwischen Entfernung und Geschwindigkeit der Galaxien bezeichnet man als die Hubble-Konstante H0. Schließlich verwarf Albert Einstein daraufhin die Kosmologische Konstante (die er sowieso nie richtig leiden konnte) und bezeichnete sie später als die: „größte Eselei meines Lebens.“ Im Rahmen der Quantenfeldtheorien wird die K.K. mittlerweile wieder diskutiert.

3. das Uratom

Diesen Zusammenhang zwischen Entfernung und Geschwindigkeit postulierte ein dritter Kosmologe, Georges Lemaître, bereits vor den beschriebenen Entdeckungen der ersten beiden. Jetzt sah dieser sich in seiner Annahme bestätigt. Der von ihm errechnete Wert für H0 entsprach der Arbeit Hubbles. Aufgrund dieser bis heute vielfach bestätigten Expansionsrate des Universums, kann das Alter des Universums angegeben werden, etwa 13,7 Milliarden Jahre. Die Genauigkeit einer Altersbestimmung auf diesem Weg hängt logischerweise stets von der Genauigkeit der Hubble-Konstante und diese von den Messwerten kosmischer Standardkerzen (etwa die der uns bekannten Cepheiden) ab.

# Nicht die Universen bewegen sich in einem fixen Raum.

Der Raum selbst dehnt sich aus.

Extrapoliert man den Vorgang der Expansion, gelangt man zu der Auffassung, dass das Universum früher einmal sehr klein gewesen sein musste. Diesen Gedanken trug Lemaître auf einem Kongress in London vor und gilt seitdem als Begründer der Urknalltheorie. Seiner Überlegung nach entstand das Universum aus einem kleinen Raumgebiet, einem Uratom (auch: „primordiales Atom“) heraus.

# Von Galaxienflucht

über Insel-Universum

und Expansion des Universums

zum Urknall.

Urknall

Der Urknall ist der absolute Anfangspunkt des Universums in seiner jetzigen Form. Ob der Urknall einer länger anhaltenden Singularität, einem anderen Universum, dem Nichts oder einem transzendenten Wesen folgte, kann wissenschaftlich nicht geklärt werden. Daher auch die verschiedenen Urknall-Modelle (siehe weiter unten). Der Zeitpunkt des Urknalls ging mit einer formal unendlichen Energiedichte einher. Physikalisch kann er weder theoretisch beschrieben noch praktisch imitiert werden (keine Physik ohne Raumzeit und Materie!). Auch zu den sehr frühen Zeiten des Universums versagen die physikalischen Operatoren. Aufgrund der nach den Friedmann-Gleichungen immer noch sehr hohen Temperaturen versagen einerseits alle entsprechenden Laborexperimente. Andererseits war das frühe Universum äußerst klein, weshalb zu dessen theoretischen Beschreibung der Gültigkeitsbereich der ART überschritten und eine Theorie der Quantengravitation vonnöten ist.

mehr zur kosmologischen Evolution.

Nach den Planck-Einheiten verlieren uns vertraute Konzepte wie räumlicher Abstand bei den kleinen Zeit- und Längenskalen des frühen Universums ihre ursprünglichen Bedeutungen (unendliche Krümmung der Raumzeit, sprich Singularität). Zur Beschreibung des frühen Universums, als dessen Dichte der Planck-Dichte entsprach, bedarf es einer Theorie, die die Quantenphysik mit der allgemeinen Relativitätstheorie und somit die vier uns bekannten Grundkräfte vereinigt. Da keine solche konkludente Theorie der Quantengravitation existiert, können wir derzeit das frühe Universum auch nicht theoretisch beschreiben.

3. Verweise

·         #Urknall #Modelle : Modelle und Alternativen

·        Warum ist etwas? : Was kann die Urknalls-Hypothese, was nicht?

·         Äquivalenz von Masse und Energie

·         Dunkle Energie: Das Irgendetwas, das die beschleunigte Expansion des Universums verursacht.

4. Quellen

Kommentare: 6
  • #6

    WissensWert (Mittwoch, 11 Januar 2017 22:38)

    Gibt es alternative Modelle, die in der Lage sind, unsere kosmologischen Beobachtungen erfolgreich zu erklären? Kann man beispielsweise die Rotverschiebung im Hubble-Diagramm als Lichtermüdung deuten? Könnte das Universum ewig und statisch sein - oder mit einem Satz formuliert: "Geht's auch ohne Urknall?"

    In diesem so kurzweiligen wie allgemein verständlichen Vortrag geht der Astronom und Sachbuchautor Josef Martin Gaßner dieser wichtigen Frage auf den Grund. Am Ende seiner Ausführungen bemühnt Gaßner einen sehr anschaulichen Vergleich ("Malen nach Zahlen") um zu verdeutlichen, wie Wissenschaft funktioniert und wodurch sich wissenschaftliche Erklärungen auszeichnen. Dabei wird deutlich, dass Wissenschaft zwar keine harten Beweise, wohl aber konkurrenzlos erfolgreiche Erklärungen für eine immer größere Menge an Beobachtungen und Experimenten liefern kann.

    https://urknall-weltall-leben.de/component/k2/item/182-lichtermuedung-steady-state-oder-urknall

  • #5

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  • #4

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