Blick in die Kosmologie

Strahlung – Materie – Energie

Inhalt

• Von „den ersten drei Minuten“ bis jetzt– Ein Blick in die Kosmologie aus Anlass des Nobel

Preises für Physik 2006 an J. C. Mather und G. F. Smoot für die Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung

– Info dazu: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/info.pdf

Auf der Erde können ich stabile,

Mit der Ausdehnung des Universums „streckt“ sich die Wellenlänge der kosmischen Strahlung – und ist von der Erde aus beobachtbar

„Big Bang“-Modell: Vom Anfang bis heute

Das „Standardmodell“ der Entstehung des Kosmos

Vom Zeitpunkt der Entstehung des Weltalls vor 13 ·109 Jahren bis jetzt gilt, gemäß dem „Standardmodell“:

• Die Energie des gesamten Systems ist konstant• Beim „Big Bang“ entsteht eine dichte Wolke identischer

Teilchen mit Temperatur von 1032K und einer einheitlichen Kraft, – nach 10-43 s erscheint die Gravitationskraft, – nach 10 s (1010 K) Beginn der „Strahlungs-Ära“:

• Die Strahlung enthält mehr Energie als die Materie, die durch Umwandlungen aus Strahlung entsteht

• Rekombination von Materie mit Antimaterie erzeugt wieder Strahlung

– Nach 300 000 Jahren (3·103 K) bis heute: Materie enthält mehr Energie als Strahlung

• Es entstehen Atome, Galaxien, und, auf (mindestens) einem Planeten mit besonders günstigen Bedingungen (Temperaturen um 273 K ± 50 K), organisches Leben mit Pflanzen, Tieren und – sogar – Menschen

• Die Strahlung der ersten 10-43 s erscheint noch jetzt als kosmische Hintergrundstrahlung– Die Expansion des Weltalls verlängerte die Wellenlänge in den

Mikrowellen-Bereich

„Big Bang“-Modell: Vom Anfang bis heute

fhE 2cmE

2

2

1vmEkin

hgmEG

BE EE

Potentielle Energie in Gravitations-, elektrischen und magnetischen Feldern, Energie zum Feldaufbau

Energie der PhotonenEnergie der Masse

Kinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile, Auf der Erde stellt sich die

Temperatur auf 273 +-50 K ein, deshalb können sich organische Verbindungen bildenMit der Ausdehnung des Universums „streckt“ sich die Wellenlänge der kosmischen

Strahlung – und ist von der Erde aus beobachtbar

Energie-Erhaltung

• Die Energie (Einheit: 1 Joule) eines Systems ist eine Erhaltungsgröße:

• Sie kann zwischen unterschiedlichen Formen ausgetauscht werden – – reversibel, wenn die Umwandlung vollständig

umkehrbar ist– irreversibel, wenn die Umkehrung nur

unvollständig oder gar nicht gelingt• Die gesamte Energie des Kosmos ist seit

Beginn konstant

Hub-EnergieKinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile,

hgmEG 2

2

1vmEkin

Die Strahlungsenergie der ersten 10-43 s ist jetzt auf unterschiedliche Formen der Energie verteilt, z. B. auf Hub- , kinetische Energie und Energie in chemischer Bindung

Heute

Gebrochene Symmetrie

Materie Anti-Materie

Gebrochene Symmetrie bei der Geburt des Universums

Es gab bei der Geburt des Universums einen – bis jetzt unverstandenen - „Symmetriebruch“:

•Wäre beim „Big Bang“ ebensoviel Materie wie Anti-Materie entstanden, dann hätten sich beide – beim Zusammentreffen - in Strahlung verwandelt und dabei ausgelöscht

•Ein winziger Überschuss von einem Partikel Materie auf jeweils 10 Milliarden (10·109) Partikeln aus Anti-Materie genügten, die Materie gegenüber der Antimaterie zu bevorzugen

•Dieses “überschüssige Material” in Form von Materie füllte den Kosmos mit Galaxien, Sternen, Planeten und schließlich Leben

•Quelle:http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/info.pdf

Gebrochene Symmetrie – Physik Nobelpreis 2008

Physik Nobelpreis 2008 an :

•Yoichiro Nambu (*1921) (Enrico Fermi Institute, University of Chicago, Chicago, IL, USA)

•Makoto Kobayashi (*1944) (High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Tsukuba, Japan)

•Toshihide Maskawa (*1940) (Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP), Kyoto University Kyoto, Japan)

Die Teile und „das Ganze“

Versuch

• Betrachten Sie einen Punkt auf Ihrer Haut, denken Sie ihn vergrößert bis auf atomares Niveau

• Praktisch jedes Atom gibt es seit 13 Milliarden Jahren

Ein Stück der Haut

Durchmesser eines Haares: 100 μm

= 0,1·10-3 m

= 0,1 mm

An welchen Objekten war Atom Nr. 1 z. B. wohl schon beteiligt :-) ?

Atom Nr. 1

Bildquelle: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/public.html

Zellmembran einer Tast-Zelle

Die Teile und „das Ganze“

• Wir bestehen aus Teilen des Universums• Jedes Individuum ist ein Teil unseres

Universums

Physik schenkt einen Blick „über den Tellerrand“

Finis