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Kosmologie Teil I: Geschichte und ¨ Uberblick Daniel Grumiller Institut f¨ ur Theoretische Physik TU Wien VHS, Planetarium Wien Oktober 2016

Teil I: Geschichte und Uberblickquark.itp.tuwien.ac.at/~grumil/pdf/kosmologie_geschichte.pdf · I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]... und etliche weitere

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KosmologieTeil I: Geschichte und Uberblick

Daniel Grumiller

Institut fur Theoretische PhysikTU Wien

VHS, Planetarium WienOktober 2016

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie 2/24

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

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C. Flammarion, Holzschnitt, 1888Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 4/24

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]I Wie hat es sich entwickelt? [II]I Was beinhaltet es? [III, IV]I Was ist seine Zukunft? [IV, V]I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 5/24

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 5/24

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Definition von KosmologieKosmologie ist wie Liebe: alle machen gerne ihre eigenen Fehler (Giancarlo Setti)

Kosmologie ist das Studium des Universums und seiner Komponenten

κoσµoζ (kosmos) = “Welt” -λoγ ıα (-logia) = “Studium von”

Relevante Fragen zum Universum die in Kosmologie behandelt werden:

I Wie ist es entstanden? [I, II, V]

I Wie hat es sich entwickelt? [II]

I Was beinhaltet es? [III, IV]

I Was ist seine Zukunft? [IV, V]

I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]

... und etliche weitere “grosse” Fragen, die die Menschheit seit langembeschaftigen

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)

I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 6/24

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)

I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,Bruno)

I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)

I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)

I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)

I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,Maragha)

I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,Kepler)

I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)

I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,Kepler)

I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)

I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)

I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)

I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)

I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Urgeschichte der KosmologieSiehe z.B. https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmology

Mystizismus und Religiose SchopfungsgeschichtenI Zyklische Kosmologie (z.B. Hindu, Ekpyrotisch, Penrose)I Kosmologie mit Beginn (z.B. Sumerisch, Biblisch, Urknall)I Raumlich unendliche Kosmologie (z.B. Babylonisch, Anaxagoras,

Bruno)I Inselkosmologie (z.B. Eleatisch, Stoisch, Descartes)I Endliche Zeit Kosmologie (z.B. Mittelalter, Terry Pratchett)I Kosmologie mit Erde als Zentrum (z.B. Aristoteles, Ptolemaus,

Maragha)I Kosmologie mit Sonne als Zentrum (z.B. Aristarchus, Aryabhata,

Kepler)I Statisches Universum (z.B. Newton, Kant, Einstein)I Expandierendes Universum (z.B. de Sitter, Friedmann, Lemaıtre)I Inflationares Universum (z.B. Starobinsky, Guth, Linde)I Multiversum (z.B. Fakhr al-Din al-Razi, Linde, Weinberg)

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Probleme mit fruhen Kosmologischen Modellen und Schopfungsgeschichten

I Keine Bestatigung durch Beobachtungen

I Keine umfassende Theorie von Raum, Zeit und GravitationI Keine umfassende Theorie der Bausteine des UniversumsI Leicht irrefuhrende Schlusse zu ziehenI Vermischung von wissenschaftlichen mit metaphysischen Fragen

Hubble Deepfield Telescope

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Probleme mit fruhen Kosmologischen Modellen und Schopfungsgeschichten

I Keine Bestatigung durch BeobachtungenI Keine umfassende Theorie von Raum, Zeit und Gravitation

I Keine umfassende Theorie der Bausteine des UniversumsI Leicht irrefuhrende Schlusse zu ziehenI Vermischung von wissenschaftlichen mit metaphysischen Fragen

Einsteingleichungen

Friedmanngleichungen

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Probleme mit fruhen Kosmologischen Modellen und Schopfungsgeschichten

I Keine Bestatigung durch BeobachtungenI Keine umfassende Theorie von Raum, Zeit und GravitationI Keine umfassende Theorie der Bausteine des Universums

I Leicht irrefuhrende Schlusse zu ziehenI Vermischung von wissenschaftlichen mit metaphysischen Fragen

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 7/24

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Probleme mit fruhen Kosmologischen Modellen und Schopfungsgeschichten

I Keine Bestatigung durch BeobachtungenI Keine umfassende Theorie von Raum, Zeit und GravitationI Keine umfassende Theorie der Bausteine des UniversumsI Leicht irrefuhrende Schlusse zu ziehen1

I Vermischung von wissenschaftlichen mit metaphysischen Fragen

1Nicht nur in Kosmologie, in allen Wissenschaften...Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 7/24

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Probleme mit fruhen Kosmologischen Modellen und Schopfungsgeschichten

I Keine Bestatigung durch BeobachtungenI Keine umfassende Theorie von Raum, Zeit und GravitationI Keine umfassende Theorie der Bausteine des UniversumsI Leicht irrefuhrende Schlusse zu ziehenI Vermischung von wissenschaftlichen mit metaphysischen Fragen

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 8/24

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 8/24

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 8/24

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I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)

I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)

I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen(Schwarzschild)

I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)

I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: Friedmanngleichungen

I 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)

I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes(Lemaıtre)

I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)

I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)

I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I ab 1780er: erste Vermessung der Struktur des Universums auf grossenSkalen (Herschel)

I 1830er: erste Entfernungsmessung durch Parallaxenmessung vonSternen (Bessel, Struve, Henderson)

I ab 1850er: technologische Durchbruche durch Spiegelteleskope undphotographische Platten (Rutherfurd, Draper, Common, Carver)

I 1868: Entdeckung von Helium in Sonne (Janssen)I 1915: Allgemeine Relativitatstheorie (Einstein)I 1916: Erste Schwarze Loch-Losung der Einsteingleichungen

(Schwarzschild)I 1922: FriedmanngleichungenI 1927: Dunkle Materie vorgeschlagen (Zwicky)I 1927: Urknalltheorie und theoretische Herleitung des Hubble-Gesetzes

(Lemaıtre)I 1929: experimentelle Bestatigung des Hubble-Gesetzes (Hubble)I 1948: Vorhersage des CMB [ca. 5 K] (Alpher, Gamow, Herman)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)

I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)

I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat(Hawking, Penrose)

I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung vonGalaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)

I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)

I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung vonGalaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)

I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)

I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)

I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtungvon Pulsar (Hulse, Taylor)

I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)

I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)

I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,Chibisov)

I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante[= dunkle Energie] (Weinberg)

I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringenAnisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)

I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante[= dunkle Energie] (Weinberg)

I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringenAnisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)

I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringenAnisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)

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I 1964: Messung des CMB [ca. 3 K] (Penzias, Wilson)I 1966: Urknall kompatibel mit Heliummenge im Universum (Peebles)I spate 1960er: mathematischer Beweis der Urknallsingularitat

(Hawking, Penrose)I 1970er: Hinweise auf dunkle Materie durch Beobachtung von

Galaxie-Rotationskurven (Rubin et al.)I 1974: theoretische Beschreibung von Supersymmetrie (Wess, Zumino)I 1974: indirekter Nachweis von Gravitationswellen durch Beobachtung

von Pulsar (Hulse, Taylor)I 1980: Inflationstheorie (Starobinsky, Guth, Linde)I 1981: Quantenfluktuationen als kosmische Keime (Mukhanov,

Chibisov)I 1987: Anthropische Vorhersage der kosmologischen Konstante

[= dunkle Energie] (Weinberg)I 1989: COBE Experiment (CMB = schwarzer Korper mit geringen

Anisotropien; Dipol: unser Galaxienhaufen 630 km/s relativ zu CMB)Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 8/24

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten sieben

peaks)I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins des

Standardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)

I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten dreipeaks)

I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustischeOszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)

I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten siebenpeaks)

I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins desStandardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)

I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustischeOszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)

I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten siebenpeaks)

I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins desStandardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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Page 53: Teil I: Geschichte und Uberblickquark.itp.tuwien.ac.at/~grumil/pdf/kosmologie_geschichte.pdf · I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]... und etliche weitere

Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)

I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten siebenpeaks)

I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins desStandardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten sieben

peaks)

I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins desStandardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten sieben

peaks)I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins des

Standardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

I 2016: Experimentelle Entdeckung von Gravitationswellen (LIGO undVirgo)

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Geschichte der KosmologieFokus auf ausgewahlte Aspekte — keine vollstandige Geschichte!

I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten sieben

peaks)I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins des

Standardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

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I 1998: Experimentelle Entdeckung der beschleunigten Expansion(Perlmutter et al., Riess, Schmidt et al.)

I ab 1998: BOOMERanG Experiment (CMB power spectrum, 1. peak)I ab 2001: WMAP Experiment (CMB power spectrum, ersten drei

peaks)I 2005: Sloan Digital Sky Survey entdeckt baryonische akustische

Oszillationen (Vorhersage von dunkler Materie)I ab 2009: PLANCK Experiment (CMB power spectrum, ersten sieben

peaks)I 2012: Experimentelle Entdeckung des letzten Bausteins des

Standardmodells der Teilchenphysik, des Higgsteilchens (ATLAS undCMS am LHC am CERN)

I 2014: BICEP “Entdeckung” (zunachst primordiale Gravitationswellen,dann Staub)

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Geschichte des Universums

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Geschichte des Universums

Geschichte der Kosmologie ist wissenschaftshistorisch interessantGeschichte des Kosmos (=Universums) ist wissenschaftlich interessantFokus auf Geschichte des Universums

I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

I Allgemeiner Trend: Fruhe Zeiten = hohe EnergienI Deshalb zwei Klassen von Experimenten von Relevanz fur

Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

I Viele Aspekte detaillierter erklart in Vorlesungen II–V

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 9/24

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Geschichte des Universums

Geschichte der Kosmologie ist wissenschaftshistorisch interessantGeschichte des Kosmos (=Universums) ist wissenschaftlich interessantFokus auf Geschichte des Universums

I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

I Allgemeiner Trend: Fruhe Zeiten = hohe EnergienI Deshalb zwei Klassen von Experimenten von Relevanz fur

Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

I Viele Aspekte detaillierter erklart in Vorlesungen II–V

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Geschichte des Universums

Geschichte der Kosmologie ist wissenschaftshistorisch interessantGeschichte des Kosmos (=Universums) ist wissenschaftlich interessantFokus auf Geschichte des Universums

I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

I Allgemeiner Trend: Fruhe Zeiten = hohe Energien

I Deshalb zwei Klassen von Experimenten von Relevanz furKosmologie:

1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,Gravitationswellendetektoren, ...)

I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

I Viele Aspekte detaillierter erklart in Vorlesungen II–V

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Geschichte des Universums

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I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

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Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

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Geschichte des Universums

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I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

I Allgemeiner Trend: Fruhe Zeiten = hohe EnergienI Deshalb zwei Klassen von Experimenten von Relevanz fur

Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

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Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

I Viele Aspekte detaillierter erklart in Vorlesungen II–V

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Geschichte des Universums

Geschichte der Kosmologie ist wissenschaftshistorisch interessantGeschichte des Kosmos (=Universums) ist wissenschaftlich interessantFokus auf Geschichte des Universums

I Betrachten im Folgenden Uberblick uber Standard Modell vonKosmologie und Teilchenphysik

I Allgemeiner Trend: Fruhe Zeiten = hohe EnergienI Deshalb zwei Klassen von Experimenten von Relevanz fur

Kosmologie:1. Beobachtungen (mit Teleskopen, Ballonexperimenten, Satelliten,

Gravitationswellendetektoren, ...)I Vorteil: direkte Beobachtungen des UniversumsI Nachteil: keine Kontrolle uber die Bedingungen im Universum

2. Hochenergieexperimente (LEP, Tevatron, RHIC, LHC, ILC, ...)I Vorteil: kontrollierbare Bedingungen bei BeschleunigerexperimentenI Nachteil: indirekte Beobachtungen des Universums

I Viele Aspekte detaillierter erklart in Vorlesungen II–V

Fragen jederzeit willkommen!

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 10/24

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ r

I FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie erste Planck-Sekunde(1 ≈ 10−43s ≈ 1019GeV ≈ 10−8kg)

I Beginn des Universums: Urknall

I Physik des Urknalls?

I Alle vier Krafte relevant

I Quantengravitation!

Warum Urknall?

I Olbers paradox (1823)

I Hubble 1929: v ∝ rI FLRW (–1927)

I Nukleosynthese (75%H, 25%He)

I CMB (1964)

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 11/24

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I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

I Elektromagnetismus, Maxwell1873

I QED, 1940er

I ElektroschwacheVereinheitlichung und QCD(Standard Model), 1960/70er

I GUT, seit 1970er

Literatur: Richard Feynman: QED

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 11/24

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

I Elektromagnetismus, Maxwell1873

I QED, 1940er

I ElektroschwacheVereinheitlichung und QCD(Standard Model), 1960/70er

I GUT, seit 1970er

Literatur: Richard Feynman: QED

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

I Elektromagnetismus, Maxwell1873

I QED, 1940er

I ElektroschwacheVereinheitlichung und QCD(Standard Model), 1960/70er

I GUT, seit 1970er

Literatur: Richard Feynman: QED

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

I Elektromagnetismus, Maxwell1873

I QED, 1940er

I ElektroschwacheVereinheitlichung und QCD(Standard Model), 1960/70er

I GUT, seit 1970er

Literatur: Richard Feynman: QED

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Geschichte des UniversumsDie grosse Vereinheitlichung (GUT):(1016GeV)?

I Grand Unified Theories (GUT)

I Drei der vier Krafte vereinheitlicht

I Proton Zerfall?

Warum GUT?

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

Page 89: Teil I: Geschichte und Uberblickquark.itp.tuwien.ac.at/~grumil/pdf/kosmologie_geschichte.pdf · I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]... und etliche weitere

Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Warum Inflation?

I Flachheitsproblem

I Magnetisches Monopolproblem

I Horizontproblem

I “Auswaschen” vonInhomogenitaten

Literatur: Alan GuthThe inflationary Universe

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Warum Inflation?

I Flachheitsproblem

I Magnetisches Monopolproblem

I Horizontproblem

I “Auswaschen” vonInhomogenitaten

Literatur: Alan GuthThe inflationary Universe

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Warum Inflation?

I Flachheitsproblem

I Magnetisches Monopolproblem

I Horizontproblem

I “Auswaschen” vonInhomogenitaten

Literatur: Alan GuthThe inflationary Universe

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Warum Inflation?

I Flachheitsproblem

I Magnetisches Monopolproblem

I Horizontproblem

I “Auswaschen” vonInhomogenitaten

Literatur: Alan GuthThe inflationary Universe

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsInflation:(1014GeV)?

I Inflationare Expansion (1026-fach)

I Quantenfluktuationen = Struktur

I Inflaton?

Warum Inflation?

From the WMAP data (2008)Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 12/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

Page 97: Teil I: Geschichte und Uberblickquark.itp.tuwien.ac.at/~grumil/pdf/kosmologie_geschichte.pdf · I Ist unser Universum einzigartig oder eines von vielen? [IV, V]... und etliche weitere

Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

I Higgs gibt Masse

I Higgs Teil des Standardmodells

I SUSY erlaubt GUT

I SUSY Teil von Stringtheorie

Literatur: Leon LedermanThe God particle

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

I Higgs gibt Masse

I Higgs Teil des Standardmodells

I SUSY erlaubt GUT

I SUSY Teil von Stringtheorie

Literatur: Leon LedermanThe God particle

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

I Higgs gibt Masse

I Higgs Teil des Standardmodells

I SUSY erlaubt GUT

I SUSY Teil von Stringtheorie

Literatur: Leon LedermanThe God particle

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs und SUSY?

I Higgs gibt Masse

I Higgs Teil des Standardmodells

I SUSY erlaubt GUT

I SUSY Teil von Stringtheorie

Literatur: Leon LedermanThe God particle

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 13/24

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Geschichte des UniversumsElektroschwache Epoche:(10−10s: 102 − 103GeV)

I ElektroschwacheVereinheitlichung

I Freie quarks

I Higgsmechanismus? SUSY? LHC!

Warum Higgs?

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsNukleosynthese:

I 100MeV: QCD Phasenubergang(RHIC, LHC)

I 0.01s, 10MeV: n, p

I Antimaterie verschindet(Sakharov)

I 1s, 1MeV: n instabil (ν!)

I 3min, 100keV: Nukleosynthese

I 7p pro 1n: 75% H, 25% He

I Spuren von D, Li, Be, ...

I Experimentell bestatigt(Zwerggalaxien, Quasare, CMB)

Literatur: Steven WeinbergThe first three minute

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 14/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

I 380.000 Jahre: 6000K ≈ 1eV:Atome

I Keine Ionen mehr!

I Universum transparent furPhotonen

I Fluktuationen: “Echo” desUrknalls!

I COBE (1989-1993), WMAP(2001-2012), Planck (seit 2009)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

I 380.000 Jahre: 6000K ≈ 1eV:Atome

I Keine Ionen mehr!

I Universum transparent furPhotonen

I Fluktuationen: “Echo” desUrknalls!

I COBE (1989-1993), WMAP(2001-2012), Planck (seit 2009)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

I 380.000 Jahre: 6000K ≈ 1eV:Atome

I Keine Ionen mehr!

I Universum transparent furPhotonen

I Fluktuationen: “Echo” desUrknalls!

I COBE (1989-1993), WMAP(2001-2012), Planck (seit 2009)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

I 380.000 Jahre: 6000K ≈ 1eV:Atome

I Keine Ionen mehr!

I Universum transparent furPhotonen

I Fluktuationen: “Echo” desUrknalls!

I COBE (1989-1993), WMAP(2001-2012), Planck (seit 2009)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

I 380.000 Jahre: 6000K ≈ 1eV:Atome

I Keine Ionen mehr!

I Universum transparent furPhotonen

I Fluktuationen: “Echo” desUrknalls!

I COBE (1989-1993), WMAP(2001-2012), Planck (seit 2009)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Geschichte des UniversumsCMB:

Oberes Bild: COBE Satellit (900km)Unteres Bild: WMAP Satellit aufLagrangepunkt L2 (1.5 ∗ 106km)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 15/24

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Aktuelleste Daten: PLANCK Satellit (ESA, 2009–2013)Dargestellt sind wieder die Temperaturfluktuationen des kosmischenMikrowellenhintergrundes (CMB)

Rot = uberdurchschnittlich warm (T = 2.727 Kelvin)Blau = unterdurchschnittlich kalt (T = 2.723 Kelvin)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 16/24

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Power spectrum (= Zerlegung der PLANCK-Daten in sog. Multipolmomente)

Mit “freiem Auge” sichtbar: Kurve hat sehr viel Struktur!Nicht trivial eine Theorie zu finden die diese Kurve prazise erklart!

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 17/24

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Erkenntnisse aus den PLANCK-Daten

I Bestatigung des Standardmodells der KosmologieUniversum 13,7 Milliarden Jahre alt, begann mit Urknall, hat Materie,Dunkle Materie und Dunkle Energie, ...

I Konsistent mit Vorhersagen der InflationstheorieI Prazise Bestimmung der kosmologischen Parameter

(z.B. Energiedichten von Materie, von dunkler Materie und vondunkler Energie)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 18/24

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Erkenntnisse aus den PLANCK-Daten

I Bestatigung des Standardmodells der Kosmologie

I Konsistent mit Vorhersagen der Inflationstheorie

I Prazise Bestimmung der kosmologischen Parameter(z.B. Energiedichten von Materie, von dunkler Materie und vondunkler Energie)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 18/24

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Erkenntnisse aus den PLANCK-Daten

I Bestatigung des Standardmodells der Kosmologie

I Konsistent mit Vorhersagen der Inflationstheorie

I Prazise Bestimmung der kosmologischen Parameter(z.B. Energiedichten von Materie, von dunkler Materie und vondunkler Energie)

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 18/24

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Ausblick

Wie geht es weiter?

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 19/24

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Ausblick

Wie geht es weiter?

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der KosmologieI Spezielle RelativitatstheorieI Gravitation als ScheinkraftI Geodaten und AutoparalleleI RiemanntensorI HilbertwirkungI EinsteingleichungenI Kosmologisches PrinzipI FriedmanngleichungenI Expandierende Universen

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 19/24

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Ausblick

Wie geht es weiter?

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische BeobachtungenI Standardmodell der TeilchenphysikI SterneI GalaxienI RotverschiebungI Kosmischer MikrowellenhintergrundI Radio- und γ-Strahlen-AstronomieI Supernovae

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 19/24

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Ausblick

Wie geht es weiter?

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

I Schwarze LocherI Dunkle MaterieI Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 19/24

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Ausblick

Wie geht es weiter?

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der KosmologieI Das inflationare UniversumI GravitationswellenI Zukunftsprognosen

Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 19/24

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Daniel Grumiller — Kosmologie I. Geschichte und Uberblick 20/24

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie 21/24

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen 22/24

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materie und Dunkle Energie23/24

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Vorlesungsreihenuberblick

I. Geschichte und Uberblick

II. Allgemeine Relativitatstheorie als Grundlage der Kosmologie

III. Die helle Seite des Universums — Astronomische Beobachtungen

IV. Die dunkle Seite des Universums — Schwarze Locher, Dunkle Materieund Dunkle Energie

V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie

Daniel Grumiller — Kosmologie V. Inflation, Gravitationswellen und die Zukunft der Kosmologie 24/24