Modell Universum (eBook)

Wie Kosmologen unser Universum modellieren

Klaus Becker (Autor)

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2017 | 2. Auflage
548 Seiten
Books on Demand (Verlag)
978-3-7431-0839-4 (ISBN)

Infos

Die Vorstellung von unserer Welt basiert auf einem Modell, letztlich auf einem physikalisch-mathematischen Konstrukt, im Wesentlichen auf mathematischen Gleichungen. Mit diesen kann man rechnen. Rechnen in dem Sinne, dass man Fragen stellt und im Rahmen des Modells Antworten sucht. Liefert das Modell Ergebnisse, die nicht mit den Beobachtungen übereinstimmen, gilt es als falsifiziert, mindestens aber in dem Vorhersagebereich, in dem es in diesem Sinne falsche Ergebnisse liefert, als überarbeitungsbedürftig. Wir können die Richtigkeit des Modells niemals beweisen. Wir können niemals sicher sein. So arbeitet die Naturwissenschaft. Sie schreibt keine Dogmen. Eine bessere Vorgehensweise gibt es nicht. Gegen Enttäuschungen ist sie allerdings nicht gefeit. Es ist deshalb nicht auszuschließen, dass unsere Nachfahren sich über unsere Vorstellung von der Welt einmal lustig machen werden. Seit im Jahre 1998 entdeckt wurde, dass sich das Universum nicht, wie bis dahin angenommen, mit abnehmender Geschwindigkeit ausdehnt, sondern seine Expansion sogar beschleunigt erfolgt, gilt das Standardmodell der Kosmologie. Es existiert nun immerhin schon gut eineinhalb Jahrzehnte, ohne, dass es Schaden genommen hätte. Das Standardmodell beruht auf der Relativitätstheorie Albert Einsteins. Es lässt aber auch anschauliche Vorstellungen zu. Auch schon in diesem Rahmen ist es in der Lage, uns Fragen zu beantworten, die wir uns stellen, seit wir denken und derartige Fragen stellen können: Gibt es einen Anfang? Wie viele Jahre liegt dieser vor unserer Zeit? Wie alt ist also unsere Welt? Und wie groß ist sie? Und wie hat sie sich entwickelt und was passiert mit unserer Welt in der Zukunft? Gibt es möglicherweise unzählbar viele Welten? Im Buch werden einige dieser interessanten Fragen mithilfe schulmathematischer Mittel beantwortet. Der Autor Klaus Becker ist Mathematiker, war einige Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter im Rechenzentrum einer Forschungseinrichtung und schließlich viele Jahre Leiter eines Rechenzentrums. Er hat sich als Laie und Autodidakt mit kosmologischen Themen beschäftigt und unter anderem Arbeiten über die Expansion des Universums veröffentlicht.

Inhalt

Titelseite 5
Impressum 6
Inhaltsverzeichnis 7
Vorwort 11
1 Einstieg in die Thematik 17
1.1 Die Urknallsingularität 17
1.2 Das kosmologische Prinzip 19
1.3 Das Hubble-Gesetz 19
1.4 Die kosmische Skalenfunktion 21
1.5 Die baryonische Materie 25
1.6 Der Mikrowellenhintergrund (CMB) 26
1.7 Die Dunkle Materie 29
1.8 Die Dunkle Energie 37
1.9 Das unbekannte Universum 40
2 Die kosmologischen Gleichungen 43
3 Das Standardmodell der Kosmologie 55
3.1 Das Universum als Raumzeit 55
3.2 Die Hubble-Zeit 56
3.3 Der Hubble-Radius 57
3.4 Die kritische Dichte 58
3.5 Die Dichteparameter 59
3.6 Energiedichte und Skalenparameter 62
3.7 Die Zustandsgleichungen 64
3.8 Friedmann mit Dichteparametern 68
3.9 Die Rotverschiebung 71
3.10 Das Standardmodell 73
3.11 Die kosmische Zeit und das Weltalter 78
4 Die Größe des Universums 81
4.1 Entfernungen im Universum 84
4.2 Das sichtbare Universum 98
4.3 Das sichtbare Universum im Überblick 121
5 Kosmische Ereignisse und Epochen 125
5.1 Die Null-Zeit 125
5.2 Die Planck-Epoche 126
5.3 Die Aufspaltung der Urkraft 130
5.4 Die Entstehung der Materie 132
5.5 Die kosmische Inflation 135
5.6 Die ersten Atomkerne 166
5.7 Gleichheit von Strahlung und Materie 190
5.8 Die Rekombination 199
5.9 Die ersten Sterne reionisieren das Universum 209
5.10 Die Inflektionsepoche 216
5.11 Die gegenwärtige Epoche 225
5.12 Die Zukunft des Universums 233
6 Die Entstehung von Strukturen 237
6.1 Das Prinzip der Strukturentstehung 239
6.2 Dichtekontrast und Leistungsspektrum 244
6.3 Analyse der Strukturentwicklung 251
6.4 Das Leistungsspektrum im realen Universum 278
6.5 Die Zwei-Punkt-Korrelationsfunktion 290
7 Die kosmologische Fundgrube CMB 297
7.1 Anisotropien des Mikrowellenhintergrundes 299
7.2 Das Leistungsspektrum der Anisotropien 315
7.3 Die Vorhersage des Leistungsspektrums 330
7.4 Die Analyse des Leistungsspektrums 368
7.5 Parameterbestimmung 377
7.6 Der CMB und die Flachheit des Universums 412
7.7 Schwerkraftwellen 441
8 Eine Reise durch die Zeit 447
9 Ausblicke 469
Anhang 483
A Physikalische Gesetze 483
B Einige wenige mathematische Notwendigkeiten 495
C Maßeinheiten und Konstanten 517
D Das Standardmodell der Elementarteilchen 520
E Die vier Grundkräfte der Natur 530
F Die großen vereinheitlichten Theorien 533
G Die kosmologischen Parameter 535
Literatur 539
Abbildungsnachweis 545

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 31.1.2017
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Astronomie / Astrophysik
• Themenwelt: Technik
• ISBN-10: 3-7431-0839-9 / 3743108399
• ISBN-13: 978-3-7431-0839-4 / 9783743108394