Was Ist Die Urknalltheorie?

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Die urknalltheorie ist die führende erklärung, wie das universum begann. Im einfachsten fall spricht es vom universum, wie wir es kennen, angefangen mit einer kleinen singularität, und bläst sich in den nächsten 13,8 milliarden jahren bis zu dem kosmos auf, den wir heute kennen.

Die Urknalltheorie ist die führende Erklärung, wie das Universum begann. Im einfachsten Fall heißt es, dass das Universum, wie wir es kennen, mit einer kleinen Singularität begann und dann in den nächsten 13,8 Milliarden Jahren zu dem Kosmos aufgebläht wurde, den wir heute kennen.

Da die derzeitigen Instrumente den Astronomen keinen Rückblick auf die Geburt des Universums erlauben, stammen die meisten Erkenntnisse über die Urknalltheorie aus mathematischen Formeln und Modellen. Astronomen können jedoch das "Echo" der Expansion durch ein Phänomen erkennen, das als kosmischer Mikrowellenhintergrund bekannt ist.

Während die Mehrheit der astronomischen Gemeinschaft die Theorie akzeptiert, gibt es einige Theoretiker, die neben dem Urknall alternative Erklärungen haben - wie die ewige Inflation oder ein oszillierendes Universum.

Der Begriff "Big Bang Theory" ist seit Jahrzehnten bei Astrophysikern beliebt, aber 2007 kam er in den Mainstream, als eine gleichnamige Comedy-Show auf CBS Premiere hatte. Die Show zeigt das häusliche und akademische Leben mehrerer Forscher (einschließlich eines Astrophysikers).

Die erste Sekunde und die Geburt des Lichts

In der ersten Sekunde nach dem Beginn des Universums lag die Umgebungstemperatur laut NASA bei etwa 10 Milliarden Grad Fahrenheit (5,5 Milliarden Celsius). Der Kosmos enthielt eine Vielzahl grundlegender Teilchen wie Neutronen, Elektronen und Protonen. Diese zerfielen oder wurden kombiniert, als das Universum kühler wurde.

Diese frühe Suppe wäre unmöglich anzusehen, weil Licht nicht drin sein könnte. "Die freien Elektronen hätten Licht (Photonen) dazu gebracht, die Art und Weise zu zerstreuen, wie Sonnenlicht aus den Wassertröpfchen in den Wolken streut", erklärte die NASA. Im Laufe der Zeit trafen die freien Elektronen jedoch auf Kerne und bildeten neutrale Atome. Dies erlaubte es dem Licht, ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall durchzustehen.

Dieses frühe Licht - manchmal auch als "Nachleuchten" des Urknalls bezeichnet - ist eher als kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) bekannt. Es wurde zuerst von Ralph Alpher und anderen Wissenschaftlern im Jahr 1948 vorhergesagt, wurde jedoch fast 20 Jahre später nur zufällig gefunden. [Bilder: Rückblick auf den Urknall und das frühe Universum]

Arno Penzias und Robert Wilson, beide von Bell Telephone Laboratories in Murray Hill, New Jersey, bauten 1965 einen Funkempfänger und erreichten laut NASA höhere Temperaturen als erwartet. Zuerst dachten sie, die Anomalie sei auf Tauben und ihren Mist zurückzuführen, aber selbst nachdem das Chaos beseitigt und Tauben getötet worden waren, die versuchten, sich in der Antenne niederzulassen, blieb die Anomalie bestehen.

Gleichzeitig versuchte ein Team der Princeton University (unter der Leitung von Robert Dicke) Beweise für die CMB zu finden, und erkannte, dass Penzias und Wilson darüber gestolpert waren. Die Teams veröffentlichten jeweils im Jahr 1965 im Astrophysical Journal.

Das Alter des Universums bestimmen

Der kosmische Mikrowellenhintergrund wurde bei vielen Missionen beobachtet. Eine der berühmtesten Missionen zur Erkundung des Weltraums war der Satellit Cosmic Background Explorer (COBE) der NASA, der den Himmel in den 1990er Jahren kartografierte.

In die Fußstapfen von COBE folgten mehrere andere Missionen, wie das BOOMERanG-Experiment (Ballonbeobachtungen der extragalaktischen Millimetrischen Strahlung und Geophysik), die Wilkinson-Mikrowellenanisotropie-Sonde (WMAP) der NASA und der Planck-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation.

Plancks Beobachtungen, die erstmals im Jahr 2013 veröffentlicht wurden, kartierten den Hintergrund in bisher nicht gekannten Details und zeigten, dass das Universum älter war als bisher angenommen: 13,82 Milliarden Jahre statt 13,7 Milliarden Jahre. [Related: Wie alt ist das Universum?] (Die Mission des Forschungsobservatoriums ist noch nicht abgeschlossen und neue Karten des CMB werden regelmäßig veröffentlicht.)

Die Karten lassen jedoch neue Geheimnisse entstehen, zum Beispiel, warum die südliche Hemisphäre etwas röter (wärmer) erscheint als die nördliche Hemisphäre. Die Urknalltheorie besagt, dass das CMB weitgehend gleich ist, egal wo man hinschaut.

Die Untersuchung der CMB gibt Astronomen auch Hinweise auf die Zusammensetzung des Universums. Forscher glauben, dass der größte Teil des Kosmos aus Materie und Energie besteht, die mit herkömmlichen Instrumenten nicht "wahrgenommen" werden kann, was zu den Namen dunkle Materie und dunkle Energie führt. Nur fünf Prozent des Universums bestehen aus Materie wie Planeten, Sternen und Galaxien.

Gravitationswellen Kontroverse

Während Astronomen die Anfänge des Universums sehen konnten, suchten sie auch nach Beweisen für ihre schnelle Inflation. Die Theorie besagt, dass unser Kosmos in der ersten Sekunde nach der Geburt des Universums schneller als die Lichtgeschwindigkeit aufgebläht wurde. Das verstößt übrigens nicht gegen das Tempolimit von Albert Einstein, da er sagte, dass Licht das Maximum ist, was alles im Universum passieren kann. Das galt nicht für die Inflation des Universums selbst.

Im Jahr 2014 gaben Astronomen an, im CMB Beweise für "B-Modi" gefunden zu haben, eine Art Polarisation, die erzeugt wurde, als das Universum größer wurde und Gravitationswellen erzeugte. Das Team fand Beweise dafür mit einem antarktischen Teleskop namens "Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization" oder BICEP2.

"Wir sind sehr zuversichtlich, dass das Signal, das wir sehen, echt ist und am Himmel liegt", erklärte der leitende Forscher John Kovac vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im März 2014 gegenüber Space.com.

Im Juni sagte das gleiche Team jedoch, dass ihre Ergebnisse möglicherweise durch galaktischen Staub verändert worden sein könnten, der sich ihrem Sichtfeld im Weg befand.

"Das grundlegende Essen zum Mitnehmen hat sich nicht geändert; wir haben ein hohes Vertrauen in unsere Ergebnisse", sagte Kovac in einer Pressekonferenz, über die die New York Times berichtete. "Neue Informationen von Planck lassen es so aussehen, als seien die prä-planckschen Staubvorhersagen zu niedrig", fügte er hinzu.

Die Ergebnisse von Planck wurden im September in vorveröffentlichter Form online gestellt. Im Januar 2015 bestätigten die Forscher beider Teams, dass "das Bizepsignal größtenteils, wenn nicht alle, Sternenstaub waren", sagte die New York Times in einem anderen Artikel.

Diese Grafik zeigt eine Zeitleiste des Universums, die auf der Urknalltheorie und den Inflationsmodellen basiert.

Diese Grafik zeigt eine Zeitleiste des Universums, die auf der Urknalltheorie und den Inflationsmodellen basiert.

Kredit: NASA / WMAP

Unabhängig davon wurden Gravitationswellen bestätigt, wenn über Bewegungen und Kollisionen schwarzer Löcher gesprochen wird, die einige zehn Massen größer sind als unsere Sonne. Diese Wellen wurden seit 2016 mehrfach vom Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) entdeckt. Da LIGO empfindlicher wird, wird erwartet, dass die Entdeckung von Gravitationswellen im Zusammenhang mit schwarzen Löchern ein recht häufiges Ereignis sein wird.

Schnellere Inflation, Multiversen und eine Übersicht über den Start

Das Universum dehnt sich nicht nur aus, sondern wird auch schneller, wenn es sich aufbläst. Dies bedeutet, dass mit der Zeit niemand andere Galaxien von der Erde oder einen anderen Aussichtspunkt in unserer Galaxie erkennen kann.

"Wir werden weit entfernte Galaxien sehen, die sich von uns weg bewegen, aber ihre Geschwindigkeit nimmt mit der Zeit zu", sagte der Astronom der Harvard University, Avi Loeb, in einem Space.com-Artikel vom März 2014.

"Wenn Sie also lange genug warten, wird eine entfernte Galaxie schließlich die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Das bedeutet, dass selbst Licht die Lücke, die sich zwischen dieser Galaxie und uns öffnet, nicht überbrücken kann Außerirdische in dieser Galaxie, um mit uns zu kommunizieren, um Signale zu senden, die uns erreichen werden, sobald sich ihre Galaxie schneller bewegt als Licht relativ zu uns. "

Einige Physiker meinen auch, dass das Universum, das wir erfahren, nur eines von vielen ist. Im "Multiversum" -Modell koexistieren verschiedene Universen wie nebeneinander liegende Blasen. Die Theorie legt nahe, dass in diesem ersten großen Inflationsschub verschiedene Teile der Raumzeit mit unterschiedlichen Raten gewachsen sind. Dies könnte verschiedene Abschnitte - unterschiedliche Universen - mit möglicherweise unterschiedlichen physikalischen Gesetzen untergraben haben.

"Es ist schwer, Inflationsmodelle aufzubauen, die nicht zu einem Multiversum führen", sagte Alan Guth, theoretischer Physiker am Massachusetts Institute of Technology, auf einer Pressekonferenz im März 2014 über die Entdeckung der Gravitationswellen. (Guth ist an dieser Studie nicht angeschlossen.)

"Es ist nicht unmöglich, also denke ich, es gibt sicherlich noch Forschung, die getan werden muss. Aber die meisten Inflationsmodelle führen zu einem Multiversum, und Anzeichen für eine Inflation werden uns in die Richtung drängen, dass [die Idee eines Multiversums] ernst genommen wird. "

Während wir verstehen können, wie das Universum entstanden ist, ist es möglich, dass der Urknall nicht die erste Inflationsperiode war, die das Universum erlebte. Einige Wissenschaftler glauben, dass wir in einem Kosmos leben, der regelmäßige Zyklen der Inflation und Deflation durchläuft, und dass wir zufällig in einer dieser Phasen leben.


Videoergänzungsan: Alpha Centauri - Was ist der Urknall - Folge 38.




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