Frage von sasi8, 54

Physikprojekt zum Thema "Die Entstehung des Universums". Genauere Fragen wie, wie ist nach heutiger Anschauung das Universum entstanden ist?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von uteausmuenchen, Community-Experte für Physik & Universum, 18

hallo sasi8,

"Anschauung" bedeutet in der Physik - und die ist hier zuständig - immer: " Welche Modelle beschreiben die vorhandenen Beobachtungsdaten am besten?

Und das ist eigentlich sehr eindeutig: Unser beobachtbares Universum hat seinen Anfang in einem heißen, dichten Anfangszustand, der sich schlagartig auszudehnen begann. Üblich ist die eigentlich unpassende Bezeichnung "Urknall".

Es knallt nichts beim Urknall, denn ein Knall entsteht, wenn Schallwellen sich durch den Raum ausbreiten. Beim Urknall handelt es sich aber nicht um eine Explosion. Nicht Materie wird durch den Raum oder in den Raum geschleudert, sondern in diesem heißen, dichten Anfangszustand entstehen erst Raum und Zeit und die im Universum geltenden physikalischen Kräfte.

Das Universum beginnt unvorstellbar heiß und unvorstellbar dicht. In diesem Zustand sind Atome oder auch  nur Elementarteilchen nicht stabil. Physiker sprechen von einem strahlungsdominierten Anfangszustand.

Durch die beginnende Ausdehnung kühlt das Universum ab. Dadurch werden Elementarteilchen stabil und es bilden sich innerhalb der ersten Minuten des jungen Universums zuerst die Elementarteilchen und dann die Atom(kerne), vor allem Wasserstoff und Helium und sehr wenig schwerere Kerne.

Erst rund 380 000 Jahre nach dem Urknall ist das Universum ausreichend abgekühlt, dass sich das Licht frei zwischen den Atomen ausdehnen kann, ohne praktisch sofort wieder absorbiert zu werden. Vor diesem Zeitpunkt ist das Universum undurchsichtig.

Mit Teleskopen ist deshalb das entfernteste (und somit älteste) Licht, das man einfangen kann, das Licht, das sich erstmals ausbreiten konnte, als das Universum durchsichtig wurde. - Das ist die kosmische Hintergrundstrahlung.

Die kosmische Hintergrundstrahlung (englisch oft CMB abgekürzt für "cosmic microwave background") ist eine ganz wichtige Bestätigung des Urknallmodells.

Die Idee des Urknalls stammt ja aus den 1930ern und ist durch die Rotverschiebung des Lichtes der Galaxien entstanden: Die beste Erklärung für die Fluchtbewegung der Galaxien ist, dass sich die Raumzeit im Universum ausdehnt. Im Universum entsteht neue Raumzeit.

Das bedeutet, dass in der Vergangenheit das Universum kleiner war - eine Extrapolation führt auf den Urknall, einen heißen, dichten Anfangszustand, in dem aller Raum, den wir heute im beobachtbaren Universum sehen, nur ein winziges Raumvolumen einnimmt - in dem aber der gesamte Energieinhalt des heutigen beobachtbaren Universums bereits enthalten ist. (Deshalb ist es so heiß und dicht am Anfang...)

In den 1940ern rechnete man dieses Modell durch und sagte aus diesen Rechnungen die kosmische Hintergrundstrahlung voraus - eine gleichmäßig von allen Seiten kommende Strahlung, die einer Temperatur von unter 4 Kelvin entspricht.

Diese Vorhersage hat sich 1964 bestätigt, als Penzias und Wilson diese Mikrowellenstrahlung nachweisen konnten. Gerade diese Hintergrundstrahlung können bis dahin nicht verworfene kosmologische Modelle wie das statische Universum ("steady state") nicht erklären.

Damit beschreibt das Urknallmodell also mehrere vollkommen unterschiedliche Beobachtungsdaten korrekt (Rotverschiebung, Mikrowellenstrahlung). Außerdem erklärt es auch die im Universum beobachteten Häufigkeiten von Wasserstoff und Helium sehr gut, denn man kann auch ausrechnen, in welchem Verhältnis sich diese Elemente in den ersten Minuten bilden würden - und dies mit den Beobachtungsdaten vergleichen.

In das Urknallmodell fließen außerdem Erkenntnisse der Teilchenphysik ein, die ebenfalls in Teilchenbeschleunigern sehr gut bestätigt sind - die Vereinheitlichung der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung zum Beispiel.

Die experimentelle Bestätigung des heißen, dichten Anfangszustandes unseres beobachtbaren Universums reicht mittlerweile ins Sekunden alte Universum zurück. (https://profmattstrassler.files.wordpress.com/2014/03/universehistoryreliability...) Entsprechend werden keine anderen Modelle für die Entstehung des Universums ernsthaft diskutiert.

Eine gute, knappe Beschreibung des Urknalls findest Du hier:

http://www.kosmologie.fuer-eilige.de/

(Links auf "Kosmologie-Schnellkurs" und dann im ersten Absatz dem Link zum Thema Urknall folgen)

Grüße

Antwort
von soissesPDF, 15

Mit einem wahrlich großen Knall, dem Urknall.
Dessen Wirkungen bis heute anhalten, sowhl was die Entstehung neuer Sterne betrifft, als auch der fortgesetzten Ausdehnung des All's.

Aus heutiger Sicht können wir bis etwa 0,5 Sekunden nach dem Urknall sehen, was davor war entzieht sich unserer Kenntnis.
Und noch ein paar hundert weiterer Fragen.

Wir wissen, dass sich zwischen Sternen und Galaxien nichts befindet, nicht aber was Galaxien in ihrer Form hält, außer Dunkler Materie.
Mithin ist das Nichts eben doch etwas, nur was genau das wissen wir nicht.

Antwort
von Nayes2020, 24

Dazu gibt es mehrere Theorien. du wirst nicht ums recherschieren rumkommen.

Stichwort Urknall. damit kannst du deine Recherche beginnen

Antwort
von hibiskus001, 22

Es ist schon lustig, wie manche Leute Fragen stellen, ohne daran zu denken, dass die auch jemand anderes lesen bzw. verstehen soll.

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