Inwiefern beweist die Hintergrundstrahlung den Urknall?
Hallo Zusammen
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ja eine fast perfekte Hohlraumstrahlung. Folglich muss sich unser ganzes Universum in einem fast perfekten thermodynamischen Gleichgewicht befinden.
Wie kann man jetzt dies aber als Indiz für den Urknall interpretieren?
Mein einziger Gedanke dazu ist, dass wenn alles aus einem sehr heissen Urknall entstanden ist und mit der Ausdehn ung abkühlte, dann müsse sich das irgendwie in einem thermodynamischen Gl.gew. befinden. (?)
Und falls dem wirklich so wäre, wieso kann man es als thermodynamisches Gl.gew. betrachten? Müsste man dafür das Universum als geschlossenen System betrachten?
Danke
6 Antworten
Hallo, das Wesentliche wurde schon genannt.
Nun, die Photonen konnten also nicht mehr mit der Materie wechselwirken und die übrigen wurden durch die Expansion der Raumzeit in den Mikrowellenbereich verschoben, und das messen wir halt heute.
Dass die Hintergrundstrahlung weitestgehwnd isotrop und homogen ist (abgesehen von kleinen, durch andere Dinge bedingten Schwankungen) wird durch das Inflationsmodell einigermassen erklärt.
Die Hintergrundstrahlung kommt nicht vom Urknall direkt, sondern ist in der Zeit entstanden, als ein Gleichgewicht zwischen Licht und Plasma bestand.
Das Plasma bestand hautsächlich aus He und He-Kernen, die bei der promordialen Nuclsosynthe entstanden waren, lange zuvor. Und natürlich aus Elektronen.
Ca. 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich das Plasma soweit abgekühlt, dass sich Atome bildeten, die kaum noch mit der Strahlung wechselwirken. Das ist die schon erwähnte "Entkopplung".
Seitdem schwirrt das Licht weitgehend ungehindert durchs Universum, und hat sich von der Plasmatemperatur auf knapp 3 K abgekühlt, durch die Expansion.
Ich bin nicht der große Themodynamiker. Aber ich sehe, dass das Universum heute nicht mehr gleichmäßig mit Plasma oder Gas gefüllt ist. Ganz im Gegenteil, 99,9.. % sind weitgehen leer, und die Hintergrundstrahlung saust einfach ungehindert, bis auf den sehr geringen Anteil, der mal auf ein Staubkorn, eine Gaswolke oder einen Stern/Planeten/Mond trifft.
Und wo praktisch keine Wechselwirkung vorhanden ist, kann sich auch kein Gleichgewicht einstellen.
Oder nur mit solchen Teilchen, die nicht selbst Wärme erzeugen oder empfangen. Ein Staubkorn oder verwaister Kleinlanet ist irgendwann im themischen Gleichgewicht mit der Hintergrundstrahlung, ein Stern oder Planet in Sternennähe wird dazu warten müssen, bis der Stern ausgebrannt ist und die Restwärme abgegeben hat. Das dürfte sehr lange dauern.
Und wenn das Universum alles umfasst, muss es zwangsläufig ein geschlossenes System sein.
Womit sollte es denn Energie austauschen, wenn es nicts anderes gibt?
Die kosmische Hintergrundstrahlung beschreibt uns den Zustand unseres Universums, wie er etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall vorlag.
Dies erlaubt uns, zu beurteilen, wie zutreffend unsere durch Simulation auf Basis von
- Ergebnissen der Experimente im CERN
- sowie der Urknall- und der Inflationstheorie
errechneten Aussagen sein könnten.
Ganz erstaunlich ist, dass man am CERN glaubt, den Zustand unseres Universums, wie er etwa 1 Millionstel Sekunde nach dem Urknall vorlag, ständig neu reproduzieren zu können (das allerdings nur für die Dauer von maximal etwa 1 Millionstel einer Sekunde).
Vergleich dieser Beobachtungsergebnisse und ihrer Extrapolation per Inflationstheorie mit dem, was die kosmische Hintergrundstrahlung uns zeigt, deutet darauf hin, wir den Zustand unseres Universums, wie er sich uns im CERN zeigt, durchaus zutreffend erkannt haben.
Hallo thebestcouple,
die Urknalltheorie besagt, dass das Universum am Anfang als (nahezu) punktförmiger Zustand vorlag und eine sehr, sehr hohe Temperatur besaß. Infolge der Expansion des Universums kühlte es sich langsam ab, da sich die Energie gleichmäßig auf die Raumzeit aufteilt.
Zunächst konnten sich dabei keine Atome bilden, da sie nach der Bildung sofort wieder von energiereichen Photonen ionisiert wurden. Als das Universum dann schließlich soweit abgekühlt war, dass dies nicht mehr möglich war, konnten die Photonen nun nicht mehr mit der Materie wechselwirken. Der Physiker nennt das Entkopplung zwischen Strahlung und Materie. Das Universum im heutigen Zutand ist in etwa 2,8K kalt, sodass die Photonen nun noch sehr wenig Energie besitzen.
Laut der Inflationstheorie (heute ein Teil der erweiterten Urknalltheorie) fand der thermische Austausch des Universums vor einer Phase statt, die man inflationäre Expansion nennt.
LG, KosmoFreak.
Das Urknallmodell postuliert ein Photonenmeer, das bei einer Temperatur von 3000K nicht mehr in der Lage war, Einfluss auf die Materie zu nehmen. Indem wir den Skalenfaktor des Universums zurückrechnen (seine Größe und Beschleunigung), können wir genau sagen, wie viel Temperatur es heute noch hat beziehungsweise wie groß es damals war. Nun haben wir eine gleichmäßige Strahlung gemessen, welche zudem noch die Temperatur hat, welche durch das Modell vorhergesagt wird. Kein anderer Kandidat konnte solch eine isotrope, homogene Strahlung postulieren.
Ich glaub du hast da was falsch verstanden. VOR dem Zeitpunkt, an dem die kosm. HiStr. entstand, herrschte ein thermodynamisches Gleichgewicht. Ist auf der Wikiseite eigentlich gut erklärt:
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung
Im Abschnitt "Theorie"
Ja soweit ist mir auch alles klar. Ich versteh nur nicht, dass wenn man sich die Hintergrundstrahlung anschaut auf das Urknallmodell schliessen kann. wo besteht der direkte Zusammenhang?