Gravitation & Kosmologie

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Gravitation & Kosmologie

Gravitation & Kosmologie

Gravitation & Kosmologie, 25.11.2005


Aus was besteht unser Universum?

1997:

dunkle

Materie

herkömmliche

Materie (16 %)

herkömmliche

Materie (4%)

2005:

dunkle

Materie

dunkle

Energie

Gravitation & Kosmologie, 25.11.2005


Beispiele aktueller Spekulationen?

Gravitation & Kosmologie, 25.11.2005


Theoretisches Fundament der Kosmologie:

Allgemeine Relativitätstheorie (1916)

1.) Feldgleichungen: Wie krümmt sich der Raum

unter Einfluss von Masse/Energie?

10 gekoppelte part. DGLs.

2.) Bewegungsgleichung: Wie bewegt sich ein

Körper im Raum?

Weg der kürzesten Eigenzeit.

Bevor Anwendung auf Kosmologie experimentelle Bestätigung

Durch hohe Messgenauigkeit recht genau bestätigt!

3.) Kosmologische Prinzip: Die Erde hat keinen priviligierten Platz

Gravitation & Kosmologie, 25.11.2005


erste Anwendung: Einstein Universum (1917)

Suche nach einen zeitlich unveränderlichen Universum

Einführung der kosmologischen Konstante Λ

(entspricht negative Energiedichte)

instabil

Friedmann - Modelle (1922)

gleichmäßig expandierentes Universum

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Experimentelles Fundament der Kosmologie:

1.) Expansion des Universums (Hubble 1929)

Moderne Standard – Kerze: Typ Ia Supernovas

H=0

H>0

Hubble Gesetz: v = H x

Expansion nimmt zu !!!

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ad 1.) Expansion des Universums (Hubble 1929)

H=0 t=0

t > 0

H>0 t=0

t > 0

Fluchtgeschw. > Lichtgeschw. möglich!

Wellenlänge des Lichtes wird durch Expansion gestreckt!

Galaxien ändern ihre Größe bei der Expansion nicht!

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ad 1.) Expansion des Universums (Hubble 1929) : Reise in die Vergangenheit

Temperatur der Strahlung wächst schneller als die der Materie.

für T > 3000 Grad K : Materie im Plasmazustand ( = freie Ladungen)

Thermisches Gleichgewicht

Materie Strahlung

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Experimentelles Fundament der Kosmologie:

2.) kosmische Hintergrundstahlung (Dick 1948, Penzias & Wilson 1965)

ca 300 000 Jahre nach dem Urknall (0.002% des heutigen Alters)

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ad 2.) kosmische Hintergrundstahlung: Daten

entspricht einer Temperatur von 3K

Rotverschiebung 1000

relative Schwankungen ca. 1/100 %

Experimentelles Fundament der Kosmologie:

3.) Galaxien und ihre inneren Bewegungen

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Theorie und Experiment:

1.) Dunkle Materie (oder doch MOND ? )

Galaxien sind schwerer oder Theorie ist falsch!

dunkle Materie(70er):

Neutralino: leichtestes supersym. Teilchen

abgeschätzte Gesamtmasse ~ dunkle Materie

ww. mit Schwacher Kraft

Detektoren suchen bereits danach

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Theorie und Experiment

2.) Dunkle Energie (oder doch Strings ? )

wie ist beschleunigte Expansion zu Erklären?

ART: Schwerkraft ~ Energie + 3 Druck

Hat Vakuum negativen Druck?

Grundzustandsenergie von Quantenfelder (Fermionen)?

Dichte der Dunklen Energie konst

alternative Stringtheorie:

zusätzliche Dimensionen postuliert

wird mit Expansion immer dominanter

Gravitation (Graviton) kann in ihnen entweiche, andere Teilchen nicht

schwerkraft nimmt mit Entfernung schneller ab als bei ART

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2.) Computer Simulationen

Theorie und Experiment:

beobachten und simulieren von Mio. von Himmelskörper

gute Übereinstimmung

Eigenschaften der dunklen Materie

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Näher zum Urknall:

frühe Inflation des Universums kann Dichtefluktuationen erklären

Suche Gravitationswellen aus dieser Zeit (LISA)

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