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Astrophysik
Astrophysik aktuell
Feinabstimmung -
Maßarbeit im Universum
„Unser“ All ist 13,7 Milliarden Jahre alt.
Vielleicht hat es vorher schon ein Vorgänger
gegeben, vielleicht existieren heute
noch weitere Paralleluniversen. Von unserem
All wissen wir, dass es spärlich
mit Materie bestückt ist, dass es von
Energie durchzogen wird und dass es -
zumindest in einem seiner Winkel, nämlich
auf dem blauen Planeten Erde - die
Entstehung von Leben, Bewusstsein und
Geist ermöglicht hat
Nachdem in den letzten fünfzig Jahren
sowohl die Kenntnisse über Leben auf
der Erde (Biologie, Molekularbiologie) als
auch über den Kosmos (Astronomie, Astrophysik,
Kosmologie) sehr stark angewachsen
sind, treten nun merkwürdige
Zusammenhänge zwischen uns als lebenden,
intelligenten Beobachtern und den
Eigenschaften des Weltalls zutage.
Jede Theorie unserer Welt, welche die
Eigenschaften und Strukturen des Universums
erklärt, enthält grundlegende
Parameter Alle bisherigen Experimente
bestätigen im Rahmen der Messgenauigkeit
die Konstanz der Naturkonstanten.
Die festgestellten Feinabstimmungen
werden als erstaunlich betrachtet, unabhängig
von der weltanschaulichen
Position des einzelnen Wissenschaftlers.
Ihre Deutung ist allerdings individuell sehr
unterschiedlich.
Veranst.-Nr. 02-56100
Prof. Dr. Wolfram Winnenburg
Volkshochschule, Hansastr. 2-4
Donnerstag, 16.12.10,
19.00-20.30 Uhr, 2 UStd., entgeltfrei
Astrophysik
Materie in Raum und Zeit
Entstehungsgeschichte der
chemischen Elemente
Die chemischen Elemente sind die Bausteine
der Stoffe und die Grundlage für
die Entstehung des Lebens. Auf der Erde
finden wir etwa 90 natürlich vorkommende
Elemente, vom Wasserstoff, dem
leichtesten, bis zum Uran, dem schwersten
Element im Periodensystem.
Sterne und explosive Prozesse sind die
„Kochtöpfe“ des Kosmos: Hier wurden
und werden alle chemischen Elemente
erzeugt, die man im Universum findet.
Die Elementsynthese selbst begann bereits
schon nach ein paar hundert Millionen
Jahren Jahre nach dem Urknall, sobald
sich die ersten Galaxien und Sterne aus
riesigen Wasserstoffwolken gebildet hatten.
Durch die freigesetzte Gravitationsenergie
wurde die Sternmaterie so auf-
Programmbereichsleitung:
Winfried Hennig
0231 / 50-2 47 08
whennig@stadtdo.de
Sachbearbeitung:
Sabine Freyth
0231 / 50-2 47 18
sfreyth@stadtdo.de
geheizt, dass im Inneren der Fusionsprozess
von Wasserstoff zu Helium entfacht
wurde. Seither vollzieht sich die
Elementsynthese über komplexe Kernreaktionen
in den Sternen. So verdanken
auch wir Menschen unsere Existenz der
Elementsynthese im Inneren und bei explosiven
Prozessen längst erloschener
Sterne. Denn wie alle Materie um uns
herum, so stammt auch jedes Atom
unseres eigenen Körpers aus Sternenstaub
und wurde in früheren Sterngenerationen
geschaffen. Damit können
wir uns mit Recht als „Kinder des Weltalls“
bezeichnen.
Helle Materie - Kosmisches
Inventar
Die Forscher kennen die Startbedingungen
kurz nach Beginn der Expansion recht
genau. Eine zentrale Aufgabe der modernen
Astrophysik ist zu zeigen, wie
daraus die Welt von heute wurde.
Fast die gesamte sichtbare Materie im
heutigen Kosmos besteht aus vier Bausteinen:
Up- und Down-Quarks - welche
die Protonen und Neutronen und
damit die Atomkerne bilden - Elektronen
- die um die Atomkerne kreisen -
sowie Elektron-Neutrinos - die bei Zerfällen
und Wechselwirkungsprozessen
entstehen können.
Jeder Versuch der Beschreibung der Prozesse
zur Elementsynthese muss in der
Lage sein, die heutigen Elementhäufigkeiten
und die Isotopenzusammensetzung
der einzelnen Elemente der Erde sehr
genau wiederzugeben. Ebenso sind hierbei
sowohl die energetischen als auch die
zeitlichen Phasen der Elementgenese mit
einzubeziehen.
Bei der Elementhäufigkeit auf der Erdoberfläche
fällt die sehr große Variabilität
auf. Gewisse Elemente sind sehr häufig,
andere sehr selten. Zu den häufigsten
Elemente zählen O, H, Si, Ca und Fe.
Diese Häufigkeitsverteilung scheint innerhalb
unseres Sonnensystems kaum zu
variieren.
Man geht heute davon aus, dass die
meisten Kerne jenseits der Stabilitätslücken
bei A=5 und A=8 bis zum Element
Eisen nur in Sternen gebildet werden
konnten. Der Schlüssel zum Verständnis
der stellaren Elementsynthese
ist die Erkenntnis, dass Sterne während
ihrer Leuchtdauer verschiedene Phasen
durchlaufen.
Veranst.-Nr. 02-56102
Prof. Dr. Wolfram Winnenburg
Volkshochschule, Hansastr. 2-4
Donnerstag, 23.09.10,
19.00-20.30 Uhr, 2 UStd., entgeltfrei
Quark-Gluon-Suppe -
Ursprung der Elemente
Nach unserem derzeitigen Wissensstand
startete vor 13,7 Milliarden Jahren unser
Universum. Nach der favorisierten
Standardtheorie der Kosmologie entstanden
im Urknall Raum, Zeit, Energie und
Materie gleichzeitig. Etwa eine hundertmilliardstel
Sekunde nach dem Start unserer
Welt existierte - bei einer Temperatur
von 1017K und einem Teilchengedränge
mit Dichten vom hundertfa-
chen eines gewohnten Atomkerns - eine
Ursuppe aus Quarks, Elektronen, Neutrinos
sowie Gluonen.
In dieser kosmischen Ursuppe konnten
sich Quarks und Gluonen ähnlich frei
bewegen wie positiv geladene Kerne
und Elektronen in einem ionisierten Gas
(„asymptotische Freiheit“).
Astroteilchenphysiker erhoffen sich neue
Erkenntnisse über die Eigenschaften des
Quark-Gluon-Plasmas in Teilchenbeschleuniger-Experimenten.
So wurde im RHIC
(Brookhaven National Laboratory) bei
der Kollision von Goldatomen bei 130
GeV zumindest ansatzweise ein Quark-
Gluon-Plasma (QGP) gebildet. Es kann
zwar nicht direkt beobachtet werden,
verrät seine Existenz aber durch bestimmte
Zerfallsprodukte, wie Elementarteilchen,
die übermäßig oft ein Strange-Quark
enthalten. Am LHC (CERN) wird es der
ALICE-Detektor sein, der ein QGP aufzeichnet
und analysieren wird.
Die beobachtete Expansion des Universums
muss gemäß des 1. Hauptsatzes
der Wärmelehre zu einer Abkühlung
führen - so wie beim Gas in der Luftpumpe,
deren Kolben schnell herausgezogen
wird.
Veranst.-Nr. 02-56104
Prof. Dr. Wolfram Winnenburg
Volkshochschule, Hansastr. 2-4
Donnerstag, 30.09.10,
19.00-20.30 Uhr, 2 UStd., entgeltfrei
Symmetrie - Urprinzip der
Schöpfung
Überall in der Natur begegnen wir Symmetrien.
Am vollkommensten zeigt sich
die Symmetrie in den Gesetzen der Natur.
So zeigen uns Experimente an Teilchenbeschleunigern,
dass Teilchen und
Antiteilchen stets paarweise erzeugt werden.
Darum erwartet man auch, dass
unmittelbar nach Start unseres Universums
ebensoviel Antimaterie wie Materie
existierte. Es gibt jedoch keinerlei
Beobachtungen, die auf größere Mengen
von Antimaterie im heutigen Universum
hin deuten.
Überall in der Natur begegnen wir aber
auch kleinen Symmetrieverletzungen.
Denn die Symmetrie der Natur wird durch
materielle Objekte nicht immer vollkommen
wiedergegeben. So ist die Erde keine
vollkommene Kugel, vielmehr ist sie
an den Polen infolge ihrer Rotation abgeplattet.
Und so lieferte eine überraschende
Entdeckung 1964 den entschei-
denden Hinweis für die asymmetrische
Materieverteilung: Das Universum enthält
mindestens eine Milliarde mal mehr
Strahlungs- als Materieteilchen. Aus diesem
Befund schloss 1968 der russische
Physiker und Menschenrechtler Andrej
Sacharow: Wenn die Symmetrie zwischen
Teilchen und Antiteilchen ungefähr eine
millionstel Sekunde nach Beginn der Expansion
- bei einer dort herrschenden
Temperatur von 1013 K vernichten sich
die Teilchen und Antiteilchen gegenseitig
- im Verhältnis 1 000 000 001 : 1 000
000 000 verletzt gewesen ist, so übersteht
nur ein verschwindend kleiner
Überschuss von Teilchen. Und dieser Reststoff
ist dann der Urstoff, aus dem unser
Universum und damit auch wir
gemacht sind.
Veranst.-Nr. 02-56106
Prof. Dr. Wolfram Winnenburg
Volkshochschule, Hansastr. 2-4
Donnerstag, 07.10.10,
19.00-20.30 Uhr, 2 UStd., entgeltfrei
Junger Kosmos -
Anfangselement Wasserstoff
Etwa eine tausendstel Sekunde nach Beginn
der Zeitzählung war das Universum
so weit abgekühlt, dass Quarks und Gluonen
nicht mehr frei, sondern nur noch
„verklumpt“ erschienen. Neutronen und
Protonen waren quasi ausgefroren und
existierten bei Temperaturen oberhalb von
1010 K in nahezu gleicher Anzahl.
Den Neutronen und Protonen überlagert
war ein weit größerer Hintergrund
an Elektronen, Positronen, Neutrinos,
Antineutrinos sowie Photonen. Neutronen
und Protonen wurden - verursacht
durch die schwache Wechselwirkung -
dauernd ineinander umgewandelt. Infolge
der hohen Photonendichte konnten sich
in der heißen Urmaterie aber keine Kerne
mit A > 1 in nennenswertem Umfang
bilden, da sie sofort wieder durch
Photonen gespalten wurden.
Durch die infolge der Expansion bedingte
Abkühlung der Urmaterie verschob
sich das Gleichgewicht zwischen Neutronen
und Protonen.
Veranst.-Nr. 02-56108
Prof. Dr. Wolfram Winnenburg
Volkshochschule, Hansastr. 2-4
Donnerstag, 28.10.10,
19.00-20.30 Uhr,
2 UStd., entgeltfrei