Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember...
-
Upload
heimbrecht-strumpf -
Category
Documents
-
view
109 -
download
2
Transcript of Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember...
![Page 1: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/1.jpg)
Die Geometrie unseres Universums...
Franz Embacher
Vortrag am GRG 1 Stubenbastei20. Dezember 2005
...und die Problemedes Standardmodells
Institut für Theoretische Physik
Universität Wien
![Page 2: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/2.jpg)
Andromeda-Nebel M31 mit M32 und M110
![Page 3: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/3.jpg)
HST Deep Field
![Page 4: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/4.jpg)
Größenordnungen im heutigen Universum
Objekt(e) Echte
Größenordnung
Maßstab 1 : 3.09×1025
1 Mpc 1 mm
Radius der Milchstraße 0.03 Mpc 0.03 mm
Dicke der Milchstraße 0.005 Mpc 0.005 mm
Radius der Milchstraße inklusive Halo
0.1 Mpc 0.1 mm
Radius der meisten Galaxien 0.1 - 1 Mpc 0.1 - 1 mm
typischer Abstand zweier Galaxien 1 Mpc 1 mm
Radius eines Galaxienhaufens (Cluster, ca 1000 Galaxien)
5 Mpc 5 mm
typischer Abstand zweier Galaxienhaufen 50 Mpc 5 cm
Radius eines Superhaufens 100 Mpc 10 cm
Radius eines Leerraums (Void, größte beobachtete Strukturen)
200 Mpc 20 cm
Radius des sichtbaren Universums 3000 Mpc 3 m
1 Mpc = 1 Megaparsec = 3.26 Millionen Lichtjahre
![Page 5: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/5.jpg)
Allgemeine Relativitätstheorie
• „Materie krümmt den Raum“
Materiedichte und Druck krümmen die Raumzeit
(„Friedmann-Gleichung“)
• Die Rolle des Drucks (und der „Zustandsgleichung“) der Materie ist wichtig für die Kosmologie.
• Die ART sagt für gewöhnliche Materie eine Expansion des Universums voraus.
![Page 6: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/6.jpg)
Was ist Krümmung?
Krümmung = Verletzung der Gesetze
der euklidischen Geometrie
![Page 7: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/7.jpg)
HST – Einstein-Ring
Lichtablenkung 1
![Page 8: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/8.jpg)
Geometrie des Universums
• Luftballon und Backofen• Ist das Universum offen oder geschlossen?
Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte• Wie alt ist das Universum?
![Page 9: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/9.jpg)
Luftballon und Backofen
![Page 10: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/10.jpg)
Offen oder geschlossen?
Zusammenhang zwischen Geometrie und Dichte:
Dichte < kritische Dichte
Dichte = kritische Dichte
(kritischer Grenzfall)
Dichte > kritische Dichte
offen
(„negativ gekrümmt“)
offen („flach“)
geschlossen
(„positiv gekrümmt“)
?
H0
![Page 11: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/11.jpg)
Offen oder geschlossen?
Für ein materiedominiertes Universum: Zusammenhang
mit der Zeitentwicklung:
expandiert ewig
expandiert ewig
(kritischer Grenzfall)
rekollabiert
(„Big Crunch“)
![Page 12: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/12.jpg)
Wie alt ist das Universum?
Aktueller Wert: t = 13.7 0.2 Milliarden Jahre0
![Page 13: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/13.jpg)
Probleme des Standardmodells
• Der Urknall• Kosmologischer Horizont• Horizontenproblem• Flachheitsproblem• Dunkle Materie und dunkle Energie• Kosmologische Konstante?
![Page 14: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/14.jpg)
Der Urknall als Singularität
• Ende (Anfang) von Raum und Zeit
„Vor“ dem Urknall „gab“ es weder Raum noch Zeit
• Dichte und Druck unendlich
![Page 15: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/15.jpg)
Wo fand der Urknall statt?
Wo?
![Page 16: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/16.jpg)
Kosmologischer Horizont
![Page 17: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/17.jpg)
Horizontenproblem
Wie ist die Isotropie der kosmischen
Hintergrundstrahlung möglich?
![Page 18: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/18.jpg)
Horizontenproblem
![Page 19: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/19.jpg)
Flachheitsproblem
Wieso ist die heutige Dichte so nahe an der
kritischen Dichte?
Beobachtungen und Theorie:
Dichte = zwischen 0.1 und 1 mal der kritischen Dichte
Zusammenhang zwischen Dichte und Geometrie das Universum
ist nahe an der „kritischen Grenze“ zwischen offen und geschlossen.
Vermutung: Dichte = kritische Dichte
![Page 20: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/20.jpg)
Flachheitsproblem
3 Modelle: Dichten 1 Nanosekunde nach dem Urknall
„fine tuning“
![Page 21: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/21.jpg)
Dunkle Materie und dunkle Energie
• Galaxienrotation• Nukleosynthese
Wir sehen nur einige Prozent der (baryonischen und nicht-baryonischen) Materie, die esgeben muss.
Baryonische Materie trägt nur zu etwa 2 % zum Energieinhalts des Universums bei.
![Page 22: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/22.jpg)
Dunkle Materie und dunkle Energie
Energieinhalt des Universums vorläufiges Bild:
![Page 23: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/23.jpg)
Kosmologische Konstante?
• Einsteins „größte Eselei“• Vakuumenergie, negativer Druck• Entfernung-Rotverschiebungs-Messungen
an Typ Ia Supernovae Abweichung vom Hubble-Gesetz, beschleunigte Expansion?
• Kosmologische Konstante, dunkle Energie?Ist das Universum heute materiedominiert oder dominiert von dunkler Energie?
![Page 24: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/24.jpg)
Kosmologische Konstante?
![Page 25: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/25.jpg)
Wie wird sich das Universum weiterentwickeln?
Zur Zeit scheintes beschleunigtzu expandieren.
![Page 26: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/26.jpg)
Das inflationäre Universum
• Exponentielle Expansion („inflationäre Phase“)im sehr frühen Universum
• Lösung des Flachheitsproblems• Lösung des Horizontenproblems
![Page 27: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/27.jpg)
Lösung des Flachheitsproblems
Dichte kritische Dichte
![Page 28: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/28.jpg)
Lösung des Horizontenproblems
![Page 29: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/29.jpg)
Quantentheorie und Quantengravitation
• Wie kamen Strukturen zustande, wenn derUrknall isotrop war? Quantenfluktuationen
• Anisotropie der Hintergrundstrahlung• Galaxienverteilung• Quantengravitation: Entstehung des Universum
aus dem Nichts?
![Page 30: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/30.jpg)
Anisotropie der Hintergrundstrahlung
COBE, 1992
T
T= 6 10
6
![Page 31: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/31.jpg)
Anisotropie der Hintergrundstrahlung
WMAP, 2003
T
T= 6 10
6
![Page 32: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/32.jpg)
Galaxienverteilung
![Page 33: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/33.jpg)
Galaxienverteilung
![Page 34: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/34.jpg)
Quantengravitation: Entstehung des Universums...
...aus dem Nichts?
Tunneleffekt:
Entstehung des
Universums:
![Page 35: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/35.jpg)
Das anthropische Prinzip
• Sind die Naturkonstanten konstant?• Symmetriebrechung• Verschiedenartige Bereiche eines sehr großen
Universums?
Anthropisches Prinzip: Der von uns bewohnte Bereich des Universum ist bewohnbar, da wir ihn ansonsten nicht beobachten könnten. Erklärung für die Werte der
Naturkonstanten?
• „Test“: An den Naturkonstanten „schrauben“
![Page 36: Die Geometrie unseres Universums... Franz Embacher Vortrag am GRG 1 Stubenbastei 20. Dezember 2005...und die Probleme des Standardmodells Institut für.](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d7349795902118c6a38/html5/thumbnails/36.jpg)
Danke...
Diese Präsentation steht im Web unter
zur Verfügung
http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/Rel/grg1stubenbastei20.12.2005/