Das Urknalltheorie Es ist eine kosmologische Theorie, um den Ursprung des Universums zu erklären, und jene, die derzeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft mehr Akzeptanz findet. Es heißt, dass das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren mit einem Urknall begann und sich seitdem kontinuierlich erweitert hat..
Aus dieser großen Explosion gingen Materie, Zeit und Raum hervor, die später zu Galaxien und Sternensystemen wurden, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, des Sonnensystems und schließlich uns selbst..
Die Theorie entstand 1915 mit Albert Einsteins Relativitätsgleichungen, die unter anderem die Expansion des Universums vorhersagen, eine Tatsache, mit der sich der deutsche Wissenschaftler nie wohl fühlte..
Der belgische Astronom George Lemaitre schlug jedoch bei der Untersuchung der Relativitätstheorie vor, dass das Universum offensichtlich einen Ausgangspunkt haben muss, wenn die Expansion wahr wäre. 1927 veröffentlichte Lemaitre einen Artikel, in dem er seine Ideen über den Ursprung des Universums vorstellte, das er "das Uratom" nannte..
Der amerikanische Astronom Edwin Hubble förderte die neue Theorie und bestätigte 1929, dass sich Galaxien voneinander und auch von uns entfernen.
In der Zeit zurück müssen die Galaxien sicherlich viel näher gewesen sein als heute. Und deshalb muss es einen Moment gegeben haben, in dem alle Materie unglaublich komprimiert war und einen unendlich kleinen Raum einnahm: eine Singularität.
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Der Begriff "Urknall" wurde 1940 von dem Physiker Fred Hoyle geprägt, der mit der Idee nicht einverstanden war. Er bezog sich daher spöttisch darauf und nannte sie "diesen Urknall". Hoyle war überzeugt, dass das Universum stationär war.
Obwohl sein Name uns an ein katastrophales Ereignis erinnert, glauben Physiker und Kosmologen jetzt, dass es weder eine große noch eine Katastrophe war, aus der Galaxien in alle Richtungen flogen..
Aber es war so mächtig, dass die vier grundlegenden Wechselwirkungen der Physik in diesen ersten Augenblicken vereint wurden.
Das gesamte Universum befand sich ursprünglich in einem unglaublich heißen und dichten Zustand, und dann dehnte es sich plötzlich aus, als es langsam abkühlte. Diese Expansion geht bis heute weiter.
Der Urknall erklärt nicht, wie die ursprüngliche Singularität entstanden ist, am allerwenigsten was vorher existierte. Was es erklärt, ist, was mit dem Universum in den frühen Tagen passiert ist, als die Singularität aufhörte zu sein..
Wissenschaftler schätzen, dass der Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren passiert ist und es nicht möglich ist zu wissen, was vorher passiert ist, da die Zeit zusammen mit Raum und Materie genau zu diesem Zeitpunkt geschaffen wurde.
Es war keine lokalisierte Veranstaltung. Es stellt sich heraus, dass je weiter die Objekte, die wir mit den leistungsstärksten Teleskopen sehen, entfernt sind, desto weiter gehen wir zurück zu der Zeit, als der Urknall auftrat, unabhängig davon, in welche Richtung wir ihn betrachten..
Nach dem Urknall sank die Temperatur und die uns bekannten subatomaren Teilchen wurden gebildet: Protonen, Neutronen und Elektronen, um Atome entstehen zu lassen.
Während des Urknalls trat die Schwerkraft hervor, die vereinheitlichende Anziehungskraft der Materie sowie die anderen grundlegenden Wechselwirkungen.
Die ersten gebildeten chemischen Elemente waren Wasserstoff, der einfachste von allen, und dann Helium und Lithium in einem sogenannten Prozess Nukleosynthese. Im Laufe der Zeit entstanden aus riesigen Wolken dieser Elemente die ersten Galaxien.
Der Urknall basiert auf:
-Das Gleichungen der Relativitätstheorie vorgeschlagen von Einstein.
-Das Standardmodell von Partikeln, das beschreibt die Struktur der Materie in Bezug auf die fundamentalen Teilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen.
-Das kosmologisches Prinzip, was bestätigt, dass das Universum homogen und isotrop ist, wenn wir es in größerem Maßstab sehen. Dies bedeutet, dass seine Eigenschaften in alle Richtungen identisch sind und die Gesetze der Physik überall gleich sind..
Natürlich wissen wir, dass es Ansammlungen von Materie gibt, die durch Räume mit viel geringerer Dichte getrennt sind. Unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden sich die Eigenschaften des Universums sicherlich. Aber das Ausmaß des kosmologischen Prinzips ist viel größer..
Nach dem kosmologischen Prinzip hat das Universum weder ein Zentrum noch Grenzen oder Grenzen, weil bevorzugte Orte einfach nicht existieren..
Es wird daher der Schluss gezogen, dass das Universum einen zeitlichen Ursprung und damit ein endliches Alter hat, obwohl noch nicht klar ist, ob seine Ausdehnung endlich oder unendlich ist..
Wissenschaftler unterscheiden drei Hauptstadien, die erste eines Universums sehr ursprünglich, das zweite des eigentlichen Uruniversums und das dritte das Stadium des Strukturbildung.
Während der ersten beiden wurde das Universum zuerst von Strahlung und dann von Materie dominiert.
In dieser Zeit bestand Energie aus Photonen, masselosen Elementarteilchen, aus denen Licht besteht. Dank ihnen entstanden die Elektron-Positron-Paare aus Materie und Antimaterie, die sich bei ihrer Begegnung vernichten und wieder Energie in Form von Photonen emittieren..
Irgendwann überwog jedoch die Materie leicht gegenüber der Antimaterie, was später zum Auftreten der ersten subatomaren Teilchen führte..
Kosmologen glauben, dass dieses Stadium etwa 700.000 Jahre dauerte, und darin werden die folgenden Zeiträume unterschieden:
Startet ab 10-43 Sekunden nach dem Urknall und beinhaltet:
-Die Planck-Ära, in der die vier fundamentalen Wechselwirkungen - elektromagnetische, starke nukleare, schwache nukleare und Schwerkraft - eine einzige fundamentale Kraft darstellten.
-Die Ära der Vereinigung ereignete sich 10-36 Sekunden später, als die Schwerkraft von den anderen Kräften getrennt wurde, die anderen jedoch in der sogenannten GUT verschmolzen blieben (große einheitliche Theorie) als sich das Universum ausdehnte und abkühlte.
Ab 10-36 bis zu 10-33 Sekunden, in denen das Universum ein beschleunigtes Wachstum erlebte, kühlten ab und seine Dichte nahm infolge der Expansion schnell ab.
Auf diese Weise wuchs das Universum von etwas weniger als der Spitze einer Stecknadel zu einer Kugel von der Größe mehrerer Sonnen wie unserer, alle mit großer Geschwindigkeit.
Das Wachstum des Universums verlangsamte sich ohne anzuhalten und die ersten Elementarteilchen entstanden: Protonen, Elektronen und Neutronen..
Nach drei Minuten kollidierten Protonen und Neutronen, um die ersten Kerne zu bilden. Dann trafen sich diese Kerne und die Lichtatome wurden gebildet.
Paradoxerweise ließen die hohen Temperaturen des frühen Universums erst etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall Licht erscheinen..
Aber dann hatte sich das Universum bereits genug abgekühlt, um die Bildung von neutralem Wasserstoff zu ermöglichen, mit dem Photonen - Lichtträger - große Entfernungen ohne Hindernisse zurücklegen konnten.
Das Universum, das zuvor aufgrund seiner hohen Dichte undurchsichtig war, wurde für Strahlung transparent und Materie dominierte.
Auf diese Weise wurden dank der Einwirkung der Schwerkraft die ersten Konglomerate gebildet und das Universum begann, seine aktuelle Form anzunehmen. Es ist das Stadium der Strukturbildung.
Die Schwerkraft kollabierte die Gaswolken und bildete die ersten Sterne, die sich später zu Galaxien zusammenschlossen. Experten glauben, dass dies etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall geschah..
Die Expansion des Universums hat nicht aufgehört, im Gegenteil, sie scheint sich beschleunigt zu haben.
Jetzt glauben Wissenschaftler, dass es eine Sache gibt, die sich von der Materie unterscheidet, die wir sehen können Dunkle Materie, die für diese beschleunigte Expansion verantwortlich ist.
Der Urknall ist trotz der verstrichenen Zeit noch heute durch Strahlung zu beobachten, die von den entferntesten Orten im Universum kommt..
Der Hintergrund der kosmischen Mikrowellenstrahlung (kosmischer Mikrowellenhintergrund) wurde Mitte der 1960er Jahre von zwei Forschern der Bell Laboratories entdeckt: Arno Penzias und Robert Wilson.
Es ist das Leuchten, das der Urknall hinterlassen hat, worauf die Theorie bereits im Voraus hingewiesen hatte, das aber erst bei den Experimenten von Penzias und Wilson entdeckt wurde..
1929 bestätigte Edwin Hubble, dass sich das Universum ausdehnt, und war acht Jahre lang dafür verantwortlich, die notwendigen Daten zu sammeln, um dies am Mount Wilson Observatory in Kalifornien zu beweisen.
Auf diese Weise sprach er das folgende Gesetz aus, in dem die Geschwindigkeit v mit denen sich Galaxien von uns entfernen, ist proportional zur Entfernung R., Sein H. Hubbles Konstante:
v = HR
Wobei H = 22 x 10-3 m / (Lichtjahr). Diese einfache Form des Gesetzes gilt für Galaxien, die nicht weit entfernt sind..
Das Hubble-Weltraumteleskop bestätigt, dass entfernte Galaxien gemäß dem kosmologischen Prinzip homogen verteilt sind.
Je größer die Rotverschiebung ist, desto größer ist die scheinbare Größe einer entfernten Galaxie, was bedeutet, dass sich die Wellenlänge ihres Lichts verlängert, wenn es sich durch ein expandierendes Universum bewegt..
Theoretisch gibt es viele Punkte, die dunkel bleiben, zum Beispiel wissen Wissenschaftler immer noch nicht, was die große Inflation ausgelöst hat.
Andererseits sind viele Experten nicht zufrieden mit der Tatsache, dass vor dem Urknall Zeit, Materie und Raum nicht existierten, da einige denken, dass Zeit immer existiert hat.
Natürlich weisen kosmologische Theorien auf großräumige Phänomene hin und werden dank neuer Entdeckungen verfeinert oder verworfen. Wissenschaftler hoffen, Unstimmigkeiten wie die folgenden zu beheben:
Die Entropie war in den ersten Momenten des Universums ungewöhnlich niedrig, und Kosmologen können den Anstieg der Entropie auf das aktuelle Niveau nicht erklären..
Dieses Problem bezieht sich auf die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und sich nichts schneller bewegt als sie. Es stellt sich jedoch heraus, dass Regionen, die während des Urknalls aufgrund ihrer Trennung nicht in Kontakt sein konnten, im thermischen Gleichgewicht waren..
Es wird angenommen, dass wir in einem flachen Universum leben, aber die Urknalltheorie bietet keinen physikalischen Mechanismus, der den Grund zufriedenstellend erklärt.
Die Urknalltheorie sagt die Existenz magnetischer Monopole voraus, aber bisher wurden sie nicht gefunden. Jedes Mal, wenn wir versuchen, einen Magneten zu schneiden, erhalten wir immer kleinere Magnete mit Nord- und Südpol, niemals getrennte Magnetpole (Monopole)..
Andere Bedenken bezüglich der Theorie sind: Woher stammt die Singularität? Und wie kam es, dass Materie Vorrang vor Antimaterie hatte? Oder wie und warum kam es zu der großen Inflation? Es ist noch ein langer Weg.
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