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allgemeines Die Kosmologie beschäftigt sich mit der Entstehung des Kosmos, der Materie, des Raums und der Zeit. In der Kosmologie verbinden sich Physik, Astronomie und Philosophie.
Struktur Die heutige Struktur des Kosmos gilt als gut verstanden.
  • Quark: kleinstes bekanntes Stukturelement, als freies Teilchen sehr kurzlebig
  • Elementarteilchen: aus Quarks zusammengesetzt, Leptonen und Baryonen, nur wenige langlebig
  • Atom: aus Quarks zusammengesetzt, hohe Langzeitstabilität
  • Molekül: aus Atomen zusammengesetzt
  • Himmelskörper
  • Galaxien
  • Galaxienhaufen
Expansion Die Galaxien bewegen sich von der Erde weg. Die Bewegung ist an der Rotverschiebung des Lichtes erkennbar. Die Fluchtgeschwindigkeit ist um so größer, je weiter die Galaxien entfernt sind.
Hubble-Parameter Maß für die Expansion des Kosmos Berechnung aus der Rotverschiebung der Galaxien im Hubble-Teleskop: 72 km/s pro Mpc. Entfernungsmessung: Cepheiden
Entfernungsmessung mit roten Riesen: 69,8 km/s pro Mpc
Berechnung aus der Hintergrundstrahlung: 68 km/s pro Mpc
Der Unterschied der Messungen ist so gut belegt, dass er das kosmologische Standardmodel erschüttert. Mpc = Mega-Parsec. 1 Parsec = 3,26 Lichtjahre.
Urknall Aus der Expansion folgt, dass der Abstand der Galaxien früher kleiner gewesen sein muss. Geht man ganz an den Anfang, so muss das Universum in einem Punkt in Form eines Urknalls entstanden sein.
Hintergrundstrahlung Die Hintergrundstrahlung fällt von allen Seiten gleichmäßig ein. Die Hintergrundstrahlung entspricht einem schwarzen Strahler von -270°C = 3°K (3K-Strahlung, CMB = Cosmic Microwave Background). Wurde 380 000 Jahre nach dem Urknall ausgesandt. Sunjajew-Seldowitsch-Effekt: In Galaxienhaufen fehlt die Hintergrundstrahlung. Ursache ist wahrscheinlich eine Wechselwirkung mit sehr heißem Gas.
ΛCDM-Modell Standardtheorie der Kosmologie Neben sichtbarer Materie ist auch Dunkle Materie im Urknall entstanden. Dunkle Energie, könnte ein fester Bestandteil des Vakuums sein und dort als eine Art Anti-Schwerkraft wirken.
Zukunft Die Zukunft des Kosmos könnte in einem Stillstand der Expansion, einem Kollaps oder einer weiteren Expansion liegen. Kollaps, Big Crunch: Die Gravitation bremst die Expansion und führt zu einem Zusammenstürzen des Universums. Kältetod: Durch Expansion und Entropie wird der Kosmos immer kälter und energieärmer.
geschlossenes Universum Endet im Big Crunch
flaches Universum Expansion permanent abgebremst Die Expansion kommt nachlanger Zeit zum Stillstand.
offenes Universum ewige Expansion
Big Rip Beschleunigte Expansion Endet im Zerreißen aller Materiestrukturen.
Parabolischer Grenzfall Wenn die kinetische Energie aller Himmelskörper gleich der potenziellen Gravitationsenergie ist, so kommt die Expansion irgendwann zum Stillstand.
Kosmologischer Parameter w = Strahlungsdruck und Vakuumdruck zu Gesamtdichte
  • w = 1: Big Crunch
  • w = 0: flaches Universum
  • w = -0,8: offenes Universum
  • w = 1,2: Big Rip
Dunkle Materie Neben den leuchtenden Sternen muß es nicht sichtbare Massen, die dunkle Materie, geben.
Folgende Fakten sind nur durch dunkle Materie erklärbar: Galaxien-Rotation Die Rotation der Galaxien ist mit der Gravitation der leuchtenden Sterne allein nicht zu erklären.
Galaxienhaufen Die Bewegungen von Galaxien im Haufen erfordern eine größere Masse.
Gravitationslinsen Die Ablenkung des Lichtes durch Galaxien (Einsteinsche Gravitationslinsen) erfordert eine höhere Masse, als das sichtbare Sternenlicht.
Entfernungsmessung Im Nahbereich kann die Entfernung von Himmelskörpern durch Triangulation ermittelt werden. Bestimmt man die Richtung eines Objektes von verschiedenen Standpunkten, so ist der Richtungswinkel etwas verschieden: Paralaxe. Benutzt man den Durchmesser der Erdbahn als Basis so ist eine Paralaxensekunde = 3,26 Lichtjahre.
SN Ia-Supernovae SN Ia-Supernovae entstehen, wenn ein weißer Zweg einen Gravitationskollaps durchmacht. Der weiße Zwerg sammelt Materien von einem Begleitstern, bis er das Chandra-Limit erreicht (ca. 1,5 Sonnenmassen). Die Leuchtkraft von SN Ia ist immer sehr ähnlich und kann daher für Entfernungsbestimmungen herangezogen werden.
persönliche Kritik Die ganzen Modellrechnungen setzen voraus, dass die Gesetze der Physik auch für die Übertragung elektromagnetischer Wellen über intergalaktische Distanzen gilt. Wenn das aber nicht der Fall ist, z.B. weil der Raum nicht überall die gleichen Eigenschaften hat, so sind alle Modelle falsch.
Quellen 1.) Freedman, W. et al.:
The Carnegie-Chicago Hubble program. VIII. An independent determination of the Hubble constant based on the tip of the red giant branch.
ArXiv 2019; 1907.05922

2.) Riess, A. et al.:
Large Magellanic cloud Cepheid standards provide a 1% foundation for the determination of the Hubble constant and stronger evidence for physics beyond LambdaCDM.
ArXiv 2019; 1903.07603

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