Unser Universum dehnt sich seit seiner Entstehung vor etwa 14 Milliarden Jahren aus. Und obwohl es den Anschein hat, dass sich dieser Prozess mit der Zeit verlangsamen sollte, geschieht dies nicht. Das Universum dehnt sich entgegen unseren Erwartungen immer schneller aus. Dank der die Kosmologie dominierenden Urknalltheorie wissen wir, warum sich andere Galaxien von uns entfernen, während sich der Weltraum weiter ausdehnt. Dieses Phänomen erklärt das schwache Leuchten, das im ganzen Universum zu sehen ist (Glühen ist die übrig gebliebene Wärme von der Geburt des Universums, die sich jetzt auf nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt hat). Kurz gesagt, es ist eine bemerkenswert kraftvolle und elegante Erklärung dafür, wie das beobachtbare Universum entstanden ist. Aber warum expandiert es immer schneller? Das Konzept des Urknalls sagt leider nicht aus, ob sich das Universum weiter ausdehnt und abkühlt oder ob es sich schließlich zu einer anderen superheißen Singularität zusammenzieht, wodurch möglicherweise der gesamte Zyklus neu gestartet wird. Das endgültige Schicksal des Universums hängt wahrscheinlich von den Eigenschaften zweier mysteriöser Phänomene ab – dunkle Materie und dunkle Energie. Weiteres Studium beider kann zeigen, wie das Universum untergehen wird.
Die Urknalltheorie besagt, dass das Universum vor über 13 Milliarden Jahren aus einem unvorstellbar heißen und dichten Punkt namens Singularität hervorgegangen ist. Dies geschah nicht in einem bereits bestehenden Raum. Vielmehr löste es die Expansion – und Abkühlung – des Weltraums selbst aus.
Inhalt
- 1 Wie ist das Universum entstanden?
- 2 Der Urknall und die Dunkle Materie
- 3 Dunkle Energie
- 4 Zusammensetzung des Universums und andere Themen
- 5 Fazit < /li>
Wie ist das Universum entstanden?
Die Urknalltheorie erklärt also die Entstehung der leichtesten Elemente im Universum – Wasserstoff, Helium und Lithium – aus denen “geboren” wurden. immer schwerere Elemente in Sternen und Supernovae. Die Fortsetzung des Urknalls oder der kosmischen Inflation erklärt, warum das Universum so einheitlich (gleichmäßig zusammengesetzt) ist und wie Galaxien im Raum verteilt sind.
Interessanterweise machen viele der Merkmale des modernen Universums nur dann Sinn, wenn der Weltraum sehr früh eine ultraschnelle Expansion erfahren hat. Die Inflationstheorie besagt, dass sich das Universum in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall dramatisch ausgedehnt hat, angetrieben von den fantastischen Energiemengen, die im Weltraum selbst enthalten sind. Nach dieser Zeit dehnte sich das Universum weiter aus und kühlte sich ab, jedoch viel langsamer.
In den meisten Inflationsmodellen werden Schwankungen auf extrem kleinem Maßstab aufgeblasen und werden zu makroskopischen Unterschieden. Diese Unterschiede sind unglaublich klein und würden eine neue Physiktheorie erfordern, um die Realität damit zu beschreiben.
Es stellt sich heraus, dass die Inflation den Raum so schnell ausgedehnt hat, dass er extrem homogen geworden ist. Aber der Weltraum ist nicht homogen: Die kleinen Schwankungen der Materiedichte, die im frühen Universum vorhanden waren, nahmen während der Inflation deutlich zu. Diese Dichteschwankungen haben letztendlich die großräumige Struktur des Universums geschaffen.
Ich habe in diesem Artikel genauer erklärt, wie diese erstaunliche Struktur aussieht, ich empfehle sie zu lesen!
Die Urknall und die Dunkle Materie
Während die Urknalltheorie von den meisten Forschern allgemein akzeptiert wird, sagt sie nicht aus, ob sich das Universum weiter ausdehnt und abkühlt oder ob es sich schließlich zu einer superheißen Singularität zusammenzieht und möglicherweise den gesamten Zyklus neu startet. Das endgültige Schicksal des Universums hängt wahrscheinlich von den Eigenschaften zweier mysteriöser Phänomene ab – dunkle Materie und dunkle Energie. Es ist ein weiteres Studium beider, das zeigen kann, was das Ende des Universums sein wird.
Das Problem ist, dass die gesamte bekannte Materie – die Erde, der Rest des Sonnensystems, Sterne, Galaxien und interstellares Gas – nur etwa ein Sechstel der Masse des Universums ausmacht. Aber Wissenschaftler können den Einfluss der restlichen Masse des Universums sehen – sie nennen es dunkle Materie .
Das Vorhandensein dieser mysteriösen Substanz in Galaxien lässt sie schneller rotieren, als wenn es nur gewöhnliche Materie gäbe. Hohe Konzentrationen an dunkler Materie verzerren Licht aus der Ferne merklich. Seine Natur bleibt jedoch ein Rätsel.
Früher haben Forscher die detaillierteste Karte der Verteilung der Dunklen Materie im Universum zusammengestellt, Datum.
Denken Sie daran, dass dunkle Materie wahrscheinlich aus Elementarteilchen besteht, die als Ergebnis des Urknalls entstanden, aber noch nicht auf der Erde entdeckt wurden. Einer der Gründe, warum Physiker leistungsstärkere Teilchenbeschleuniger bauen wollen, ist die Suche nach dunkler Materie. Aber noch mysteriöser als die Dunkle Materie ist die Kraft, von der angenommen wird, dass sie für die Expansion des Universums verantwortlich ist.
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Dunkle Energie
Beobachtungen entfernter Supernovae zeigen, dass der Raum von Energie durchdrungen ist – der sehr dunklen Energie, die Objekte auseinander bewegt, genauso wie sich zwei positive elektrische Ladungen gegenseitig abstoßen. Diese mysteriöse Substanz, die über 70 % des Energiegehalts des Universums ausmacht , könnte mit der Energie in Verbindung stehen, die zur Inflation führte.
Doch heute wissen Wissenschaftler praktisch nichts darüber, was dunkle Energie ist und wie sie die Materie beeinflusst. Einige Physiker glauben, dass zur Erklärung dieses Phänomens möglicherweise völlig neue Vorstellungen von Raum und Zeit erforderlich sind.
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Wenn Astronomen durch ein Teleskop schauen, blicken sie in der Zeit zurück. Sie sehen die Andromeda-Galaxie, die uns am nächsten liegende große Galaxie, nicht wie heute, sondern vor mehr als 2 Millionen Jahren, denn so lange brauchte das Licht der Galaxie, um durch den Weltraum zur Erde zu gelangen.
Andromeda-Galaxie – die nächste Galaxie der Lokalen Gruppe
Andere Galaxien sind in Raum und Zeit viel weiter entfernt. Das Hubble-Weltraumteleskop kann über 13 Milliarden Jahre alte Galaxien sehen, die kurz nach dem Urknall entstanden sind. Es gab auch Beobachtungen von CMB , einem schwachen Glühen, das vom Urknall übrig geblieben ist und Wissenschaftlern hilft, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie das frühe Universum aussah, insbesondere bevor die ersten Sterne entstanden.
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Zusammensetzung des Universums und andere Probleme
Die meisten Forscher glauben, dass die Zusammensetzung des Universums überraschend schwer zu bestimmen ist, da der Weltraum neben dunkler Energie auch mit dunkler Materie gefüllt ist. (Gewöhnliche sichtbare Materie macht nur 5% des Universums aus, während dunkle Materie und dunkle Energie 26% bzw. 69% ausmachen.) Mit anderen Worten, Astronomen verstehen nicht wirklich, woraus etwa 95 % des Universums bestehen.
Dies liegt daran, dass es mehr als schwierig ist, dunkle Materie und dunkle Energie zu verstehen und zu messen. Stellen Sie sich vor, Sie wandern durch einen dunklen Raum und berühren gelegentlich einen noch nie gesehenen Elefanten und versuchen verzweifelt herauszufinden, was er ist und wie er aussieht. Basierend auf dieser Analogie hat ein dunkler Raum die Größe des Universums, und anstatt einen Elefanten zu berühren, können Astronomen seine Wirkung nur auf andere Objekte sehen.
Materie im Universum ist nicht gleichmäßig verteilt
Wir sehen, dass dunkle Materie gravitativ mit sichtbarer Materie wechselwirkt und vermuten, dass sie aus einem oder mehreren unbekannten Teilchen besteht. Dunkle Energie könnte die fünfte fundamentale Kraft im Universum sein. (Es sind vier bekannt: schwache Wechselwirkung, starke Wechselwirkung, Schwerkraft und Elektromagnetismus.)
Aber die genauen Eigenschaften von Dunkler Energie und Dunkler Materie bleiben ein Rätsel, zumal Dunkle Energie nichts zu sein scheint mehr als ein Unfall. Einige Physiker glauben laut dem Portal Astronomy.com, dass dunkle Energie die Ursache für die beschleunigte Expansion des Universums ist und vor etwa 5-6 Milliarden Jahren aufgetreten ist, seitdem ist sie die dominierende Kraft.
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Die einfachste Erklärung für dunkle Energie ist, dass es die innere Energie des Weltraums selbst ist … Albert Einstein führte dieses Konzept ursprünglich ein, um ein flaches Universum zu erklären, als er die Relativitätstheorie (GR) erläuterte. Die sogenannte kosmologische Einstein-Konstante ist die abstoßende Kraft, die der Gravitationskraft der Schwerkraft entgegenwirkt, damit sich das Universum nicht zusammenzieht und ausdehnt.
Heute weiß niemand, ob sich das Universum für immer ausdehnt oder ob dieser Prozess jemals enden wird < /p>
Aber am Ende gab Einstein sein Konzept auf, nachdem Edwin Hubble die Expansion des Universums beobachtet hatte. Der Nobelpreis für Supernovae in den 1990er Jahren hat die kosmologische Konstante wiederbelebt und schließlich mit dunkler Energie in Verbindung gebracht. Obwohl Astronomen Dunkle Materie nicht direkt sehen können, können sie ihren Standort aus Beobachtungen bestimmen. Die Verteilung der Dunklen Materie (Magenta) im Superhaufen Abell 901/902 wird in diesem Foto gezeigt, indem ein Bild des Superhaufens mit sichtbarem Licht und eine Karte der Region der Dunklen Materie kombiniert werden.
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Fazit
Doch Wissenschaftler brauchen mehr als nur Messungen, um dieses Rätsel endgültig zu lösen. Die besten theoretischen Physiker der Welt haben versucht, eine einheitliche physikalische Theorie zu entwickeln, die alle Aspekte des Universums vollständig erklärt. Aber bis jetzt haben Gravitation und Quantenphysik keine gemeinsame Basis gefunden, obwohl Theoretiker glauben, dass ihre Kombination für jede Theorie notwendig ist, die dunkle Energie erklären kann. Die Forscher stellen auch fest, dass sich das Universum im Laufe der Zeit immer schneller ausdehnt, wenn der Beitrag der dunklen Energie mit zunehmendem Alter des Universums wächst.
Andere Galaxien außerhalb unserer Lokalen Gruppe – die zu einer einzigen riesigen Galaxie mit dem Spitznamen Milcomed verschmelzen werden – werden irgendwann so weit weggeblasen, dass sie in ferner Zukunft niemand in unserem Sonnensystem sehen kann.
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Lokale Gruppe von Galaxien, die uns und unseren Nachbarn, die Andromeda-Galaxie, umfasst
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Astronomen planen derzeit neue weltraum- und bodengestützte Teleskope sowie kleinere Ausrüstung und Forschung. Mit Hilfe neuester Tools wollen sie die fundamentalen Mysterien des Universums weiter erforschen. So riesig und ständig erweitert.
