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E-Book

Modell Universum

Wie Kosmologen unser Universum modellieren

AutorKlaus Becker
VerlagBooks on Demand
Erscheinungsjahr2017
Seitenanzahl548 Seiten
ISBN9783743108394
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis10,99 EUR
Die Vorstellung von unserer Welt basiert auf einem Modell, letztlich auf einem physikalisch-mathematischen Konstrukt, im Wesentlichen auf mathematischen Gleichungen. Mit diesen kann man rechnen. Rechnen in dem Sinne, dass man Fragen stellt und im Rahmen des Modells Antworten sucht. Liefert das Modell Ergebnisse, die nicht mit den Beobachtungen übereinstimmen, gilt es als falsifiziert, mindestens aber in dem Vorhersagebereich, in dem es in diesem Sinne falsche Ergebnisse liefert, als überarbeitungsbedürftig. Wir können die Richtigkeit des Modells niemals beweisen. Wir können niemals sicher sein. So arbeitet die Naturwissenschaft. Sie schreibt keine Dogmen. Eine bessere Vorgehensweise gibt es nicht. Gegen Enttäuschungen ist sie allerdings nicht gefeit. Es ist deshalb nicht auszuschließen, dass unsere Nachfahren sich über unsere Vorstellung von der Welt einmal lustig machen werden. Seit im Jahre 1998 entdeckt wurde, dass sich das Universum nicht, wie bis dahin angenommen, mit abnehmender Geschwindigkeit ausdehnt, sondern seine Expansion sogar beschleunigt erfolgt, gilt das Standardmodell der Kosmologie. Es existiert nun immerhin schon gut eineinhalb Jahrzehnte, ohne, dass es Schaden genommen hätte. Das Standardmodell beruht auf der Relativitätstheorie Albert Einsteins. Es lässt aber auch anschauliche Vorstellungen zu. Auch schon in diesem Rahmen ist es in der Lage, uns Fragen zu beantworten, die wir uns stellen, seit wir denken und derartige Fragen stellen können: Gibt es einen Anfang? Wie viele Jahre liegt dieser vor unserer Zeit? Wie alt ist also unsere Welt? Und wie groß ist sie? Und wie hat sie sich entwickelt und was passiert mit unserer Welt in der Zukunft? Gibt es möglicherweise unzählbar viele Welten? Im Buch werden einige dieser interessanten Fragen mithilfe schulmathematischer Mittel beantwortet. Der Autor Klaus Becker ist Mathematiker, war einige Jahre wissenschaftlicher Mitarbeiter im Rechenzentrum einer Forschungseinrichtung und schließlich viele Jahre Leiter eines Rechenzentrums. Er hat sich als Laie und Autodidakt mit kosmologischen Themen beschäftigt und unter anderem Arbeiten über die Expansion des Universums veröffentlicht.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Titelseite5
Impressum6
Inhaltsverzeichnis7
Vorwort11
1 Einstieg in die Thematik17
1.1 Die Urknallsingularität17
1.2 Das kosmologische Prinzip19
1.3 Das Hubble-Gesetz19
1.4 Die kosmische Skalenfunktion21
1.5 Die baryonische Materie25
1.6 Der Mikrowellenhintergrund (CMB)26
1.7 Die Dunkle Materie29
1.8 Die Dunkle Energie37
1.9 Das unbekannte Universum40
2 Die kosmologischen Gleichungen43
3 Das Standardmodell der Kosmologie55
3.1 Das Universum als Raumzeit55
3.2 Die Hubble-Zeit56
3.3 Der Hubble-Radius57
3.4 Die kritische Dichte58
3.5 Die Dichteparameter59
3.6 Energiedichte und Skalenparameter62
3.7 Die Zustandsgleichungen64
3.8 Friedmann mit Dichteparametern68
3.9 Die Rotverschiebung71
3.10 Das Standardmodell73
3.11 Die kosmische Zeit und das Weltalter78
4 Die Größe des Universums81
4.1 Entfernungen im Universum84
4.2 Das sichtbare Universum98
4.3 Das sichtbare Universum im Überblick121
5 Kosmische Ereignisse und Epochen125
5.1 Die Null-Zeit125
5.2 Die Planck-Epoche126
5.3 Die Aufspaltung der Urkraft130
5.4 Die Entstehung der Materie132
5.5 Die kosmische Inflation135
5.6 Die ersten Atomkerne166
5.7 Gleichheit von Strahlung und Materie190
5.8 Die Rekombination199
5.9 Die ersten Sterne reionisieren das Universum209
5.10 Die Inflektionsepoche216
5.11 Die gegenwärtige Epoche225
5.12 Die Zukunft des Universums233
6 Die Entstehung von Strukturen237
6.1 Das Prinzip der Strukturentstehung239
6.2 Dichtekontrast und Leistungsspektrum244
6.3 Analyse der Strukturentwicklung251
6.4 Das Leistungsspektrum im realen Universum278
6.5 Die Zwei-Punkt-Korrelationsfunktion290
7 Die kosmologische Fundgrube CMB297
7.1 Anisotropien des Mikrowellenhintergrundes299
7.2 Das Leistungsspektrum der Anisotropien315
7.3 Die Vorhersage des Leistungsspektrums330
7.4 Die Analyse des Leistungsspektrums368
7.5 Parameterbestimmung377
7.6 Der CMB und die Flachheit des Universums412
7.7 Schwerkraftwellen441
8 Eine Reise durch die Zeit447
9 Ausblicke469
Anhang483
A Physikalische Gesetze483
B Einige wenige mathematische Notwendigkeiten495
C Maßeinheiten und Konstanten517
D Das Standardmodell der Elementarteilchen520
E Die vier Grundkräfte der Natur530
F Die großen vereinheitlichten Theorien533
G Die kosmologischen Parameter535
Literatur539
Abbildungsnachweis545

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