világegyetem

világegyetem
Hubble ultra mély mező.jpg
A Hubble Ultra Deep Field képe nagyon mély képet nyújt az univerzumról. (A fotó szilárd szöget foglal magában , amely megközelítőleg az átlagos holdkorong 150. részének felel meg .)
Fizikai tulajdonságok (a megfigyelhető univerzumhoz kapcsolódnak )
sugár > 45  milliárd euróra  ly
Tömeg (látható) kb. 10 53  kg
Közepes sűrűségű kb. 4,7 · 10 −30  g / cm 3
kor 13,81 ± 0,04 milliárd  év
A galaxisok száma kb. 2 billió
Háttér sugárzási hőmérséklet 2,725 ± 0,002  K
Az univerzum felépítése

A világegyetem (a latin universus ' totálból ' ), más néven kozmosz vagy univerzum , a tér, az idő és az összes anyag és energia összessége. A megfigyelhető világegyetem ezzel szemben az összes anyag és energia talált elrendezésére korlátozódik , kezdve az elemi részecskékkel , egészen a nagyméretű struktúrákig, például galaxisokig és galaxishalmazokig .

A kozmológia , a fizika és a jelenlegi tudományfilozófia egyik ága, a világegyetem tanulmányozásával foglalkozik, és olyan tulajdonságokkal próbálkozik, mint például az univerzum finomhangolt univerzumának megválaszolása.

Az univerzum nagyszabású szerkezetének leírására ma általánosan elfogadott elmélet a kozmológia standard modellje . Az általános relativitáselméleten alapul , csillagászati ​​megfigyelésekkel kombinálva. A kvantumfizikának meg kell értenie a fontos hozzájárulásokat, különösen a korai univerzumban, röviddel az ősrobbanás után , amikor a sűrűség és a hőmérséklet nagyon magas volt. Az univerzum kibővített megértése valószínűleg nem érhető el, amíg a fizika nem dolgoz ki egy elméletet, amely ötvözi az általános relativitáselméletet a kvantumfizikával. Ez a kvantumgravitációs elmélet, amelyet „Mindennek elmélete” -nek vagy a világképletnek neveznek, a fizika négy alapvető erejét hivatott egységes módon megmagyarázni.

A jelölések eredete

Az "Universum" szót Philipp von Zesen fordította németre a 17. században "Weltall" szóval. Míg a világegyetem vagy az űr mindent magában foglal, a tér kifejezés csak a földi légkörön kívüli és más égitestek légkörén kívüli térre vonatkozik, amelyben szinte vákuum van . Köznyelven a „Weltall” vagy „All” is használatos „Space” jelentéssel.

A „kozmosz” kifejezést az ókori görög κόσμος „rendből” kölcsönözték , és az „univerzum” kifejezés mellett azt fejezi ki, hogy az univerzum „rendezett” állapotban van, a káosz ellenkifejezéseként . Század óta tanúsítják, és ez a kozmonauta gyökere , a szovjet vagy orosz űrutazók neve.

Kor és összetétel

Az Androméda galaxis , a hozzánk legközelebb eső nagyobb galaxis

A klasszikus és ma már széles körben elismert ősrobbanás -elmélet azt feltételezi, hogy a világegyetem egy bizonyos pillanatban, az ősrobbanásból szingularitásból jött létre , és azóta kibővült ( lásd az univerzum tágulását ). Az ősrobbanással létrejött az idő, a tér és az anyag. Az ősrobbanás előtti idők és a világegyetemen kívül eső helyek fizikailag nem határozhatók meg. Ezért a fizikában nincs sem térbeli „kívül”, sem időbeli „előtt”, sem oka a világegyetemnek.

Szigorúan véve az elmélet nem írja le a tényleges folyamatot, mert az extrém körülményekre vonatkozó tudományos törvények nem ismertek az ősrobbanás utáni első 10-43  másodpercben ( Planck -idő ). Csak a Planck -idő letelte után lehet fizikailag nyomon követni a további folyamatokat. Tehát a korai univerzum z. B. rendeljen hozzá 1,4 · 10 32  K hőmérsékletet ( Planck -hőmérséklet ).

Az univerzum korát a Planck űrteleszkóp precíziós méréseinek köszönhetően nagyon pontosan mérik: 13,81 ± 0,04 milliárd év. Az életkor korábbi meghatározása a WMAP műhold segítségével a 13,7 milliárd év némileg kevésbé pontos eredményét adta. Az életkort úgy is kiszámíthatjuk, hogy a világegyetem jelenlegi tágulási sebességéről extrapoláljuk azt az időpontot, amikor az univerzum egy pontban összenyomódott. Ez a számítás azonban nagymértékben függ az univerzum összetételétől, mivel az anyag vagy az energia lassítja a tágulást a gravitáció révén. Az eddig csak közvetve bizonyított sötét energia azonban felgyorsíthatja a terjeszkedést is. A világegyetem összetételével kapcsolatos különböző feltevések különböző korokhoz vezethetnek. A világegyetem korának alsó korlátját a legrégebbi csillagok kora adhatja meg. A jelenlegi standard modellben ezen módszerek eredményei nagyon jól egyeznek.

Az univerzum korára vonatkozó összes számítás feltételezi, hogy az ősrobbanás valójában az univerzum kezdetének tekinthető időben, ami a fizikai törvények ismerete miatt nem biztos az ősrobbanás kezdete utáni állapotra vonatkozóan. A statikus univerzum, amely végtelenül öreg és végtelenül nagy, kizárható, de nem egy dinamikus, végtelenül nagy világegyetem. Ennek oka többek között az univerzum megfigyelt tágulása . Ezenkívül Heinrich Wilhelm Olbers csillagász már rámutatott, hogy a statikus univerzum végtelen tágulásával és végtelen korával az éjszakai égboltnak fényesen kell ragyognia ( Olbers -paradoxon ), mivel minden pillantás az égre nézve automatikusan egy csillagra esik. . Ha a világegyetem végtelenül nagy, de csak véges életkorú, akkor bizonyos csillagok fénye egyszerűen még nem ért el hozzánk.

A galaxisok közötti tér nem teljesen üres, de nemcsak csillagokat és porfelhőket tartalmaz, hanem hidrogéngázt is . Ennek az intergalaktikus közegnek a sűrűsége köbméterenként körülbelül egy atom . A galaxisok belsejében azonban sokkal nagyobb az anyag sűrűsége. Hasonlóképpen, a teret mezők és sugárzás tarkítja . A háttérsugárzás hőmérséklete 2,7  Kelvin (körülbelül –270 ° C). 380 000 évvel az ősrobbanás után jött létre. A világegyetem csak kis részben áll az ismert anyagból és energiából (5%), amelynek csak 10% -a bocsát ki fényt, ezért látható. Nagyobb részt (27%) sötét anyag alkot . A sötét anyagot számos megfigyelés közvetve kimutatta, de összetételét még mindig nem értik. Ennek nagy része sötét energia (68%), amely felelős a gyorsuló expanzióért. A sötét energiára a távoli szupernóva -robbanások adataiból következtettek, létezését megerősítik olyan műholdak, mint a COBE , a WMAP és a Planck , a ballonos kísérletek, mint például a BOOMERanG , valamint a gravitációs lencsehatások és a galaxisok eloszlása ​​az univerzumban.

Alak és a hangerő

Videó: Milyen alakú az univerzum?

Intuitív módon feltételezzük, hogy az ősrobbanás elméletéből az univerzum „gömb alakja” következik; ez azonban csak egy a sok lehetőség közül. A lapos, végtelen világegyetem mellett számos más formát is javasoltak, köztük például egy hipertórus alakot , vagy azokat az alakzatokat , amelyek a népszerű tudományos publikációkban „futball alakzat ” ( dodekaéder ) és „trombita alak” néven váltak ismertté. . A WMAP műhold egyes adatai is arra utalnak, hogy a világegyetem ellipszoid .

A CDM standard modellben (CDM a C old D ark M atter -ből, "hideg sötét anyag") és a legújabb Lambda CDM standard modellben , amely figyelembe veszi az univerzum tágulásának mért gyorsulását, az univerzum lapos; vagyis a teret euklideszi geometria írja le . Egy ilyen univerzumnak nem kell feltétlenül végtelen térfogatúnak lennie, mivel a tér számára kompakt topológiák is lehetségesek. A rendelkezésre álló megfigyelések alapján az univerzum kiterjedésének csak egy durva alsó határa adható meg. Neil J. Cornish, a Montana Állami Egyetem munkatársa szerint a WMAP műhold adatai azt mutatják, hogy a legtöbb modell szerint az univerzumnak legalább 78 milliárd fényév átmérőjűnek kell lennie. A Lambda CDM szabványos modellben ezért általában a végtelen méretű lapos geometriát veszik figyelembe.

A földről sugárzott televíziós jelek soha nem érik el a kép szélét.

A számított minimális méret háttere az, hogy az univerzum görbületét nem lehetett mérni. A mérési pontatlanság viszonylag nagy, 2%. Ha feltételezzük, hogy ez a mérési pontatlanság az univerzum legfeljebb 2%-os görbületéhez vezet, akkor a világegyetem visszagörbülhet önmagába. A görbület azonban valójában lehet nulla, vagy feltételezhet egy nulla és a maximális elképzelhető görbület közötti értéket. Az első esetben a világegyetem végtelenül nagy lenne, az utóbbiban 78 milliárd fényévnél nagyobb.

Mivel a világegyetem 13,8 milliárd éves, csak olyan tárgyakat lehet észlelni, amelyek fényét legfeljebb 13,8 milliárd fényév távolságban bocsátották ki. Ez a megfigyelhető univerzum . Mivel az űr jelentősen bővült az elmúlt 13,8 milliárd évben, a helyek, ahonnan a tárgyak 13,8 milliárd évvel ezelőtt fényt bocsátottak ki, ma már több mint 45 milliárd fényévnyire vannak. Maguk az objektumok 13,8 milliárd év alatt távolodhattak el ettől a helytől saját térbeli mozgásuk miatt.

A végtelen és a végtelen közötti különbség fontos: Még ha az univerzumnak véges térfogata is lenne, akkor korlátlan lehet. Ezt a modellt világosan a következőképpen lehet szemléltetni: A gömbfelület (gömb) véges, de ezen a felületen nincs középpontja, és korlátlan (rajta lehet mozogni anélkül, hogy valaha is elérné a szélét). Ahogy a kétdimenziós gömbfelület egy háromdimenziós gömböt ölel körül, úgy lehet elképzelni, ha a világegyetem nem lapos, hanem ívelt, a háromdimenziós teret egy magasabb dimenziós tér felszínének. Ne feledje, ez csak illusztráció, mert a klasszikus kozmológiában az univerzum nincs beágyazva egy magasabb dimenziós térbe.

A tömegsűrűség, a helyi geometria és az alak kapcsolata

Bár a téridő helyi geometriája nagyon közel áll az euklideszi geometriához , a gömb vagy hiperbolikus geometria szintén nem kizárt. Mivel a helyi geometria a világegyetem globális alakjához ( topológiájához ) és térfogatához kapcsolódik, végső soron az sem ismeretes, hogy a térfogat véges (matematikai értelemben: kompakt topológiai tér), vagy a világegyetem végtelen térfogatú. A Friedmann -egyenletek szerint , amelyek leírják a világegyetem fejlődését a standard Big Bang modellben, az geometria és az alakzatok lehetségesek az univerzum számára, lényegében az univerzum energiasűrűségétől vagy tömegsűrűségétől függ :

  • Ha ez a sűrűség kisebb, mint a kritikus sűrűségnek nevezett bizonyos érték, akkor a globális geometriát hiperbolikusnak nevezzük, mivel ez tekinthető egy kétdimenziós hiperbolikus felület háromdimenziós analógjának. Megnyílik egy hiperbolikus univerzum; Vagyis az univerzum adott térfogat -eleme tovább bővül anélkül, hogy valaha is megállna. A hiperbolikus univerzum teljes térfogata végtelen és véges is lehet.
  • Ha az energiasűrűség pontosan megegyezik a kritikus sűrűséggel, akkor az univerzum geometriája lapos. A lapos világegyetem teljes térfogata a legegyszerűbb, ha az ember euklideszi teret veszi a legegyszerűbb topológiának, végtelennek. A véges térfogatú topológiák azonban össze is egyeztethetők egy lapos univerzummal. Például hiper tórusz alakként lehetséges. A lapos világegyetem, mint a hiperbolikus univerzum, nyitott, így egy adott térfogat -elem tovább tágul. Tágulása észrevehetően lelassul, így végtelen idő elteltével véges tágulást érünk el.
  • Ha az energiasűrűség nagyobb, mint a kritikus sűrűség, az univerzumot gömb alakúnak nevezik. A gömb alakú univerzum térfogata véges. A lapos és hiperbolikus világegyetemekkel ellentétben az univerzum tágulása valamikor megáll, majd megfordul. Az univerzum ismét "összeomlik".

A jelenlegi csillagászati ​​megfigyelési adatok nem teszik lehetővé az univerzum megkülönböztetését a lapos világegyetemtől. Az univerzum eddig mért energiasűrűsége olyan közel van a kritikus sűrűséghez, hogy a kísérleti hibák nem teszik lehetővé a három alapeset megkülönböztetését.

A sötét energia továbbra is befolyásolja az univerzum tágulási tulajdonságait. A sötét energia nagy része azt jelenti, hogy a gömb alakú univerzum nem omlik össze, vagy a lapos világegyetem tovább gyorsul. A sötét energia bizonyos formái akár azt is okozhatják, hogy a világegyetem lokálisan gyorsabban tágul, mint a fénysebesség, és így nagy szakadásokba szakad, mivel a részecskék közötti kölcsönhatások már nem tudnak megvalósulni.

Egy végtelen tér-idő kötet következményei

A végtelen tér-térfogatú univerzum feltételezése felvet néhány kérdést e feltételezés ismeretelméleti következményeivel kapcsolatban. Itt különösen fontos szerepet játszik az antropikus elv , hiszen pl. B. -t Brandon Carter fogalmazta meg . Eszerint - a legóvatosabb értelmezésben - legalább figyelembe kell venni a megfigyelő létezésének szükségességét a csillagászati ​​adatok értelmezésében; d. vagyis a megfigyelési adatok nem feltétlenül reprezentálják az egész világegyetemet.

Ebből számos esetben levonhatók a következtetések, például, hogy egy helyileg látszólag életbarát univerzum összességében rendkívül ellenséges lehet az élettel, vagy hogy akár rendkívül valószínűtlen, de lehetséges eseményeknek is végtelenül gyakran kell megtörténniük. egy univerzum. Az utóbbi időben többek között. Max Tegmark fizikus azt állítja, hogy a világegyetem jelenlegi standard modellje a kvantumelmélettel együtt azt jelenti, hogy átlagosan „ ikervilágnak ” kell léteznie minden méterenként. A Tegmark által felhozott érvek a véges, de kellően nagy térfogatú univerzumra is vonatkoznak. Ezek az érvek és a következtetések azonban ellentmondásosak. B. a Történetek végtelen ismétléséről az űrben című kiadványban azzal a mondattal, hogy " ezek a forgatókönyvek nem maradnak több, mint irodalmi mesék ".

Szerkezetek az univerzumban

A legnagyobb megfigyelhető skálán galaxishalmazokat találunk , amelyek még nagyobb szuperhalmazokat alkotnak . Ezek pedig szálszerű szálakat képeznek, amelyek hatalmas, buborékszerű, gyakorlatilag galaxismentes üregeket ölelnek fel (üregek , üresség = üres). Néha valaki beszél az univerzum méhsejt-szerű szerkezetéről ( kozmikus háló ). A következő rangsorolás eredménye a megfigyelhető univerzum legnagyobb és legkisebb struktúrái között :

A Tejút
  1. Nagy kvázárcsoport ( LQG ) (pl. U1.27 , átmérő: körülbelül 4 milliárd fényév)
  2. Szálak és üregek (pl. Nagy fal , átmérő: körülbelül 1 milliárd fényév)
  3. Szuperhalmazok (pl. Szűz szuperhalmazok , átmérő: kb. 200 millió fényév)
  4. Galaxishalmazok (pl. Helyi csoport , átmérő: kb. 10 millió fényév)
  5. Galaxisok (pl. Tejút , átmérő: kb. 100 000 fényév)
  6. Csillaghalmazok ( gömb alakú csillaghalmazok , nyitott csillaghalmazok , átmérő: tíz -száz fényév)
  7. Bolygórendszerek (pl. Naprendszerünk , átmérő: kb. 300  AU = 41 fényóra)
  8. Csillagok ( pl. Nap , átmérő: 1 392 500 km)
  9. Exobolygók és bolygók ( pl. Föld , átmérő: 12 756,2 km)
  10. Holdak (pl. A Föld hold átmérője: 3476 km)
  11. Kisbolygók , üstökösök (átmérő: néhány kilométer - több 100 km)
  12. Meteoroidok (átmérő: a métertől a milliméter tartományig)
  13. Porrészecskék
  14. Molekulák
  15. Atomok
  16. Protonok
  17. Elektronok

Megjegyzés: A méretarányok részben átfedik egymást. Például vannak olyan holdak, amelyek nagyobbak, mint a bolygók vagy aszteroidák, amelyek sokkal nagyobbak, mint néhány hold.

A csillagászati ​​objektumok térképe

Különböző csillagászati ​​objektumok távolságviszonyának szemléltetése egy nem méretarányos ábrázolásban - az égitestek túl nagynak tűnnek, a távolságok logaritmikusan vannak skálázva.

Lásd még

irodalom

web Linkek

Commons : Universe  - képek, videók és hangfájlok gyűjteménye
Wikiquote: Univerzum  - Idézetek
Wikiszótár: Univerzum  - jelentésmagyarázatok, szó eredet, szinonimák, fordítások

Videók:

Egyéni bizonyíték

  1. ^ J. Richard Gott III és mtsai: Az univerzum térképe. In: Az asztrofizikai folyóirat. 624-es kiadás, 2. szám, arxiv : astro-ph / 0310571 .
  2. Többek között a Planck Collaboration: Planck 2015 eredmények. XIII. Kozmológiai paraméterek In: Astronomy & Astrophysics 594, A13 (2016), arxiv : 1502.01589v3 , 32. oldal.
  3. ↑ A Hubble felfedi a megfigyelhető univerzumot, amely 10 -szer több galaxist tartalmaz, mint azt korábban gondolták. In: NASA. Letöltve: 2018. január 22 .
  4. Kenneth R. Lang: Társ a csillagászatban és az asztrofizikában. Kronológia és szószedet adattáblákkal. Springer, 2006, p. 242 .
  5. Christa Pöppelmann: 1000 hiba az általános oktatásban . Compact-Verlag, 2009. január, ISBN 978-3-8174-6689-4 , 191. o.
  6. Csillagászat - bolygók, csillagok, galaxisok. GEO Bibliográfiai Intézet és F. A. Brockhaus AG. GEO tárgy lexikon. Vol. 5. GEO, Gruner + Jahr, Mannheim 2007. ISBN 3-7653-9425-4 .
  7. ↑ Az Univerzum futball alakú lehet: nature.com , 2003. október 9., hozzáférés 2021. március 30.
  8. Az Univerzum - ellipszoid? Itt: Astronews.com. 2006. szeptember 27., hozzáférés: 2008. június 23.
  9. Neil J. Cornish, Ph.D. professzor. ( 2012. február 4 -i emléklap az Internet Archívumban ).
  10. Mekkora a lapos világegyetemünk? Itt: welt.de. 2015. január 21., hozzáférés: 2020. március 1.
  11. B. Carter: Nagyszámú egybeesés és az antropikus elv a kozmológiában. In: A kozmológiai elméletek konfrontációja megfigyelési adatokkal. Kopernikusz Szimpózium 2. IAU Szimpózium. 63. kötet. Reidel, Dordrecht 1974, 291-298. ISBN 90-277-0456-2 .
  12. Nick Bostrom: Anthropic Bias Observation Selection Effects in Science and Philosophy. Routledge, New York 2002. ISBN 0-415-93858-9 .
  13. ^ Max Tegmark : Párhuzamos univerzumok. 2003; Rövidítve a Scientific American -ben , 2003. májusban.
  14. Francisco José Soler Gil , Manuel Alfonseca : A történetek végtelen ismétléséről az űrben (2013) , hozzáférés: 2020. május 31.