Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

96 Makrokosmos 23 Die Zukunft des Universum Die Weiterentwicklung unseres Universums ist weit- gehend von dessen Gesamtmasse bestimmt. Die in Kapitel 23.4.1 angegebene Fluchtbewegung der Gala- xien wird durch die Gravitation allmählich gebremst. Für die Ausdehnung des Universums gibt es nach Alexander Friedmann drei mögliche Weltmodelle (classical world models) : 1. Die Gravitation bremst die Fluchtbewegung der Galaxien auf null, die Galaxien stürzen in der Folge auf einen Punkt (Singularität) zusammen, der Urknall könnte sich wiederholen: Zur Umkehrung der Expansion in eine Kontraktion ist eine Materiedichte von etwa 3 Protonen pro m 3 nö- tig. 2. Die Gravitation ist zu schwach, um eine Umkehr des Auseinanderdriftens der Galaxien zu bewirken. Die Fluchtbewegung der Galaxien wird langsamer, bis sie sich mit annähernd gleichmäßiger Geschwindig- keit voneinander entfernen: 23.4.3 Abb. 96.1 In der Frühzeit des Universums bis 10 –43 s nach dem Urknall waren die vier heute bekannten Wechselwirkungen zu einer einzigen Kraft vereinigt (Theory Of Everything). • Dann spaltete die Gravitation ab und nach 10 –35 s die starke Wechselwirkung von der elektroschwachen. Daraufhin expan- dierte das Universum äußerst rasch („Inflation“). • Die nächsten 10 –6 s bildete der Kosmos ein heißes Plasma aus Quarks und Elektronen. Eine Sekunde nach dem Urknall lösten sich elektromagnetische und schwache Wechselwirkung voneinander, Quarks schlossen sich zu Protonen zusammen. • Die nächsten 100 000 Jahre waren dann Materie und Strah- lung aneinander gekoppelt – in Gebieten mit hoher Materie- dichte war die Strahlungsdichte hoch. Es bildeten sich Neutro- nen aus Protonen und Elektronen und die ersten Atomkerne. Danach entkoppelten Materie und Strahlung – das Universum wurde durchsichtig. • Die Entwicklung von Protogalaxien (Vorläufer der Galaxien) und Protosuperhaufen aus Fluktuationen der Materiedichte konnte beginnen. 10 -45 10 -35 10 -25 10 -15 10 -5 10 5 10 15 10 30 10 25 10 20 10 15 10 10 10 5 Zeit in s t Temperatur in K T 10 s -43 10 -50 10 -30 10 -10 10 10 10 30 10 s -35 1s Bildung von Protosuperclustern und Protogalaxien (Sterne erzeugen Atome höherer Ordnungszahl) Entkopplung von Materie und Strahlung (Atome entstehen) Nukleosynthese (Atomkerne entstehen) Quark-Con‡nement (p, n entstehen) Quark-Elektron-Plasma InŠation große Vereinheitlichung der Grundkräfte Quantengravitation Quanten- e“ekte TOE Epoche der großen Vereinheitlichung GUT elektroschwache Wechselwirkungen elektromagnetische Wechselwirkungen bis zur Gegenwart Größe des sichtbaren Universums in m R Abb. 96.2 Nach etwa 80 Milliarden Jahren findet der Große Kollaps des Universums (big crunch, das Große Knirschen) statt. Die zweidimensionale Geometrie in einem solchen Universum lässt sich durch eine Kugelsphäre beschreiben (Winkel- summe eines ,ebe- nen’ Dreiecks >180°). geschlossenes Universum Abb. 96.3 Die Expansion des Universums hält immer an. Die zweidimensionale Geometrie eines derartigen Universums lässt sich durch eine Sattelfläche beschreiben (Winkelsumme eines ,ebenen’ Dreiecks < 180°). o enes Universum TH8/K5.4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv