Big Bang 8, Schulbuch

98 RG 8.2/G 8.2 Kompetenzbereich Aktuelle Forschung Einführung in die Kosmologie 49 Schon immer hat die Menschheit die Frage fasziniert, wie das Uni- versum „funktioniert“ (Abb. 49.1). Seit Jahrtausenden suchen viele kluge Köpfe nach Antworten auf die wirklich großen Fragen, etwa wie das Universum begonnen hat, wie es enden wird – wenn es über- haupt enden wird – und ob der Kosmos endlich ist oder nicht. Die Wissenschaft, die diese Fragen klären möchte, nennt man Kosmo- logie. Wissenschaftler aus Astronomie, Astrophysik, Kern- und Elementarteilchenphysik arbeiten dabei zusammen, um einen Blick hinter die Kulissen des Universums zu erhaschen. Einiges scheint bereits geklärt zu sein, aber viele Fragen sind noch offen. Abb. 49.1: Ein Mensch steckt den Kopf durch die Himmelsphäre und blickt ge- wissermaßen hinter die Kulissen des Kosmos. Diese bekannte Darstellung ist zwar von 1888, soll aber die Vorstellungen des Mittelalters verdeutlichen. 49.1 Der große Knall Die Entdeckung des Big Bang Das Modell des Urknalls, des Big Bang, ist heute die gängigste Vorstellung von der Entstehung des Universums. Durch welche Beobachtungen wird dieses Modell unter- stützt? Bereits seit der Antike gab es das geozentrische Weltbild , in dem die Erde im Zentrum von allem steht. N IKOLAUS K OPERNIKUS war der erste Vertreter des heliozentrischen Weltbildes , in dem die Sonne im Mittelpunkt steht (Kap. 9.2, „Big Bang 5“). Er degradierte dadurch Mitte des 16. Jahrhunderts die Erde zu einem stinknormalen Planeten – eine narzisstische Kränkung der Menschheit . Anfang des 17. Jahrhunderts ent- deckte J OHANNES K EPLER die Ellipsenbahnen der Planeten und machte auch noch die antike Vorstellung von den Kreis- Wie und wann kam man vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild? Welche Rolle spielte dabei N EWTON und sein Gravitationsgesetz? Was versteht man unter einem Absorptionsspektrum? Lies nach in Kap. 9 und 10, „Big Bang 5“ und 35.2, „Big Bang 7“! Was versteht man unter dem Doppler-Effekt? Was versteht man unter Rot- und Blauverschiebung? Lies nach in Kap. 42.1, S. 31! Warum liefert der Blick auf den Nachthimmel ein sehr schlüssiges Argument dafür, dass das Universum nicht gleichzeitigt unendlich groß und unendlich alt sein kann. Seit etwa 1930 spricht man davon, dass das Univer- sum mit dem Big Bang entstanden ist. Wie ist man aber plötzlich darauf gekommen? Und wie laut war der Knall? Wie kalt ist es im Universum? Kann man fernab von Sternen überhaupt von Temperaturen sprechen? F1 W1 F2 W1 F3 E1 F4 E1 F5 E2 bahnen zunichte (Kap. 9.3, „Big Bang 5“). Und Ende des 17. Jahrhunderts entzauberte schließlich I SAAC N EWTON durch sein Gravitationsgesetz die Himmelsobjekte, weil sie nun den allgemeinen Naturgesetzen unterworfen waren (Kap. 10, „Big Bang 5“; Abb. 47.27, S. 84). Aber gerade dieses Gravitationsgesetz warf ein Problem auf. Aufgrund der Gravitation ziehen einander alle Sterne an und müssten an einem Punkt zusammenstürzen . Um diesem Dilemma zu entkommen, nahm N EWTON ein unendliches Universum und eine gleichmäßige Verteilung der Sterne an. Dann, argumentierte er, gibt es keinen Mittel- punkt, an dem sich alles zusammenziehen kann. Seiner Schlussfolgerung nach war das Universum unendlich, statisch – und schon immer da. Diese Meinung hielt sich im Wesentlichen bis ins 20. Jahrhundert. Abb. 49.2: Analogie zum Olbers’schen Paradoxon: In einem großen Wald steht in jeder Blickrichtung ein Baum. Aus dieser Ansicht ergab sich aber ein neuerliches Problem. Wenn nämlich das Universum unendlich groß ist, dann gibt es auch unendlich viele Sterne. Egal, wo man hinblickt, man würde einen Stern sehen, und der Nachthimmel müsste taghell sein. Es ist aber offensichtlich, dass das nicht so ist. Diesen Widerspruch nennt man das Olbers’sche Paradoxon ( F3 ; Abb. 49.2). Wie kam man aus diesem neuen Dilem- ma? Durch weitere Entdeckungen, die die Vorstellung vom Universum ähnlich radikal veränderten, wie jene des K OPERNIKUS mehr als 300 Jahre davor. ib6638 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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