Kosmologie
Kosmologie ist die Lehre von der Entstehung und Entwicklung des Weltalls. Die gegenwärtig am besten zu den Fakten passende Theorie ist das Urknallmodell.
Urknall
Vor etwa 14 Milliarden Jahre entstand unser Weltall. Es war sehr heiss und sehr dicht und begann sofort, sich auszudehnen. Nach den ersten fünf Minuten hatten sich bereits Atomkerne gebildte (75% Protonen, 25% He-4 und Spuren von He-3, Li, Be), nach etwa 400'000 Jahren neutrale Atome. Bald danach entstanden die ersten Sterne und Galaxien.
Welche experimentellen Fakten stützen dieses "Standardmodell" der Kosmologie?
Rotverschiebung
1929 entdeckte Edwin Hubble, dass die Spektren weit entfernter Galaxien rotverschoben sind. Deutet man dies als Dopplereffekt, so scheinen sich weit entfernte Galaxien von uns weg zu bewegen, und zwar umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind. Dasselbe Bild hätte man auch bei einer Explosion.
Wenn man diese "Fluchtbewegung" rückwärtsrechnet, muss diese "Explosion", eben der Urknall, vor ca. 14 Milliarden Jahren stattgefunden haben.
Hintergrundstrahlung
Kurz nach der Entstehung war das Universum sehr heiss. Die Wärmestrahlung war im Gleichgewicht mit der Materie, wie in einem Ofen. Mit der Bildung von neutralen Atomen wurde das Universum durchsichtig, die Strahlung ist quasi "aus dem Ofen ausgetreten". Seither ist die Wärmestrahlung ungestört. Weil sich das Universum aber ausdehnt, dehnte sich auch die Wellenlänge dieser Wärmestrahlung. Sie liegt heute im Mikrowellenbereich. Und tatsächlich kann man aus allen Richtungen eine kosmische Hintergrundstrahlung empfangen, die sehr genau einer Wärmestrahlung von 3 Kelvin entspricht.
Nukleosynthese
Man kann berechnen, dass sich zuerst aus einer heissen "Quarksuppe" Nukleonen abscheiden, und später aus den Nukleonen Atomkerne bilden. Da man die Reaktionsraten kennt, kann man die Häufigkeitsverteilungen abschätzen (ca. 75 % H und 25 % He-4). Diese Häufigkeitsverteilung findet man auch tatsächlich im Weltall. (Alle schweren Elemente sind später in den Sternen durch Kernfusion entstanden.)
Verteilung der Sternalter
Man kann das Alter der Sterne in Sternhaufen statistisch untersuchen. Man stellt fest, dass es keine Sterne gibt, die wesentlich älter als 13-14 Milliarden Jahre sind.
Ergänzung: Zusatz
erste Version: 12. Oktober 2008 / Lie.
Revisionen: 27. Juli 2023 / Lie.
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