Ein Blick in die Kosmologie

Strahlung – Materie – Energie

Inhalt

• Energieerhaltung vom Big Bang bis jetzt– Ein Blick in die Kosmologie aus Anlass des Nobel

Preises für Physik 2006 an J. C. Mather und G. F. Smoot für die Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung

• Info dazu: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/info.pdf

„Bastel - Big Bang“-Modell: Vom Anfang bis heute

Auf der Erde können ich stabile,

Mit der Ausdehnung des Universums „streckt“ sich die Wellenlänge der kosmischen Strahlung – und ist von der Erde aus beobachtbar

„Big Bang“-Modell: Vom Anfang bis heute

hE2cmE

2

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1vmEkin

hgmEG

BE EE

Potentielle Energie in Gravitations-, elektrischen und magnetischen Feldern, Energie zum Feldaufbau

Energie der PhotonenEnergie der Masse

Kinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile, Auf der Erde stellt sich die

Temperatur auf 273 +-50 K ein, deshalb können sich organische Verbindungen bildenMit der Ausdehnung des Universums „streckt“ sich die Wellenlänge der kosmischen

Strahlung – und ist von der Erde aus beobachtbar

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2

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1vmEkin

GEBE

EE

Potentielle Energie in Gravitations-, elektrischen und magnetischen Feldern, Energie zum Feldaufbau

Energie der PhotonenEnergie der Masse

Kinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile,

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Hub-EnergieKinetische Energie bewegter Massen

Auf der Erde können ich stabile,

hgmEG 2

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Die Strahlungsenergie der ersten 10-43 s ist jetzt auf unterschiedliche Formen der Energie verteilt, z. B. auf Hub- , kinetische Energie und Energie in chemischer Bindung

Energie-Erhaltung

• Die Energie (Einheit: 1 Joule) eines Systems ist eine Erhaltungsgröße:

• Sie kann zwischen unterschiedlichen Formen ausgetauscht werden – – reversibel, wenn die Umwandlung vollständig

umkehrbar ist– irreversibel, wenn die Umkehrung

unvollständig oder gar nicht gelingt• Die gesamte Energie des Kosmos ist seit

Beginn konstant

Arbeit und Energie (Einheit: 1 Joule)

• Die Energie eines Systems ist ein Maß für die zu- bzw. abgeführte Arbeit

• Äquivalente Begriffe des „täglichen Lebens“:– Energie verhält sich zu Arbeit wie

Kontostand zu Kontobewegungen – Beachte: Stabile Währung, Kontostand

der Energie immer > 0

Zusammenfassung

Vom Zeitpunkt der Entstehung des Weltalls vor 13 ·109 Jahren bis jetzt gilt, gemäß dem „Standardmodell“:

• Die Energie des gesamten Systems ist konstant• Beim „Big Bang“ entsteht eine dichte Wolke identischer

Teilchen mit Temperatur von 1032K und einer einheitlichen Kraft, – nach 10-43 s erscheint die Gravitationskraft, – nach 10 s (1010 K) Beginn der „Strahlungs-Ära“:

• Die Strahlung enthält mehr Energie als die Materie, die durch Umwandlungen aus Strahlung entsteht

• Rekombination von Materie mit Antimaterie erzeugt wieder Strahlung

– Nach 300 000 Jahren (3 103 K) bis heute: Materie enthält mehr Energie als Strahlung

• Es entstehen Atome, Galaxien, und, auf (mindestens) einem Planeten mit besonders günstigen Bedingungen (Temperaturen um 273 K ± 50 K), organisches Leben mit Pflanzen, Tieren und – sogar – Menschen

• Die Strahlung der ersten 10-43 s erscheint noch jetzt als kosmische Hintergrundstrahlung– Die Expansion des Weltalls verlängerte die Wellenlänge in den

Mikrowellen-Bereich

Finis