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Kosmologie



Die Kosmologie beschäftigt sich mit dem Kosmos bzw. Universum als Ganzem und ist damit ein Teilgebiet der Philosophie und der Physik.

Die physikalische Kosmologie versucht, das Universum mittels physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu beschreiben. Dabei ist besonders die heute beobachtete, ungleichmäßige Verteilung der Galaxien im Universum zu verstehen. Haufenbildung mit großen Leerräumen (voids) dazwischen führt dazu, dass man von einem "klumpigen" Universum spricht. Der größte bisher entdeckte langgestreckte Galaxienhaufen "Die Große Mauer" ist ca. 500 Mio. LJ lang.

Weiterhin muss eine umfassende Kosmologie die Kosmische Hintergrundstrahlung, die Expansion des Universums und die Häufigkeit der Elemente im Universum zusammenfassend beschreiben.

Das Standardmodell der Kosmologie ist die heute anerkannte kosmologische Theorie, die viele beobachtete Phänomene zufriedenstellend beschreibt. Darin wird von einem sehr heißen und dichten Frühzustand des Universums (Urknall, englisch Big Bang) ausgegangen. Das Modell bestätigt die folgenden drei Beobachtungen:

  1. Häufigkeit der Elemente: In der primordialen Nukleosynthese (englisch Big Bang Nucleosynthesis) kurz nach dem Urknall (10-2 s) war das Universum so heiß, dass Materie in Quarks und Gluonen aufgelöst war. Durch die Expansion und Abkühlung des Universums entstanden Protonen und Neutronen. Nach ca. 1 Sekunde verschmolzen aus Protonen und Neutronen die Kerne leichter Elemente (Deuterium, 3He, 4He, 7Li). Der Prozess endet nach etwa 3 min. Es wurden also die relativen Häufigkeiten der Elemente vor der Bildung der ersten Sterne festgelegt.
  2. Kosmische Hintergrundstrahlung (engl. cosmic microwave background radiation CMBR): 1946 von George Gamow postuliert, wurde sie 1964 durch Arno Penzias und Robert Wilson entdeckt - mit einer mittleren Temperatur von 2,73K. Die Hintergrundstrahlung stammt aus der Zeit ca. 300.000 Jahre nach dem Urknall als das Universum etwa 1/1000 seiner heutigen Größe hatte. Das ist auch der Zeitpunkt an dem das Weltall transparent wurde, vorher bestand es aus undurchsichtigem ionisiertem Gas. Messungen durch COBE, BALOON, MAP.
  3. Expansion des Universums: Edwin Hubble konnte 1929 die Expansion des Weltalls nachweisen, da Galaxien mit wachsender Entfernung eine zunehmende Rotverschiebung in den Spektrallinien zeigen (Dopplereffekt). Proportionalitätsfaktor ist die Hubble-Konstante H, deren Wert zwischen 50 und 80 angenommen wird. Dabei stehen wir nicht im Mittelpunkt der Expansion - der Raum selbst dehnt sich überall gleichmäßig aus (isotropes Universum). Durch Zurückrechnen der Expansion kann man das Alter des Universums (Hubble-Zeit) bestimmen: Für unveränderliches H liegt es zwischen 12,5 und 20 Mrd. Jahren. Die Frage, ob das Universum verzögert, gleichmäßig oder beschleunigt expandiert, ist noch nicht geklärt.

Die einzelnen Phasen der Expansion sind unter Urknall beschrieben. Nach dem Standardmodell der Kosmologie ergibt sich grob folgender Ablauf:

Wichtige Instrumente zur Erforschung des Universums werden heute von Satelliten und Raumsonden getragen: Das Hubble-Weltraumteleskop, ROSAT, Hipparcos und MAP.

Literatur

Weblink

Siehe auch: Liste bedeutender Kosmologen, Portal Physik, Dunkle Energie, Dunkle Materie, Kosmologisches Prinzip




     
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