Die Urknalltheorie verstehen

Die Urknalltheorie ist die vorherrschende Theorie des Ursprungs des Universums. Im Wesentlichen besagt diese Theorie, dass das Universum von einem Anfangspunkt oder einer Singularität aus begann, die sich über Milliarden von Jahren ausgedehnt hat, um das Universum zu bilden, wie wir es jetzt kennen.

Im Jahr 1922 fand ein russischer Kosmologe und Mathematiker namens Alexander Friedman diese Lösungen für Albert Einstein's generelle Relativität Feldgleichungen führten zu einem expandierenden Universum. Als Anhänger eines statischen, ewigen Universums fügte Einstein seinen Gleichungen eine kosmologische Konstante hinzu, die diesen "Fehler" "korrigierte" und so die Expansion beseitigte. Er würde dies später den größten Fehler seines Lebens nennen.

Tatsächlich gab es bereits Beobachtungsergebnisse zur Unterstützung eines expandierenden Universums. 1912 beobachtete der amerikanische Astronom Vesto Slipher eine Spiralgalaxie, die zu dieser Zeit als "Spiralnebel" galt, da die Astronomen noch nicht wussten, dass es Galaxien jenseits der Galaxie gibt

Im Jahr 1924 Astronom Edwin Hubble konnte die Entfernung zu diesen "Nebeln" messen und stellte fest, dass sie so weit entfernt waren, dass sie nicht Teil der Milchstraße waren. Er hatte entdeckt, dass die Milchstraße nur eine von vielen Galaxien war und dass diese "Nebel" tatsächlich eigenständige Galaxien waren.

1927 berechnete der römisch-katholische Priester und Physiker Georges Lemaitre unabhängig die Friedman-Lösung und schlug erneut vor, dass sich das Universum ausdehnen müsse. Diese Theorie wurde von Hubble unterstützt, als er 1929 feststellte, dass eine Korrelation zwischen der Entfernung der Galaxien und der Menge von besteht Rotverschiebung im Licht dieser Galaxie. Die fernen Galaxien bewegten sich schneller weg, was genau von Lemaitres Lösungen vorhergesagt wurde.

1931 ging Lemaitre mit seinen Vorhersagen weiter und extrapolierte zeitlich rückwärts, um festzustellen, dass die Materie des Universums in der Vergangenheit zu einem endlichen Zeitpunkt eine unendliche Dichte und Temperatur erreichen würde. Dies bedeutete, dass das Universum an einem unglaublich kleinen, dichten Punkt der Materie begonnen haben muss, der als "Uratom" bezeichnet wird.

Die Tatsache, dass Lemaitre ein römisch-katholischer Priester war, betraf einige, als er eine Theorie aufstellte, die dem Universum einen bestimmten Moment der "Schöpfung" präsentierte. In den 1920er und 1930er Jahren neigten die meisten Physiker - wie Einstein - dazu zu glauben, dass das Universum immer existiert hatte. Im Wesentlichen wurde die Urknalltheorie von vielen Menschen als zu religiös angesehen.

Während einige Theorien für eine Zeit vorgestellt wurden, war es wirklich nur Fred Hoyles stationäre Theorie das war eine echte Konkurrenz für Lemaitres Theorie. Ironischerweise war es Hoyle, der den Ausdruck "Urknall" während einer Radiosendung der 1950er Jahre prägte und ihn als spöttischen Begriff für Lemaitres Theorie beabsichtigte.

Die stationäre Theorie sagte dies neu voraus Angelegenheit wurde so geschaffen, dass die Dichte und Temperatur des Universums über die Zeit konstant blieb, selbst während sich das Universum ausdehnte. Hoyle sagte auch voraus, dass durch den Prozess von aus Wasserstoff und Helium dichtere Elemente gebildet wurden Sternnukleosynthese, die sich im Gegensatz zur stationären Theorie als genau erwiesen hat.

George Gamow - einer von Friedmans Schülern - war der Hauptvertreter der Urknalltheorie. Zusammen mit den Kollegen Ralph Alpher und Robert Herman sagte er den kosmischen Mikrowellenhintergrund voraus (CMB) Strahlung, dh Strahlung, die im gesamten Universum als Überbleibsel des Großen existieren sollte Knall. Als Atome begannen sich während der RekombinationsäraSie ließen Mikrowellenstrahlung (eine Form von Licht) durch das Universum wandern, und Gamow sagte dies voraus Mikrowellenstrahlung wäre heute noch zu beobachten.

Die Debatte dauerte bis 1965, als Arno Penzias und Robert Woodrow Wilson bei ihrer Arbeit für Bell Telephone Laboratories auf die CMB stießen. Ihr Dicke-Radiometer, das für Radioastronomie und Satellitenkommunikation verwendet wurde, nahm eine Temperatur von 3,5 K auf (eine enge Übereinstimmung mit Alphers und Hermans Vorhersage von 5 K).

In den späten 1960er und frühen 1970er Jahren versuchten einige Befürworter der stationären Physik, diesen Befund noch zu erklären Die Urknalltheorie zu leugnen, aber am Ende des Jahrzehnts war klar, dass die CMB-Strahlung keine andere plausible hatte Erläuterung. Für diese Entdeckung erhielten Penzias und Wilson 1978 den Nobelpreis für Physik.

Bestimmte Bedenken hinsichtlich der Urknalltheorie blieben jedoch bestehen. Eines davon war das Problem der Homogenität. Wissenschaftler fragten: Warum sieht das Universum energetisch identisch aus, unabhängig davon, in welche Richtung man schaut? Die Urknalltheorie gibt dem frühen Universum keine Zeit zu erreichen thermisches GleichgewichtDaher sollte es im gesamten Universum Unterschiede in der Energie geben.

1980 schlug der amerikanische Physiker Alan Guth offiziell vor Inflationstheorie um dieses und andere Probleme zu lösen. Diese Theorie besagt, dass es in den frühen Augenblicken nach dem Urknall zu einer extrem schnellen Expansion des entstehenden Universums kam, angetrieben durch "Unterdruck-Vakuumenergie" (die kann in irgendeiner Weise mit aktuellen Theorien von verwandt sein dunkle Energie). Alternativ haben Inflationstheorien, die im Konzept ähnlich sind, aber leicht unterschiedliche Details aufweisen, in den letzten Jahren von anderen aufgestellt.

Das 2001 begonnene Programm Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA hat Beweise geliefert, die eine Inflationsperiode im frühen Universum stark unterstützen. Diese Beweise sind besonders stark in den 2006 veröffentlichten Dreijahresdaten, obwohl es immer noch einige geringfügige Inkonsistenzen mit der Theorie gibt. Der Nobelpreis für Physik 2006 wurde an John C. verliehen. Mather und George Smoot, zwei wichtige Mitarbeiter des WMAP-Projekts.

Während die Urknalltheorie von der überwiegenden Mehrheit der Physiker akzeptiert wird, gibt es noch einige kleinere Fragen dazu. Am wichtigsten sind jedoch die Fragen, die die Theorie nicht einmal beantworten kann:

• Was gab es vor dem Urknall?
• Was hat den Urknall verursacht?
• Ist unser Universum das einzige?

Die Antworten auf diese Fragen mögen durchaus außerhalb des Bereichs der Physik existieren, aber sie sind dennoch faszinierend und Antworten wie die Multiversum Die Hypothese bietet Wissenschaftlern und Nichtwissenschaftlern gleichermaßen ein faszinierendes Spekulationsgebiet.

Als Lemaitre ursprünglich seine Beobachtung über das frühe Universum vorschlug, nannte er diesen frühen Zustand des Universums das Uratom. Jahre später würde George Gamow den Namen ylem dafür verwenden. Es wurde auch das Uratom oder sogar das kosmische Ei genannt.