Universum

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Hubble Deep Field
Der tiefste Blick ins sichtbare Universum.
Vermutete Daten
beobachtbarer Durchmesser	46·10⁹ Lichtjahre 46 Mrd. Lichtjahre
Ausdehnungsradius nach Neil Cornish	>75·10⁹ Lichtjahre >75 Mrd. Lichtjahre
Alter	13,77·10⁹ Jahre 13,77 Mrd. Jahre
Masse	8,5·10⁵² - 10⁵³ kg
Anzahl an Galaxien	100 Mrd.
Anzahl Teilchen	4·10⁷⁸ - 6·10⁷⁹
Anfangstemperatur	1,41679 ·10³² K
Heutige Temperatur	2,7 K -270,45°C
Mittlere Dichte	10^-27 - 5·10^-27Kg/m³
Kritische Dichte	9,7·10^-26 Kg/m³
Hubble-Konstante	ca. 71 (+/- 6) km/s·M pc

Als Universum (v. lat.: universus = gesamt; v. unus und versus = „in eins gekehrt“) wird allgemein die Gesamtheit aller Dinge und Objekte bezeichnet. Im speziellen meint man damit den Weltraum, auch Weltall oder Kosmos genannt, in dem alle uns bekannte Materie und Energie enthalten ist.

Der Begriff Universum wurde von Philipp von Zesen durch den Ausdruck Weltall eingedeutscht.

Größe und Zusammensetzung

Allgemein wird angenommen, dass das Universum beim Urknall (auch Big Bang) entstand und sich seitdem ausdehnt, ohne sich allerdings die Frage zu stellen, ob es noch andere Urknalls mit expandierenden Universen jenseits der 75·10⁹ Mrd. Lichjahre gegeben hat, deren Galaxien sich demnach auf uns zu und nicht wegbewegen.

Das Alter des Universums ist aufgrund von Präzisionsmessungen des Satelliten WMAP mit 13,7 Milliarden Jahren relativ genau datierbar. Aus diesen Messungen ergibt sich auch, dass es sich in einer stetigen, beschleunigten Expansion befindet. Das Universum besteht nur zu einem kleinen Teil aus uns bekannter Materie und Energie (4%), der größte Teil macht eine bis heute weitgehend unverstandene „dunkle Materie“ (23%) und „dunkle Energie“ (73%) aus, die für die beschleunigte Expansion verantwortlich ist - die Gesamtmasse des sichtbaren Universums liegt zwischen 8,5·10⁵² und 10⁵³ kg. Ohne dunkle Energie würde sich durch die Gravitationswirkung der Materie die Expansion des Universums verlangsamen und, sofern genügend Materie vorhanden ist, letztendlich umkehren: das Universum würde in einem sogenannten „Big Crunch“ wieder in sich zusammenstürzen und zu einer Singularität kollabieren.

Die Kosmologie, ein Teilgebiet sowohl der Philosophie als auch der Physik, befasst sich mit der Erklärung des Universums, wie beispielsweise der Feinabstimmung.

Die heute anerkannte Theorie zur Beschreibung der großräumigen Struktur des Universums ist die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Die Quantenphysik hat bislang wichtige Beiträge zum frühen Universum geliefert, in dem die Dichte und Temperatur sehr hoch waren und viele Prozesse unter Beteiligung von Elementarteilchen abliefen.

Wahrscheinlich wird ein vollständigeres Verständnis des Universums erst erreicht, wenn die Physik eine Theorie entwirft, die die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik vereint. In dieser Theorie der Quantengravitation sollen die vier Grundkräfte der Physik vereint werden. Eines der dabei noch zu lösenden Probleme bildet die Zeit: während auf makroskopischer Ebene die Zeit von der Vergangenheit in die Zukunft verlaufen muss, ist auf der quantenphysikalischen Ebene die Zeitrichtung ohne Bedeutung, die Zeit kann hier auch ebenso rückwärts verlaufen.

Die Temperatur der Hintergrundstrahlung beträgt derzeit 2,7 Kelvin (also ca. -270°C). Sie entstand 380.000 Jahre nach dem Urknall und wird auch als Geburtsschrei unseres Universums bezeichnet.

Ein Stern besteht zu ca. 70% aus Wasserstoff (H₂) und ca. 30% aus Helium (He). Die anderen chemischen Elemente, insbesondere die aus denen die Planeten bestehen, können bei dieser groben Rechnung vernachlässigt werden. Daraus errechnet sich das Durchschnittsgewicht eines Atoms mit 2,14 x 10^-27 kg. Die Masse eines Sterns beträgt in der Regel 2 x 10³⁰ kg, enthält also 10⁵⁷ Atome. Im sichtbaren Universum kann man von 100 Milliarden oder 10¹¹ Galaxien ausgehen, die jeweils 10¹¹ Sterne enthalten. Das ergibt 10²² Sterne. Die Zahl der Atome im sichtbaren Weltall dürfte daher bei 10⁷⁹ Atomen liegen. Nach genaueren Berechnungen unter Verwendung der Theorie des inflationären Universums wird die Anzahl der Teilchen im beobachtbaren Universum zwischen 4·10⁷⁸ und 6·10⁷⁹ geschätzt.

Form

Die Urknalltheorie legt die Vermutung nahe, dass das Universum eine Kugelform haben müsse; das scheint jedoch nur bei vier angenommenen Dimensionen zuzutreffen. Die meisten derzeit diskutierten Beschreibungsversuche des Universums nehmen die Existenz weiterer Dimensionen an. Beispielsweise hat nach einer Theorie von Neil Cornish das Universum die Form einer vieldimensionalen Hyperkugel (Torus).

Noch vergleichsweise einfach ist hierbei die Frage der Unendlichkeit, genauer: der Unbegrenztheit. Wenn das Universum ein endliches Volumen besitzt, so kann es dennoch unbegrenzt sein. Leicht anschaulich wird dieses Modell unter Weglassung einer Dimension: Eine Kugeloberfläche hat eine endliche Fläche, hat aber keinen Mittelpunkt und ist unbegrenzt (man kann auf ihrer Oberfläche herumlaufen, ohne an ein Ende anzustoßen). Zur Darstellung dieser 2-dimensionalen Fläche aber benötigt man bereits eine dritte Dimension (Fläche auf Kugel). Das Universum könnte nun gleichsam in vier Dimensionen unbegrenzt sein, wobei nicht feststeht, ob die vierte Dimension der Zeit entspricht.

Strukturen innerhalb des Universums

Auf der derzeit größten Skala bilden Galaxienhaufen und noch größere Superhaufen fadenartige Filamente, die riesige, blasenartige Hohlräume (engl. Voids) formen. Es ergibt sich die folgende Rangfolge:

Filamente und Voids
Superhaufen (Bsp: Große Mauer Durchmesser: ca. 1 Mrd. Lichtjahre
Galaxienhaufen, Lokale Gruppe
Galaxie (Bsp: Milchstraße Durchmesser: 100.000 Lichtjahre)
Sternhaufen
Sonnensystem (Bsp: Unser Sonnensystem: Durchmesser: ca. 300 AE = 11 Lichtstunden)
Stern (Bsp: Unsere Sonne Durchmesser: 1.392.500 km)
Planet (Bsp: Erde Durchmesser: 12.756,2 km)
Mond (Bsp: Unser Mond Durchmesser: 3.476 km)
Trojaner, Staubwolken und Asteroiden in Lagrange-Punkten

Begriffliche Abgrenzung

Weltraum

Als Weltraum (oder Weltall oder Kosmos) bezeichnet man den Raum außerhalb der Erdatmosphäre.

Der Weltraum ist im Gegensatz zu einer verbreiteten Meinung nicht unendlich alt. Schon der Astronom Heinrich Wilhelm Olbers wies darauf hin, dass bei unendlicher Ausdehnung und unendlichem Alter des Universums es nachts nicht mehr dunkel werden dürfte. Das bezeichnet man als das Olberssche Paradoxon.

Der Weltraum ist auch nicht vollkommen leer. Im intergalaktischen Raum (siehe auch Galaxie) beträgt die Dichte etwa ein Wasserstoff-Atom pro Kubikkilometer, innerhalb von Galaxien ist sie jedoch wesentlich höher. Desgleichen ist der Raum von Feldern und Strahlung durchsetzt. Die durch die „dunkle Energie“ verursachten Vakuumfluktuationen machen auch den „leeren“ Weltraum äußerst aktiv, die dabei entstehenden virtuellen Teilchen können jedoch außer in der Nähe von schwarzen Löchern nur äußerst selten zu realen Teilchen werden.

Da der Übergang von der Erdatmosphäre zum Weltraum fließend ist, existieren mehrere festgelegte Grenzen. International anerkannt ist die Definition der Fédération Aéronautique Internationale, nach der der Weltraum in einer Höhe von 100 km beginnt. Nach der Definition der NASA und der US Air Force beginnt der Weltraum bereits in einer Höhe von etwa 80 km (50 Meilen) über dem Boden.

Kosmos

Kosmos (von griechisch kósmos - (Welt)Ordnung, Schmuck, Anstand) bezeichnet die Welt bzw. das Weltall sowohl als das sichtbare Universum als auch als geordnetes, harmonisches Ganzes.

In der zugrundeliegenden griechischen Vorstellung bildet der Kosmos das Gegenstück zum Chaos.

Siehe auch

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Literatur

Die ersten drei Minuten, Steven Weinberg (Nobelpreisträger Physik)
Bildatlas des Weltraums, Antonín Rükl, Werner-Dausien-Verlag, Prag 1988 / Hanau 1992 (dt. Übers.) - ISBN 3768428087

Weblinks

Videos

Real Video Streams: (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)