Von allen diskutierten Konzepten und Themen ist der Urknall das umstrittenste Konzept. Natürlich ist dies eine ziemlich alte wissenschaftliche Theorie, die seit den 1940er Jahren existiert, und seit den 1960er Jahren gibt es eine Vielzahl von Beweisen, die dies belegen. Die Idee ist einfach: Das Universum hatte einen Anfang. Es war ihr Geburtstag. Es gab einen Tag ohne "gestern", an dem Materie, Strahlung und das sich ausdehnende, kühlende Universum, von dem wir wissen, erst zu einem bestimmten Zeitpunkt existierten. Und doch sind wir hier. Was bei jedem anfragenden Verstand zu einer Flut von Fragen führt. Einer unserer Leser hat einfach einen solchen Verstand und möchte wissen: Gibt es Theorien oder Experimente, die unsere Position im Raum relativ zum Punkt des Urknalls berechnen und beweisen können? Ich denke, da unsere Beobachtungsmöglichkeiten in Bezug auf den Standort unseres Planeten sehr begrenzt sind,Es wird nicht einfach sein, die Krümmung des Raums zu bestimmen. Warum glauben wir, dass der Urknall irgendwann im dreidimensionalen Raum passiert ist? Warum denken wir, dass das Universum eine Kugel ist?
Dies sind sehr gute Fragen, und alle zeigen ein gemeinsames Verständnis der Menschen für das Universum. Aber sind diese Ansichten richtig?
Wir denken oft, dass der Urknall eine echte Explosion war. Und das Universum ähnelte in seinen frühesten Stadien wirklich einem riesigen, energiegeladenen und expandierenden Feuerball.
Es war mit Partikeln und Antiteilchen verschiedener Art sowie mit Strahlung gefüllt. All dies dehnte sich aus und alle Teilchen, Antiteilchen und Strahlungsquanten bewegten sich voneinander weg. All dies kühlte ab und verlangsamte sich, als es sich ausdehnte.
Es klingt wirklich wie eine Explosion. Wenn Sie in diese ersten Momente versetzt und irgendwie vor all dieser Energie geschützt werden könnten, gäbe es sogar einen Ton, den Sie dank des folgenden Videos hören können:
Aber es ist nicht ohne Grund, dass ich bei der Beschreibung dieses Phänomens das Wort "Expansion" anstelle von "Explosion" verwende. Eine Explosion ist etwas, das an einem Punkt im Raum passiert, von dem Trümmer verstreut werden. Eine Supernova ist eine Explosion; ein Ausbruch von Gammastrahlen ist eine Explosion; Die Detonation einer Bombe ist eine Explosion. Eine Granate ist eine Explosion.
Aber Urknall ist keine Explosion [auf Englisch bedeutet Urknall Urknall wörtlich "Urknall" - ca. übersetzt.]. Wenn wir von einem "heißen Urknall" sprechen, meinen wir den allerersten Moment, in dem das Universum als ein Zustand beschrieben werden kann, der Partikel, Antiteilchen und Strahlung enthält. Von diesem Moment an begann sich das Universum gemäß den Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie auszudehnen und abzukühlen, und wir folgten dem Weg der Zerstörung der Antimaterie, der Bildung von Atomkernen und neutralen Atomen und infolgedessen der heute sichtbaren Sterne, Galaxien und großräumigen Strukturen. Der Schlüssel zur ersten Frage besteht darin, genau zu verstehen, was das Universum in diesem Moment tat: in einem Moment, den wir zum ersten Mal beschreiben können, basierend auf dieser Plattform des heißen Urknalls.
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Soweit wir wissen, gab es keinen bestimmten Ausgangspunkt. Es gab keine "Quelle", aus der das Universum begann. Alle Beweise sprechen von einer kontraintuitiven, aber nicht weniger zutreffenden Schlussfolgerung: Der Urknall ereignete sich überall zur gleichen Zeit. Dafür gibt es viele Beweise, und das Universum selbst gibt sie uns. Das Universum, gemessen an den großräumigen Strukturen, Galaxienhaufen, dem Auftreten des Urknall-Nachglühens, der durchschnittlichen Dichte von Teilen des Weltraums über mehrere hundert Millionen Lichtjahre usw., gibt uns zwei wichtige beobachtbare Tatsachen. Seine Eigenschaften sind überall gleich und es sieht in alle Richtungen gleich aus. Physikalisch gesehen ist das Universum homogen und isotrop.
Solche Eigenschaften des Universums können nicht mit einer Explosionsperiode erhalten werden. Bei einer Explosion sind die sich am schnellsten bewegenden Fragmente am weitesten entfernt, aber auch am weitesten im Raum verteilt. Je größer die Entfernung, desto weniger Galaxien hätte es pro Volumeneinheit geben sollen - dies ist jedoch im Universum nicht der Fall. Im Falle einer Explosion wäre es möglich, den Startpunkt explizit anzugeben. Das Universum funktioniert so, dass dieser Punkt nur wenige Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt an der Grenze der lokalen Gruppe liegt. Statistisch gesehen sind die Chancen für einen solchen Punkt angesichts des Vorhandenseins von mehr als 170 Milliarden Galaxien im Universum 100-mal schlechter als der Gewinn der Powerball- oder Mega Millions-Lotterie.
Die Tatsache, dass das Universum homogen und isotrop ist, legt nahe, dass der Urknall vor ungefähr 13,8 Milliarden Jahren im selben Moment stattfand und an allen Orten gleich ist. Aber wir können ihn nicht an allen Orten sehen. Wir sehen ihn nur dort, wo wir sind. Unsere Bewertung ist begrenzt. Daher finden Sie oft solche Illustrationen: Wie unser Universum von unserem Standpunkt aus gesehen wird, mit uns im Zentrum.
Das heißt aber nicht, dass das Universum eine Kugel ist! Wir können tatsächlich die Form des Universums messen und ihm einige Einschränkungen auferlegen. Wenn Sie nach draußen gehen und Ihre beiden Freunde in zwei verschiedene Richtungen schicken, damit Sie sich sehen können, bilden Sie drei ein Dreieck. Jeder von Ihnen kann den scheinbaren Winkel zwischen den beiden anderen messen. Dann können Sie diese Winkel hinzufügen und Sie erhalten 180º - dies ist die Summe der Winkel des Dreiecks.
Beliebiges Dreieck im flachen Raum.
Aber der Raum muss nicht flach sein! Es kann eine negative Krümmung wie eine Satteloberfläche haben, wenn die Summe der Winkel weniger als 180 ° beträgt. Es kann wie die Oberfläche einer Kugel positiv gekrümmt werden, wenn die Summe der Winkel größer als 180 ° ist. Wenn Sie in Südamerika am Äquator stehen, einer Ihrer Freunde am Äquator in Afrika und der andere am Nordpol, werden Sie feststellen, dass der Winkeldifferenz groß ist. Die Summe der Winkel liegt näher bei 270º als bei 180º. Wir haben keine Freunde im Weltraum, aber wir haben etwas genauso Gutes: Schwankungen der Hintergrundstrahlung. Abhängig von der Krümmung des Raums sollten sie völlig unterschiedlich aussehen.
Wir haben Beobachtungen gemacht und etwas Erstaunliches gefunden: Das Universum ist, soweit wir das beurteilen können, flach. Sehr sehr flach. Die neuesten Daten aus den Planck-Experimenten und dem Sloan Digital Sky Survey legen nahe, dass das Universum, wenn es positiv oder negativ gekrümmt ist, auf einer Skala erkennbar ist, die mindestens 400 größer ist als der Teil des Universums, den wir beobachten. Und wir können einen Teil davon mit einem Durchmesser von 92 Milliarden Lichtjahren sehen.
Der Urknall ereignete sich also überall vor 13,8 Milliarden Jahren gleichzeitig, und unser Universum ist nach unseren besten Messungen räumlich flach. Der Urknall trat irgendwann nicht mehr auf, und wir können dies an der extremen Isotropie und Homogenität des Universums messen. Diese Eigenschaften sind so genau, dass wir bereits denken, dass etwas nicht stimmt, wenn wir auf eine Inhomogenität mit einer Abweichung von 0,01% vom Mittelwert stoßen. Wenn Sie also behaupten, dass der Urknall genau dort passiert ist, wo Sie sind, und Sie mitten in allem stehen, was passiert, wird Ihnen niemand widersprechen. Es ist nur so, dass alles und jedes im gesamten Universum dasselbe über sich selbst sagen kann.
