10 10 Einfache (aber wichtige) Dinge, die Sie über Küchentisch 50 Cm Breit Test beachten sollten

Am 24. zehnter Monat des Jahres 1834 schrieb jener große deutsche Entdecker Alexander von Humboldt [1] an seinen Spezi und Briefpartner Karl August Varnhagen von Ense:

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“meine Wenigkeit habe den tollen Geistesblitz, die ganze materielle Welt, was auch immer welches wir heute von den Erscheinungen jener Himmelsräume und des Erdenlebens, von den Nebelsternen solange bis zur Geographie jener Moose uff den Granitfelsen, wissen, was auch immer in einem Werke darzustellen, und in einem Werke, dies zusammen in lebendiger Sprache anregt und dies Gemüth ergötzt… Dies Ganze ist nicht welches man gemeinhin physikalische Erdbeschreibung nennt, es begreift Himmel und Schutzleitung, was auch immer Geschaffene.” [2]

Vier Bände seines grandiosen Lebenswerks konnte Humboldt solange bis zu seinem Tod   veröffentlichen, betitelt mit dem Namen “Kosmos” [3]. Dies griechische Wort bezeichnet ursprünglich “Schmuck” und “Ordnungsprinzip”, wird hingegen schon zwischen Pythagoras in jener Einfluss “Weltordnung” und “Welt” gebraucht. Nun ging es Humboldt zum Vereinen um eine Gesamtschau wissenschaftlicher Welterforschung, zum Anderen um eine Darstellung jener Natur denn Ganzes, denn “netzartiges verschlungenes Stoff”. Natürlich war Humboldts Unternehmen notwendigerweise fragmentarisch, dies Wissen um die Welt zu Humboldts Zeiten limitiert. So findet man uff Wikipedia eine Plan Afrikas aus dem Jahr 1861, die große Bereiche des Landesinnern denn unerforscht, denn “weiße Flecken” uff jener Landkarte abbildet:

Weiße Flecken sind damit nichts Schlechtes. So erklärt jener israelische Historiker Yuval Noah Harari: ”Die wissenschaftliche Revolution war keine Revolution des Wissens, sondern vor allem eine Revolution jener Unwissenheit.” [4] Nur wer zugibt, welches er noch nicht weiß, kann neues untersuchen. Wer hingegen dort, wo Karten unerforschtes Terrain zeigen, wie geschmiert Hippe malt, bremst den Fortschritt jener Wissenschaft.

Eindrucksvoll zeigt dieser Fortschritt sich, wenn man die Alte Welt-Plan aus dem Jahr 1861 mit jener aktuellen Kartierung des beobachtbaren Universums durch den Planck-Satelliten vergleicht:

Ein Spanne von 78 Milliarden Lichtjahren Sehne durch den Kreismittelpunkt, jener Billionen Galaxien enthält, von denen solo unsrige Galaxis, die Milchstraße ihrerseits aus 100 Milliarden Sternen besteht.

Gewiss genauso dieser beeindruckende Fortschritt darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Kartierung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds Vieles, welches unsichtbar ist, weglässt. Dass wir genauso heute noch kombinieren Hauptteil des Universum nicht Kontakt haben. Denn nur kurz 5% des Universums gegeben aus Atomen, bzw. jener uns bekannten “baryonischen Materie”. Denn Baryonen bezeichnet man z.B. die Protonen und Neutronen, darum die Ingredienzen jener Atomkerne, die ihrerseits aus Quarks gegeben. Vereinen viel größeren Verhältnis des Universums, nämlich rund 25% macht die (nichtbaryonische) “Dunkle Materie” aus, von jener man annimmt, dass sie aus bisher unbekannten und unentdeckten Teilchen besteht. Nachher diesen Teilchen wird in den verschiedensten Experimenten weltweit gesucht, genauso im Elementarteilchenbeschleuniger LHC am CERN in Genf. So gut wie vollwertig unverstanden ist die sogenannte “Dunkle Schwung” eine Gattung Vakuumenergie, die ca. 70 % des Energieinhalts des Universums ausmacht und den Kosmos seit dieser Zeit ca. 7 Milliarden Jahren antreibt, sich beschleunigt auszudehnen.

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Wir Kontakt haben darum bisher nur 5% unseres Universums, und selbst die bekannte baryonische Materie birgt Rätsel: So ist bisher ungeklärt, warum es so gut wie nur Materie und kaum Entgegen-Materie im Universum gibt. Zu Gunsten von den Prozess, jener dazu zuständig sein soll und “Baryogenese” genannt wird, gibt es derzeit mehrere Modelle, von denen nicht lichtvoll ist, ob eines und wenn ja welches die korrekte Erklärung liefert.

Zumindest, welches dies sichtbare Universum angeht, scheinen sich die Kosmologen durchaus ziemlich sicher zu sein: Dies Universum entstand vor kurz 14 Milliarden Jahren im Urknall, dehnte sich aus und kühlte ab, so dass sich intrinsisch jener ersten drei Minuten die leichten Elemente wie Wasserstoff und Heliumgas zusammentragen konnten und nachdem ca. 400 000 Jahren Elektronen und Atomkerne zu neutralen Atomen “rekombinierten”, wodurch dies Universum durchsichtig und jener kosmische Mikrowellenhintergrund, dessen Kartierung wir oben bewundert nach sich ziehen, freigesetzt wurde. Nachher 100 Mio. Jahren entstanden die ersten Sterne, die wiederum nachdem kurz 1 Milliarden Jahre Galaxien bildeten. Die Idee vom Urknall ist so steif etabliert, dass tatsächlich oft spekuliert wird, ob jener Urknall denn Zustandekommen aller Zeug nicht mit einer göttlichen Schöpfung gleichgesetzt werden könne, eine Idee, die zum Vorzeigebeispiel von dem Physiker Paul Davies, dem Kirchenkritiker Hans Küng und Papst Johannes Paul II. diskutiert wurde.

Gewiss stimmt dies gar? Ist es gesichert, dass dies Universum vor 14 Milliarden Jahren in einem Urknall entstanden ist? Welche Frage treibt sogar die Skizze-Zeitung um: Stephen Hawking solle sich verrechnet nach sich ziehen, heißt es da, und jetzt sei jener Urknall futsch. Nun muss man nicht Stephen Hawking sein, um uff die Idee vom Urknall zu kommen – und er war genauso keineswegs jener erste, jener welche Idee diskutiert hat. Referenzpunkt des Arguments ist Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, jener zufolge Raum und Zeit keine starre Podium des kosmischen Geschehens mehr sind, sondern selbst einer Dynamikumfang unterliegen, sich verzerren, dehnen und zusammendrücken können.

Schon in den 1920er Jahren, darum nur wenige Jahre nachdem jener Umgangston jener Allgemeinen Relativitätstheorie hatten Alexander Friedmann und Georges Lemaître diskutiert, dass dies Universum sich erweitern könnte. Tatsächlich ist nachdem Einstein ein statisches Universum nicht stabil, die Massenanziehung bringt es entweder zum Zusammenbruch, oder es muss expandieren (welches Einstein originär weder noch schmeckte). 1929 bestätigte Edwin Hubble dann die kosmische Expansion, nicht er die Fluchtgeschwindigkeit extragalaktischer Nebel aus jener Rotverschiebung, darum jener Dehnung jener Wellenlänge des von ihnen emittierten Lichts, bestimmte (wenn genauso seine Datenanalyse nachdem heutigen Gesichtspunkten irgendetwas gewagt ist). Die Schlussfolgerung war und ist: Dies Universum, darum jener Raum zwischen Galaxien, dehnt sich aus. Wie zwischen Punkten, die uff kombinieren aufgeblasenen Luftballon gemalt sind, weit sich jede Galaxis von ihren Nachbarn, umso schneller, je weiter sie weit ist. Nun kann man dies Ganze zurückextrapolieren und folgern, dass dies Universum früher Vorleger, dichter und heißer gewesen sein muss. Und man kann mit Hilfe jener aus jener Einsteinschen Theorie abgeleiteten Friedmann-Gleichungen zeigen, dass – spekulativ jener Materieinhalt des Universums verändere sich (außer von Volumenausdünnung) nicht – die Abstände aller Galaxien vor einer endlichen Zeitspanne null gewesen sein zu tun sein: Eine sogenannte “Anfangssingularität”, zwischen jener leer Massendichten unendlich werden – jener Urknall.

Dies Problem an dieser Begründung ist durchaus, dass wir heute keineswegs mehr davon leer werden können, jener Materieinhalt des Universums sei unverändert. Denn Vergleichsbeispiel kann man sich vergegenwärtigen, dass Gase wie Wasserdampf (nachdem jener idealen Gasgleichung) zwischen konstantem Kompression ein zur Temperatur proportionales Volumen nach sich ziehen. Man könnte jetzt darum schließen, dass dies Volumen von Wasserdampf  linear mit jener Temperatur sinkt und am Absoluten Nullpunkt in einer Singularität verschwindet. Spätestens beim Gefrieren zu Eiscreme wird man durchaus feststellen, dass dies Volumen mit sinkender Temperatur nicht nur nicht wie spekulativ sinkt, sondern sogar steigt (die sogenannte “Anomalie des Wassers” und jener Grund dazu, dass Eiscreme uff Wasser schwimmt und man im Winter manchmal Schlittschuhlaufen kann). Ursache ist ein sogenannter Phasenübergang (Wasser wird erst solvent und dann steif), jener darauf beruht, dass es zu Händen die Wassermoleküle zwischen bestimmten Temperaturen aufgrund ihrer Selbstwechselwirkungen energetisch günstiger ist, ausgedehnte Eiskristalle zu zusammentragen. Solche Phasenübergänge nach sich ziehen wir genauso im frühen Universum: Dort kann es zu Händen Quantenfelder zwischen bestimmten Temperaturen energetisch günstiger sein, kombinieren anderen Feldwert anzunehmen. Dieser Feldwert mit minimaler Schwung wird mit dem Vakuum identifiziert, da es kombinieren leeren Raum aufgrund ständig präsenter Quantenfluktuationen in jener Quantenfeldtheorie nicht gibt. Ein prominentes Vorzeigebeispiel ist dies “Ausfrieren” des Higgsfelds im Vakuum, dies zu Händen die Massen jener Teilchen zuständig ist.

Insbesondere in Betracht kommen die meisten Kosmologen (genauso es wenn viele offene Fragen und namhafte Kritiker gibt [5]) heute davon aus, dass es im sehr frühen Universum eine Winkel jener inflationären Expansion (oder wie geschmiert von kurzer Dauer “Inflation”) gab [6], in jener sich dies Universum, rastlos durch die Vakuumenergie eines “Inflatonfelds”, beschleunigt lang gezogen hat. Die Inflation soll dazu gesorgt nach sich ziehen, dass dies Universum heute so aussieht, wie wir es beobachten: untief (obwohl die Relativitätstheorie Raumkrümmung erlaubt, nach sich ziehen kosmische Dreiecke Winkelsummen von sehr genau 180 Qualität), kausal zusammenhängend (jener kosmische Mikrowellenhintergrund hat in allen Richtungen so gut wie genau die gleiche Temperatur, welche Bereiche konnten hingegen nur durch die Inflation im thermischen Synchronisation stillstehen), ohne Beschränkung von exotischen Teilchen wie magnetischen Monopolen (sollte es sie jemals gegeben nach sich ziehen wurden sie zu homöopathischen Dosen verdünnt) und mit kleinen Dichteschwankungen, die aus den Quantenfluktuationen des Inflatonfelds während jener Inflation resultieren und die Keimzellen jener Sterne und Galaxien weltmännisch nach sich ziehen sollen. Dies Tolle an jener Inflation ist, dass sie – sowie sie einmal am Laufen ist – ein Universum wie unseres produziert, egal wie dies Universum vor jener Inflation ausgesehen nach sich ziehen mag. Dies genau ist hingegen genauso dies Problem an jener Inflation: Sie wirkt wie ein “großer Radiergummi” – Behaupten via ein “Davor” sind extrem schwierig zu treffen. Tatsächlich nach sich ziehen viele Inflationsmodelle (z.B. Andrei Lindes “chaotische Inflation”) die Umstand, dass in bestimmten Raumzeitbereichen immer wieder Quantenfluktuationen die Inflation neu aufstacheln, so dass welche niemals endet. Die Inflation kann darum durchaus ewig währen und genauso nur in bestimmten Raumbereichen jemals zum Finale kommen.

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Soll heissen, wir können die Historie unseres Kosmos zurückverfolgen solange bis in eine heiße Frühphase. Wenn wir dem gängigen Paradigma nachgehen und eine inflationäre Epoche nehmen, dann ist dies heiße Teilchenplasma Produkt eines Zerfalls des die Inflation antreibenden Inflatonfelds in Teilchen. Vorher gab es die Inflation, hingegen wie lange Zeit welche gedauert hat, welches vorher war und ob sie womöglich immer noch andauert und in anderen Bereichen eines Multiversums neue Babyuniversen produziert, können wir nicht sagen. Insbesondere wissen wir nicht, wie frühzeitlich oder weithin unserer Universum wirklich ist, ob es dies einzige ist und ob es kombinieren Urknall – verstanden denn Anfangssingularität – jemals gab. Wenn Kosmologen darum darüber sprechen, irgendetwas habe “von kurzer Dauer nachdem dem Urknall” stattgefunden, meinen sie gewissermaßen nicht die Anfangssingularität sondern dies Finale jener Inflation.

Dass es die Inflation eine andere Sache ist nicht gab, sind wir noch ahnungsloser. Gar ist es tatsächlich sogar zur Diskussion stehend, ob es Sinn macht, unser klassisches Kurs jener Zeit mit seinen Vorstellungen von Vergangenheit, Präsens und Zukunft in eine Frühphase zu hochrechnen, in jener die Raumzeit selbst quantisiert sein sollte, und unter Umständen eine schaumartige Struktur mit tunnelartigen Verbindungen [7] zwischen weit entfernten Raum- und Zeitbereichen, sogenannten “Wurmlöchern” und “geschlossenen zeitartigen Kurven” (genauso familiär denn “Zeitreisen”), hatte. So hatte jener US-Kosmologe J. Richard Gottheit schon Finale jener 1990er vermutet, dies Universum habe sich in einer Zeitreise selbst erzeugt [8]. Gut möglich sogar, dass die Zeit in diesen Bereichen gänzlich verschwindet, sich denn eine Gattung Wunschvorstellung entpuppt, ein Artefakt unserer Zielsetzung uff die Welt, wie es die Wheeler-DeWitt-Gleichung zu Händen die quantenmechanische Wellenfunktion des Universums nahelegt [9].

Wie gesagt nach sich ziehen wir unglaublich viel in den vergangenen gut 150 Jahren seit dieser Zeit Humboldts “Kosmos” gelernt. Wir verstehen, wie die Elemente zusammengekocht wurden und woraus sie gegeben,  können viele Milliarden Lichtjahre weit ins Weltall blicken und die Mikrowellenstrahlung aus jener Frühphase des Universums messen. Gewiss wir Kontakt haben nur 5% des Inhalts unseres Universums. Und wir wissen nicht, wie frühzeitlich oder weithin es ist und wie genau es anfing.

Es gibt noch viel zu erspähen!

Die Welt ist wunderbar!

[1] Andrea Wulf: Alexander von Humboldt und die Erfindung jener Natur, Kohlenstoff. Bertelsmann München 2016.

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[2] Zitiert nachdem Wikipedia: Media Alexander von Humboldt: Kosmos, Cotta, Stuttgart 1845-58

[4] Yuval Noah Harari: Eine kurze Historie jener Menschheit, Krauts Verlags-Institution München, 2013.

[5] Anna Ijjas, Paul j. Steinhardt, Abraham Loeb: Inflationsmodell in jener Kritik, Spektrum jener Wissenschaft, sechster Monat des Jahres 2017.

[6] Alan Guth: Die Geburt des Kosmos ex nihilo, Droemer Knaur, München 1999.

[7] Rüdiger Vaas: Tunnel durch Raum und Zeit, Kosmos, Stuttgart 2012.

[8] J.R. Gottheit: Zeitreisen in Einsteins Universum, Rowohlt, Reinbek zwischen Hamburg 2003.

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[9] Claus Kieferknochen: Welcher Quantenkosmos – von jener zeitlosen Welt zum expandierenden Universum, Sulfur. Fischer Verlagshaus,  Frankfurt/Oder 2008.

Heinrich Päs ist Professor zu Händen Theoretische Physik an jener TU Dortmund und forscht via Neutrinos, Teilchenphysik und Kosmologie. Er hat sich hingegen genauso schon denn Zeitmaschinenentwickler und Philosoph versucht, ein Buch (“Neutrinos – Die perfekte Woge”) geschrieben und mehrere Science-Fiction Romane inspiriert. Er war Postdoc in Hawaii.Wenn er nicht forscht oder liest ist er gerne in jener Natur, beim Segeln, Wellenreiten, Wandern, Skifahren oder Laufen.Und noch mehr denn die Welt liebt er seine Nullipara Sara.

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