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

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“Selbst habe den tollen Idee, die ganze materielle Welt, was auch immer welches wir heute von den Erscheinungen dieser Himmelsräume und des Erdenlebens, von den Nebelsternen solange bis zur Geographie dieser Moose hinaus den Granitfelsen, wissen, was auch immer in einem Werke darzustellen, und in einem Werke, dasjenige zusammen in lebendiger Sprache anregt und dasjenige Gemüth ergötzt… Dasjenige Ganze ist nicht welches man gemeinhin physikalische Erdbeschreibung nennt, es begreift Himmel und Erdung, was auch immer Geschaffene.” [2]

Vier Bände seines grandiosen Lebenswerks konnte Humboldt solange bis zu seinem Tod   veröffentlichen, betitelt mit dem Namen “Kosmos” [3]. Dasjenige griechische Wort bezeichnet ursprünglich “Schmuck” und “Regelmäßigkeit”, wird immerhin schon c/o Pythagoras in dieser Wichtigkeit “Weltordnung” und “Welt” gebraucht. Nun ging es Humboldt zum Kombinieren um eine Gesamtschau wissenschaftlicher Welterforschung, zum Anderen um eine Darstellung dieser Natur qua Ganzes, qua “netzartiges verschlungenes Stoff”. Natürlich war Humboldts Unternehmen notwendigerweise fragmentarisch, dasjenige Wissen um die Welt zu Humboldts Zeiten eingeschränkt. So findet man hinaus Wikipedia eine Plan Afrikas aus dem Jahr 1861, die große Bereiche des Landesinnern qua unerforscht, qua “weiße Flecken” hinaus dieser Landkarte abbildet:

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

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

Ein Sektor von 78 Milliarden Lichtjahren Mittelsehne, dieser Billionen Galaxien enthält, von denen zurückgezogen unsrige Galaxis, die Milchstraße ihrerseits aus 100 Milliarden Sternen besteht.

Freilich zweite Geige dieser beeindruckende Fortschritt darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Kartierung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds Vieles, welches unsichtbar ist, weglässt. Dass wir zweite Geige heute noch verknüpfen Löwenanteil des Universum nicht Kontakt haben. Denn nur notdürftig 5% des Universums Leben aus Atomen, bzw. dieser uns bekannten “baryonischen Materie”. Qua Baryonen bezeichnet man z.B. die Protonen und Neutronen, danach die Einzelteile dieser Atomkerne, die ihrerseits aus Quarks Leben. Kombinieren viel größeren Beitrag des Universums, nämlich rund 25% macht die (nichtbaryonische) “Dunkle Materie” aus, von dieser man annimmt, dass sie aus bisher unbekannten und unentdeckten Quant besteht. Nachher diesen Teilchen wird in den verschiedensten Experimenten weltweit gesucht, zweite Geige im Elementarteilchenbeschleuniger LHC am CERN in Genf. Weitestgehend vollwertig unverstanden ist die sogenannte “Dunkle Leistungsabgabe” 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 danach bisher nur 5% unseres Universums, und selbst die bekannte baryonische Materie birgt Rätsel: So ist bisher ungeklärt, warum es sozusagen nur Materie und kaum Versus-Materie im Universum gibt. Zu Gunsten von den Prozess, dieser 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 Schilderung liefert.

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

Freilich stimmt dasjenige gar? Ist es gesichert, dass dasjenige Universum vor 14 Milliarden Jahren in einem Urknall entstanden ist? Ebendiese Frage treibt sogar die Zeichnung-Zeitung um: Stephen Hawking solle sich verrechnet nach sich ziehen, heißt es da, und jetzt sei dieser Urknall futsch. Nun muss man nicht Stephen Hawking sein, um hinaus die Idee vom Urknall zu kommen – und er war zweite Geige keineswegs dieser erste, dieser ebendiese Idee diskutiert hat. Koordinatenursprung des Arguments ist Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, dieser zufolge Raum und Zeit keine starre Podium des kosmischen Geschehens mehr sind, sondern selbst einer innere Kraft unterliegen, sich verdrehen, dehnen und zusammendrücken können.

Schon in den 1920er Jahren, danach nur wenige Jahre nachher dieser Wortlaut dieser Allgemeinen Relativitätstheorie hatten Alexander Friedmann und Georges Lemaître diskutiert, dass dasjenige Universum sich prolongieren könnte. Tatsächlich ist nachher Einstein ein statisches Universum nicht stabil, die Massenanziehung bringt es entweder zum Zusammenbruch, oder es muss expandieren (welches Einstein von Beginn an weder noch schmeckte). 1929 bestätigte Edwin Hubble dann die kosmische Expansion, nicht er die Fluchtgeschwindigkeit extragalaktischer Nebel aus dieser Rotverschiebung, danach dieser Dehnung dieser Wellenlänge des von ihnen emittierten Lichts, bestimmte (wenn zweite Geige seine Datenanalyse nachher heutigen Gesichtspunkten irgendetwas gewagt ist). Die Schlussfolgerung war und ist: Dasjenige Universum, danach dieser Raum zwischen Galaxien, dehnt sich aus. Wie c/o Punkten, die hinaus verknüpfen aufgeblasenen Luftballon gemalt sind, weit sich jede Galaxis von ihren Nachbarn, umso schneller, je weiter sie weit ist. Nun kann man dasjenige Ganze zurückextrapolieren und folgern, dass dasjenige Universum früher Vorleger, dichter und heißer gewesen sein muss. Und man kann mit Hilfe dieser aus dieser Einsteinschen Theorie abgeleiteten Friedmann-Gleichungen zeigen, dass – spekulativ dieser 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”, c/o dieser jeder Massendichten unendlich werden – dieser Urknall.

Dasjenige Problem an dieser Begründung ist wirklich, dass wir heute keineswegs mehr davon Essen gehen können, dieser Materieinhalt des Universums sei unverändert. Qua Vergleichsbeispiel kann man sich vergegenwärtigen, dass Gase wie Wasserdampf (nachher dieser idealen Gasgleichung) c/o konstantem Kompression ein zur Temperatur proportionales Volumen nach sich ziehen. Man könnte jetzt danach schließen, dass dasjenige Volumen von Wasserdampf  linear mit dieser Temperatur sinkt und am Absoluten Nullpunkt in einer Singularität verschwindet. Spätestens beim Gefrieren zu Eiskrem wird man wirklich feststellen, dass dasjenige Volumen mit sinkender Temperatur nicht nur nicht wie spekulativ sinkt, sondern sogar steigt (die sogenannte “Anomalie des Wassers” und dieser Grund dazu, dass Eiskrem hinaus Wasser schwimmt und man im Winter manchmal Schlittschuhlaufen kann). Ursache ist ein sogenannter Phasenübergang (Wasser wird erst solvent und dann starr), dieser darauf beruht, dass es pro die Wassermoleküle c/o bestimmten Temperaturen aufgrund ihrer Selbstwechselwirkungen energetisch günstiger ist, ausgedehnte Eiskristalle zu zusammentragen. Solche Phasenübergänge nach sich ziehen wir zweite Geige im frühen Universum: Dort kann es pro Quantenfelder c/o bestimmten Temperaturen energetisch günstiger sein, verknüpfen anderen Feldwert anzunehmen. Dieser Feldwert mit minimaler Leistungsabgabe wird mit dem Vakuum identifiziert, da es verknüpfen leeren Raum aufgrund ständig präsenter Quantenfluktuationen in dieser Quantenfeldtheorie nicht gibt. Ein prominentes Denkmuster ist dasjenige “Ausfrieren” des Higgsfelds im Vakuum, dasjenige pro die Massen dieser Quant zuständig ist.

Insbesondere umziehen die meisten Kosmologen (zweite Geige es wenn viele offene Fragen und namhafte Kritiker gibt [5]) heute davon aus, dass es im sehr frühen Universum eine Winkel dieser inflationären Expansion (oder mühelos von kurzer Dauer “Inflation”) gab [6], in dieser sich dasjenige Universum, zappelig durch die Vakuumenergie eines “Inflatonfelds”, beschleunigt weit hat. Die Inflation soll dazu gesorgt nach sich ziehen, dass dasjenige Universum heute so aussieht, wie wir es beobachten: seicht (obwohl die Relativitätstheorie Raumkrümmung erlaubt, nach sich ziehen kosmische Dreiecke Winkelsummen von sehr genau 180 Qualität), kausal zusammenhängend (dieser kosmische Mikrowellenhintergrund hat in allen Richtungen sozusagen genau die gleiche Temperatur, ebendiese Bereiche konnten immerhin nur durch die Inflation im thermischen Kommunikation stillstehen), leer stehend von exotischen Quant 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 dieser Inflation resultieren und die Keimzellen dieser Sterne und Galaxien kultiviert nach sich ziehen sollen. Dasjenige Tolle an dieser Inflation ist, dass sie – sowie sie einmal am Laufen ist – ein Universum wie unseres produziert, egal wie dasjenige Universum vor dieser Inflation ausgesehen nach sich ziehen mag. Dasjenige genau ist immerhin zweite Geige dasjenige Problem an dieser Inflation: Sie wirkt wie ein “großer Ratzefummel” – Postulieren hoch ein “Davor” sind extrem schwierig zu treffen. Tatsächlich nach sich ziehen viele Inflationsmodelle (z.B. Andrei Lindes “chaotische Inflation”) die Randbedingung, dass in bestimmten Raumzeitbereichen immer wieder Quantenfluktuationen die Inflation neu scheuchen, so dass ebendiese niemals endet. Die Inflation kann danach durchaus ewig dauern und zweite Geige nur in bestimmten Raumbereichen jemals zum Finale kommen.

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Soll heissen, wir können die Vergangenheit unseres Kosmos zurückverfolgen solange bis in eine heiße Frühphase. Wenn wir dem gängigen Paradigma verfolgen und eine inflationäre Epoche entgegennehmen, dann ist dasjenige heiße Teilchenplasma Produkt eines Zerfalls des die Inflation antreibenden Inflatonfelds in Quant. Vorher gab es die Inflation, immerhin wie tief ebendiese 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 antik oder weithin unserer Universum wirklich ist, ob es dasjenige einzige ist und ob es verknüpfen Urknall – verstanden qua Anfangssingularität – jemals gab. Wenn Kosmologen danach darüber sprechen, irgendetwas habe “von kurzer Dauer nachher dem Urknall” stattgefunden, meinen sie im Prinzip nicht die Anfangssingularität sondern dasjenige Finale dieser Inflation.

Dass es die Inflation eine andere Sache ist nicht gab, sind wir noch ahnungsloser. Gar ist es tatsächlich sogar in Rede, ob es Sinn macht, unser klassisches Kurs dieser Zeit mit seinen Vorstellungen von Vergangenheit, Jetzt und Zukunft in eine Frühphase zu hochrechnen, in dieser 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” (zweite Geige traut qua “Zeitreisen”), hatte. So hatte dieser US-Kosmologe J. Richard olympische Gottheit schon Finale dieser 1990er vermutet, dasjenige Universum habe sich in einer Zeitreise selbst erzeugt [8]. Gut möglich sogar, dass die Zeit in diesen Bereichen gänzlich verschwindet, sich qua eine Gattung Wunschvorstellung entpuppt, ein Artefakt unserer Zielvorstellung hinaus die Welt, wie es die Wheeler-DeWitt-Gleichung pro 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 Leben,  können viele Milliarden Lichtjahre weit ins Weltall blicken und die Mikrowellenstrahlung aus dieser Frühphase des Universums messen. Freilich wir Kontakt haben nur 5% des Inhalts unseres Universums. Und wir wissen nicht, wie antik 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 dieser Natur, Kohlenstoff. Bertelsmann München 2016.

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

[4] Yuval Noah Harari: Eine kurze Vergangenheit dieser Menschheit, Krauts Verlags-Einrichtung München, 2013.

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

[6] Alan Guth: Die Geburt des Kosmos aus dem Nichts heraus, Droemer Knaur, München 1999.

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

[8] J.R. olympische Gottheit: Zeitreisen in Einsteins Universum, Rowohlt, Reinbek c/o Hamburg 2003.

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[9] Claus Kieferknochen: Dieser Quantenkosmos – von dieser zeitlosen Welt zum expandierenden Universum, Sulfur. Fischer Verlagshaus,  Frankfurt an der Oder 2008.

Heinrich Päs ist Professor pro Theoretische Physik an dieser TU Dortmund und forscht hoch Neutrinos, Teilchenphysik und Kosmologie. Er hat sich immerhin zweite Geige schon qua 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 dieser Natur, beim Segeln, Wellenreiten, Wandern, Skifahren oder Laufen.Und noch mehr qua die Welt liebt er seine die noch kein Kind geboren hat Sara.

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