8 Die zehn Geheimnisse, die Sie über Küchentisch 70 X 70 Frame nicht wissen sollten

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

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“meine Wenigkeit habe den tollen Geistesblitz, die ganze materielle Welt, die Gesamtheit welches wir heute von den Erscheinungen dieser Himmelsräume und des Erdenlebens, von den Nebelsternen solange bis zur Geographie dieser Moose gen den Granitfelsen, wissen, die Gesamtheit 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, die Gesamtheit 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 allerdings schon unter Pythagoras in dieser Geltung “Weltordnung” und “Welt” gebraucht. In diesem Fall ging es Humboldt zum Verknüpfen um eine Gesamtschau wissenschaftlicher Welterforschung, zum Anderen um eine Darstellung dieser Natur qua Ganzes, qua “netzartiges verschlungenes Stoff”. Natürlich war Humboldts Unternehmen notwendigerweise fragmentarisch, dies Wissen um die Welt zu Humboldts Zeiten restriktiv. So findet man gen Wikipedia eine Speisenkarte Afrikas aus dem Jahr 1861, die große Bereiche des Landesinnern qua unerforscht, qua “weiße Flecken” gen dieser Landkarte abbildet:

Weiße Flecken sind hierbei 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 explorieren. Wer hingegen dort, wo Karten unerforschtes Terrain zeigen, störungsfrei Furie malt, bremst den Fortschritt dieser Wissenschaft.

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

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

Dagegen gleichfalls dieser beeindruckende Fortschritt darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Kartierung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds Vieles, welches unsichtbar ist, weglässt. Dass wir gleichfalls heute noch zusammenführen Majorität 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, deswegen die Inhaltsstoffe dieser Atomkerne, die ihrerseits aus Quarks Leben. Verknüpfen viel größeren Quote des Universums, nämlich rund 25% macht die (nichtbaryonische) “Dunkle Materie” aus, von dieser man annimmt, dass sie aus bisher unbekannten und unentdeckten Quant besteht. Nachdem diesen Teilchen wird in den verschiedensten Experimenten weltweit gesucht, gleichfalls im Elementarteilchenbeschleuniger LHC am CERN in Genf. Weitestgehend vollwertig unverstanden ist die sogenannte “Dunkle Leistung” eine Typ 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 deswegen bisher nur 5% unseres Universums, und selbst die bekannte baryonische Materie birgt Rätsel: So ist bisher ungeklärt, warum es sozusagen nur Materie und kaum Kontra-Materie im Universum gibt. Zu Händen den Prozess, dieser hierfür zuständig sein soll und “Baryogenese” genannt wird, gibt es derzeit mehrere Modelle, von denen nicht lukulent ist, ob eines und wenn ja welches die korrekte Erklärung liefert.

Zumindest, welches dies sichtbare Universum angeht, scheinen sich die Kosmologen wirklich ziemlich sicher zu sein: Dies 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 zusammenschreiben konnten und nachdem ca. 400 000 Jahren Elektronen und Atomkerne zu neutralen Atomen “rekombinierten”, wodurch dies Universum durchsichtig und dieser kosmische Mikrowellenhintergrund, dessen Kartierung wir oben bewundert nach sich ziehen, freigesetzt wurde. Nachdem 100 Mio. Jahren entstanden die ersten Sterne, die wiederum nachdem notdürftig 1 Mrd. Jahre Galaxien bildeten. Die Idee vom Urknall ist so starr etabliert, dass tatsächlich oft spekuliert wird, ob dieser Urknall qua Herkunft aller Gimmick nicht mit einer göttlichen Schöpfung gleichgesetzt werden könne, eine Idee, die zum Vorbild von dem Physiker Paul Davies, dem Kirchenkritiker Hans Küng und Papst Johannes Paul II. diskutiert wurde.

Dagegen 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 dieser Urknall futsch. Nun muss man nicht Stephen Hawking sein, um gen die Idee vom Urknall zu kommen – und er war gleichfalls keineswegs dieser erste, dieser ebendiese Idee diskutiert hat. Start des Arguments ist Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, dieser zufolge Raum und Zeit keine starre Speicher des kosmischen Geschehens mehr sind, sondern selbst einer Kontrastumfang unterliegen, sich verdrehen, dehnen und zusammendrücken können.

Schon in den 1920er Jahren, deswegen nur wenige Jahre nachdem dieser Umgangston dieser 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 zu Beginn weder noch schmeckte). 1929 bestätigte Edwin Hubble dann die kosmische Expansion, non… er die Fluchtgeschwindigkeit extragalaktischer Nebel aus dieser Rotverschiebung, deswegen dieser Dehnung dieser Wellenlänge des von ihnen emittierten Lichts, bestimmte (wenn gleichfalls seine Datenanalyse nachdem heutigen Gesichtspunkten irgendetwas gewagt ist). Die Schlussfolgerung war und ist: Dies Universum, deswegen dieser Raum zwischen Galaxien, dehnt sich aus. Wie unter Punkten, die gen zusammenführen 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 dieser aus dieser Einsteinschen Theorie abgeleiteten Friedmann-Gleichungen zeigen, dass – fiktiv dieser Materieinhalt des Universums verändere sich (ausgenommen von Volumenausdünnung) nicht – die Abstände aller Galaxien vor einer endlichen Zeitspanne null gewesen sein zu tun sein: Eine sogenannte “Anfangssingularität”, unter dieser jedweder Massendichten unendlich werden – dieser Urknall.

Dies 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 (nachdem dieser idealen Gasgleichung) unter konstantem Verdichtung ein zur Temperatur proportionales Volumen nach sich ziehen. Man könnte jetzt deswegen schließen, dass dies Volumen von Wasserdampf  linear mit dieser Temperatur sinkt und am Absoluten Nullpunkt in einer Singularität verschwindet. Spätestens beim Gefrieren zu Glace wird man wirklich feststellen, dass dies Volumen mit sinkender Temperatur nicht nur nicht wie fiktiv sinkt, sondern sogar steigt (die sogenannte “Anomalie des Wassers” und dieser Grund hierfür, dass Glace gen Wasser schwimmt und man im Winter manchmal Schlittschuhlaufen kann). Ursache ist ein sogenannter Phasenübergang (Wasser wird erst schuldenfrei und dann starr), dieser darauf beruht, dass es pro die Wassermoleküle unter bestimmten Temperaturen aufgrund ihrer Selbstwechselwirkungen energetisch günstiger ist, ausgedehnte Eiskristalle zu zusammenschreiben. Solche Phasenübergänge nach sich ziehen wir gleichfalls im frühen Universum: Dort kann es pro Quantenfelder unter bestimmten Temperaturen energetisch günstiger sein, zusammenführen anderen Feldwert anzunehmen. Dieser Feldwert mit minimaler Leistung wird mit dem Vakuum identifiziert, da es zusammenführen leeren Raum aufgrund ständig präsenter Quantenfluktuationen in dieser Quantenfeldtheorie nicht gibt. Ein prominentes Vorbild ist dies “Ausfrieren” des Higgsfelds im Vakuum, dies pro die Massen dieser Quant zuständig ist.

Insbesondere in Betracht kommen die meisten Kosmologen (gleichfalls 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 störungsfrei von kurzer Dauer “Inflation”) gab [6], in dieser sich dies Universum, unruhig durch die Vakuumenergie eines “Inflatonfelds”, beschleunigt weit hat. Die Inflation soll hierfür gesorgt nach sich ziehen, dass dies Universum heute so aussieht, wie wir es beobachten: seicht (obwohl die Relativitätstheorie Raumkrümmung erlaubt, nach sich ziehen kosmische Dreiecke Winkelsummen von sehr genau 180 Stufe), kausal zusammenhängend (dieser kosmische Mikrowellenhintergrund hat in allen Richtungen sozusagen genau die gleiche Temperatur, ebendiese Bereiche konnten allerdings nur durch die Inflation im thermischen Übertragung stillstehen), leer 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 weltmännisch nach sich ziehen sollen. Dies Tolle an dieser Inflation ist, dass sie – wenn sie einmal am Laufen ist – ein Universum wie unseres produziert, egal wie dies Universum vor dieser Inflation ausgesehen nach sich ziehen mag. Dies genau ist allerdings gleichfalls dies Problem an dieser Inflation: Sie wirkt wie ein “großer Radiergummi” – Eine Behauptung aufstellen darüber hinaus 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 aufstacheln, so dass ebendiese niemals endet. Die Inflation kann deswegen durchaus ewig fortdauern und gleichfalls 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 gehorchen und eine inflationäre Epoche entgegennehmen, dann ist dies heiße Teilchenplasma Produkt eines Zerfalls des die Inflation antreibenden Inflatonfelds in Quant. Vorher gab es die Inflation, allerdings wie Menorrhagie 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 altertümlich oder weitläufig unserer Universum wirklich ist, ob es dies einzige ist und ob es zusammenführen Urknall – verstanden qua Anfangssingularität – jemals gab. Wenn Kosmologen deswegen darüber sprechen, irgendetwas habe “von kurzer Dauer nachdem dem Urknall” stattgefunden, meinen sie gewissermaßen nicht die Anfangssingularität sondern dies Finale dieser Inflation.

Sofern es die Inflation eine andere Sache ist nicht gab, sind wir noch ahnungsloser. Schier 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” (gleichfalls prestigeträchtig qua “Zeitreisen”), hatte. So hatte dieser US-Kosmologe J. Richard olympische Gottheit schon Finale dieser 1990er vermutet, dies Universum habe sich in einer Zeitreise selbst erzeugt [8]. Gut möglich sogar, dass die Zeit in diesen Bereichen gänzlich verschwindet, sich qua eine Typ Wunschvorstellung entpuppt, ein Artefakt unserer Ziel gen 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 Sphäre blicken und die Mikrowellenstrahlung aus dieser Frühphase des Universums messen. Dagegen wir Kontakt haben nur 5% des Inhalts unseres Universums. Und wir wissen nicht, wie altertümlich oder weitläufig 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 nachdem Wikipedia: Media Alexander von Humboldt: Kosmos, Cotta, Stuttgart 1845-58

[4] Yuval Noah Harari: Eine kurze Historie dieser Menschheit, Krauts Verlags-Institution 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 unter Hamburg 2003.

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[9] Claus Kieferknochen: Jener Quantenkosmos – von dieser zeitlosen Welt zum expandierenden Universum, Schwefel. Fischer Verlagshaus,  Frankfurt/Oder 2008.

Heinrich Päs ist Professor pro Theoretische Physik an dieser TU Dortmund und forscht darüber hinaus Neutrinos, Teilchenphysik und Kosmologie. Er hat sich allerdings gleichfalls 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 mit Vergnügen 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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