Das kosmologische Standardmodell

ISBN

978-3-662-59626-5

Zusammenfassungen

Das vorliegende Buch bietet einen umfassenden Überblick über das kosmologische Standardmodell und seine empirische Evidenz: Von welchen Annahmen über den Kosmos und seine Entwicklung gehen wir aus? Wie erklärt die Inflation die Entstehung von Strukturen? Wie verhalten sich Dichtestörungen im Laufe der Zeit? Welche Erkenntnisse können wir aus Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und des Gravitationslinseneffekts ziehen? Neben den Grundlagen, der theoretischen Beschreibung und den Beobachtungen beleuchtet der Autor den aktuellen Stand der Forschung und bespricht offene Fragen der modernen Kosmologie. Damit erreicht das Buch dreierlei: Es schafft Verständnis für die Grundlagen des Modells, beschreibt die empirische Evidenz, die ihm seine Überzeugungskraft verleiht, und regt zum Weiterfragen an.

Das Buch bietet sich für Bachelor- oder Masterstudierende der Physik als modernes und verständlich geschriebenes Lehrbuch an. Die Kapitel beginnen mit grundlegenden Fragen zum jeweiligen Thema, wichtige Formeln und Aussagen sind als solche hervorgehoben, kleine Zwischenfragen regen zum aktiven Mitdenken an und Hinweise warnen den Leser vor häufigen Fehlkonzepten oder Verständnisproblemen. Vertiefungsboxen ermöglichen einen Blick über den kanonischen Vorlesungsstoff hinaus und in zahlreichen Beispielen werden physikalische Größen berechnet oder abgeschätzt. Die Lektüre hilft Leserinnen und Lesern dabei, eigene Fragen über unser physikalisches Verständnis des Kosmos zu stellen und Antworten zu finden. Aus dem Inhalt Homogene, isotrope Weltmodelle Alter und Ausdehnung der Welt Thermische Entwicklung Inflation und Dunkle Energie Strukturen im Universum Der kosmische Mikrowellenhintergrund Halos und ihre Massenfunktion Gravitationslinsen Galaxienhaufen, Galaxien und Gas

Aus dem Inhalt

Homogene, isotrope Weltmodelle
Alter und Ausdehnung der Welt
Thermische Entwicklung
Inflation und Dunkle Energie
Strukturen im Universum
Der kosmische Mikrowellenhintergrund
Halos und ihre Massenfunktion
Gravitationslinsen
Galaxienhaufen, Galaxien und Gas

Errata

Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Glossar
Verständnisfragen

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Begriff	Erklärung
Cepheiden	Cepheiden, benannt nach dem pulsationsver&#228nderlichen Stern $\delta$ Cephei, sind Sterne in sp&#228ten Entwicklungsstadien, die periodisch ver&#228nderlich sind. Die zugrunde liegende Instabilit&#228t wird durch eine Temperaturabh&#228ngigkeit der photosph&#228rischen Opazit&#228t dieser Sterne angetrieben, die durch den &#220bergang zwischen ein- und zweifach ionisiertem Helium verursacht wird. Die kosmologisch wichtige Eigenschaft der Cepheiden ist, dass die Periode ihrer Ver&#228nderlichkeit und ihre Leuchtkraft miteinander verbunden sind.
Deuteriumfusion	Die Deuteriumfusion und damit alle weiteren Fusionsreaktionen finden statt, w&#228hrend das Universum zwischen f&#252nf und sechs Minuten alt ist. Die entsprechende thermische Energieskala liegt bei etwa 68 keV. Ebenso wie die Rekombinationsreaktion des Wasserstoffs werden also die primordialen Fusionsreaktionen durch die enorme &#220berzahl der Photonen gegen&#252ber den Baryonen erheblich verz&#246gert.
Dunkle Energie	Viele Kosmologen bevorzugen die Vorstellung, dass die kosmologische Konstante eigentlich nicht konstant ist, sondern dass die beschleunigte kosmische Expansion, die durch die kosmologische Konstante erkl&#228rt werden k&#246nnte durch eine Substanz mit negativem Druck verursacht w&#252rde. Diese hypothetische Substanz wird als dunkle Energie bezeichnet. Sie muss durch eine Zustandsgleichung gekennzeichnet sein, derzufolge der Druck der dunklen Energie gen&#252gend negativ werden kann. Eine solche Erkl&#228rung durch ein dynamisches Feld h&#228tte den Vorzug, dass damit zumindest prinzipiell erkl&#228rbar w&#252rde, wie sich die Dichten der (dunklen) Materie und der dunklen Energie aufeinander einstellen k&#246nnten.
Dunkle Materie	Dunkle Materie macht etwa 85 % der Materie im Universum aus. Wir wissen nur wenig &#252ber sie. Klar ist jedenfalls, dass sie nicht elektromagnetisch wechselwirken darf.
Friedmann-Gleichungen	Die Friedmann-Gleichungen $$\left(\frac{\dot a}{a}\right)^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho-\frac{Kc^2}{a^2}+\frac{\Lambda c^2}{3}\nonumber$$ $$\frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}\left(\rho+\frac{3P}{c^2}\right)+\frac{\Lambda c^2}{3}\;, $$ folgen aus den Einstein'schen Feldgleichungen, wenn man eine Robertson-Walker-Metrik annimmt, die r&#228umlich isotrop und homogen ist. Sie bestehen aus zwei gew&#246hnlichen Differentialgleichungen in der Zeit f&#252r den Skalenfaktor $a$. $\Lambda$ ist die kosmologische Konstante, $G$ ist die Gravitationskonstante, $K$ die Kr&#252mmung.