Erster Teil: siehe 14.10.
Die Strahlungsära
Wir wollen uns nun mit den ersten 70 000 Jahren unseres Kosmos beschäftigen:
Vergleicht man die 14 Milliarden Jahre, die das Universum schon existiert, mit dem Leben eines Menschen von 80 Jahren, so dauert die Strahlungsära umgerechnet 3,4 Stunden in einem Menschenleben!
Am Ende dieser Ära hat der Kosmos etwa 0,03% seiner heutigen Größe! (Ein Mensch wäre gerade 0,5 mm groß....)
Das sind immerhin schon etwa 5 Millionen Lichtjahre! Die Temperatur liegt bei 9000 K, die kosmische Rotverschiebung bei über 3000.
Ab da ist der Kosmos kühl genug, dass die Materie die weitere Entwicklung bestimmt.
Aber bleiben wir in der Strahlungsära:
Strahlung ist Energie und als Energieball hat der Kosmos irgendwie angefangen.
Damit sich aus Strahlung etwas anderes bilden kann, muss die Energie sinken. Erst wenn die Strahlungsenergie der Massenenergie von Materieobjekten entspricht, können sich dauerhaft diese Materieobjekte halten und das Regime übernehmen.
Unter allen möglichen Universen gelingt dies sicher denen am besten, bei denen die Energie der Strahlung schneller abnimmt als die der anderen Objekte.
Das ist in unserem Kosmos der Fall gewesen, wie ich im ersten Post erklärt habe:
Das Volumen des Raumes wächst mit seiner Ausdehnung R (Skalenfaktor), es ist proportional zu R³, also nimmt die Dichte der Materie mit R³ ab.
Durch die Ausdehnung wachsen die Wellenlängen der Strahlung proporional zu R, also nimmt die Energie mit 1/R ab.
Da die Dichte der Strahlung auch mit R³ abnimmt, nimmt die Energiedichte der Strahlung besonders stark, also mit der vierten Potenz von R ab.
Man kann den Zustand der Strahlungsära aus den Friedmann-Gleichungen herleiten. Das sind sozusagen die Bewegugnsgleichungen eines Universums, die die Raumkrümmung berücksichtigen und alles, was im Universum ist.
Letztlich sind sie Umschreibungen des Energieerhaltungssatzes und der Gleichung F = m*a.
Mit diesen Gleichungen erhält man die folgenden Prporionalitäten:
Skalenfaktor R(t) ~ √t : Der Skalenfaktor R ist proportional zur Wurzel aus der Zeit
Da der Horizont proportional zur Zeit t anwächst, also wesentlich schneller, würden Beobachter in dieser Ära sehen, wie immer mehr vom Universum sichtbar wird.
(Das wird sich bald ändern...dann wird immer mehr vom Universum aus unserem Blick verschwinden...).
Die Materiedichte kann man aus 450 Millionen/t² in kg/m³ berechnen.
Die Temperatur lässt sich mit der Formel T = 10 Milliarden/ t bestimmen.
Mit diesne Formeln können wir genau angeben, wann wleche Materieobjekte sich aus der Strahlung herauskristallisieren:
Nach 1 Mikrosekunde bei einer Temperatur von 10 Billionen Grad kristallisieren sich die Quarks aus der Strahlung. Das sind die Bauteile für die späteren protonen und neutronen.
Etwas später, also bei t = 1 sec entstehen so die Elektronen bei einer Temperatur von knapp 12 Milliarden Grad.
Im Bild sehen wir eine solche Materialisierung in einer Aufnahme des DESY in Hamburg. Der Weg des Strahlungsteilchens ist grün markiert (er ist nicht sichtbar). Man sieht am Ende zwei unterschiedliche aufgewickelte Spiralen. Sie gehören zu einem negativ geladenen Elektron und seinem positiv geladenen Antipartner Positron. Da der Vorgang absichtlich in einem starken Magnetfeld beoabchtet wird, kann man sehr schön diese Ladungen an der Spiralrichtung identifizieren.
Diese Prozesse sind nicht einfach zu verstehen, denn es muss etwas mehr Materie als Antimaterie entstehen. Das habe ich in früheren Posts mehrfach behandelt (z.B.: Wie sag ichs meinem Alien?).
Pro Milliarden Prozesse muss einer sein, bei dem nur ein Materieteilchen entsteht.
Fazit:
In der Strahlungsära sorgt der schnelle Temperaturabfall für einen schrittweisen Umwandlungsprozess der Strahlung in die Bauteile für Objekte und Kräfte, die später im Universum den weiteren Ablauf bestimmen.
Ist eigentlich ok so, denn in einem winzigen Embryo ist auch schon alles angelegt...es muss nur noch wachsen...
Und das geschieht beim Kosmos in der Materie-Ära!
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