Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Mittwoch, 14. Oktober 2020

Die drei Zeitalter des Universums, Einleitung

Die drei Zeitalter des Universums

 Unser Universum hat drei vollkommen unterschiedliche Substanzen.

In der Übersicht gebe ich die prozentuale Zusammensetzung des heutigen Universums an:

 

Normale Materie: Atome und alle daraus aufgebauten Objekte  >>>   etwa 5%

Dunkle Materie: übt Schwerkraft aus und sonst nichts, ist somit  auch unsichtbar, >>> 26%

Dunkle Energie: ist für die Expansion des Universums verantwortlich,  >>> 69%

Strahlung: aus sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegenden Photonen, >>> etwas über 0%

Normale Materie und Dunkle Materie fasst man noch, wegen ihrer vergleichbaren gravitativen Eigenschaften, zu Materie zusammen:

Materie 31%

Dunkle Energie 69%

Strahlung: 0,01%

380 000 Jahre nach dem Urknall sah das etwas anders aus:

Normale Materie: 12%

Dunkle Materie: 63%

also: Materie 75%

dazu: Strahlung 15%

          Neutrinos 10%

           Dunkle Energie fast 0%

Diese unterschiedlichen Zusammensetzungen kommen durch eine unterschiedliche Änderung der Konzentrationen durch die Expansion des Kosmos:

Die Dichte (nicht Menge!) der Dunklen Energie bleibt konstant. Da der Raum ein immer größeres Volumen bekommt, gibt es also immer mehr Dunkle Energie.

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.

Eine sehr schöne Darstellung dazu ist im Buch "Cosmology for the Curious" von Perlov und Vilenkin (Springer) zu sehen:

Die Darstellung der Energiedichten ist logarithmisch, es sind also nur die Exponenten gleichmäßig aufgetragen. Deshalb sehen wir nur Geraden.

Zwei Schnittpunkt sind interessant:

die Gleichheit der Energiedichte von Strahlung und Materie und später die Gleichheit der Energiedichte von Materie und Dunkler Energie.

Dadurch werden drei Zeitalter des Kosmos abgegrenzt:

Strahlungsära

Materieära

Ära der Dunklen Energie (hier vacuum era genannt).

Die hiermit gestartete Postserie wird sich nacheinander mit diesen kosmischen Zeiträumen beschäftigen.



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