E-Book, Deutsch, 410 Seiten, eBook
Perlov / Vilenkin Kosmologie für alle, die mehr wissen wollen
1. Auflage 2021
ISBN: 978-3-030-63359-2
Verlag: Springer International Publishing
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
E-Book, Deutsch, 410 Seiten, eBook
ISBN: 978-3-030-63359-2
Verlag: Springer International Publishing
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Kosmologie für alle, die mehr wissen wollen Dieses Sachbuch richtet sich an alle, die genauer wissen wollen, wie die Kosmologie heute unser Universum, dessen Anfang - den Urknall - und mögliches Ende erklärt. Es nimmt Sie mit auf die Suche der Wissenschaft nach Antworten auf die letzten kosmischen Fragen: Ist das Universum endlich oder unendlich? Hat es schon immer existiert? Wann und wie ist es entstanden - und wird es jemals enden? Die Autoren, die beide zu kosmologischen Fragestellungen forschen, bieten Ihnen eine leicht nachvollziehbare und konsistente Darstellung moderner kosmologischer Ideen. Sie erfahren alles über die Grundlagen der Kosmologie und das, was wir über den Urknall und unser beobachtbares Universum wissen, über Hintergründe aus der Teilchenphysik und den aktuellsten Stand der Wissenschaft zu Inflation und Co. Dabei wird Ihnen auch die eine oder andere Formel präsentiert - aber Sie benötigen dafür keine Vorkenntnisse, die über die Mathematik der Mittelstufe hinausgehen, und den notwendigen physikalischen Hintergrund dazu bekommen Sie gleich mitgeliefert. Nach der Lektüre dieses Buches wissen Sie also nicht nur, was die Physik heute über unser Universum und den ganzen Rest weiß, sondern auch warum.
Delia Perlovs Forschungsschwerpunkte gelten dem sich ewig ausdehnenden Multiversum und befassen sich mit verschiedenen Aspekten der Kosmologie, der Stringtheorie, der Quantenfeldtheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie. Sie hat an der Tufts University promoviert und war anschließend dort mehrere Jahre als Postdoc tätig, wo sie nun auch als Dozentin tätig ist.Alex Vilenkin gehört zu den wichtigsten Forschern an der Spitze der theoretischen Kosmologie und hat viele bedeutende Beiträge auf diesem Gebiet erbracht. Er ist vor allem für seine Theorien über die ewige kosmische Inflation, die Erschaffung des Universums aus dem Nichts und für seine bahnbrechenden Arbeiten über kosmische Strings bekannt. Er ist der Direktor des Tufts Institute of Cosmology.
Zielgruppe
Popular/general
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Danksagung;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Teil I Der Urknall und das beobachtbare Universum;13
4;1 Historischer Überblick;14
4.1;1.1Die großen kosmischen Fragen;14
4.2;1.2Ursprünge der wissenschaftlichen Kosmologie;15
4.3;1.3Kosmologie heute;19
5;2 Newtons Universum;25
5.1;2.1Die Newton’schen Bewegungsgesetze;25
5.2;2.2Die Newton’sche Schwerkraft;29
5.3;2.3Beschleunigung des freien Falls;32
5.4;2.4Kreisbewegung und planetarische Bahnen;33
5.5;2.5Energieerhaltung und Fluchtgeschwindigkeit;35
5.6;2.6Die Newton’sche Kosmologie;40
5.7;2.7Olbers’ Paradoxon;41
6;3 Die Spezielle Relativitätstheorie;45
6.1;3.1Das Prinzip der Relativität;45
6.2;3.2Lichtgeschwindigkeit und Elektromagnetismus;49
6.3;3.3Einsteins Postulate;53
6.4;3.4Gleichzeitigkeit;55
6.5;3.5Zeitdilatation;56
6.6;3.6Längenkontraktion;59
6.6.1;Beschleunigung von Myonen;59
6.7;3.7E?=?mc2;61
6.8;3.8Von Raum und Zeit zur Raumzeit;62
6.9;3.9Kausalität in der Raumzeit;66
7;4 Die Struktur von Raum und Zeit;75
7.1;4.1Die erstaunliche Hypothese;76
7.2;4.2Die Geometrie des Raums;79
7.2.1;Euklidische Geometrie;79
7.2.2;Nicht euklidische Geometrie;83
7.3;4.3Gekrümmter Raum;84
7.3.1;Die Krümmung von Oberflächen;84
7.3.2;Die Krümmung des dreidimensionalen Raums;87
7.4;4.4Die Allgemeine Relativitätstheorie;89
7.5;4.5Vorhersagen und Überprüfung der Allgemeinen Relativitätstheorie;92
7.5.1;Lichtablenkung und Gravitationslinsen;92
7.5.2;Gravitative Zeitdilatation;93
7.5.3;Schwarze Löcher;94
7.5.4;Gravitationswellen;96
8;5 Ein expandierendes Universum;101
8.1;5.1Einsteins statisches Universum;101
8.2;5.2Probleme mit einem statischen Universum;105
8.3;5.3Friedmanns expandierendes Universum;108
9;6 Beobachtende Kosmologie;116
9.1;6.1Fingerabdrücke der Elemente;117
9.2;6.2Messen von Geschwindigkeiten;119
9.3;6.3Messen von Entfernungen;121
9.4;6.4Die Anfänge der extragalaktischen Astronomie;126
10;7 Das Hubble-Gesetz und das expandierende Universum;129
10.1;7.1Ein expandierendes Universum;130
10.2;7.2Ein Anfang des Universums?;133
10.3;7.3Die Steady-State-Theorie;134
10.4;7.4Der Skalenfaktor;136
10.5;7.5Kosmische Rotverschiebung;137
10.6;7.6Das Alter des Universums;138
10.7;7.7Die Hubble-Entfernung und der kosmische Horizont;139
10.8;7.8Nicht alles expandiert;142
11;8 Das Schicksal des Universums;146
11.1;8.1Die Kritische Dichte;146
11.2;8.2Der Dichteparameter;149
12;9 Dunkle Materie und dunkle Energie;153
12.1;9.1Die mittlere Massendichte des Universums und die dunkle Materie;154
12.2;9.2Dunkle Energie;160
12.3;9.3Das Schicksal des Universums – noch einmal von vorn;163
13;10 Die Quantenwelt;167
13.1;10.1Quanten als diskrete Objekte;167
13.2;10.2Nichtdeterminiertheit von Quanten;169
13.3;10.3Die Wellenfunktion;172
13.4;10.4Die Viele-Welten-Interpretation;176
14;11 Der heiße Urknall;180
14.1;11.1Nach der Expansion in der Zeit zurückgehen;180
14.2;11.2Wärmestrahlung;183
14.3;11.3Das Modell vom heißen Urknall;186
14.4;11.4Die Entdeckung des heißen Urzustands;188
14.5;11.5Bilder des sehr jungen Universums;191
14.6;11.6CMB heute und in früheren Zeitphasen;194
14.7;11.7Die drei kosmischen Phasen;196
15;12 Strukturbildung;201
15.1;12.1Kosmische Struktur;201
15.2;12.2Aufbau der Struktur;205
15.3;12.3Beobachtung der Entwicklung kosmischer Strukturen;207
15.4;12.4Primordiale Dichtefluktuationen;209
15.5;12.5Supermassereiche Schwarze Löcher und aktive Galaxien;210
16;13 Häufigkeit der Elemente;213
16.1;13.1Warum Alchemisten nicht erfolgreich waren;213
16.2;13.2Urknall-Nukleosynthese;215
16.3;13.3Die Nukleosynthese in den Sternen;219
16.4;13.4Entstehung von Planetensystemen;221
16.5;13.5Leben im Universum;223
17;14 Das sehr frühe Universum;228
17.1;14.1Teilchenphysik und der Urknall;228
17.2;14.2Das Standardmodell der Teilchenphysik;232
17.2.1;Die Teilchen;232
17.2.2;Die Kräfte;234
17.3;14.3Symmetriebrechungen;236
17.4;14.4Die Zeitachse des frühen Universums;239
17.5;14.5Physik jenseits des Standardmodells;240
17.5.1;Vereinigung der Grundkräfte;241
17.6;14.6Vakuumdefekte;244
17.6.1;Domänenwände;244
17.6.2;Kosmische Strings;246
17.6.3;Magnetische Monopole;248
17.7;14.7Baryogenese;249
18;Teil II Jenseits des Urknalls;254
19;15 Probleme mit dem Urknall;255
19.1;15.1Das Flachheitsproblem: Warum ist die Geometrie des Universums flach?;255
19.2;15.2Das Horizontproblem: Warum ist das Universum so homogen?;257
19.3;15.3Das Strukturproblem: Was ist der Ursprung der kleinen Dichtefluktuationen?;260
19.4;15.4Das Monopolproblem: Wo sind sie?;260
20;16 Die Theorie der kosmischen Inflation;263
20.1;16.1Lösung des Flachheits- und des Horizontproblems;263
20.2;16.2Die kosmische Inflation;264
20.2.1;Das falsche Vakuum;264
20.2.2;Exponentielle Expansion;267
20.3;16.3Lösungen für die Probleme des Urknalls;269
20.3.1;Das Flachheitsproblem;269
20.3.2;Das Horizontproblem;269
20.3.3;Das Strukturbildungsproblem;271
20.3.4;Das Monopolproblem;271
20.3.5;Die Ausdehnung und die hohe Temperatur des Universums;271
20.4;16.4Zerfall des Vakuums;272
20.4.1;Das siedende Vakuum;272
20.4.2;Das Graceful Exit-Problem;273
20.4.3;Slow Roll-Inflation;274
20.5;16.5Ursprung der kleinen Dichtefluktuationen;276
20.6;16.6Weiteres zur Inflation;279
20.6.1;Kommunikation im inflationären Universum;279
20.6.2;Energieerhaltung;281
21;17 Tests für die Inflation: Vorhersagen und Beobachtungen;284
21.1;17.1Flachheit;284
21.2;17.2Dichtefluktuationen;285
21.3;17.3Gravitationswellen;289
21.4;17.4Offene Fragen;294
22;18 Die ewige Inflation;298
22.1;18.1Volumenzunahme und -zerfall;298
22.2;18.2Random Walk des Inflaton-Feldes;301
22.3;18.3Ewige Inflation durch Blasennukleation;303
22.4;18.4Raumzeiten der Blasen;305
22.5;18.5Kosmische Klone;309
22.6;18.6Das Multiversum;312
22.7;18.7Überprüfen des Multiversums;315
22.7.1;Blasenkollisionen;315
22.7.2;Schwarze Löcher aus dem Multiversum;315
23;19 Stringtheorie und Multiversum;321
23.1;19.1Was ist die Stringtheorie?;322
23.2;19.2Extradimensionen;324
23.3;19.3Die Energielandschaft;325
23.4;19.4Multiversum der Stringtheorie;327
23.5;19.5Das Schicksal unseres Universums neu betrachtet;328
24;20 Anthropische Selektion;331
24.1;20.1Die Feinabstimmung der Naturkonstanten;332
24.1.1;Neutronenmasse;332
24.1.2;Stärke der schwachen Wechselwirkung;333
24.1.3;Stärke der Schwerkraft;333
24.1.4;Das Ausmaß der Dichtestörungen;334
24.2;20.2Das Problem der kosmologischen Konstante;334
24.2.1;Das dynamische Quantenvakuum;334
24.2.2;Abgestimmt auf das Leben?;335
24.3;20.3Das anthropische Prinzip;338
24.4;20.4Was für und gegen anthropische Erklärungen spricht;340
25;21 Das Prinzip der Mittelmäßigkeit;344
25.1;21.1Die Glockenkurve;344
25.2;21.2Das Prinzip der Mittelmäßigkeit;346
25.3;21.3Ermittlung der Verteilung durch Zählung der Beobachter;347
25.4;21.4Vorhersage der kosmologischen Konstante;348
25.4.1;Grobe Schätzung;348
25.4.2;Die Verteilung;349
25.5;21.5Das Messproblem;351
25.6;21.6Das Weltuntergangsargument und die Zukunft unserer Zivilisation;353
25.6.1;Große und kleine Zivilisationen;355
25.6.2;Die Wahrscheinlichkeit übertreffen;356
26;22 Hatte das Universum einen Anfang?;359
26.1;22.1Ein Universum, das schon immer existiert?;359
26.2;22.2Der BGV-Satz;361
26.2.1;Was bedeutet dies für uns?;363
26.2.2;Ein Gottesbeweis?;363
27;23 Die Erschaffung von Universen aus dem Nichts;366
27.1;23.1Das Universum als Quantenfluktuation;366
27.2;23.2Quantentunnelung aus dem „Nichts“;369
27.2.1;Euklidische Zeit;371
27.3;23.3Das Multiversum der Quantenkosmologie;372
27.4;23.4Die Bedeutung des „Nichts“;374
28;24 Das Gesamtbild;377
28.1;24.1Das beobachtbare Universum;377
28.1.1;Was wissen wir?;377
28.1.2;Kosmische Inflation;379
28.2;24.2Das Multiversum;379
28.2.1;Blasenuniversen;379
28.2.2;Andere unzusammenhängende Raumzeiten;380
28.2.3;Ebenen des Multiversums;381
28.2.4;Das mathematische Multiversum und Ockhams Rasiermesser;382
28.3;24.3Antworten auf die „Großen Fragen“;386
28.4;24.4Unser Platz im Universum;386
29;25 Anhang;388
30;26 Weiterführende Literatur;397
31;Stichwortverzeichnis;400
Teil I Der Urknall und das beobachtbare Universum: Historischer Überblick.- Newtons Universum.- Die Spezielle Relativitätstheorie.- Das Gefüge von Raum und Zeit.- Ein expandierendes Universum.- Beobachtende Kosmologie.- Hubbles Gesetz und das expandierende Universum.- Das Schicksal des Universums.- Dunkle Materie und dunkle Energie.- Die Quantenwelt.- Der heiße Urknall.- Strukturbildung.- Häufigkeit der Elemente.- Das sehr frühe Universum.- Teil II Jenseits des Urknalls: Probleme mit dem Urknall.- Die Theorie der kosmischen Inflation.- Test für die Inflation: Vorhersagen und Beobachtungen.- Die ewige Inflation.- Stringtheorie und Multiversum.- Anthropische Selektion.- Das Prinzip der Mittelmäßigkeit.- Hatte das Universum einen Anfang?- Erschaffung von Universen aus dem Nichts.- Gesamtbild.- Anhang.
