Einführung
Stellung in der Welt
In Raum und Zeit
Die Evolution
Aberglaube, Religion
Das Gehirn versagt
Zahlenspiele
Relativitätstheorien
Quantenphysik
Chaos und Fraktale
 Die Erde
 Aufbau der Materie
Stichwort "Realität"
 

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Der Mensch im Raum und in der Zeit - Kosmologie

"13,7 Milliarden"
(Montage Heinz G. Klug)

Wenn das menschliche Auge (unterstützt von Teleskopen) in den Weltraum hinausschaut, dann scheinen die weitesten Objekte 13,7 Milliarden Lichtjahre entfernt. 13,7 Milliarden Jahre hat das Licht gebraucht bis es im Auge des Menschen ankommt. Der Mensch schaut also gleichzeitig in die Ferne und in die Vergangenheit.

Der Urknall „verbirgt“ sich hinter der Hintergrund-Mikrowellenstrahlung die entstand als 380 000 Jahre nach dem Urknall das Universum für elektromagnetische Strahlung durchlässig wurde. Von rund 3000° ist sie auf heute 2,7° abgekühlt.

Die entferntesten Objekte, die wir heute sehen können, waren bei der Aussendung ihres Lichtes nur 42 Millionen Lichtjahre von unserer Position im Raum entfernt. Mit der Expansion des Weltraums haben sie sich weiter von uns entfernt. Heute, nach 13,7 Milliarden Jahren, wird ihre tatsächliche aktuelle Entfernung  mit 46-47  Milliarden Lichtjahren errechnet: Der Durchmesser des beobachtbaren Universums ist heute rund 93 Milliarden Lichtjahre. Wie groß das Universum tatsächlich ist – vielleicht sogar unendlich, wie heute vielfach angenommen? – entzieht sich der Beobachtung.
 
 
 
 

Das Kapitel gliedert sich in die Abschnitte

1 Der Mensch im Raum
    Die Erde
    Das Sonnensystem
    Sterne und Galaxien

2  Der Mensch in der Zeit
    Naive Vorstellungen und erste Zweifel
    Aus Raum und Zeit wird Raumzeit
    Die Geschichte des Universums wird entdeckt
    Der Urknall („Big Bang“)
    Das Universum heute
    Wie viel Zukunft?
    Alternativen

Verwendete und empfohlene Literatur


 

1    Der Mensch im Raum

Dieser Abschnitt folgt über weite Strecken der historischen Darstellung Isaac Asimovs (1920-1992) in seinem Buch „The Universe – From Flat Earth to Quasar (1966)

Die Erde

Als sich Menschen zuerst über die Gestalt und Größe ihrer Welt  Gedanken mach-ten, da musste das Ergebnis der naiven Anschauung entsprechen: die Erde war eine flache Scheibe mit einer Himmelsglocke darüber, die sich offenbar als ganzes bewegte.

Herrscher über Reiche wie das persische waren wohl die ersten, die ein Gefühl für die Größe der Erde entwickeln konnten: Wie viele  Tageritte eines Boten war die Grenze des Reiches entfernt?

Der erste der die Größe des als flach und kreisförmig vermuteten Welt zu quantifizieren  versuchte war Hekataios von Milet. Um 500 v.Chr. kam er  auf einen „Erdkreis“ von etwa   8000 km Durchmesser.


Rekonstruiert: Der Erdkreis des Hekataios.
(nach Wikipedia)

Wie aber  jeder Seefahrer und jeder Küstenbewohner aus eigener Anschauung weiß (Schiffe versinken hinter dem Horizont) , muss die Oberfläche der Erde gekrümmt sein. Um 450 v.Chr. schlug Philolaos von Tarent vor dass die bewohnte Erde Kugelgestalt habe, Aristoteles (384-322 v.Chr.) arbeitete das Konzept aus.

Erathostenes von Cyrene (276 – 196 v.Chr.), viele Jahre Leiter der Bibliothek in Alexandria,  gelang die erste Bestimmung des Erdradius: mit rund 12 200  km kam er der Wahrheit erstaunlich nahe (der wahre Wert ist  12 756 km).   Seinen Nachfolgern war der Wert offenbar unglaubhaft hoch: Sie setzten ihn um ¼ herunter. Dieser kleinere Wert gab Christoph Columbus den festen Glauben, 1492 Indien  erreicht zu haben.....  1522 kehrte das letzte der drei Schiffe Magellans von der Umsegelung der Erde zurück – die Kugelform war endgültig bewiesen.

Das Sonnensystem

Den griechischen Philosophen gelang auch die erste Abschätzung der Entfernung des Mondes durch Beobachtung des Erdschattens bei einer Mondfinsternis. Aristarchos von Samos entwickelte das Konzept (320-250 v.Chr.), Hipparchus von Nicäa (190-120 v.Chr.) verfeinerte es und kam zum Ergebnis, der Mond sei 30mal den Erddurchmesser entfernt. Mit dem guten Wert des Erathostenes  ergibt das rund 360 000 km – nicht übel, der wirkliche Wert schwankt zwischen 356 400 und 406 700 km.

Aristarchos schlug bereits vor die Sonne als Mittelpunkt der Welt aufzufassen, konnte sich aber nicht durchsetzen. Er gab den ersten wissenschaftlich-methodisch einwandfrei  begründeten Wert für die Entfernung der Sonne der allerdings wegen der damals erreichbaren Winkel-Messgenauigkeit die wirkliche Distanz weit unterschätzte.

In der vorherrschenden antiken Vorstellung – um 130 n.Chr. im Detail festgehalten durch den Astronomen Claudius Ptolemäus – stand die Erde im Mittelpunkt der Welt. Antike Astronomen entwickelten ein mathematisches Verfahren durch Überlagerung von Kreisbewegungen („Epizyklen“) die komplizierte Bahn von Mond, Planeten und Sonne relativ zur Fixsternsphäre zu berechnen. Das Verfahren war gut genug um Sonnenfinsternisse vorherzusagen, aber das falsche Bild behinderte natürlich die weitere „Vermessung“ der Welt.
 
 


Das geozentrische Weltbild des Ptolemäus (Grafik Heinz G. Klug)

So dominant war das ptolemäische – das geozentrische – System, dass Nicolaus Kopernikus (1473 – 1543) lange sein Buch über das heliozentrische System nicht zu veröffentlichen wagte. Er sah das gedruckte Buch „De revolutionibus orbium coelestium“ erst an seinem Sterbetag. (Wie begründet seine Vorsicht war, belegt das Schicksal des italienischen Philosophen Giordano Bruno (1548-1600): Er spekulierte über die Existenz von Sonnen die wir als Sterne sehen, umkreist von bewohnten Planeten. Dafür wurde er verfolgt, eingekerkert und schließlich auf dem Scheiterhaufen verbrannt. ) Kopernikus ging immer noch von Kreisbahnen aus.

Johannes Kepler (1571 – 1630) studierte im Detail die sehr genauen Messungen seines Lehrers, des dänischen Astronomen Tycho Brahe (1546 – 1601), und kam zum Ergebnis dass die Planeten auf Ellipsen um die Sonne liefen. Ihm gelang die Aufstellung der Bewegungsgesetze. Die physikalische Deutung lieferte 1684 Isaac Newton (1642-1727).

Keplers Gesetze ergaben die relativen Abstandsverhältnisse im Sonnensystem, aber der Maßstab fehlte. Ein einziger Abstandswert für einen der Planeten hätte genügt – aber Beobachtungen mit dem bloßem Auge konnten die Aufgabe nicht lösen.


Kopernikus – Bruno – Galilei – Kepler – Newton

Die Erfindung des Fernrohrs im Holland des 16.Jahrhunderts befreite den Menschen zum erstenmal von den Beschränkungen seiner angeborenen Sinne. Galileo Galilei (1564-1642) wandte es für astronomische Beobachtungen an und konnte das heliozentrische System aus der unmittelbaren Anschauung bestätigen (Jupitermonde, Phasen der Venus). Dass er damit den Menschen (und damit die Kirche) aus dem Mittelpunkt der Welt nahm, trug ihm lebenslange Verfolgung durch die Inquisition ein.

Mit verbesserten Fernrohren konnte man die winzige Verschiebung eines Planetenbildes gegenüber dem Hintergrund der Fixsterne messen, die sich ergibt wenn man den gleichen Planeten zur gleichen Zeit  von zwei möglichst weit entfernten Punkten der Erde beobachtet („Parallaxe“). Jean Richter in Guayana und Giovanni Domenico Cassini in Paris beobachteten 1671 zeitgleich den Mars – aus der Parallaxe  konnte Cassini die Entfernung des Planeten  bestimmen,   und daraus den Maßstab für das Sonnensystem. Er verfehlte den wahren Wert für die Entfernung Sonne-Erde (im Mittel 149,6 Millionen km) nur um ein paar Prozent. Diese Distanz lässt sich bereits  in Laufzeit eines Lichtstrahles (299 792 458 m/sec=   1 079 252 848 km/h im Vakuum) ausdrücken: 8 Minuten und 20 Sekunden braucht das Licht von der Sonne zur Erde.

Saturn, der äußerste der antiken Planeten, erwies sich als 1,5 Milliarden km oder 1,3 Lichtstunden von der Sonne entfernt.


Größenverhältnis der Sonne und der Planeten (Montage Heinz G. Klug)


Planetenbahnen um die Sonne (Grafik Heinz G. Klug)

Der Durchmesser des Sonnensystems wuchs mit der Entdeckung von Uranus (Willi-am Herschel 1781), Neptun (Urbain Jean Joseph Leverrier 1846) und Pluto (Clyde William Tombaugh 1930) auf 11 Lichtstunden. Inzwischen wurden außerhalb der Neptunbahn zahlreiche Zwergplaneten gefunden; als solcher wird heute auch Pluto bezeichnet.  Insgesamt dürfte die Wolke der von der  Sonne durch Schwerkraftwirkung gebundenen Körper einen Durchmesser von 3  Lichtjahren haben.

Viele SF-Erzählungen kreisen um Abenteuer auf Planeten des eigenen oder fremder Sonnensysteme. "Begegnung am Titan" erklärt eine der schönsten Erscheinungen unseres Sonnensystems auf eigene Weise.


Sterne und Galaxien

Verbesserte astronomische Instrumente erlaubten die Parallaxe eines nahen Sterns zu messen, die sich bei Beobachtungen mit einem halben Jahr Abstand (also mit einer Entfernung zwischen  den Beobachtungspunkten gleich dem Erdbahndurchmesser) ergibt. Bessel, Henderson und Struve wählten drei „Kandidaten“ nach verschiedenen Kriterien und konnten 1838/18939/1840 ihre Ergebnisse veröffentlichen: die ersten Werte für die Entfernung von Fixsternen.

Heute ist Proxima Centauri mit 4,29 Lichtjahren Entfernung als der nächste Fixstern bekannt (der viel hellere Stern Alpha Centauri ist nur 0,06 Lichtjahre weiter entfernt). Diese Entfernung ist fast 7000 mal größer als die Entfernung des Pluto zur Sonne.

William  Herschel (1738-1822) erkannte dass die Sonne sich im Inneren (seiner Meinung nach im Zentrum) eines großen Sternsystems befindet, das wir unter günstigen Bedingungen als „Milchstraße“ am Himmel erkennen können und für das sich der Name Galaxis eingebürgert hat. Die Maße der Galaxis wuchsen im Laufe der Zeit gegenüber Herschels Schätzung mächtig an.  Heute ist gesichert dass die Sonne sich in einem der Spiralarme einer Galaxie von 80 – 100 000 Lichtjahren Durchmesser befindet, etwa 27 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. In diesem Zentrum wird heute ein Schwarzes Loch von 4,3 Millionen Sonnenmassen vermutet. Die Galaxis ist von einem Halo von Kugelsternhaufen umgeben, die sich durch einen Population von alten Sternen auszeichnen. Dagegen findet in den Spiralarmen noch heute Sternentstehung statt, und hier finden sich sehr große, heiße, helle, junge, aber relativ kurzlebige Sterne. Die Gesamtzahl der Sterne wird auf 200 bis 400 Milliarden geschätzt, ihre Gesamtmasse (ausschließlich „Dunkle Materie“, siehe unten) auf eine Billion Sonnenmassen. Viele der Sterne haben Planeten; in 2010 waren rund 700 Planeten bekannt die erdähnlich sein könnten.

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Immanuel Kant – William Herschel - Edwin Hubble

Schon der deutsche Philosoph Immanuel Kant (1724-1804) hatte spekuliert, dass nebelartige Gebilde, wie der Andromeda-Nebel, Ansammlungen von Sternen seien, „Insel-Universen“, im  heutigem Sprachgebrauch Galaxien. Er besaß dafür jedoch keinerlei astronomische Belege, argumentierte teilweise theologisch.


Andromeda – Galaxie  (NASA, Robert Gendler)

Erst das riesige Teleskop (100“ Durchmesser) auf dem Mount Wilson erlaubte es Edwin Hubble (1889-1955), einzelne Sterne im Andromeda-Nebel nachzuweisen; 1923 fand er einen für die Entfernungsabschätzung geeigneten Stern (eine Cepheiden-Variable, deren wahre Lichtstärke nach den Erkenntnissen von Henrietta Swan Leavitt von ihrer Periode abhängt). Nach gegenwärtigem Forschungsstand ist die Andromeda-Galaxie 2,2 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie ist das größte Mitglied einer „Lokalen Gruppe“, die Milchstraßengalaxie das zweitgrößte.

Die Entfernung ferner Galaxien lässt sich aus beobachteter Helligkeit und Lichtkurve von Typ 1a-Supernovae herleiten, die um so länger leuchten, je größer ihre absolute Helligkeit ist.

Die Zahl der Galaxien im beobachtbaren Universum wird auf 100 Milliarden bis eine Billion   geschätzt. Sie ordnen sich in Gruppen, in Haufen und Superhaufen.  Haufen und Superhaufen bilden Strukturen verschiedenster Form:  Mauern, Fladen und Stränge, zwischen denen sich große Leerräume finden: 9/10 des Universums ist leer. Der Gesamtinhalt des beobachtbaren Universums wird auf 1078 Atome geschätzt, das ist im Mittel weniger als 1 Atom pro m³.

   Galaxien drehen sich in ihren äußeren Bereichen so schnell dass sie eigentlich durch Fliehkräfte auseinander fliegen müssten. Galaxienhaufen bewegen  sich so schnell dass sie sich auflösen müssten.  Fritz Zwicky stellte das schon in den 1930er Jahren am Beispiel des Coma-Haufens fest; in den 1960er Jahren legte Vera Rubin umfangreiche Messungen und Rechnungen zu den Verhältnissen in Galaxien  vor.  Dass Galaxien und Galaxienhaufen sich nicht auflösen, lässt auf die Existenz von 10 mal mehr „Dunkle Materie“ als gewöhnliche sichtbare Materie schließen. „Dunkle Materie“ können wir nicht beobachten weil sie weder Strahlung aussendet noch absorbiert; über ihre Natur gibt es keinerlei gesicherte Erkenntnisse. ( Alternativ wird bisweilen angezweifelt, dass die Naturgesetze zeitlich und räumlich unveränderlich sind.)

Die heutigen Beobachtungsmethoden erlauben es, Galaxien bis in eine Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren zu beobachten. Damit kommen wir dem  Rand des beobachtbaren Universums schon recht nahe.  Wir sehen die Galaxien  natürlich nicht in ihrem heutigen Zustand, sondern so wie sie zur Zeit der Aussendung des Lichtes waren, die frühsten also vor rund 13 Milliarden Jahren, „kurze Zeit“ nach dem Urknall. Solche Galaxien weisen Erscheinungen auf wie sie in zeitnäheren Systemen weniger häufig zu beobachten sind, zum Beispiel „Quasare“ , eng begrenzte Gebilde die Energie wie sonst eine ganze Galaxie abstrahlen (vermutlich Wirkung eines super-massiven Schwarzen Loches“).
 
 


Entfernteste/älteste Galaxien
Mit 13,2 Milliarden Lichtjahren Entfernung ist die winzige Galaxie UDFj-39546284 das älteste beobachtete Objekt (2009-2011). Alle anderen Galaxien auf dem Foto sind näher.
(Quelle: www.hubblesite.org)

Da wir nach allen Seiten schauen können ist das beobachtbare Universum mindestens 2x13 = 26 Milliarden Lichtjahre groß (runde Zahlen!). Achtung: Diese Zahl gilt nur unter der Annahme eines statischen Universums, wie es Anfang des 20. Jahrhunderts allgemein unterstellt wurde (auch von Einstein).  Tatsächlich dehnt sich das Universum aus, siehe nächsten Abschnitt „Der Mensch in der Zeit“. Die entferntesten Objekte, die wir heute in ihrem Frühstadium sehen können, sind jetzt tatsächlich 46 Milliarden Lichtjahre entfernt.
 

Stellen wir „spaßeshalber“ das menschliche Gehirn dem beobachtbaren Universum gegenüber  (großzügig gerundete Zahlen):

Durchmesser Gehirn                                    Durchmesser Universum
           0,2 m                                :                       93 Milliarden Lichtjahre
           0,2 m                                :                       7x10exp26 m
             1                                     :            3 500 000 000 000 000 000 000 000 000


Das winzige menschliche Gehirn baut sich ein Modell eines unvorstellbar großen Universums!

Das Gehirn wertet dazu Informationen aus die mit von ihm selbst erdachten „künstlichen Sinnen“ sammelt: Teleskope, photographische Platten, elektronische Sensoren, Spektroskope, Radarschüsseln. Es erfasst damit das ganze Spektrum der Elektromagnetischen Strahlung von den Gammastrahlen bis zu den Radiowellen; und geht damit weit über den engen Bereich des sichtbaren Lichtes hinaus für den die Evolution das menschliche Auge optimiert hat. Durch die großen Öffnungen der Instrumente  (1948 Teleskop auf Mount Palomar 5 m Durchmesser; 1992/1996 Keck-Teleskope auf Hawai  2Stück 10m Durchmesser; 2007 Gran Telescopio Canarias auf La Palma 10,4m Durchmesser) kann sehr viel mehr Licht eingefangen werden als durch die menschliche Pupille.  Die Bilder werden mit sehr viele größerer Auflösung erfasst als es ein Auge je vermöchte, und sie können über Stunden hin gesammelt werden während die Kombination Auge/Gehirn das Bild alle 30stel Sekunde erneuert. Und wenn die Erdatmosphäre die Beobachtung stört, dann bedient man sich von Erdsatelliten getragener Instrumente wie des Hubble Space Telescope oder des Spitzer Infrarot Telescope.
 
 

5m-Telescope Mount Palomar – Radioteleskop Effelsberg - Hubble Space Telescope
(Fotos:  NASA – Dr. Schorsch/Wikipedia -  NASA)

Sind wir allein im Universum?

Bis in die 1990er Jahre war es eine reine Frage der Spekulation ob die Erde ein absoluter Sonderfall sei oder ob es – wie die meisten Astronomen annahmen - um viele Sterne herum Planetensysteme gebe, womöglich mit Planeten die für die Entwicklung von Leben geeignet sind. Inzwischen  (bis Februar 2013)  wurden  861   Exoplaneten nachgewiesen. Der Nachweis war anfänglich nur durch Beobachtung des Pendelns des Zentralsternes bei seiner Bewegung um den gemeinsamen Schwer-punkt Stern /Planet möglich; die Methode erlaubte nur die Entdeckung sehr großer Planeten (Jupitertyp). In einigen wenigen Fällen konnten solche Planeten auch optisch beobachtet werden.
 
 

......

      Bewegung von Planet und Zentralstern                             Erstes Foto eines Exoplaneten
um gemeinsamen Schwerpunkt (nach Wikipedia)                   (nach ESO European Southern Observatory)

Fotografie des Sternsystems Formalhaut mit Staubscheibe und Planet
(nach ESA/NASA)

Mit dem Weltraumteleskop „Kepler“ werden seit 2009 kontinuierlich 100000 sonnenähnliche Sterne auf die kleinen Helligkeitsschwankungen beobachtet die sich ergeben wenn ein Planet vor dem Zentralstern vorbeizieht. Bis Herbst 2010 waren bereits über 100 Planeten entdeckt die potentiell erdähnlich sind. Als aussichtsreichste Kandidaten für einen belebten Planeten wurden Gliese 581g (Entfernung 20 Lichtjahre) und Kepler-22b (600 Lichtjahre) identifiziert. Der kleinste bisher nachgewiesene Exoplanet ist Kepler 87b, ein Gesteinsplanet wenig größer als unser Mond. Die Größenverteilung der Exoplaneten nähert sich immer mehr der in unserem Sonnensystem an, das wohl doch nicht so ungewöhnlich ist wie wir Menschen uns gerne einbilden wollten.

Unbeantwortet ist noch die Frage ob es auf irgendwelchen Exoplaneten tatsächlich Leben gibt, die meisten Forscher neigen dazu das zu bejahen. Intelligentes Leben könnte sich durch Funkverkehr verraten, der Weltraum wird seit vielen Jahren darauf überwacht (Programm SETI), bislang ergebnislos. Zyniker meinen allerdings es zeuge eben gerade nicht von Intelligenz wenn man seine Existenz durch hemmungslosen Funkverkehr dem Universum annonciert wie wir es tun – ohne zu wissen wer uns zuhört.

Wie sagte doch Arthur C. Clarke?
„Entweder wir sind allein im Universum oder wir sind es nicht.
Beide Gedanken  sind erschreckend.“


2 Der Mensch in der Zeit

Naive Vorstellungen und erste Zweifel

Naiv erleben wir die Zeit als etwas das uns mitführt wie ein Strom ein schwimmendes Blatt. Unsere Vorstellung, Wünsche und Ängste gelten Zeiträumen von Stunden, Tagen, höchstens Monaten. Zwei, drei Generationen sind für uns ein vorstellbarer Zeitraum. Was darüber hinausgeht, ist Geschichte oder Mythos.

Gläubige Christen haben versucht durch Auszählen der Generationen von denen die Bibel berichtet oder die sie auflistet, auf das Alter  der Welt zu schließen. Der angelsächsische Benediktinermönch Beda Venerabilis (673-735) war ganz genau: die Schöpfung fand am 18.März 3952 v.u.Z. statt. Später wurde das Jahr 5508 v.u.Z. „errechnet“.

Mit einer Zeitskala von ein paar Tausend Jahren konnten sich schon die Geologen des 19. Jahrhunderts nicht mehr identifizieren. James Hutton (1726-1797) hatte die langsamen geologischen Prozesse beschrieben (1785 „Theory of Earth“). Solche Vorgänge mussten in zig oder gar Hunderten von Millionen Jahren gemessen werden, ebenso die von Charles Darwin beschriebene und durch die Fossilien belegte Evolution. Ein besonderes Rätsel für die Physiker blieb dabei die Frage, woher die Sonne ihre Leuchtkraft so lange bezog (Erst 1939 konnte Hans Albrecht Bethe die Kernreaktionsketten in den Sternen aufzeigen).

Eigentlich war schon lange vor Beginn des 20. Jahrhunderts klar dass das Universum nicht ewig und unveränderlich sein konnte. 1692 hatte der englische Geistliche Richard Bentley den großen Newton auf das „Paradox“ hingewiesen, dass dank der Gravitation das Universum eigentlich zusammenstürzen müsse; Newton musste eine „göttliche Macht“ bemühen um den Zusammensturz zu verhindern.  Wilhelm Olbers formulierte um 1800 das nach ihm benannte, aber schon früher bekannte „Paradox“, dass in einem unendlichen und ewigen Universum der Nachthimmel blendend hell sein müsse, weil man dann in jeder Richtung einen Stern sehen müsste. 1854 erkannte Hermann von Helmholtz, dass nach dem 2.Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz) das Universum unweigerlich dem Kältetod zutreibt.

Dennoch – quasi gegen besseres Wissen – hielten die Astronomen bis zum Beginn des 20.Jahrhunderts  an der Vorstellung eines im Großen und Ganzen unveränderlichen, in Raum und Zeit unendlichen Universums fest.

(Anmerkung : Nicht ein Physiker sondern der amerikanische Autor von Grusel- und Kriminalgeschichten Edgar Allan Poe gab 1848 als erster die richtige Erklärung für das Olbers’sche Paradoxon und formulierte in „Eureka – A Prose Poem“ eine Art Urknalltheorie: Das Universum begann punktförmig; es ist gar nicht genug Zeit vergangen dass Licht aus einem unendlichen Universum hätte zu uns kommen können.)
 


Aus Raum und Zeit wird Raumzeit

Im 20. Jahrhundert aber hat die Wissenschaft das naive Bild der unveränderlich und überall in einem unendlichen Raum im Gleichschritt  ablaufenden, universellen Zeit abgeschafft.  Seit Einstein (1879-1955) wissen wir dass Raum und Zeit nicht unabhängig sind, sondern als eine Einheit („Raumzeit“) betrachtet werden müssen; damit besitzt auch die Zeit eine Geometrie.  „Spezielle Relativitätstheorie“ (1905)  und „Allgemeine Relativitätstheorie“ (1916) sind keine Erfindungen aus dem „Elfenbeinturm“, sondern hat sich immer wieder in der Praxis bestätigt.  Unsere „Navis“ (Satellitennavigation!) würden weniger gut funktionieren, würde man vernachlässigen dass schnell bewegte Uhren langsamer gehen, Uhren in größerer Höhe (bei geringerer Gravitationswirkung) aber schneller.

Die Geschichte des Universums wird entdeckt

An die Stelle der biblischen Schöpfung in sieben Tagen hat die Wissenschaft den Urknall gesetzt, in dem Raum und Zeit gleichzeitig entstanden, der in unerhört kur-zen Bruchteilen einer Sekunde unvorstellbar Gewaltiges geschehen ließ – und in eine Phase überging wo die Zeit in Milliarden Jahren zu zählen ist.

Die neue Vorstellung von Entstehung und Entwicklung des Weltalls ist in einem einzigen Menschenalter entstanden.  Wichtige Stationen waren:

Willem De Sitter (1917) und Alexander Friedmann (1922) zeigten dass ein expandierendes Weltall eine viel überzeugendere Lösung für die Gleichungen der Einstein’schen  Allgemeinen Relativitätstheorie ist als das von diesem bevorzugte statische Universum (das er mit einem „Mogelfaktor“ , genannt „Kosmologische Konstante“, retten wollte).

1927 schlug der belgische Priester und Astronom Georges Edward Lemaitre  (1894-1966) vor, dass ursprünglich alle Materie und Energie des Universums in einem „Superatom“ vereinigt war, aus dessen Explosion das Universum hervorging.

George Gamow (1904-1968) und der junge Ralph Alpher (1921-2007)  erklärten 1948  überzeugend die Bildung von Wasserstoff und Helium im Urknall. Gamow sagte voraus, vom Urknall müsse eine das ganze Weltall erfüllende Strahlung übrig-geblieben sein,  seine Mitarbeiter Alpher und Robert Hermann errechneten 1948 dass sie einer Schwarzkörperstrahlung von 5°K entsprechen müsse.

1965 entdeckten die amerikanischen Radioingenieure Arno Penzias und Robert Wilson rein zufällig diese Hintergrundstrahlung mit einer Temperatur von 2,7 Grad.

1957  klärte Fred Hoyle, eigentlich ein vehementer Gegner der Urknall-Theorie und Schöpfer der konkurrierenden „Steady-Stade“-Theorie, wie die schweren Elemente nach dem Urknall im Inneren der Sterne gebildet wurden, und schloss damit eine wesentliche Lücke in Gamows Theorie.

Steven Weinberg (1933- ) konnte die Prozesse in den ersten 3 Minuten beschreiben. Alan Guth (1947- ) lieferte mit dem Konzept der „Inflation“ die Erklärung für die Homogenität des Weltalls („Horizontproblem“) und seine geometrische Flachheit; Andrei Linde, Paul Steinhardt, Andreas Albrecht verfeinerten den Ansatz.

2002/3 lieferte die Weltraumsonde WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) eine detaillierte Karte der Mikrowellenhintergrundstrahlung. Die WMAP-Daten lieferten auch einen Hinweis darauf, dass die gewöhnliche sichtbare Materie nur 4% des Materie/Energieinhaltes des Universums ausmacht. 23% entfallen auf „Dunkle Materie“ ungeklärter Natur. 73% aber bestehen aus „Dunkler Energie“, eine völlig unbekannte Energieform die sich unsichtbar im Vakuum des Weltraums verbirgt – aber über das langfristige Schicksal des Universums entscheiden kann. (Aktuelle präzisierte Zahlen unten!


A. Friedmann – G.E. Lemaitre – A. Einstein – G. Gamow – S. Weinberg – F. Hoyle

Heute stellt sich die Entstehung des unseres Universums – naturgemäß stark vereinfacht – wie folgt dar.

 

Der Urknall („Big Bang“)

Das Universum begann als „Singularität“ , unvorstellbar konzentriert in einem mathematischen Punkt. Unsere Begriffe von Raum und Zeit sind hier nicht anwendbar. Ob dem Urknall etwas vorausging und was ihn auslöste, wird im Gedankenreich der Quantenphysik geforscht.

Beschreibbar wird der Urknall erst ab der „Planck-Zeit“ (10-43 Sekunden) und der „Planck-Länge“ (10-33 cm). Zu diesem Zeitpunkt waren die vier im Universum wirkenden Kräfte (Gravitation, Starke Kernkraft, Schwache Kernkraft, Elektromagnetische Kraft)  noch zu einer Superkraft verschmolzen. Aber schon innerhalb der ersten zehnmilliardstel Sekunde differenzierten sie sich aus.

In den ersten Sekundenbruchteilen konnte sich in einer "langsamen" Anfangsphase die Temperatur ausgleichen; es folgte eine als „Inflation“ bezeichnete schnelle Aufblähung des Universums um den Faktor 1050, sie  brachte das heute sichtbare Universum etwa auf die Größe einer Orange. Was die Inflation auslöste, antrieb und dann wieder stoppte, ist Gegenstand der Forschung. Danach erfolgte die Ausdehnung langsamer: nach einer tausendstel Sekunde hatte das Universum etwa die Größe unseres Sonnensystems.

Parallel lief die Formierung der Materie. Zunächst fand sie sich in Form freier Quarks, diese fügten sich jeweils zu dritt zu Protonen und Neutronen. Nach hundert Sekunden war die Bildung der Atomkerne von Wasserstoff (inklusive der schweren Variante Deuterium 75% der Gesamtmasse) und Helium (25% der Gesamtmasse) vollzogen, dazu gab es sehr geringe Mengen von Bor, Beryllium und Lithium.

Die zunächst unvorstellbar hohe Temperatur (1Hundertstel Sekunde nach dem Urknall noch 100 Milliarden Grad) sank in den ersten 380 000  Jahren so weit, dass die Atomkerne Elektronen an sich binden und Atome bilden konnten. Mit dem Verschwinden der freien Elektronen wurde die Streuung der elektromagnetischen Strahlung drastisch reduziert: das Universum wurde durchsichtig, die Strahlung konnte sich ungehindert fortpflanzen. Ursprünglich eine „Schwarzkörperstrahlung“ entsprechend den 3000° die das Universum angenommen hatte, unterlag sie in der Folge der Expansion des Universums und wurde auf eine Strahlungstemperatur von 2,7° Kelvin gedehnt: die „Kosmische Hintergrundstrahlung“.

Das Universum heute

Unser Universum ist nicht statisch, sondern die im Urknall eingeleitete Expansion setzt sich fort. Hierbei handelt es sich aber nicht um einen explosionsartigen Vorgang bei dem Materie in einen vorgegebenen Raum geschleudert wird. Vielmehr dehnt der Raum selbst sich aus. Galaxien und Galaxienhaufen werden durch die Gravitation zusammengehalten, jedoch der Abstand zwischen ihnen wächst.

Das Expansionsgesetz, von Edwin Hubble 1929 entdeckt aber erst später verlässlich quantifiziert und interpretiert, besagt dass die Geschwindigkeit der Raumdehnung dem Abstand zwischen zwei beobachteten Raumpunkten (z.B. Galaxien) proportional ist:

Geschwindigkeit = H x Abstand

H ist hier die „Hubble-Konstante“, rund 72 km/sec je 1Megaparsec (1 parsec=3,262 Lichtjahre=3,086 x1013 km)

In diesem Vorgang gibt es kein Zentrum – alle Galaxien/Galaxienhaufen entfernen sich gleichermaßen von einander (Lokal können Annäherungen stattfinden: die Andromeda-Galaxie wird in 3,7 ... 5 Milliarden Jahren unsere eigenen Galaxis berühren).

Zur Veranschaulichung des Vorgangs wird auf das Aufblasen eines Ballons mit aufgeklebten Papierschnitzeln verwiesen, oder auch auf einen aufgehenden Kuchenteig in dem die Rosinen die Galaxien darstellen.

Nun kann man den Vorgang gedanklich umkehren. Bei konstanter Expansionsrate müssen dann zum Zeitpunkt 1/H  alle Objekte des Weltalls den Abstand Null gehabt haben – es ist der Zeitpunkt des Urknalls. (In Wirklichkeit ist die Expansionsrate nicht konstant; die Gravitationswirkung der Materie im Universum lässt eine stetige Verlangsamung der Expansion erwarten. War die Expansionsrate früher größer, dann ist das Alter des Universums kleiner als 1/H). Als beste Näherung für das Alter der Welt – die Zeit ab Urknall – gilt heute  13,82 Milliarden Jahre (Stand 2013).

Die Dehnung des Raumes bedeutet auch eine Dehnung der elektromagnetischen Wellen in ihm. Sie macht sich in der „Rotverschiebung“ des Lichtes bemerkbar die ein Maß für die relative Geschwindigkeit des beobachteten Objektes ist (nicht ganz korrekt als „Dopplereffekt“ bezeichnet). Mit der Rotverschiebung lässt sich die radiale Geschwindigkeit eines kosmischen Objektes sehr genau bestimmen. Sehr viel schwieriger (und damit ein Unsicherheitsfaktor bei der Bestimmung der Hubble-Konstanten) ist die Feststellung der Entfernung.

Die Rotverschiebung zeigt sich auch bei der kosmischen Hintergrundstrahlung, die mit höherer Strahlungstemperatur begann und auf die heutige Mikrowellenstrahlung entsprechend 2,7° gedehnt wurde.

Hintergrundstrahlung ESA 2013 (Planck-Satellit)

Die Messungen der Hintergrundstrahlung durch den WMAP-Satelliten zeigen uns das Universum 380 000 Jahre nach seiner Geburt. Die außerordentlich geringen Variationen der Strahlungstemperatur, zurückgehend auf Quantenfluktuationen, sind  in der Grafik durch die Farbkodierung hervorgehoben. Durch die Inflation auf kosmische Größenskalen gehoben sie sind die Vorstufen zur späteren Bildung der Galaxien.

Da es kleine Schwankungen in der Verteilung von Wasserstoff und Helium gab, zogen sich unter dem Einfluss der Gravitation Gaswolken zusammen. Es entstanden Galaxien. In den sich kugelförmig zusammenziehenden Materieballen wurde die zur Wasserstofffusion notwendigen Temperatur erreicht: Die ersten Sterne leuchteten auf. Wasserstofffusion ist die ergiebigste Energiequelle der Sterne, sie lässt unsere Sonne über Milliarden Jahre leuchten. Die ältesten Sterne – klein aber langlebig – finden sich heute in einem Halo von Kugelsternhaufen um die Galaxie herum und in ihrem dichten Zentrum, in dem sich wohl gewöhnlich ein Schwarzes Loch verbirgt. Im heißen Inneren der Sterne wurden schwere Elemente gebildet und bei Supernova-Explosionen als Gas und Staub ins Weltall geschleudert. Diese schwereren Elemente wurden dann bei der Bildung von Sternen der zweiten Generation verwendet. (Die Wasserstoffatome im menschlichen Gehirn wurden im Urknall gebildet, die anderen Elemente aber in Sternen aufgebaut – sie sind „Sternenstaub“).  Der Zyklus der Sternenbildung geht in den Spiralarmen der Galaxien auch heute noch weiter fort.


Sternentstehungsgebiet im Eta Carinae-Nebel
(Infrarot-Aufnahme Spitzer Space Telescope, Credit Nathan Smith et al.)

Vor 13 Milliarden Jahren bildeten sich die meisten Galaxien. Vor 4,5 Milliarden Jahren leuchtete in einem Spiralarm einer Galaxie mittlerer Größe ein ziemlich gewöhnlicher Stern auf: die Sonne. Um sie herum bildeten sich Planeten. Auf einem davon waren die Bedingungen besonders günstig: vor 3,5 Milliarden Jahre entstand  auf der Erde das erste Leben. Aber erst seit 600 Millionen Jahren hat die Evolution die Fülle der heutigen Lebensformen hervorgerufen. Seit 2 Millionen Jahren gibt es menschenähnliche Lebewesen. Seit 2500 Jahren stellen diese Menschen wissenschaftliche Betrachtungen über das Universum an. Seit knapp 100 Jahren erlaubt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie begründete Untersuchungen über die Struktur des Weltalls ......

Wie viel Zukunft?

Ob es über den beobachtbaren Rand des Universums hinaus Raum und in ihm weitere Galaxien gibt – womöglich unendlich viele? – entzieht sich der beobachtenden Forschung.

Ob das Universum endlich oder unendlich ist und was sein langfristiges Schicksal sein wird, das hängt von seinem Inhalt ab. Mit Alexander Friedmanns Annahmen („Kosmologisches Prinzip“: Das Weltall ist isotrop und homogen)  ergeben sich drei mögliche Lösungen:

Ein „flaches“ (euklidisches) Universum ist mathematisch gut zu handhaben und unserem Vorstellungsvermögen angenehm. Sein zweidimensionales Analogon ist die Ebene.  Es ist unendlich groß, seine Expansionsrate strebt auf lange Zeit gegen Null - wenn es rein Masse-dominiert ist! Die für ein Flaches Universum notwendige Massendichte wird als Referenz gewählt, das Verhältnis hierzu mit dem Buchstaben Omega  bezeichnet. Ein Flaches Universum hat also  Omega =1.

Wenn der Massen-Inhalt groß genug ist ( Omega >1 ), dann ist das Universum endlich groß, aber grenzenlos, in sich selbst positiv gekrümmt. Sein zweidimensionales Analogon ist eine Kugelfläche.  Es wird bis zu einer maximalen Größe expandieren, dann aber wieder in sich zusammenfallen („Big Crunch“), siehe Animation unter http://www.astro.ucla.edu/~wright/Balloon2.html .  Eventuell wird es ewig pulsieren. Diese Modell scheint dem menschlichen Gehirn besonders genehm zu sein, es ist ewig und vermeidet damit das Problem eines einmaligen Anfangs (einer „Schöpfung“).

Bei sehr geringer Massendichte  (Omega <1 )  ist das Universum negativ gekrümmt - besonders schwer vorzustellen! Zweidimensionales Analogon ist die Sattelfläche. Es ist unendlich und expandiert auf alle Ewigkeit.

Die Messungen des WMAP haben die Auffassung bestätigt dass das Universum praktisch „flach“ und unendlich ist.

Aber:

Damit das Universum geometrisch flach ist und diese Eigenschaft über all die Milliar-den Jahre seit der Inflationsphase des Urknalls bewahren konnte, muss es eine gewisse „kritische“ Massen- (oder Energie-)dichte haben (Omega =1). Sichtbare Materie plus dunkle Materie reichen dafür nicht aus. Unter Berücksichtigung der Messungen des ESA Planck-Satelliten ergibt sich (Stand 2013):   Nur 4,9 % des Wertes werden durch gewöhnliche, im Prinzip sichtbare, auch „baryonisch“ genannte Materie beigetragen (tatsächlich beobachtbar nur 0,4%), 26,8% durch „dunkle Materie“. Der große Rest auf 100% wird der  “Dunklen Energie“ zugesprochen deren Natur völlig unklar ist. (Die Abschätzung der sogenannten „Vakuumenergie“ ergibt einen um 120 Zehnerpotenzen zu großen Wert!)


Inhalt des Universums

Die „dunkle Energie“ – bisweilen auch schlicht nach Einstein „Kosmologische Konstante“ genannt -  wird durch den griechischen Buchstaben Lambda gekennzeichnet. Sie will (wenn > 0) das Universum aufblähen und dominiert in einem expandierenden Universum zunehmend das Geschehen.


Einfluss von Materie und Dunkler Energie
auf Struktur und Entwicklung  des Universums
(Datenquelle: Lesch/Müller: Kosmologie für helle Köpfe)

Neue Beobachtungen (Fluchtgeschwindigkeit von Supernovae Typ Ia) legen nun nahe dass in den ersten  Milliarden Jahren die Expansionsrate tatsächlich etwas abgenommen hat, seit 7 Milliarden Jahren aber stetig ansteigt. Aus der Beobachtung der Supernovae, aus der Analyse der Kosmischen Hintergrundstrahlung und aus der Abschätzung des Materieinhalts ergibt sich: Der Inhalt unseres Universums besteht zu rund 30% aus Materie (inklusiver der Dunklen Materie) und zu 70% aus Dunkler Energie.

Informationen zum Inhalt unseres Universums

Physiker, Astronomen und Kosmologen sind über diese Erkenntnis nicht  eben glücklich: Der allergrößte Teil unseres Universums besteht aus etwas, das wir noch nicht verstehen!

Die Geschichte des Universums bis dato lässt sich summarisch so darstellen (Achtung: Die Expansion ist extrem untertrieben! Seit der Aussendung der Hintergrundstrahlung hat sich das Universum um  fast das 1100-fache ausgedehnt!):

Wenn sich die beschleunigte Ausdehnung tatsächlich bestätigt, dann wird in 150 Milliarden Jahren nur noch der lokale Galaxiensuperhaufen zu sehen sein, alle anderen Galaxien werden sich mit Überlichtgeschwindigkeit entfernen (nicht verboten durch Einsteins Spezielle Relativitätstheorie, denn der Raum selbst dehnt sich). Diesen Zeitpunkt kann aber auf der Erde niemand erleben.

Unsere Sonne wird noch einmal 5 Milliarden Jahre leuchten. Sie ist heute schon 30% heller als am Anfang, wird in 3,5 Milliarden Jahren 40% heller sein. Vielleicht kann sich das Leben auf der Erde anpassen, vielleicht kann es sich eine Zeitlang in die Meere zurückziehen bevor sie verdampfen, vielleicht können die Nachkommen der Menschen (wenn es denn welche gibt)  auf andere Planeten, in andere Sternsysteme umziehen.

In 5 Milliarden Jahren wird die Sonne ihren Wasserstoffvorrat verbraucht haben. Sie wird sich zu einem Roten Riesen aufblähen der Merkur und Venus verschlingt. Wenn sie auch ihr Helium in atomaren Prozessen „verbrannt“ hat, wird sie äußere Schichten abstoßen („Planetarische Nebel“); dann wird sie sich zu einem Weißen Zwerg zusammenziehen müssen und schließlich zu einem Schwarzen Zwergstern ausglühen.

„Herzsprung-Russel-Diagramm“: Leuchtkraft und Oberflächentemperatur der Sterne

Beispiele für Sternentwicklungen
(Die Massenwerte gelten für den Anfang der Entwicklung.
Größen sind nicht maßstäblich. Temperaturen gelten für Sternoberfläche.
Zahlenwerte sind entnommen aus  Animation
http://www.astro.uni-bonn.de/~javahrd/v071/index.html)
 
 

...

      links:     NGC 1952 (M1) Krebsnebel (Überrest einer Supernova von 1054,
                  Aufnahme  Hubble Space Telescope, Credit NASA)
      rechts:  NGC 7293  Helixnebel (Planetarischer Nebel, auch bekannt als „Auge
                Gottes“,   Aufnahme  Hubble Space Telescope, Credit NASA )

Die Sonne ist ein Stern mittlerer Größe, zu klein um als Supernova zu enden aus der ein Neutronenstern oder gar ein Schwarzes Loch hervorgeht. Riesensterne, denen dieses spektakuläre Ende beschieden ist, leben ein nur paar Millionen Jahre. Rote Zwergsterne hingegen können Jahrbillionen brennen. Schlussendlich müssen sie alle erlöschen: „Die Lichter gehen aus“.

Die Temperaturen sinken, die Bewegung der Atome kommt zum Stillstand; die Schwarzen Löcher emittieren langsam ihre Energie („Hawking-Strahlung“) und explodieren; schließlich zerfallen sogar die einzelnen Protonen. Nur noch schwach wechselwirkende Teilchen treiben in der unendlichen Leere. Der schon im 19.Jahrhundert aufgrund der Gesetze der Thermodynamik vorhergesagte „Hitzetod“ ist eingetreten. Das sind keine erfreulichen Überlegungen, aber ernstlich Sorgen müssen wir uns nicht machen: Wollten wir für dieses Ende eine gewöhnliche Jahreszahl hinschreiben, dann bräuchten wir 2 Zeilen für die Nullen hinter der ersten Stelle.

So gesehen ist das Universum noch sehr jung .....


Alternativen

Wir müssen hier festhalten, dass das menschliche Gehirn keineswegs alle Rätsel der Kosmologie endgültig gelöst hat. Die vorstehende Beschreibung soll – stark vereinfacht – die heute am weitesten verbreitete Sicht wiedergeben („Standardmodell der Kosmologie“). In einigen Punkten bedarf es noch weiterer Absicherung. So wird auch von einigen Forschern die Möglichkeit angezogen dass Newton’s Gravitationsgesetz bei sehr schwachen Feldern versagt – damit würde das Konzept der Dunklen Materie überflüssig; von anderen wird argumentiert die beschleunigte Expansion des Weltalls werde durch die Summe der lokalen Ungleichförmigkeiten vorgetäuscht.

Es werden aber immer wieder  auch ganz neue Weltmodelle vorgelegt.

Erwähnenswert weil aktuell unter Kosmologen diskutiert ist die Vorstellung eines „Multiversums“, einer Vielzahl – vielleicht sogar unendlich vieler – parallel existierender Universen, in denen unterschiedliche Gesetze der Physik gelten können, die in einem Inflationsprozess entstehen, auch auseinander hervorgehen („sprossen“) können – ein unendlicher Schaum von Universen. Großer Vorteil: Das Problem der lebensfreundlichen Feinabstimmung der Naturgesetze und Naturkonstanten wird damit aufgelöst. Unser Universum erlaubt zufällig Leben; unzählige andere tun es nicht. (Analog haben die Quantenphysiker ihre „Viele-Welten-Interpretation“, nach der quantenmechanische Vorgänge ständig zu einer Aufspaltung der Welt in unendlich viele Parallelwelten führen. Richard Feynmans  „Konzept der multiplen Geschichten“ hat sich bestens bewährt bei der Untersuchung von Prozessen im atomaren Bereich.)

Stephen Hawking

Es ist nicht einmal völlig ausgeschlossen dass es gar keine Singularität beim Urknall gab - eine Anregung von Stephen Hawking: Bei einer Vereinigung von Gravitations- und Quantentheorie könnte es sich herausstellen dass es gar keinen Rand in Raum und Zeit gab/gibt (was sich dann auch wieder unserer Vorstellungskraft entzieht).

In diesem Falle entfiele für den Physiker die Frage nach dem Vorher und dem Warum. Wenn sich dann auch noch eine vollständige vereinheitlichte Theorie des Universums erstellen ließe deren Struktur so logisch ist dass es keine andere geben kann, dann „würden wir Gottes Plan kennen“, wie Stephen Hawking sagt.

Aber er sagt auch:
„ ...eine vereinheitlichte Theorie ..... wäre doch nur ein System von Regeln und Gleichungen. Wer bläst den Gleichungen den Odem ein und erschafft ihnen ein Universum das sie beschreiben können? ..... Warum muss sich das Universum all dem Ungemach der Existenz unterziehen? Ist die vereinheitlichte Theorie so zwingend dass sie diese Existenz herbeizitiert? Oder braucht das Universum einen Schöpfer?“ (Hawking in: „Die kürzeste Geschichte der Zeit“).
 
 

Der Wanderer im Universum
Wanderer: C.D.Friedrich    Adler-Nebel: Credit Hubble/ T.A.Rector















Verwendete und empfohlene Literatur

Zu zahlreichen Einzelfragen wurde Wikipedia genutzt. Auf die ermüdende Aufzählung wird verzichtet – jeder Leser wird andere Begriffe und Aussagen hinterfragen wollen.

Stand der Links Mitte Mai 2010

Übersicht über große Teleskope
http://www.urbin.de/fakten/fa_017.htm      (z.Z. nicht verfügbar)

Übersicht über Sonne und Planeten:
http://www.wissen-news.de/sonnensystem/sonne.php

Homepage der NASA – der Weg zu vielen Informationen und Fotografien:  http://www.nasa.gov/topics/universe/index.html

Eine Überfülle faszinierender Fotos
Hubblesite Gallery – Picture Album
http://hubblesite.org/gallery/album/

Sehr ausführlicher Texte u.a. zum Urknall – leider nicht mehr online:
"Dr. Nicholas Short’s Remote Sensing Tutorial". Ersetzt durch neue umfangreiche Texte.
http://rst.gsfc.nasa.gov/

Ein Klassiker, aber auch nach fast einem halben Jahrhundert noch gut zu lesen:
Isaac Asimov : The Universe. From Flat Earth to Quasar
Penguin Books 1966

Sehr flüssig zu lesen: Physik und Schicksal der Sterne
Harald Lesch/Jörn Müller: Sterne - Wie das Licht in die Welt kommt
Goldmann 2011    ISBN: 978-3-442-15643-6

Geschichte und Erkenntnisse der Astronomie und Kosmologie, sehr ausführlich
Simon Singh: Big Bang
Harper  Perennial 2005      ISBN 0 00 715252 3

Kosmologie unter dem Gesichtspunkt der Feinabstimmung der Naturkonstanten
Martin Rees: „Just Six Numbers – The Deep Forces That Shape the Universe“
Basic Books 2000,   ISBN-13: 978-0-465-03673-8   ISBN-10: 0-465-03673-2

Grundfragen der Kosmologie mit Akzent auf dem Multiversum
Paul Davies: The Goldilocks Enigma – Why Is the Universe just Right for Life?
Mariner Books 2006      ISBN 978-0-618-59226-5

Ein sehr erfolgreiches Buch, die erste umfassende Beschreibung des Urknalls (noch ohne Inflation)
Steven Weinberg: Die ersten drei Minuten
Dtv 1980   ISBN   3-423-01556-X

Ein Bestseller – eine Tour de horizon der modernen Physik:
Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit. Die Suche nach der Urkraft des Universums.
Rowohlt 1988       ISBN 3 498 02884 7

Die Suche nach einer  großen vereinheitlichten „Theorie für alles“. Der Nobelpreisträger widmet ein Kapitel der „Frage nach Gott“.
Steven Weinberg: Der Traum von der Einheit des Universums.
C.Bertelsmann Verlag   1993     ISBN 3-442-12641-X

Reich illustrierte Übersicht mit interessanten Literaturauszügen aus der Geschichte der Astronomie:
Trinh Xuan Thuan: Die Geburt des Universums
Ravensburger Buchverlag Otto Maier GmbH  1993      ISBN 3-473-51039-4

Sonnensystem und Sterne umfangreich dargestellt, wenig Kosmologie:
Duncan John: Astronomie. Geschichte-Bilder-Fakten
Parragon Books Ltd.     ISBN 978-1-4054-8266-0

Übersicht neuer Forschungsergebnisse:
Spektrum der Wissenschaft – Digest: Astrophysik
1997

Umfangreich, gut geschrieben, reich illustriert
Thomas Bührke: Kosmische Welten
Zweitausendeins  1998      ISBN 3-86150-270-4

Behandelt eine Fülle von Themen, nicht immer leicht zu verstehen, opulent illustriert:
Stephen Hawking: Das Universum in der Nussschale
Hoffmann und Kampe  2002       ISBN 3-455-09400-7
 

Relativitätstheorie, Kosmologie, Quantenmechanik –unter dem Aspekt „Zeitreisen“
J. Richard Gott: Zeitreisen in Einsteins Universum
Rororo   2003   ISBN 3 499 61577 0
 

Übersicht über neue Forschungen
Spektrum der Wissenschaft – Dossier Kosmologie
2004

Ein erfolgreiches Buch überarbeitet und reicher illustriert:
Stephen Hawking & Leonard Mlodinow: Die kürzeste Geschichte der Zeit
Rowohl 2005       ISBN  3 498 02986 X

Neue Vorstellungen zum möglichen Aufbau des Universums:
Michio Kaku: Im Paralleluniversum. Eine kosmologische Reise vom Big Bang in die 11. Dimension.
rororo 2006     ISBN 3 499 61948 2

Zusammenfassung des Standes des Wissens:
Mathias Bartelmann: Das Standardmodell der Kosmologie
Sterne und Weltraum August/September 2007

Forschungsvorhaben zur Dunklen Energie
Thilo Körkel: Startschuss für die Suche nach der großen Unbekannten
Spektrum der Wissenschaft Dezember 2007

Die wichtigsten Ergebnisse des WMAP-Programmes
The Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) -  WMAP’s Top 10
http://map.gsfc.nasa.gov/    Stand 13.9.2010

Einführung in die Kosmologie
Cosmology – The Study of the Universe
http://map.gsfc.nasa.gov/universe/WMAP_Universe.pdf
 

Gilt Newton’s Gesetz auch für sehr schwache Gravitationsfelder?
Riccardo Scarpa/ Gianni Marcoi/ Roberto Gilmozzi/Giovanni Carraro:
Using Globular Clusters to Test Gravity in the Weak Accelaration Scheme
The Messenger 128  Juni 2007

Eine alternative Erklärung zur Beobachtung der beschleunigten Expansion
Frederic H. Hessmann: Ist die dunkle Energie nur eine Fata Morgana?
Sterne und Weltraum Januar 2008

Die bislang erfolglose Suche nach der Dunklen Materie und der Dunklen Energie
Dan Hooper: Dark Cosmos - In Search of Our Universe's Missing Mass and Energy
Smithsonian Books  2007     ISBN 978-0-06-113033-5 (pbk.)

Zum Stand der Kosmologie: Dunkle Materie -  dunkle Energie -  flaches, beschleunigt expandierendes Universum
Harald Lesch/ Jörn Müller: Kosmologie für helle Köpfe – Die dunklen Seiten des Universums
Goldmann 2006     ISBN 978-3-442-15382-4

Grundfragen der Physik und Kosmologie ausführlich behandelt, von Newtons Weltbild bis hin zur Stringtheorie.
Brian Green: Der Stoff aus dem der Kosmos ist. Raum, Zeit und die Beschaffenheit der Wirklichkeit.
Goldmann 2008    ISBN: 978-3-442-15487-6

Enthält interaktive Grafik zum Einfluss von Materie und Dunkler Energie
Eli Michael, University of Colarado: How does the cosmological constant affect the evolution of the Universe?
http://super.colorado.edu/~michaele/Lambda/evol.html

Eine Tour-de-force der Kosmologie bis hin zu den aktuellen Überlegungen zu Entstehung des Universums
Lawrence M. Krauss: “A Universe from Nothing – Why There is Something Rather than Nothing”
Free Press 2012  ISBN 978 – 1 – 4516 – 2445 - 8

Größe des Universums von dem wir Informationen haben können, Strukturen, Inhalt
Observable Universe
http://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe
 
 
 

Einführg  Ergänzungen
Stellung in der Welt
Die Evolution
Aberglaube, Religion
Das Gehirn versagt

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