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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Rätsel Kosmos - 2/2013 Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 spezial Physik MAthematik Technik spezial Physik MAthematik Technik 2/13 Rätsel Kosmos Neue Erkenntnisse runden unser Weltbild ab 8,90 (D) 9,70 (A) 10, (L) sfr. 17, Parallelwelten Ein Universum oder viele? Kosmologie Verliert das Universum Energie? Schwarze Löcher Schattenrisse der Schwerkraftmonster

3 Sonderhefte zu Astronomie und Astrophysik Die Jagd nach dem Quark-Gluon-Plasma Der lange Weg zum Higgs Leben in der Quantenwelt Schrödingers Katze auf dem Prüfstand Antirealistischer Querdenker 8,90 Der Ur-Sprung des Alls Bedroht die Quantenverschränkung Einsteins Theorie? Die Wirklichkeit der Quanten Nackte Singularitäten Ist das Universum ein Torus? 8,90; 2. Auflage Leben auf dem Mars Dunkle Wahrheiten: Galaxien als natürliche Teleskope Europas Weg zum weltgrößten Teleskop Die älteste Materie des Sonnensystems 8,90 Acht Wunder des Sonnensystems Das Zeit alter der elektrischen Raketen Stellarer Ur haufen: Geschwister der Sonne Exoplaneten, wo keine sein dürften 8,90 Ausgewählte Sonderhefte als PDF oder APP erhältlich Tel.: Fax: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbh Slevogtstraße Heidelberg Wissenschaft aus erster Hand

4 Editorial Thilo Körkel Redakteur dieser Ausgabe Den Kosmos mit neuen Augen sehen Der Strom von Nachrichten aus Astronomie, Astrophysik und Kosmologie reißt nicht ab. Fast täglich, mindestens aber wöchentlich erfahren wir, welche neuen Erkenntnisse Forscher aus den Daten immer leistungsfähigerer Messinstrumente auf der Erde und im Weltraum gewinnen konnten. Wirklich überraschen können uns die Wissenschaftler aber selten, denn meist widmen sie sich bekannten Phänomenen, die sie in einem weiteren Detail besser zu verstehen suchen. Neues Wissen entsteht nun einmal in vielen, manchmal winzig kleinen Schritten. Erst am Ende tritt aus den zahlreichen Einzelheiten das große Bild der Welt hervor. Umso schöner ist es, wenn wir auf vertraut scheinendem Terrain dann doch Überraschungen erleben. Genau solchen Momenten gilt dieses Heft. Nehmen wir nur die unkonventionelle Frage»Verliert das Universum Energie?«(S. 14), bei deren Beantwortung nichts Geringeres auf dem Spiel steht als der fundamentale Satz von der Energieerhaltung. Oder das Vorhaben, Schwarze Löcher vielleicht doch fotografieren zu können (S. 38). Zwar sind die Schwerkraftmonster prinzipiell unsichtbar, denn sie verschlucken Licht, statt es zu reflektieren. Doch Forscher haben eine Idee entwickelt, wie sie dem Porträt eines Schwarzen Lochs so nahe kommen können wie irgend denkbar: indem sie den Schatten aufnehmen, den das Objekt auf den kosmischen Hintergrund wirft. Auch die Beobachtung, dass es im Universum sogar an»normaler«materie zu fehlen scheint (S. 58), wird nicht wenige von Ihnen erstaunen. Schätzungen zufolge enthält der Kosmos 200 Milliarden Galaxien es müsste aber zehnmal mehr davon geben. Astronomen stehen vor einem Rätsel, das zu lösen ihnen nicht ganz leicht fällt. Ein Heft also mit hoffentlich vielen Überraschungen viel Spaß beim Lesen! PS: Weitere, stets aktuelle Nachrichten und Berichte zum Thema finden Sie unter SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT 3

5 INHALT Ein Universum oder viele? Die Idee der Parallelwelten fasziniert viele Kosmologen. Überzeugende Belege werden sie aber für alle Zukunft schuldig bleiben. Erhaben über die Gesetze Photonen, die in einem expandierenden Universum unterwegs sind, verlieren scheinbar Energie. Ein Verstoß gegen die Naturgesetze? Fotoscheue Gesellen Schwarze Löcher lassen sich aus Prinzip nicht fotografieren. Nun wollen Astronomen stattdessen ihren Schatten auf ein Bild bannen. r r Kosmologie Parallelwelten 6 Multiversum in Beweisnot George F. R. Ellis Viele Kosmologen fasziniert die Idee, es gebe unzählige Paralleluniversen. Das Problem: Niemand wird je deren Existenz überprüfen können. Naturgesetze 14 Verliert das Universum Energie? Tamara M. Davis Der Energieerhaltungssatz gilt als Grundfeste der Physik. Ausgerechnet das Universum als Ganzes scheint ihn zu verletzen. r Supercomputer-simulation 22 Das Universum in der Kiste Brian Hayes Für die Software»Bolshoi«ist das Weltall ein Würfel mit einer Milliarde Lichtjahre Kantenlänge. Schwarze Löcher Radioastronomie 30 Schattenrisse Schwarzer Löcher Avery E. Broderick und Abraham Loeb Mit einem globalen Teleskopverbund wollen Astronomen den Schatten eines Schwarzen Lochs vor dem kos- mischen Hintergrund abbilden. Astrophysik 38 Mittelgewichte unter den Schwarzen Löchern Jenny E. Greene Wie entstehen supermassereiche Schwarze Löcher? Eine von zwei konkurrierenden Erklärungen scheint nun das Rennen zu machen. Rekordbrecher 47 Massemonster im All Michele Cappellari 48 Beherrscht vom Schwarzen Loch Thorsten Dambeck 4 Spezial Physik Mathematik Technik 2/2013: Rätsel Kosmos

6 50 66 Elegante Krempe Zwei Satellitengalaxien verbiegen die Ränder der Galaxis und Dunkle Materie erweist sich als Helfershelfer. Explosionen der Extraklasse Einige Sterne setzen bei ihrer Explosion ungeahnt viel Energie frei. Erklären lässt sich das nur, wenn man davon ausgeht, dass sie über 100-mal mehr Masse als die Sonne besaßen. Doch nach der gängigen Theorie dürften solche Exemplare gar nicht explodieren! Neue Phänomene Dunkle Materie 50 Die dunkle Seite der Milchstraße Leo Blitz Der geschwungene Außenrand der Milchstraße könnte die Momentaufnahme einer Wellenbewegung sein verursacht von Dunkler Materie. Intergalaktisches Medium 58 Die verschwundenen Galaxien James E. Geach Nach neuesten Schätzungen ent- hält das Universum 200 Milliarden Ga laxien doch es müsste zehn- mal mehr leuchtende Materie geben. Wo verbirgt sich der Rest? Sternphysik 66 Superhelle Supernovae Avishay Gal-Yam Dass Hyperriesen explodieren können, überraschte die Theoretiker. Erst als sie auch Antimaterie in ihren Modellen berücksichtigten, zeichnete sich eine Erklärung ab. Schicksal des Universums 74 Die ferne Zukunft der Sterne Donald Goldsmith Nicht alle exotischen Objekte, die das Universum hervorbringen kann, lassen sich heute schon am Nachthimmel beobachten. In einigen Billionen Jahren ist es aber so weit. Vielleicht wird der Kosmos sogar lebensfreundlicher. Editorial 3 Impressum 47 Vorschau 82 Titelmotiv: Mark Hooper [M] Die auf der Titelseite angekündigten Artikel sind mit r gekennzeichnet. SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT 5

7 Parallelwelten Multiversum in Beweisnot Viele Kosmologen fasziniert die Idee, es gebe unzählige Paralleluniversen mit jeweils eigenen Naturgesetzen. Doch das Problem ist: Niemand wird je nachprüfen können, ob ein solches Multiversum überhaupt existiert. Von George F. R. Ellis S eit einigen Jahren debattieren Kosmologen über eine kühne These: Außer dem expandierenden Universum, das wir wahrnehmen, sollen noch ungezählte weitere Universen existieren. Es gäbe demnach nicht nur einen Kosmos, sondern ein Multiversum. Der amerikanische Physiker Brian Greene bezeichnet diese Vorstellung als»superkopernikanische Revolution«, da ihr zufolge nicht nur unser Planet einer unter vielen ist, sondern sogar unser gesamtes Universum in kosmischem Maßstab unbedeutend. Was genau ist das, ein Multiversum? Zunächst einmal hat das Wort mehrere Bedeutungen. Astronomen vermögen bis zu einer Entfernung von rund 42 Milliarden Lichtjahren zu sehen; diese optische Grenze definiert unseren kosmischen Horizont. Es gibt aber keinen Grund, warum das All dort aufhören sollte. Jenseits des Horizonts dürften viele sogar unendlich viele Bereiche liegen, die dem für uns sichtbaren Kosmos gleichen. Zwar war die Materie anfänglich in jedem dieser Bereiche anders verteilt, aber in allen gelten dieselben Naturgesetze. Fast alle Experten akzeptieren diesen Typ des Multiversums, den der amerikanische Kosmologe Max Tegmark»Ebene 1«nennt. Doch manche Theoretiker gehen weiter. Sie postulieren völlig unterschiedliche Universen mit einer jeweils anderen Physik, mit einer eigenen Geschichte oder gar mit unterschiedlich vielen Raumdimensionen. Die meisten dieser hypothetischen Welten sind lebensfeindlich, doch einige wimmeln von Organismen. Ein Hauptvertreter dieses»ebene-2«-multiversums ist der russisch-amerikanische Physiker Alexander Vilenkin. Er entwirft das dramatische Bild einer unendlichen Menge von Universen mit unendlich vielen Personen darin, die Ihren Namen tragen und gerade diesen Artikel lesen. Derlei Behauptungen sind in vielen Kulturen nichts Neues. Neu ist allein der Anspruch, das Multiversum sei eine wissenschaftliche, also mathematisch strenge und experimentell prüfbare Theorie. Ich bin da skeptisch und glaube nicht, dass die Existenz dieser anderen Universen bewiesen wurde ja überhaupt beweisbar ist. Indem die Befürworter des Multi- 6 Spezial Physik Mathematik Technik 2/2013: Rätsel Kosmos

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