Kosmologie. der Allgemeinen Relativitätstheorie. Gravitationswellen

Transkript

1 Kosmologie der Allgemeinen Relativitätstheorie Gravitationswellen

2 Entstehung von Gravitationswellen Dr. R. Göhring 2

3 Ausbreitung der Gravitationswellen Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring 3

4 Erster Gravitationswellen-Detektor Der Physiker Joseph Weber ( ) war Spezialist auf dem Gebiet Laser- und Maser- Technologie entwickelte er den ersten Gravitationswellen- Detektor Weber bar, ein Ensemble von mehreren Aluminiumzylindern, die eine Resonanzfrequenz von 1660 Hertz hatten. Sehr empfindliche Piezo- Sensoren sollten eine Längenänderung der Zylinder von der Größe Meter nachweisen können. Letztlich scheiterten alle Versuche mit diesem Detektor. Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring 4

5 Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring 5

6 Indirekter Nachweis von Gravitationswellen Hulse und Taylor entdeckten 1974 den Doppel-Pulsars PSR Sie stellten fest, daß sich Pulsfrequenz kontinuierlich ändert. Sie interpretierten dies als Energieverlust durch Abstrahlung von Gravitationswellen. Momentan schrumpft die große Halbachseder Umlaufbahnen um 3,5 Meter pro Jahr. Der Doppelpulsar wird damit in 300 Mio Jahren verschmelzen. Hulse und Taylor erhielten für diese Quelle: Wikipedia Entdeckung 1993 den Nobelpreis. Dr. R. Göhring 6

7 Graviationswellen- Detektor LIGO (Hanford) Quelle: LiGO Dr. R. Göhring 7

8 LIGO (Livingston) Dr. R. Göhring 8

9 VIRGO (Nähe Pisa) Quelle: Dr. R. Göhring 9

10 GEO600 Dr. R. Göhring 10

11 Quelle: LIGO Scientific Collaboration / Caltech / MIT Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 11

12 Quelle: LIGO Scientific Collaboration / Caltech / MIT Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 12

13 Quelle: LIGO Dr. R. Göhring 13

14 Nobelpreis für den Nachweis von Gravitationswellen Dr. R. Göhring 14

15 LIGO Messungen (GW150914) Dr. R. Göhring 15

16 Dr. R. Göhring 16

17 Quelle: Dr. R. Göhring 17

18 Lokalisierung der Quelle Quelle: Dr. R. Göhring 18

19 Bisher beobachtete Gravitationswellen Ereignis m 1 /M Sonne m 2 /M Sonne M f /M Sonne Signallaufzeit in Jahren GW (BBH) 35,6 30,6 63,1 1,2 Milliarden GW (BBH) 23,3 13,6 35,7 2,6 Milliarden GW (BBH) 13,7 7,7 20,5 1,2 Milliarden GW (BBH) 31,0 20,1 49,1 2,4 Milliarden GW (BBH) 10,9 7,6 17,8 0,9 Milliarden GW (BBH) 50,6 34,3 80,3 5,0 Milliarden GW (BBH) 35,2 23,8 56,4 2,5 Milliarden GW (BBH) 30,7 25,3 53,4 1,6 Milliarden GW (BNS) 1,46 1,27 2,8 130 Millionen GW (BBH) 35,5 26,8 59,8 2,5 Milliarden GW (BBH) 39,6 29,4 65,6 3,9 Milliarden Quelle: Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 19

20 Dr. R. Göhring 20

21 Dr. R. Göhring 21

22 Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring 22

23 Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 BICEP-2 Quelle: Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 23

24 Signal des Urknalls? Quelle: Dr. R. Göhring 24

25 Pressestimmen zu den Ergebnissen von BICEP2 am Beispiel FAZ Harvard-Smithonian Center for Astrophysics: First Direct Evidence of Cosmic Inflation Release No.: For Release: Monday, March 17, :45am Gravitationswellen bestätigen inflationären Kosmos Das Beben des Urknalls FAZ vom Inflationärer Kosmos Zweifel an den Spuren des Urknall-Echos FAZ vom Das Beben des Urknalls Trübe Aussicht FAZ vom Gravitational Waves remain elusive ESA/PLANCK Dr. R. Göhring 25

26 LISA Laser Interferometer Space Antenna Quelle: Dr. R. Göhring 26

27 Das Standard-Modell der Kosmologie (Konkordanz-Modell) Wir leben in einem beschleunigt expandierenden, räumlich flachen Universum, das vor 13,82±0,06 Milliarden Jahren aus dem Urknall hervorging ( L>0; k = 0); Beweise dafür sind: die galaktische Rotverschiebung, die Existenz der kosmischen Hintergrundstrahlung; das Alter der Sterne und die Hubble-Konstante H 0 = 67±1,4 km sec -1 Mpc -1 Ω m = 0,32 und Ω Λ = 0,68 Als das Universum etwa 1 Sekunde alt war, entstanden die ersten Elemente: Wasserstoff zu ca. 76 % 3 He zu ca. 24 % in sehr geringem Anteil: D, 4 He und 7 Li. Etwa Jahren nach dem Urknall wurde der Raum durchsichtig und es entstand die kosmische Hintergrundstrahlung einer Temperatur heute von 2,725±0,001 Kelvin und einem nahezu perfekten Spektrum eines schwarzen Körpers. d a(t) m r,0 2 = H ( m + L 1 ) + a (t) dt a(t) a (t) L 1 2 Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 27

28 Die übliche Aussage der Kosmologie lautet: mit dem Urknall entstehen Raum und Zeit. Was vorher war, entzieht sich der Allgemeinen Relativitätstheorie und darüber braucht man sich keine Gedanken machen. Dieser Ansatz widerspricht völlig der Art zu denken und der philosophischen Tradition unseres kulturellen Umfeldes. Das ist der Grund, warum immer wieder versucht wird, darüber hinaus zu theoretisieren. Quelle: de.bigbangtheory.wikia.com Dr. R. Göhring 28

29 Immerwährende Inflation Während der Phase der Inflation expandiert das Universum exponentiell inf l t a(t) e Infolge der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation E t treten während der Expansion Fluktuationen bei der Energiedichte e infl auf. Sehr große (und seltene) Fluktuationen erhöhen signifikant die Energiedichte in gewissen Bereichen des Universums Diese Regionen expandieren wesentlich stärker als der Ausgangsbereich. Das führt zu einem ewigen Prozeß der Selbst- Reproduktion des Universums. Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 29

30 Insofern sich die Sätze der Mathematik auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher, und insofern sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit. Einstein 1921 Dr. R. Göhring 33