Über die Autoren 7 Widmung 7 Danksagungen der Autoren 7. Einführung 21

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1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Über die Autoren 7 Widmung 7 Danksagungen der Autoren 7 Einführung 21 Über dieses Buch 21 In diesem Buch verwendete Regeln 22 Worüber Sie nichts lesen werden 22 Verrückte Annahmen 22 Wie dieses Buch aufgebaut ist 23 Teil I: Am Anfang war...: Frühe Ideen über das Universum 23 Teil II: Moderne Kosmologie: Am Anfang war der Urknall 23 Teil III: Das Do-it-yourself-Universum 24 Teil IV: Hier werden harte Fragen gestellt 24 Teil V: Sachen zum Staunen 25 In diesem Buch verwendete Symbole 25 Wie es nun weitergeht 26 Teil I Am Anfang war...: Frühe Ideen über das Universum 27 Kapitel 1 Wir erforschen das frühe Universum 29 Ansichten ändern sich wissenschaftlich gesprochen 29 Wissenschaft und Religion im Gegensatz 31 Wir definieren das Wort Kosmologie 32 Der Blick zum Anfang des Universums 33 Wir behandeln den Luxuslimousinen-Effekt 33 Wir fangen ganz von vorne an 35 Warum die Jetztzeit so aufregend ist 36 Kapitel 2 Aufblick zu den Sternen: Was die Menschen früher glaubten 37 Ein Heim für die Götter: Frühe Weltbilder 37 Das Gerippe eines Gottes wird zerteilt: Die babylonische Schöpfungsgeschichte 38 Liebe zwischen den Sternen: Ägyptische Götter am Himmel ftoc.indd :28:21 Uhr

2 Der Ursprung des Universums für Dummies Eine wissenschaftliche Herangehensweise: Frühe Ansichten 39 Der sich die Sphärenharmonie vorstellte: Pythagoras 40 Der die Grenzen verschob: Anaxagoras von Klazomenai 40 Er folgt seinem Wandelstern: Aristarch von Samos 41 Aristoteles trägt den Sieg davon 42 Die Verfeinerung des aristotelischen Systems durch Ptolemäus 43 Die Sonne wird in die Mitte gerückt: Die kopernikanische Revolution 44 Kapitel 3 Der Apfel fällt: Newton, die Schwerkraft und die Bewegung der Planeten 47 Tycho Brahe, ein aufgehender Stern 47 Die Arbeit in der größten Sternwarte der Welt 48 Der Gehilfe und Überwinder von Brahe: Johannes Kepler 50 Die Formulierung der Keplerschen Gesetze 50 Wir würdigen Keplers Erbe 55 Das Universum gibt sich zu erkennen: Galileo 56 Der Schiefe Turm und die Schwerkraft 56 Ein Blick durch Galileos Augen 57 Venus durchläuft Phasen 58 Die Entdeckung von Flecken auf der Sonne 59 Galileos Konfrontation mit der Kirche 59 Zuschauen, wie der Apfel fällt: Isaac Newton 61 Alles wird miteinander verknüpft 61 Die Wertschätzung von Newtons Principia 63 Er spekuliert nicht über die Ursache der Schwerkraft 67 Wir betrachten die Wirkung von Newtons Theorien 67 Teil II Moderne Kosmologie: Am Anfang war der Urknall 69 Kapitel 4 Das Universum krümmt sich: Magnetismus und Schwerkraft 71 Die Bestätigung der Newtonschen Gesetze 72 Das Problem mit dem Merkurperihel 72 Das Licht als elektromagnetische Welle: James Clerk Maxwell 73 Wir spielen auf dem elektromagnetischen Feld 73 Maxwell findet wunderbare Gleichungen 75 Die Entdeckung eines verblüffenden Zusammentreffens 75 Der Äther wird abgeschafft: Michelson und Morley 76 Bläst der (Äther-)Wind? 76 Der Ätherwind wird untersucht 77 Der relative Albert Einstein ftoc.indd :28:21 Uhr

3 Inhaltsverzeichnis Nachdenken über einen physikalischen Widerspruch: die Spezielle Relativitätstheorie 80 Die Zeit dehnt sich 82 Der Zusammenhang von Masse und Energie 85 Weiter geht s zur Allgemeinen Relativitätstheorie 86 Kapitel 5 Wir vermessen das Universum 93 Wir untersuchen all die funkelnden Sterne 93 Wir schauen uns die Sachen etwas genauer an 94 Wir vergleichen die Farben der Sterne 95 Wir klassifizieren die Sterne 97 Wir sortieren nach der Oberflächentemperatur 97 Unterschiedliche Helligkeiten 99 Veränderliche Sterne aller Art 100 Wir messen Sternentfernungen 102 Die Parallaxe hilft uns aus der Patsche 103 Wir wenden die Parallaxe auf die Sterne an 104 Die Entfernungsbestimmung mittels Standardkerzen 106 Der Dopplereffekt rückt Sterne ins rote Licht 107 Wir betrachten ein für alle Zeiten expandierendes Universum 109 Die Erforschung der Nebelflecken 109 Hubbles Weltbild vergrößert sich 112 Kapitel 6 Der Urknall wird vorbereitet 115 Wir stellen die Zutaten für ein expandierendes Universum zusammen 115 Die Vorhersage eines expandierenden Universums 116 Die Beobachtung des expandierenden Universums 117 Wir verstehen die Expansion, indem wir einen»universellen«luftballon aufblasen 117 Wir heizen für die Expansion vor 118 Wir fangen klein an 119 Die Namensgebung des Urknalls 119 Wir schauen in den Ofen und halten nach fossiler Strahlung Ausschau 120 Wir fühlen die Strahlung 120 Wann entstand der CMB? 121 Wir entschlüsseln den CMB 122 Wir finden Variationen im CMB 122 Wir identifizieren die Quelle der Variationen im CMB 123 Wir beobachten Schwarzkörperstrahlung 124 Wir schätzen die damit verknüpfte Energiemenge ab ftoc.indd :28:22 Uhr

4 Der Ursprung des Universums für Dummies Kapitel 7 Der Teig geht auf: Expansion und Inflation des Universums 127 Wir gehen zum Anfang zurück 127 Wir definieren das Universum 128 Wieder zurück zum Ursprung 129 Wir denken über den Horizont nach 129 Wir geben dem Universum eine Form 131 Ein kollabierendes Universum 131 Ewige Expansion 132 Ein Universum gerade richtig zum Leben 132 Wir stellen uns die Inflation vor 133 Exponentielle Expansion 133 Wir lösen einige knifflige Probleme 134 Die Schwerkraft wird umgekehrt 134 Die Inflation wird hingebogen 136 Kapitel 8 Unterschiedliche Gedanken über das Universum 137 Ewige Existenz: Eine Alternative zum Urknall 137 Wir picken die Rosinen aus dem Kuchen und stellen uns ein konstantes Universum vor 138 Die Steady-State-Theorie 139 Wir betrachten das Schöpfungsfeld 139 Die weitere Entwicklung der Steady-State-Theorie 140 Wir erklären das Universum auf andere Weise 142 Kosmische Zutaten werden zusammengemischt: das Mixmaster-Universum 142 Die Theorie der Lichtermüdung 143 Wir spielen mit Materie und Antimaterie: Plasma-Kosmologie 144 Weitere merkwürdige kosmologische Theorien 145 Teil III Das Do-it-yourself-Universum 147 Kapitel 9 Wir bauen Dinge von Grund auf 149 Was ist Materie? Auf der Suche nach den Grundbausteinen 150 Vorstoß zu immer kleineren Bereichen doch nur bis zu einem bestimmten Punkt 150 Thomson entdeckt das Elektron 151 Ernest Rutherford zerlegt das Atom weiter 152 Über Elektronen, Protonen und Neutronen hinaus: die Quantenmechanik ftoc.indd :28:22 Uhr

5 Inhaltsverzeichnis Die Geburt der Quantenmechanik: Max Planck 156 Eine neue Vorstellung vom Atom 157 Reist Licht als Welle oder als Teilchen oder als beides? 158 Ein Kompromiss wird geschlossen: Werner Heisenberg 158 Die Erforschung der Wahrscheinlichkeiten 160 Antimaterie 161 Was bedeuten negative Zahlen? 162 Die Entdeckung des positiven Elektrons 162 Was ist Antimaterie? 163 Wir lernen das Standardmodell kennen 164 Die Klassifikation von Quarks 166 Wir begegnen zusammengesetzten Teilchen 166 Immer mehr Quarks: charm, top und bottom 167 Elektronen und mehr im Standardmodell 167 Die Anordnung in Familien 167 Kapitel 10 Volle Kraft voraus: Die Rolle der Grundkräfte im Universum 171 Kräfte am Werk 171 Wir betrachten Newtons Kraftbegriff 172 Die Vereinigung von Elektrizität und Magnetismus: die elektromagnetische Kraft 172 Tief im Innern des Atoms: die schwache Wechselwirkung 178 Der Kern wird zusammengehalten: die starke Wechselwirkung 179 Die Vereinheitlichung der Naturkräfte 179 Die Übertragung der schwachen Wechselwirkung 180 Die Übertragung der starken Wechselwirkung 181 Wir betrachten die Quantengravitation 182 Die Teilchen erhalten Masse: das Higgs-Feld und das Higgs-Boson 183 Die Suche nach GUTs und TOEs: Grand Unified Theories und Theories of Everything 184 Kapitel 11 Licht fällt auf dunkle Materie und auf schwingende Saiten 187 Ein schwarzer Elefant in der finsteren Kammer: die Dunkle Materie 187 Wir entdecken die dunkle Seite des Universums 188 Die Entdeckung seltsamer Rotationskurven von Galaxien 189 Die Definition der Dunklen Materie 189 Die Kartierung der Dunklen Materie im Universum 191 Es wird noch dunkler: Dunkle Energie 191 Die kosmologische Konstante 193 Quintessenz 194 Die Saiten des Universums ftoc.indd :28:22 Uhr

6 Der Ursprung des Universums für Dummies Wir vermessen das Stück einer Saite 194 Wir vergleichen im Wettbewerb stehende Stringtheorien 195 Kapitel 12 Wir spielen mit dem Chemiekasten des Universums 197 Ein Rundgang durch das Periodensystem der Elemente 197 Wir fangen mit dem Wasserstoff an 198 Wir fügen dem Gemisch Neutronen hinzu 199 Wir betrachten die Elektronenwolken 199 Wir berechnen die Häufigkeit der chemischen Elemente 199 Die Erzeugung von Wasserstoff und Helium im Urknall 200 Ein Stern wird geboren 202 Vom Wasserstoff zum Helium 203 Ein chemisches Hindernis tut sich auf 204 Wir erzeugen schwerere Elemente 205 Ein Zyklus aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff 206 Wir klassifizieren Sterne aufgrund ihrer Chemie 207 Sterne der Population I 207 Sterne der Population II und III 208 Wir erzeugen schwere Elemente mittels Supernovae 209 Supernovae vom Typ I 209 Supernovae vom Typ II 210 Kapitel 13 Die Entstehung von Sternen, Sonnensystemen, Galaxien und anderen Objekten 211 Die Entstehung von Sternen 212 Ein Besuch in den Kinderstuben der Sterne 212 Wir entdecken allgemeine Wahrheiten bei den ältesten Sternen 213 Die Bildung von Sonnensystemen 214 Die Entstehung von Galaxien 214 Wir betrachten die Spiralgalaxien 215 Die Spiralarme bilden sich 216 Alles im Universum wird inventarisiert 216 Galaxien 217 Sterne 218 Schwarze Löcher 219 Das große Ganze: Jenseits der Milchstraße 220 Wir besuchen die Lokale Gruppe 220 Die Anhäufung von Galaxien 220 Die Superhaufen 221 Das Weben des kosmischen Netzwerks ftoc.indd :28:22 Uhr

7 Inhaltsverzeichnis Kapitel 14 Die Entstehung des Lebens 225 Die Definition des Lebens 225 Komplexität 226 Stoffwechsel 226 Entwicklung 227 Autonomie 227 Fortpflanzung 227 Wir skizzieren eine Arbeitsdefinition 228 Wir spüren die Anfänge des Lebens auf 229 Wir berechnen das Alter des Lebens auf der Erde 229 Wir erkunden die Anfänge des Lebens 230 Ein Teller voll warmer Ursuppe 232 Wir tauchen den Zeh in Darwins Tümpel 233 Im Innern der Zelle: DNA und Proteine 234 Das Problem vom Huhn und dem Ei 236 Leben in einem Universum, das»gerade richtig«ist 237 Kapitel 15 Eine Reise durch die Zeit 239 Wir erkunden die Vergangenheit, die Gegenwart und die Zukunft 239 Eine andere Sicht auf die Raumzeit: Weltlinien und Lichtkegel 240 Wir fischen nach Tachyonen 245 Wir betrachten die Kausalität 246 Wir betrachten die Geschwindigkeit der Schwerkraft 246 Die Zeit wird zurückgedreht 247 Schneller als das Licht 247 Wir wagen uns in die Zeit vor dem Urknall zurück 248 Alles wird in einem singulären Zeitpunkt aufsummiert 249 Wir betrachten ein unendliches Universum 250 Teil IV Hier werden harte Fragen gestellt 253 Kapitel 16 Wir erklären das Unerklärliche 255 Wir schauen dem Tod von Sternen zu 255 Augen auf bei Schwarzen Löchern 256 Die Entstehung von Schwarzen Löchern 256 Wir sehen das Unsichtbare 258 Die Klassifikation Schwarzer Löcher ftoc.indd :28:23 Uhr

8 Der Ursprung des Universums für Dummies Wir schauen ins Innere der Schwarzen Löcher 259 Der Fall in ein Schwarzes Loch 260 Der Durchbruch zur anderen Seite 261 Wir lernen Neutronensterne kennen 262 Wir denken über das Paulische Ausschließungsprinzip nach 263 Wir prüfen den Puls von Neutronensternen 264 Wir begegnen den Quasaren, den faszinierenden Herzen der Galaxien 264 Die Erschaffung von Paralleluniversen 265 Eine Reise durch den unendlichen Raum 265 Seifenblasen aus der Inflation 266 Kapitel 17 Die Suche nach außerirdischem Leben 269 Die Suche nach Leben im Sonnensystem 269 Mars 270 Titan 271 Die Suche nach Leben tragenden Planeten außerhalb des Sonnensystems 272 Das Sternlicht oszilliert: die Radialgeschwindigkeit 273 Planeten im Walzertakt: Astrometrie 275 Wir jagen Schatten: die Durchgangsmethode 275 Wie man intelligentes Leben anderswo finden kann 276 Wir verlassen uns auf Radiowellen 277 Man fragt sich, wo all die Außerirdischen sind 279 Kapitel 18 Dem Ende entgegen 281 Wenn die Sonne erlischt 282 Wir betrachten das Schicksal des Universums 283 Warum die Dichte des Universums wichtig ist 284 Das Ende eines offenen Universums: das große Erstarren 286 Das Ende eines geschlossenen Universums: der Große Kollaps 287 Ein anderes Ende in Sicht: der Große Verriss 288 Teil V Sachen zum Staunen 291 Kapitel 19 Zehn verschiedene Ansichten über den Ursprung des Universums 293 Jüdisch-christliche Schöpfung: Am Anfang war Islamische Schöpfung: Es öffnen sich Himmel und Erde 294 Die Schöpfung der Hindus: Eine Folge von Zyklen ftoc.indd :28:23 Uhr

9 Inhaltsverzeichnis Die buddhistische Schöpfung: Ursache und Wirkung ohne einen Schöpfer 295 Die shintoistische Schöpfung: Die Erde, jung und glatt 296 Afrikanisches Volkstum: Der Ursprung aus dem Ei 297 Die irokesische Schöpfung: Die Geschichte mit der Schildkröte 297 Adams: Das Leben, das Universum und der ganze Rest 298 Pratchett: Absurdität und eine weitere Riesenschildkröte 299 Kapitel 20 Die zehn größten Fortschritte in der Kosmologie 301 Der Cosmic Background Explorer (COBE) 301 Das Europäische Elementarteilchenphysik-Laboratorium (CERN) 302 Das Hubble Space Telescope 303 Super-Kamiokande 304 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 305 Das Chandra-Röntgen-Observatorium 305 Fermilab 306 Das Atacama Cosmology Telescope (ACT) 307 Die Mount-Wilson-Sternwarte 308 Die Keck-Teleskope 308 Anhang Wie man wissenschaftliche Einheiten und Gleichungen verstehen kann 311 Exponenten 311 Andere mathematische Schreibweisen 312 Wissenschaftliche Einheiten 312 Das Meter 313 Das Kilogramm 313 Die Sekunde 313 Das Kelvin 314 Nicht-SI-Einheiten 314 Winkel 314 Länge 315 Wichtige Gleichungen 317 Das Dritte Keplersche Gesetz 317 Newtons Gravitationsgesetz 317 Die allerberühmteste Gleichung 318 Das Hubblesche Gesetz 318 Stichwortverzeichnis ftoc.indd :28:23 Uhr

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