Kosmologie der Allgemeinen Relativitätstheorie Gravitationswellen
Entstehung von Gravitationswellen https://www.galileo.tv/science Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 2
Ausbreitung der Gravitationswellen Quelle: Wikipedia http://www.geo600.uni-hannover.de/physikjahr/gwdetektoren.html Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 3
Erster Gravitationswellen-Detektor Der Physiker Joseph Weber (1919-2000) war Spezialist auf dem Gebiet Laser- und Maser- Technologie. 1968 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 10-16 Meter nachweisen können. Letztlich scheiterten alle Versuche mit diesem Detektor. Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 4
Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 5
Indirekter Nachweis von Gravitationswellen Hulse und Taylor entdeckten 1974 den Doppel-Pulsars PSR 1913+16. 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 r.goehring@arcor.de 6
Graviationswellen- Detektor LIGO (Hanford) Quelle: LiGO Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 7
LIGO (Livingston) Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 8
VIRGO (Nähe Pisa) Quelle: https://www.theverge.com/2017/9/27/16368860/ Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 9
GEO600 http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-mehr/ Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 10
Quelle: LIGO Scientific Collaboration / Caltech / MIT Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 11
Quelle: LIGO Scientific Collaboration / Caltech / MIT Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 12
Quelle: LIGO Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 13
Nobelpreis für den Nachweis von Gravitationswellen Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 14
LIGO Messungen (GW150914) Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 15
Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 16
Quelle: https://scienceblogs.com/startswithabang/2012/08/21/ Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 17
Lokalisierung der Quelle Quelle: http://www.sci-news.com Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 18
Bisher beobachtete Gravitationswellen Ereignis m 1 /M Sonne m 2 /M Sonne M f /M Sonne Signallaufzeit in Jahren GW150914 (BBH) 35,6 30,6 63,1 1,2 Milliarden GW151012 (BBH) 23,3 13,6 35,7 2,6 Milliarden GW151226 (BBH) 13,7 7,7 20,5 1,2 Milliarden GW170104 (BBH) 31,0 20,1 49,1 2,4 Milliarden GW170608 (BBH) 10,9 7,6 17,8 0,9 Milliarden GW170729 (BBH) 50,6 34,3 80,3 5,0 Milliarden GW170809 (BBH) 35,2 23,8 56,4 2,5 Milliarden GW170814 (BBH) 30,7 25,3 53,4 1,6 Milliarden GW170817 (BNS) 1,46 1,27 2,8 130 Millionen GW170818 (BBH) 35,5 26,8 59,8 2,5 Milliarden GW170823 (BBH) 39,6 29,4 65,6 3,9 Milliarden Quelle:https://extras.aufdistanz.de/astronomie/ Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 19
Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 20
Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 21
Quelle: Wikipedia Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 22
Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 BICEP-2 Quelle: www.spiegel.de Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 23
Signal des Urknalls? Quelle: www.spektrum.de Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 24
Pressestimmen zu den Ergebnissen von BICEP2 am Beispiel FAZ Harvard-Smithonian Center for Astrophysics: First Direct Evidence of Cosmic Inflation Release No.: 2014-05 For Release: Monday, March 17, 2014-10:45am Gravitationswellen bestätigen inflationären Kosmos Das Beben des Urknalls FAZ vom 17.3.2014 Inflationärer Kosmos Zweifel an den Spuren des Urknall-Echos FAZ vom 26.6.2014 Das Beben des Urknalls Trübe Aussicht FAZ vom 24.9.2014 Gravitational Waves remain elusive ESA/PLANCK 30.01.2015 Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 25
LISA Laser Interferometer Space Antenna Quelle: https://abenteuer-universum.de/einstein/grav.html#wav Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 26
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 300.000 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 0 + 2 ( m + L 1 ) + a (t) dt a(t) a (t) L 1 2 Dr. R. Göhring r.goehring@arcor.de 27
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 r.goehring@arcor.de 28
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
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 r.goehring@arcor.de 33