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TU Wien, 26.5.2014
Heinz Oberhummer
Technische Universität Wien
Science Busters
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Einleitung:Astronomie: Beobachtung des UniversumsAstrophysik: Erklärung des UniversumsKernphysik: Erforschung der AtomkerneNukleare Astrophysik: Verbindung von Astro- und Kernphysik
• Die großen Dinge im Universum des Makrokosmos (Sterne, Galaxien, Universum) sind auf das Engste mit den kleinen Dingen des Mikrokosmos (Atome, Atomkerne, Elementarteilchen) verbunden.
• Dies gilt besonders auch für die Nukleare Astrophysik: - Atomkerne sind der Grund warum Sonne scheint und Sterne leuchten- Atome von Kohlenstoff bis Uran wurden in Sternen erzeugt
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Die drei großen Fragen
• Menschen haben sich diese drei großen Fragen zu allen Zeiten gestellt
• Früher: Märchen, Sagen, Mythen, Theologie, PhilosophieHaben aber Jahrhunderte nichts mehr dazu beigetragen
• Heute machen die Fortschritte in den Naturwissenschaften die Beantwortung dieser Fragen tatsächlich möglich
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TU Wien, 26.5.2014
1.Mose 1: Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde
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Entwicklung des Universums
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Kosmische Inflation
• Durch eine Quantenfluktuation entstandene gigantische Aufblähung im Inflatonfeld ersten winzigen Bruchteil einer Sekunde: 10-35 bis 10-32 Sekunden um etwa einen Faktor 1026
• Winziger Bereich des Inflatonfelds mit Überlichtgeschwindigkeit zu einem ganzen Universum aufgebläht
• Inflationstheorie gibt am besten die Beobachtungen und Eigenschaften unseres Universum wieder:
Entstehung von Raum, Zeit, Energie und MaterieMaterie im UniversumStrukturen: Galaxienhaufen, Galaxien, SterneEigenschaften und Struktur der Hintergrundstrahlung
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Inflatonfeld
• Beginn des Universums: Quantenfluktuationen des Inflatonfeldes
• Grundlegende Größen im Universum:Dimensionen (Raum und Zeit)Felder (Elektromagnetisches Feld, Gravitationsfeld, Teilchenfelder (z.B. Elektronfeld, …)Higgsfeld, Inflatonfeld
• Nach der Quantentheorie gibt es stets Quantenfluktuationen von Feldern, bei der Energie kurzfristig entstehen und wieder vergehen kann
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• Kommt vom Urknall im Mikrowellenbereich• Ist im Mikrowellenbereich am gesamten Himmel beobachtbar • Zeigt Temperaturschwankungen• Wird manchmal als „Fingerabdruck Gottes“ bezeichnet
Hintergrundstrahlung
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• Teleskop BICEP2 am Südpol• Beobachtung der Polarisation der Hintergrundstrahlung• Bestätigung der Inflation• März 2014: Kosmische Inflation nachgewiesen• Erste billionstel billionstel billionstel Sekunde des Universums
Hintergrundstrahlung
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Urknall
Entstehung des Universums vor 13,8 Milliarden Jahren im so genannten Urknall aus einem Zustand mit
extrem hoher Dichte und Temperatur
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Bibel, Joh 3,36: Wer an den Sohn glaubt, der hat ewiges Leben;
wer aber dem Sohne nicht glaubt, der wird das Leben nicht sehen,
sondern der Zorn Gottes bleibt auf ihm.
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Das Sonnensystem
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Sterne
• Die Sterne, die wir am Himmel sehen, sind auch nur Sonnen. Weil sie aber viel weiter weg sind als die Sonne erscheinen sie uns nur als Punkte und nicht als Scheibe wie unsere Sonne.
• Es gibt so viele Sterne im Universum, wie Sandkörner auf allen Stränden der Erde.
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Sterne und Planeten
• Die Sonne scheint und die Sterne leuchten, weil tief in ihrem Inneren durch Verbrennen von Atomkernen Energie erzeugt wird. Daher ist auf der Sonne und den Sternen mit einigen tausend Grad sehr heiß.
• Hingegen werden Planeten nur von der Sonne beleuchtet und erzeugen keine Energie.
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Zukunft der Erde
• Energie und Größe der Sonne nimmt zu
• Nach einigen Millionen Jahren: Kein höheres Leben
• Nach 1 Milliarde Jahre: Ozeane verdampft
• Nach 1,5 Milliarden Jahre: Kein Leben mehr
• Sonne bläht sich nach 7 Milliarden Jahren zu Roten Riesen auf
• Verschlingt Merkur, Venus und schließlich Erde
• Erde verdampft in Sonne
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Dunkle Energie
• Beobachtung von Sternexplosionen in ferner Vergangenheit:
Universum dehnt sich immer schneller aus
• Grund: Dunkle Energie
• Anteil der Massen und Energien im Universum:
Normale Materie: Nur etwa 5%
Dunkle Materie (Teilchen mit Masse): 27%
Dunkle Energie: (Felder ohne Masse) 69%
• Woraus besteht die Dunkle Energie:
Größtes ungelöste Problem der modernen Physik
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Ende des Universums
1. Großes Knirschen („Big Crunch“):
Nach maximaler Ausdehnung stürzt wieder in sich zusammen
Umgekehrter Urknall: Wird wieder dichter und heißer
2. Großes Zerreißen („Big Rip“):
Universum dehnt sich mit immer schneller aus
Galaxien, Sterne, Planeten, Moleküle, Atome, Atomkerne,
Elementarteilchen lösen sich in Bestandteile auf
Am Ende zerreißt auch Raum und Zeit.
3. Großes Jammern („Big Whimper“)
Universum dehnt sich weiter aus, aber immer langsamer
Letzte Sterne brennen Sterne aus
Schwarze Löcher verdampfen, Dichte geht gegen Null
Dritte Variante wegen der Dunklen Energie am Wahrscheinlichsten
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Bibel, Luk 1,35: Maria jubelt, weil der Heilige Geist über sie kam
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Astrobiologie
Die Astrobiologie hat sich im letzten Jahrzehnt von einerAnsammlung von Spekulationen zu seriösen Untersuchungen vorallem wegen neuer Entdeckungen entwickelt.
Zu diesen Entdeckungen gehören:1. Extrasolare Planeten2. Leben auf der Erde unter extremen Bedingungen3. Technischer Fortschritt
Wir werden wahrscheinlich innerhalb der nächsten 30 Jahreaußerirdische Leben entdecken!
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• Die acht Planeten unseres Sonnensystems werden in zwei Gruppen
unterteilt: Die vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars und
die vier äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, und Neptun.
• Die vier inneren Planeten sind erdähnliche Planeten, das heißt sie haben
eine feste Oberfläche wie die Erde.
• Die vier äußeren Planeten werden als Jupiter-ähnlich bezeichnet, da sie
weitaus größer als die Erde sind und hauptsächlich aus Gas bestehen.
Die Planeten
Vergleich der Größen
der Sonne und
der Planeten
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• Wir haben schon tausende extrasolare Planeten entdeckt.Exoplaneten sind Planeten, die um andere Sonnen und nicht um unsere eigene Sonne kreisen. Jede fünfte Sonne hat einen erdähnlichen Planeten.
• Es gibt dabei auch Planeten, die ähnlich unserer Erde sind (Supererden).Man hat auch Sonnensysteme mit mehreren Planeten gefunden. Nur auf Planeten ist Leben möglich, auf Sonnen ist es mit mehreren tausend Grad viel zu heiß.
Extrasolare Planeten
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Leben unter extremen Bedingungen
Man hat Bakterien auf der Erde in extrem lebensfeindlichen Bedingungen gefunden:
• Ausgetrocknete Salzseen• Gletschern• Eisbedeckte antarktische Seen• Gestein bis 5 km unter der Erdoberfläche: Dunkles Leben• Tiefsee in ewiger Dunkelheit und höchsten Druck: Schwarze Raucher
Hat große Bedeutung für die Astrobiologie: Wissenschaft vom außerirdischen Leben.
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Mein Lieblingsbakterium
• Das Bakterium „Deinococcus radiodurans“ überlebt die 1000- fache für Menschen absolut tödlichen radioaktive Strahlung.
• Kann Schäden durch radioaktive Strahlung selbst reparieren.
Dieses Bakterium lebt sogar in Kernreaktoren
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Conan, das Bakterium
• Das Bakterium „Deinococcusradiodurans“ wird auch „Conan, das Bakterium“ genannt.
• Es gab einmal einen Film„Conan, der Barbar“, mit unserem Auslands-Österreicher Arnold Schwarzenegger in der Hauptrolle. In diesem Film war Conan auch durch nichts umzubringen.
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Meine Alpakas
Auf meinem kleinen Bauernhof im Dunkelsteinerwald habe ich Alpakas. Diese sind die kleine Form der Lamas und stammen aus Südamerika. Dort haben die Ureinwohner die Alpakas 5000 Jahre lang wegen ihrer einzigartigen Wolle („Edelhaar“) gezüchtet.
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Alpakas im Winter
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Alpakas im Haus
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Alpakas mit Kindern
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Nachwuchs-Alpaka Nilsi
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Conan, das Bakterium, in den BemmerlnDas Conan-Bakterium befindet sich in den „Bemmerln“ der Alpaka
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Warum ist es so widerstandsfähig?
Warum hat aber das Conan-Bakterium eine so eine große Widerstandskraft gegenüber radioaktiver Strahlung? Auf der Erde war die Radioaktivität nie so stark, dass so etwas notwendig wäre.
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Außerirdische am Alpakahof?
Manche Wissenschaftler nehmen an, dass sich einfache Bakterien über große Distanzen eingeschlossen in Meteoren durch den Weltraum bewegen. Auf diese Weise könnte auch das Leben aus dem Weltraum von einem anderen Himmelskörper auf die Erde gekommen sein: Panspermie.
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Leben am Mars?
• Im Marssommer gibt es in manchen Gegenden am Mars riesige Methanausbrüche • Hinweis auf bakterielles Leben unterhalb der Marsoberfläche. Das Methan könnte auch von geo-chemischen Quellen kommen.
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Methanbildung auf der Erde
Gärungs- und Fäulnisbakterien:Verdauung von Rindern, Reisfelder, Mist …
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Marsrover „Curiosity“
Am 6. August 2012 ist der fast eine Tonne schwere Marsrover „Curiosity“ am Mars gelandet. Dieses mobile Labor hat alle Bausteine für Leben gefunden. Wasser, Kohlenwasserstoffverbindungen, Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor.
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SETI (Suche nach außerirdischer Intelligenz)
RadioteleskopAceribo-Teleskop
Radioteleskop-Array
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Square Kilometre Array (SKA)
Suche nach Radiosignalen von Aliens
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James Webb Teleskop
Suche nach Hinweisen von Leben auf Exoplaneten ab 2018
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European Extremely Large Teleskop (EELT)
Suche nach Hinweisen von Leben auf Exoplaneten ab 2022
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Unser Gehirn: Der große Schwindler
Die Bewusstseinsspaltung des Menschen:Gänzlich unwichtig und doch von sich selbst eingenommen
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Haben wir Menschen überhaupt eine Bedeutung?
Vielleicht sind wir Menschen doch nicht so bedeutungslos,weil sie ja unser Universum beschreiben, analysieren underklären können
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Wissenschaftsbuch des Jahres