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Theorien zum Universum: Wo bleibt da noch Gott?

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on 31 January 2015

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Transcript of Theorien zum Universum: Wo bleibt da noch Gott?

Fermionen
Diese sind die Grundbausteine der Materie (z.B. Elektronen). Sie folgen dem Pauli-Prinzip. Das besagt, dass niemals zwei dieser Teilchen in exakt demselben Zustand vorliegen können.
Eine Reise durch das Universum
Wir werden nun die grundlegenden Theorien rund um das Thema Universum kennen lernen und anschließend auf das Thema Gott eingehen.
Viel Spaß!
Strukturen
Im sichtbaren Universum gibt es verschiedene Strukturen. Diese reichen von Subatomaren Teilchen bis zu unvorstellbar großen Anordnungen.
Relativitätstheorie
Albert Einstein hat zwei Theorien aufgestellt, die unsere Vorstellung des Universums grundlegend verändert haben: Die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie.
Und Gott?
Bei den ganzen Theorien bleibt die Frage, wo und ob hier ein Schöpfer zu finden ist. Speziell bei der Betrachtung des Urknalls kommt die Frage auf, wer oder was der Auslöser gewesen sein könnte.
Theorien zum Universum: Wo bleibt da noch Gott?
Definition
Verschiedene Definitionen für die Begriffe
"Universum", "Kosmos", "Weltraum" sind:
Wikipedia
Universum in der Physik = Die zu einem gegebenen Zeitpunkt vorgefundene Anordnung aller nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten organisierten
Materie und Energie.
Info-Magazin.com
Man bezeichnet als Universum allgemein gesehen die Gesamtheit aller Dinge.
Allgemein
Alles, was unsere Erde umgibt und einschließt.

Weltall beginnt laut:
Fédération Aéronautique Internationale:
Ab 100 KM über dem Boden.
NASA:
Ab 80 KM über dem Boden

10 s
< 0
Inflationäre Phase
Extreme Expansion des Universums um einen Faktor zwischen und .
Quark-Ära
Es bilden sich Quarks, Leptonen und Photonen. Das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie entsteht in der Baryogenese.
Hadronen-Ära
Protonen, Neutronen und deren Antiteilchen entstehen. Außerdem Myonen, Elektronen, Positronen, Neutrinos und Photonen.
Lepton-Ära
Myonen zerfallen, Elektronen und Positronen zerstrahlen.
Singularität
Raum und Zeit sind nicht vorhanden. Ein Zustand, der nicht weiter definiert werden kann.
Planck-Ära
Alle vier Grundkräfte sind vereint.
Gravitation
Elektromagnetische Wechselwirkung
Schwache Kernkraft
Starke Kernkraft
Urknallzeitleiste
Urknalltheorie
Vor 13,8 Milliarden Jahren entstand das Universum (Materie, Raum und Zeit) durch den "Big Bang".
Grundannahmen
Die Urknalltheorie stützt sich auf verschiedene Grundannahmen und Thesen.
Naturgesetze
Die Naturgesetze, die wir auf der Erde erkennen sind universell gültig.
Kosmologisches Prinzip
An jedem Ort (aber nicht zu jeder Zeit) sieht das Universum in alle Richtungen für große Entfernungen gleich aus.
Expansion
Das Universum dehnt sich kontinuierlich mit zunehmender Geschwindigkeit aus. Dies konnte schon nachgewiesen werden.
3 min
10 s
Primordiale Nukleosynthese
Die ersten Atome Wasserstoff, Helium und Lithium entstehen.
Strahlungs-Ära
Das Universum (Raum und Zeit) expandiert weiter. Elektromagnetische Strahlung stellt den Hauptanteil der Energiedichte im Kosmos.
300.000 - Heute
Materie-Ära
Das Universum wird durchsichtig und Galaxien entstehen.
-43
10 s
-30
10
30
10
50
10 s
-7
10 s
-4
0
Eigenschaften
Alter
Das Universum ist vermutlich 13,8 Milliarden Jahre alt und wird eines Tages sterben. In ca. 100 Billionen Jahren ist der gesamte Wasserstoff verbraucht und es wird dunkel. Die Materie löst sich auf und schließlich löst sich auch die Zeit auf.
Zusammensetzung
72,1% Dunkle Energie
23,3% Dunkle Materie
4,6% Normale Materie
0,005% Strahlung
Form
Das Universum ist sehr wahrscheinlich flach. Der Raum ist nicht gekrümmt, sondern entspricht Parallelen, die sich im Unendlichen schneiden.
Größe
Das Universum ist vermutlich unendlich groß. Es breitet sich zudem mit zunehmender Geschwindigkeit aus.
Quarks
(wenige Attometer)
Die elementaren Bestandteile (Elementarteilchen), aus denen Hadronen bestehen.
Spezielle Relativitätstheorie
Diese Theorie basiert auf zwei Kernthesen.
Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Das Relativitätsprinzip
Relativitätsprinzip
Die Naturgesetze haben für alle Beobachter die gleiche Form. Es gibt kein einheitliches Bezugssystem. Messungen können nur relativ gemacht werden.
Konstanz der Lichtgeschwindigkeit
Beobachter messen unabhängig von ihrem Bewegungszustand relativ zu ihrem Standort die gleiche Geschwindigkeit für das Licht. Zudem ist nichts schneller als das Licht.
Relativität von Raum und Zeit
Raum und Zeit sind nur der räumliche und zeitliche Abstand zweier Ereignisse. Relativ zu Beobachtern unterschiedlicher Bewegungszustände sind die Beobachtungen verschieden.
Raumzeit
Da Raum und Zeit sich in der Relativitätstheorie weitgehend ähnlich sind lassen sie sich zur vierdimensonalen Raumzeit vereinigen.
Äquivalenz von Masse und Energie
Einem System mit der Masse m lässt sich auch im unbewegten Zustand eine Energie E zuordnen:
E = m * c
2
Allgemeine Relativitätstheorie
Die ART beschreibt die Wechselwirkung zwischen Materie einerseits und Raum und Zeit andererseits. Gravitation ist demnach eine Krümmung der Raumzeit.
Gravitationswellen
Dies sind Deformationen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Sie entstehen bei der Beschleunigung von Masse.
Krümmung der Raumzeit
Energie krümmt die Raumzeit in ihrer Umgebung. Ein Gegenstand, auf den nur gravitative Kräfte wirken, bewegt sich zwischen zwei Punkten in der Raumzeit stets auf einer sogenannten Geodäte.

Uhren im Gravitationsfeld
Der Gang von Uhren hängt von ihrem Ort im Gravitationsfeld ab. Eine Uhr auf einem Berg geht schneller als eine Uhr im Tal.
Kosmologie
Die ART lässt sich auf das gesamte Universum übertragen und ist im Einklang mit der Urknalltheorie.
Schwarze Löcher
Sie sind eine Vorhersage der ART. Ihre Gravitation ist so groß, dass sie ein Loch in die Raumzeit reißen. Sie sind vermutlich die Zentren von den meisten Galaxien.
Weltformel
Supersymmetrisch
Es wird erwartet, dass sie eine einheitliche Grundstruktur hat. Bisher wird in der Quantenphysik in zwei Bereiche unterteilt (Bosonen und Fermionen).
Dunkle Energie
Sie sollte die Frage nach der dunklen Energie und dunklen Materie beantworten.
Standardmodell
Sie sollte das Standardmodell der Elementarteilchen erklären und zugleich das Standardmodell der Kosmologie beschreiben.
Beyond
Sie sollte Freiheitsgrade und Singularitäten beschreiben, die momentan noch über unsere Vorstellung hinaus gehen.
Vereinigung
Sie sollte einsteinsche und newtonsche Physik formalanalytisch verbinden (gemeinsame mathematische Struktur).
Theorie von Allem
Die Weltformel ist eine hypothetische Theorie gebildet aus theoretischer Physik und Mathematik, die alle bekannten physikalischen Phänomene erklären und verknüpfen soll.
Quantengravitation
Work in Progress
Die Quantengravitation ist eine noch in der Entwiklung befindliche Theorie, die die Quantenphysik und die ART in Einklang bringen soll. Sie gilt außerdem als ein Anwärter auf die Weltformel.
Allgemeine Relativitätstheorie
Sie beschreibt nur eine der vier Elementarkräfte: Gravitation. Sie bezieht sich auf große Massen und Geschwindigkeiten.
Quantenphysik
Sie beschreibt die kleinsten Teilchen und die anderen drei Elementarkräfte: elektromagnetische Wechselwirkung, schwache und starke Wechselwirkung
Überschneidungen
Bei zwei Ereignissen gibt es Überschneidungen der Theorien:
Urknall
Schwarze Löcher
Problem?
Einerseits sind diese Zustände extrem kompakt (Quantenmechanik), andererseits haben sie sehr viel Masse, die die Raumzeit beeinflusst (ART).
Lösung?
Eine von vielen möglichen Theorien zur Quantengravitation ist die Stringtheorie. Aber auch sie hat ihre Grenzen!
Eindimensional
Die Strings sind eindimensionale Fäden, welche unvorstellbar klein sind (10 cm). Nichts ist demnach kleiner als Strings und das Wort "kleiner" verliert bei diesen Größenordnungen jede Bedeutung.
Schwingungen
Die Strings schwingen bzw. vibrieren. Je nachdem, wie sie schwingen haben sie unterschiedlich viel Energie (Masse). So erscheinen sie als unterschiedliche Teilchen.
Viele Teilchen!
Um alle vorhandenen Teilchen zu bilden müssen Strings aber in mehr als drei Richtungen schwingen können.
Mehr Dimensionen
Das hat zur Folge, dass es mehr als drei Dimensionen geben muss. Nämlich mindestens neun! Die Fehlenden sollen angeblich aufgerollt sein.
Lösung für groß und klein
Die String-Theorie kann so die kleinsten Teilchen beschreiben, aber auch die Gravitation. Diese wird durch das Graviton, welches sich als kleine Schlaufe von einem String ablöst, übertragen.
Stringtheorie
In der Stringtheorie besteht jedes kleinste Teilchen (Quarks) aus sogenannten Strings ("Saiten").
Bosonen
Diese folgen nicht dem Pauli-Prinzip und kommen häufig im gleichen Zustand vor. Sie wirken oftmals als Kraftvermittler. Beispiele für Bosonen sind die Photonen.
-33
Schwarze Löcher
Ein schwarze Loch ist ein Objekt, dessen Gravitation so stark ist, dass nichts seinem Raumbereich entkommen kann, nicht einmal Licht.
Warum Loch?
Schwarze Löcher können entstehen, wenn große Sterne sterben (Supernovae). Ihre Dichte ist unvorstellbar hoch, weshalb sie die Raumzeit förmlich zerreißen. Dieses Loch nennt man Singularität.
Ereignishorizont
Um diese Singularität herum gibt es einen Bereich, aus dem weder Materie noch Information nach außen gelangen kann. Die Grenze zu diesem Bereich nennt man Ereignishorizont.
Nachweismöglichkeiten
Man kann sie nur indirekt nachweisen, indem man anderen Sterne und Objekte beobachtet, die ihre Bahnen aufgrund von Schwarzen Löchern ändern oder sogar zerrissen werden.
Klassifizierung
Schwarze Löcher werden in vier Klassen eingeteilt (Primordial, Stellar, Mittelschwer, Supermassereich). Dabei haben sie Massen von 1 Mondmasse bis 1 Mrd. Sonnenmassen.
Hawking-Strahlung
Sie geben aber wahrscheinlich auch eine Strahlung ab. Wenn ein virtuelles Teilchenpaar am Ereignishorizont getrennt wird, wird eins in das Loch gezogen und das andere als Strahlung emittiert.
Was war vor dem Urknall?
Auch bei der Frage, was vor dem Urknall war stoßen wir auf die Grenzen unserer Vorstellungskraft. Laut der Urknalltheorie ist die Zeit erst mit dem Urknall entstanden. Vorher war wörtlich "Nichts".
Kein Gott?
16% der Deutschen meinen es gibt keinen Gott. Auch Stephen Hawking erklärt den Ursprung als "großen Entwurf". Das Universum sei im Urknall seinen physikalischen Gesetzen folgend aus sich selbst heraus entstanden.
Was ist Nichts?
Laut dem Kosmologen Lawrence Krauss erzeugt "Nichts" immer etwas. Das hängt mit der Quantenmechanik zusammen. Die virtuellen Teilchen treiben im Vakuum ihr Unwesen. Aber offensichtlich ist dieses "Nichts" doch etwas...
Abwesenheit
Zur Lösung müsste wiedermal die Weltformel herhalten. Laut Krauss ist in der Quantengravitation ein "Nichts" die Abwesenheit von Raum und Zeit. Da dieser Zustand auch der Fluktuation unterliegt, kann er Raum und Zeit hervorbringen.
Zufrieden?
Wer sich mit diesen Definitionen zufrieden gibt, benötigt keinen Gott, der als Schöpfer hervortritt. Das Universum entstand aus sich selbst heraus. Oder doch nicht?
Die wichtigste Zutat
Noch nicht betrachtet haben wir die Naturgesetze. Sie sind Voraussetzung für den Verlauf des Universums. Diese müssen vorher außerhalb des Systems existiert haben. Die Wissenschaft hat dafür keine klare Lösung (Stringtheorie -> Multiversum).
Gott gefunden?
Hier könnte nun ein Schöpfer hervortreten, der unabhängig von Raum, Zeit und physikalischer Realität existiert. Dieser würde dann solche Bedingungen vorgeben. Die Frage, ob er dann auch noch aktiv in die Schöpfung eingreifen kann ist dann ein ganz anderes Thema.
Kritik an Nichts
Theologen und Philosophen kritisieren ein Universum aus dem nichts. Der Philosoph Godehard Brüntrup interpretiert Hawkings Thesen als gleichzeitig existierendes und nicht existierendes Universum (Paradoxon).
Warum?
Warum gibt es überhaupt etwas und nicht einfach nichts? Die Frage kann wohl niemand beantworten, aber der Philosoph Claus-Peter Eichhorst interpretiert dieses Nichts als "totales Nichts", was alles andere (Raum, Zeit, etc.) ausschließen würde.
Und jetzt?
Solche Fragen und die Frage nach Gott sind also nicht wirklich zufriedenstellend zu beantworten. Das heißt, man muss sich mit der Unwissenheit zurecht finden, oder man glaubt, was man für plausibel und richtig hält oder einfach glauben möchte.
Wissenschaft = Glaube ?
Gerade bei der Definition von "Nichts" stößt man auf Grenzen, die man auch bei der Definition von Gott findet. Hier sieht man, dass sich Wissenschaft und Glaube doch ähnlich sind. Wir müssen glauben, was wir zu wissen glauben. Mit dem Unterschied, dass Gottesglaube eine freie Entscheidung ist (*).
Ergebnis
Trotz der vielen Theorien und Erklärungen für das Universum wissen wir doch sehr wenig. Die Wissenschaft kann noch immer nicht alles erklären und wird es auch wohl nie können. Wer an Gott glauben möchte, kann dies daher immer mit dem Einklang der Wissenschaft tun. Allerdings werden wir wohl nie erfahren, was wirklich wahr ist.
Ende
Letztendlich ist es vielleicht auch gar nicht so wichtig, wie das Universum und die Welt(en) wirklich zustande gekommen sind. Bei unserer verschwindend kleinen Größe (Bedeutung) im Universum ist es sicher wichtiger, wie wir hier, auf der Erde leben. Und unser Wissen bzw. unser Glaube kann darauf einen großen Einfluss haben.
Harald Lesch über Gott und die Wissenschaft
Urknalltheorie erklärt:
Was war am Anfang?
Hadronen
(wenige Femtometer)
Teilchen, die starker Wechselwirkung unterworfen sind. Die bekanntesten Hadronen sind die Nukleonen (Neutronen und Protonen), die Bestandteil der Atomkerne sind.
Atome
(mehrere Pikometer)
Bausteine, aus denen alle festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe bestehen.
Moleküle
(Wenige Nanometer)
Zwei- oder mehratomige Teilchen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden.
Staubpartikel
(wenige Millimeter und kleiner)
Kleine, teilweise mikroskopische Materiepartikel im interstellaren Raum.
Meteoriten
(Millimeter - Meterbereich)
Kleine Objekte des Sonnensystems auf einer Umlaufbahn um die Sonne.
Asteroiden/Kometen
(1-100 Kilometer)
Kleine Objekte, die sich auf keplerschen Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. Ein Komet ist ein Asteroid, der ausgast (Schweif).
Monde/Satelliten
(Tausende Kilometer)
Ein natürlich entstandenes astronomisches Objekt, das sich in einer Umlaufbahn um ein anderes Objekt befindet.
Planeten
(Mehrere Tausend Kilometer)
Ein Himmelskörper, der sich auf einer Umlaufbahn um eine Sonne bewegt und der das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist.
Sterne
(Mehrere Millionen Kilometer)
Ein massereicher, selbstleuchtender Himmelskörper aus Gas und Plasma.
Planetensysteme
(41 Lichtstunden)
Eine Ansammlung von massereichen Körpern, die sich (durch die Gravitationskraft gebunden) um mindestens einen Zentralstern bewegen
Sternhaufen
(10 - 100 Lichtjahre)
Ein Gebiet stark erhöhter Dichte von Sternen im Vergleich zum umgebenden Bereich einer Galaxie.
Galaxien
(100.000 Lichtjahre)
Eine gravitativ gebundene große Ansammlung von Materie wie Sternen und Planetensystemen, Gasnebeln, Staubwolken und sonstigen Objekten.
Galaxienhaufen
(10 Mio. Lichtjahre)
Bis zu einige tausend Galaxien in einem gemeinsamen Schwerefeld. Das heißt sie sind gravitativ gebunden.
Superhaufen
(200 Mio. Lichtjahre)
Eine gravitativ gebundene Ansammlung mehrerer Galaxienhaufen.
Filamente
(1 Mrd. Lichtjahre)

Eine Fadenförmige Verbindung zwischen Galaxienhaufen und Superhaufen. Um sie herum befinden sich Voids (engl. Void = Leer).
Large Quasar Group
(4 Mrd. Lichtjahre)

Eine Ansammlung von vielen Quasaren. Es ist die größte bekannte Struktur im bekannten Universum. (Etwa 4 Mrd. Lichtjahre)
Definition
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