Astrophysik, das Universum und der ganze Rest (eBook)

Astrophysik, das Universum und der ganze Rest - mit Gregory Mone

Neil deGrasse Tyson, Gregory Mone (Autoren)

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2022 | 1. Auflage
176 Seiten
FinanzBuch Verlag
9783960929215 (ISBN)

Infos

Von den Grundlagen der Physik bis hin zu großen Fragen über Raum und Zeit: Der gefeierte Astrophysiker und Wissenschaftler Neil deGrasse Tyson bringt nach seinem Millionen-Bestseller »Astrophysics for People in a Hurry« nun auch jungen Lesern die Geheimnisse des Kosmos nahe. Er beschreibt anschaulich die grundlegenden Regeln und Unbekannten unseres Universums - und mit Tysons charakteristischem Witz kommt auch der Spaß nicht zu kurz. Das Buch enthält mehr als 40 farbige Fotos, Infografiken und zusätzlich ein Glossar, um selbst die kniffligsten Konzepte zugänglich zu machen. Aufbauend auf dem Wunder, das der Weltraum hervorruft, führt »Astrophysik, das Universum und der ganze Rest« Jugendliche ab acht Jahren in ein spannendes Gebiet und die Prinzipien wissenschaftlicher Forschung ein.

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Textauszug

1. Die größte Geschichte, die jemals erzählt wurde

Am Anfang, vor fast vierzehn Milliarden Jahren, war das ganze Universum kleiner als der Punkt am Ende dieses Satzes.

Wie viel kleiner? Stell dir vor, der Punkt sei eine Pizza. Jetzt zerteile die Pizza in eine Billion Stücke. Alles, einschließlich der Teile, aus denen dein Körper besteht, die Bäume oder Gebäude vor deinem Fenster, die Socken deiner Freunde, Petunien, deine Schule, die hochragenden Berge und tiefen Ozeane unseres Planeten, das Sonnensystem, die fernen Galaxien – aller Raum, alle Energie und Materie im Kosmos waren in ein so winziges Stück zusammengequetscht.

Und es war heiß.

Es war so heiß, da so viel auf so engem Raum zusammengedrängt war, dass dem Universum nur eines blieb.

Zu expandieren.

Schnell zu expandieren.

Heute nennen wir dieses Ereignis den Urknall: In einem winzigen Sekundenbruchteil (genauer: innerhalb einer zehnmillionstel billionstel billionstel billionstel Sekunde) machte das Universum einen ungeheuren Wachstumssprung.

Was wissen wir über diesen ersten Augenblick im Leben unseres Kosmos? Leider nur sehr wenig. Heute haben wir herausgefunden, dass vier Fundamentalkräfte alles – von den Umlaufbahnen der Planeten bis zu den kleinen Teilchen, aus denen unser Körper besteht – unter Kontrolle haben. Doch im ersten Augenblick nach dem Urknall waren alle diese Kräfte zu einer einzigen vereinigt.

Als das Universum sich ausdehnte – »expandierte« –, kühlte es ab. Am Ende dieses winzigen Zeitabschnitts, der Planck-Ära, wie man diesen Augenblick in der Wissenschaft nach dem deutschen Physiker Max Planck nennt, trennte sich eine Kraft von den anderen. Das war die Gravitation. Sie hält die Sterne und Planeten zusammen, die die Galaxien bilden, sorgt dafür, dass die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne bleibt, und hindert Zehnjährige beim Basketball an Korblegern. Unter anderem. Du kannst die Anziehungskraft der Gravitation jederzeit selbst nachweisen: Schließe dieses Buch, halte es ein paar Zentimeter über den nächsten Tisch und lass es los. Das ist Gravitation am Werk.

(Sollte dein Buch nicht herunterfallen, suche bitte den nächsten Astrophysiker auf und melde einen kosmischen Notfall.)

Doch in den allerersten Augenblicken des frühen Universums standen der Gravitation noch keine Planeten oder Bücher oder zehnjährige Basketballspieler zur Verfügung, um ihre Wirkung zu entfalten. Das gelingt der Gravitation am besten bei großen Objekten, aber im Universum war alles unvorstellbar klein.

Das war allerdings nur der Anfang.

Der Kosmos wuchs weiter.

Als nächstes trennten sich die drei anderen fundamentalen Kräfte der Natur voneinander.[1] Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die winzigen Materieteilchen zu kontrollieren, die den Kosmos füllen.

Würdest du einen Korbleger auf dem Mars hinkriegen?

Nehmen wir an, du könntest tatsächlich auf den Mars gelangen, was nicht ganz leicht ist, und hättest einen Raumanzug, der dir genügend Bewegungsfreiheit ließe, um zu springen. Die Stärke der Gravitation auf der Oberfläche eines gegebenen Planeten oder Mondes hängt von dessen Masse und Größe ab. Da der Mars im Vergleich zu seiner Größe sehr viel weniger Masse besitzt als die Erde, ist die Gravitation an seiner Oberfläche nur etwas mehr als ein Drittel so stark wie bei uns. Also gibt es eine gewisse Chance, dass du hoch genug springen könntest. Doch solltest du eines Tages tatsächlich auf den Mars gelangen, so hoffe ich, dass du deine Zeit nicht mit Basketball verschwenden würdest. Dort wird es sehr viel interessantere Dinge zu sehen und zu tun geben.

Sobald die vier Kräfte voneinander getrennt waren, hatten wir alles, was wir brauchten, um ein Universum zu bauen.

*

Seit dem Anfang ist eine billionstel Sekunde vergangen.

*

Noch immer war das Universum unvorstellbar winzig und heiß und begann erst, sich mit Teilchen zu füllen. Zu diesem Zeitpunkt gab es nur zwei Arten von Teilchen, nämlich Quarks (gesprochen »kworks«) und Leptonen. Quarks sind komische Biester. Man kann nie eines allein erwischen. Immer klammert es sich an andere, die in der Nähe sind. Ich bin sicher, du hast zumindest einen Freund oder Klassenkameraden, der sich ähnlich verhält. Quarks sind wie diese Kinder, die niemals etwas alleine tun wollen, noch nicht mal auf die Toilette gehen.

Die vielen Namen der Materie

Man hat mich davor gewarnt, in einem Buch für junge Leser allzu viele Fachbegriffe einzuführen. Daher werde ich der Versuchung widerstehen, die verschiedenen Arten von Quarks, die es im Universum gibt, einzeln einzuführen – Up, Down, Strange, Charm und so weiter. Aber ich finde, du solltest über Quarks und Leptonen Bescheid wissen. Aus ihnen setzt sich das ganze sichtbare Universum zusammen. Auch du. Außerdem habe ich festgestellt, dass Kinder überhaupt keine Schwierigkeiten haben, sich die komplizierten Namen verschiedener Dinosaurier zu merken. Gewiss, einige Dinosaurier sind wild und schrecklich und prägen sich deshalb leichter ein. Aber noch einmal, wir sprechen über den Stoff, aus dem das Universum ist! Auch Teilchen sind faszinierend, wenn auch nicht ganz so wild. Ohne sie gäbe es gar keine Dinosaurier.

Die Kraft, die zwei oder mehr Quarks zusammenhält, wird immer stärker, je weiter man sie voneinander trennt – als wären sie durch ein winziges, unsichtbares Gummiband verbunden. Zerrt man sie weit genug auseinander, reißt das Gummiband, und die gespeicherte Energie erzeugt an jedem Ende ein neues Quark, sodass jedes Teil des getrennten Paares einen neuen Freund erhält. Stell dir vor, das würde den unzertrennlichen Kindern an deiner Schule passieren – überall neue Doppelgänger. Deine Lehrer wären ganz schön verloren.

Die Leptonen dagegen sind Einzelgänger. Die Kraft, die Quarks miteinander verbindet, wirkt nicht auf Leptonen, daher bilden sie keine Gruppen. Das bekannteste Lepton ist das Elektron.

Abgesehen von diesen Teilchen enthielt der Kosmos noch eine gewaltige Energiemenge, und die steckte in kleinen wellenartigen Paketen oder Bündeln von Lichtenergie, den sogenannten Photonen.

Und damit wird alles ein wenig sonderbar.

Das Universum war so heiß, dass sich die Photonen ständig in Paare aus Materie- und Antimaterie-Teilchen verwandelten. Diese Teilchen kollidierten dann wieder paarweise miteinander und verwandelten sich dabei in Photonen zurück. Doch aus rätselhaften Gründen kam bei einer von einer Milliarde dieser Umwandlungen ein Materieteilchen ohne seinen Antimateriefreund heraus. Ohne diese einsamen Überlebenden gäbe es im heutigen Universum überhaupt keine Materie. Und das wäre schade. Denn wir bestehen alle aus Materie.

Es gibt uns, und wir wissen, dass der Kosmos im Laufe der Zeit weiterhin expandierte und abkühlte. Schließlich war er größer als unser heutiges Sonnensystem, und die Temperatur fiel rasch ab. Zwar war das Universum immer noch unglaublich heiß, aber das Thermometer war immerhin unter eine Billion Kelvin gefallen.

Antimaterie

Alle größeren Teilchen im Universum, einschließlich der Quarks und Leptonen, die wir gerade kennengelernt haben, besitzen Zwillinge aus Antimaterie, die ihnen in jeder Hinsicht entgegengesetzt sind. Nehmen wir das Elektron, das bekannteste Mitglied der Teilchenfamilie der Leptonen. Das Elektron hat eine negative elektrische Ladung, aber sein Gegenstück aus Antimaterie weist eine positive Ladung auf. Allerdings sehen wir in unserer Umgebung nicht viel Antimaterie, weil ein Antimaterieteilchen, kaum dass es entstanden ist, seinen Materie-Zwilling sucht, und weil diese Treffen nie ein gutes Ende nehmen. Die Zwillinge vernichten sich gegenseitig und verschwinden in einem Energieblitz. (Siehe in Kapitel 3 die Geschichte von George Gamow über Mr. Tompkins.) Heute erzeugen Forscher Antimaterieteilchen bei gigantischen Experimenten, in denen man Atomkerne mit hohen Geschwindigkeiten zusammenprallen lässt. Wir beobachten sie auch nach energiereichen Kollisionen weit draußen im Weltraum. Doch am leichtesten ist Antimaterie wahrscheinlich in Science-Fiction-Geschichten zu finden. Mit ihr werden die Antriebsaggregate der berühmten Enterprise in den Star-Trek-Filmen aus Fernsehen und Kino gespeist. Auch in Comics begegnet man der Antimaterie immer einmal wieder.

Wie wir Temperaturen messen

Vielleicht hast du das schon gelernt, aber es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, um die Temperatur eines Systems zu beschreiben. Hier in den Vereinigten Staaten sprechen wir von Grad Fahrenheit. In Europa und dem größten Teil der übrigen Welt ist es üblich, die Temperatur in Grad Celsius anzugeben. Astrophysiker verwenden Kelvin, eine Temperatur-Skala, auf der null wirklich null ist. Kälter als das ist nicht möglich. Daher ist eine Billion Kelvin viel heißer als eine Billion Grad Fahrenheit oder Celsius. Ich habe nichts gegen die anderen Skalen. Im Alltag komme ich gut mit Fahrenheit zurecht. Doch wenn ich...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 20.3.2022
• Übersetzer: Hainer Kober
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Kinder- / Jugendbuch ► Sachbücher
• Schlagworte: Astronomie • Astrophysics for Young People in a Hurry • Astrophysik • Bestseller • Buch • Das Universum für Eilige • Einstein • FBV • Forschung • Galaxie • Hawking • hawkings • Kepler • Kosmos • Milchstraße • Newton • Physik • Planeten • Raumschiff • Schwarze Löcher • Sterne • Universum • Urknall • Weltall • Weltraum • Weltraumforschung • Zeit
• ISBN-13: 9783960929215 / 9783960929215