AG „Kosmologie“

ASL 2021

Im diesjährigen ASL haben 4,7142857… Teilis (Lana, Jakob, Nico, Toni, und nach 2 Tagen kam auch Samuel mit dazu) an der Kosmologie AG von Florian teilgenommen, in der wir uns mit der Entstehung des Universums und seiner Entwicklung bis zur heutigen Zeit und in der Zukunft beschäftigt haben.

Zu Beginn der AG wurden wir mit den Strukturen vertraut gemacht, die wir im Universum finden können – beobachtbar oder nicht, von winzigsten Elementarteilchen über Planeten bis hin zu den gigantischen Filamenten und Voids. Je weiter wir allerdings in die Tiefen des Alls vorgedrungen und uns exotischen Objekten wie Dunkler Materie und Schwarzen Löchern genähert haben, desto mehr haben wir begriffen, wie wenig die Menschen bisher vom Universum eigentlich verstanden haben. Um uns der Größenordnungen bewusst zu werden, verwendeten wir verschiedene Modelle. So berechneten wir mit der Hubble-Konstante und der Lichtgeschwindigkeit die Größe der Hubble-Sphäre um die Größe des Universums abzuschätzen. Damit lagen wir aber leider daneben :(.
Und weil echte Tierversuche ethisch kritisch sind, haben wir die unsterbliche Ameise Georg nur theoretisch über ein sich ausdehnendes Gummiband laufen lassen. Damit sind wir verschiedene Fälle für die Expansion des Gummibands/Universum durchgegangen um abzuschätzen ob und wenn ja, mit welchen Parametern der Ausdehnung das Universum stabil bzw. instabil wäre.
Weiter ging es mit den Friedmann-Modellen. Über verschiedene Annahmen (beispielsweise dass die Gravitation auf großen Skalen die dominierende Wechselwirkung wird) haben wir ein relativ simples Modell zur Beschreibung des Universums zu entwickeln. Zur Beschreibung haben wir angenommen, dass die Gesamtenergie und -masse des Universums konstant ist, aber der Abstand zweier Punkte sich immer weiter vergrößert. Um die Dichte des Universums zu beschreiben verwendeten wir die Dichten von Materie aber auch Strahlung und dunkler Materie. Zur besseren Beschreibung benötigten wir zusätzlich noch Einsteins „größte Eselei“: die kosmologische Konstante, die die dunkle Energie beschreibt.
Hierdurch erhielten wir auch einen Term für die Krümmung des Universums und wir erfuhren, welche Formen das Universum bei einer positiven Krümmung (Kugel), keiner Krümmung (flache Ebene) und einer negativen Krümmung (Hyperboloid) haben könnte. Unser Favorit ist das torusförmige Universum, bei dem alle drei Krümmungsarten vorkommen.
Auch die weitere Entwicklung des Universums haben wir uns angeschaut, hierbei betrachteten wir die Möglichkeiten eines sich immer weiter ausdehnenden Universums, eines oszillierenden Universums, das sich ausdehnt und zusammenzieht, und des Big Crunch, bei dem man einen inversen Urknall beobachten würde.
Und wenn wir schon beim Urknall sind, mit dem haben wir uns in den letzten AG-Tagen beschäftigt. Hierbei sind wir auf die frühzeitige Entwicklung von 10-43 Sekunden bis hin zu 800000 Jahre nach dem Urknall eingegangen. Beschrieben haben wir den Anfang mit Planck-Konstanten, die wir aus Naturkonstanten herleiteten.

Als Teilis der AG können wir diese an andere nur weiterempfehlen, da es immer spannende und interessante Themen gibt, die vorgestellt werden, und auch wenn komplizierte Mathematik vorkam, konnte Flo diese super erklären.