Abstract
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den verschiedenen Theorien zum Ursprung des Universums und den dazu durchgeführten Experimenten am CERN. Dabei haben die Fragen nach der Plausibilität der Theorien, nach heutigen Standards, besonderen Wert. Die Erläuterung der dazu geführten Experimente am CERN unterstützt diese Untersuchung. Der erste Teil bearbeitet konkret die verschiedenen Theorien, deren Beweise und aufgetretene bisher ungelöste Probleme. Der zweite Teil behandelt primär den Aufbau und die Funktion des LHCs am CERN, sowie die Ziele der dortigen Arbeit und deren Erfolge. Anschließend werden die Theorien bewertet und evaluiert. Als primäre Informationsquelle für diese Arbeit wurde die Literatur herangezogen. Diese Literaturrecherche unterstützte ich durch einen Besuch beim CERN, bei dem ich mich mit der Funktionsweise der zugehörigen Experimente vor Ort vertraut machte. Es zeigt sich, dass die Urknall Theorie als bekannteste Theorie, trotz einiger ungelöster Fragen, den Anfang des Universums am besten beschreibt. Sollte es in der Zukunft zu schwerwiegenden Problemen mit der Urknall Theorie kommen, wäre die Schleifen-Quantengravitations-Theorie ein geeigneter Nachfolger, da sie im Vergleich mit den anderen Theorien, am wenigsten Probleme aufweist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Die verschiedenen Theorien zum Urknall bzw. zur Entstehung des Universums
2.1 Big Bang Theorie
2.1.1 Beschreibung
2.1.2 Entdeckung
2.1.3 Probleme
2.1.4 Beweise zum Urknall
2.2 Schleifen-Quantengravitations-Theorie
2.2.1 Beschreibung
2.2.2 Probleme
2.2.3 Weiterführende Theorie
2.3 Steady State Theorie
2.3.1 Beschreibung
2.3.2 Probleme
2.4 Multiversen Theorie
2.4.1 Beschreibung
2.4.2 Problem
2.5 Vierdimensionales Schwarzes Loch Theorie
2.5.1 Beschreibung
2.5.2 Probleme
2.5.3 Vorteile
2.6 Big Rip
2.6.1 Beschreibung
3 CERN
3.1 Geschichte
3.2 Erster Beschleuniger
3.3 LHC
3.3.1 Allgemein
3.3.2 Vorbeschleuniger und Aufbau des LHCs
3.3.3 Die Experimente
3.3.4 Datenverarbeitung
3.4 Nächstes Ziel Supersymmetrie
3.5 Was wurde gefunden
3.5.1 Higgs-Boson
3.5.2 Antimaterie Durchbrüche
3.5.3 Z- und W-Boson
3.5.4 Pentaquarks
4 Schluss
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht verschiedene Theorien zum Ursprung des Universums, wobei ein besonderer Fokus auf der Plausibilität dieser Modelle und ihrer wissenschaftlichen Einordnung liegt. Zudem soll der Aufbau und die Funktion des Large Hadron Colliders (LHC) am CERN erläutert werden, um Missverständnisse über dessen Forschungszweck auszuräumen und die Bedeutung der dort durchgeführten Experimente für das Verständnis der Entstehung des Universums zu verdeutlichen.
- Vergleich verschiedener kosmologischer Entstehungstheorien (Urknall, Schleifen-Quantengravitation, Steady State u.a.)
- Analyse ungelöster Probleme und theoretischer Grenzen in der modernen Kosmologie
- Detaillierte Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise des LHC am CERN
- Erklärung der experimentellen Suche nach neuen Teilchen und physikalischen Phänomenen
Auszug aus dem Buch
2.1.2 Entdeckung
Bereits 1919 befassten sich die Wissenschaftler Einstein und de Sitter mit der Frage wie das Universum entstanden ist, bzw. ob das Universum nicht am Anfang doch Masse besaß. Sie kamen zu dieser Schlussfolgerung, nachdem sie Beobachtungen zur Dichte des Universums anstellten. Bei diesen Beobachtungen stellte sich heraus, dass das Universum eine sehr geringe Gesamtdichte besitzt, der größte Teil des Universums sozusagen aus Nichts besteht und expandiert. Aus diesen zwei Gegebenheiten entwickelten sie ein Expansionsmodell des Universums, das ‚De-Sitter-Einstein-Modell‘. Vorstellen kann man sich dieses Modell wie bei einem Luftballon, nur das die Oberfläche des Universums eine Dimension höher ist. Bläst man den Luftballon auf, expandiert er und alle Punkte bewegen sich gleichmäßig voneinander weg. Beim Universum ist es ähnlich, nur wie schon erwähnt eine Dimension höher. Deswegen lässt sich auch kein Zentrum für die Expansion finden. Aus diesem Modell schlussfolgerten die beiden Wissenschaftler, dass das Universum, nachdem es expandiert, irgendwann einmal in einem Punkt konzentriert war. Das war die Geburt der Urknallhypothese.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in das Thema ein, erläutert die Auswahl der Quellen und definiert die Ziele der Arbeit, nämlich die Untersuchung von Urknalltheorien und die Klärung der Forschungsarbeit am CERN.
2 Die verschiedenen Theorien zum Urknall bzw. zur Entstehung des Universums: Hier werden unterschiedliche kosmologische Modelle wie der Urknall, die Schleifen-Quantengravitation, das Steady-State-Modell, Multiversen sowie die Theorie eines vierdimensionalen Schwarzen Lochs und der Big Rip analysiert.
3 CERN: Dieses Kapitel widmet sich der Geschichte des CERN, dem Aufbau und der Funktionsweise des LHC, den spezifischen Experimenten vor Ort sowie den erzielten wissenschaftlichen Durchbrüchen wie dem Nachweis des Higgs-Bosons.
4 Schluss: Im Schlussteil werden die Erkenntnisse zusammengefasst, wobei die Inflationstheorie als derzeit plausibelstes Modell für den Anfang des Universums bewertet und auf den Bedarf weiterer Forschung hingewiesen wird.
Schlüsselwörter
Urknall, Universum, CERN, Large Hadron Collider, LHC, Schleifen-Quantengravitation, Steady State Theorie, Multiversum, Schwarzes Loch, Higgs-Boson, Antimaterie, Supersymmetrie, Inflationstheorie, Teilchenbeschleuniger, Kosmologie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit primär?
Die Arbeit befasst sich mit den physikalischen Theorien zur Entstehung des Universums und deren experimenteller Überprüfung durch den Large Hadron Collider am CERN.
Welche Theorien zur Entstehung des Universums werden diskutiert?
Diskutiert werden unter anderem die Urknalltheorie (einschließlich Inflation), die Schleifen-Quantengravitation, das Steady-State-Modell, die Multiversentheorie und die Theorie eines vierdimensionalen Schwarzen Lochs.
Was ist das zentrale Forschungsziel?
Das Ziel ist es, die Plausibilität aktueller Entstehungstheorien zu bewerten und ein Verständnis für die komplexen Experimente am CERN zu schaffen, um populärwissenschaftliche Missverständnisse zu klären.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturrecherche sowie auf Informationen, die durch einen persönlichen Besuch am CERN gewonnen wurden.
Was behandelt der Hauptteil?
Der Hauptteil ist zweigeteilt: Zuerst werden theoretische Modelle und deren Probleme analysiert; anschließend wird die technische Funktionsweise des LHC und die Rolle der verschiedenen Detektoren und Experimente detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselbegriffe sind charakteristisch für die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Urknall, CERN, LHC, Higgs-Boson, Antimaterie, Inflationstheorie und Supersymmetrie.
Wie unterscheidet sich die Schleifen-Quantengravitation von der herkömmlichen Urknalltheorie?
Sie ersetzt das Konzept der Singularität durch ein dynamisches Modell, das potenziell den Übergang von einem vorangegangenen, kollabierenden Universum in ein expandierendes Universum beschreibt.
Warum spielt das CERN eine so wichtige Rolle bei der Erforschung der Entstehung des Universums?
Durch die Kollision von Teilchen bei extrem hohen Energien kann der Zustand des frühen Universums simuliert werden, was es den Forschern ermöglicht, grundlegende physikalische Gesetze und Teilcheneigenschaften zu überprüfen.
Welche Bedeutung haben die "Sicherheitssysteme" am LHC?
Systeme wie Kollimatoren und Beam Dumps sind essenziell, um den hochenergetischen Teilchenstrahl zu kontrollieren und den Teilchenbeschleuniger vor Schäden durch abweichende Teilchen oder einen unkontrollierten Strahlverlust zu schützen.
- Quote paper
- Felix Lasthofer (Author), 2016, Theorien zum Urknall und dessen Erforschung im CERN. Die ungelöste Frage des Anfangs des Universums, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/335516
