Astronomie

Alter des Universums vs. sein Inhalt

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Vor ein paar Jahrzehnten las ich einen Artikel (könnte entweder Astronomy, Space oder Science News sein), der darauf hinwies, dass der Inhalt des Universums älter sein könnte als das Universum selbst. Natürlich war dieses Ergebnis so absurd, dass es kurzerhand abgelehnt wurde. Als ich diesen Artikel las, fand ich es jedoch sinnvoll. Sicherlich ist das Universum viel massiver als sein Inhalt, so dass, wie General Relatively voraussagt, die Zeit langsamer erfahren sollte. Diese Schlussfolgerung schien so offensichtlich, dass a) ein Haufen anderer Leute viel klüger war, als ich es mir vorgestellt hätte, und b) daher meine Schlussfolgerung völlig falsch ist. Meine Frage ist also: Warum würde die Masse des Universums nicht dazu führen, dass es die Zeit langsamer erlebt als sein Inhalt, wie GR vorhersagt? (Es gibt ein paar ähnliche Fragen zu SE, aber ich glaube nicht, dass dies ein Duplikat ist.)


Modelle sind unsicher

Ich vermute, Sie beziehen sich auf Altersschätzungen von sehr alten Sternen. Aus bestimmten Observablen lässt sich das Alter eines Sterns bestimmen, unter anderem seine absolute Leuchtkraft, die wiederum eine genaue Messung seiner Entfernung erfordert. Noch heute ergeben die Unsicherheiten Schätzungen mit Mittelwerten, die länger sind als das Alter des Universums, was natürlich unmöglich ist. Zum Beispiel wurde das Alter des Sterns HD 140283 erst 2013 mit 14,46pm0,8$ Milliarden Jahren (Gyr) festgestellt. Dies steht nicht wirklich im Widerspruch zum geschätzten Alter des Universums von $13.798pm0.037$ Gyr; All dies sagt uns, dass unsere Methoden immer noch nicht perfekt sind, sondern dass HD 140283 kurz nach dem Urknall entstanden ist.

Die Zeitdilatation ist klein

Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass sich die Zeit in einem Gravitationsfeld langsamer entwickelt. Dies bezieht sich auf einen Beobachter außerhalb des Gravitationsfeldes, und da es keinen externen Beobachter bezüglich des Gravitationsfeldes gibt. des Universums kann die globale Zeit des Universums als die "richtige" Zeit bezeichnet werden. Sie haben Recht, dass die Gesamtmasse des Universums die Zeit im Prinzip langsamer laufen lässt als in einem hypothetischen, leeren Universum, aber fast überall im Universum ist das Gravitationsfeld viel zu schwach, um eine merkliche Ausdehnung zu verursachen. In der Nähe von massiven Objekten, Zeit tut langsam laufen. Auf der Oberfläche eines Sterns beträgt der Zeitdilatationsfaktor ungefähr $(1 - GM/rc^2)^{-1/2} = 1.000002$. Im Inneren des Sterns liegt der Faktor noch näher an Eins, denn nur die Masse zwischen dem Zentrum und dir trägt dazu bei, je weiter du also in den Stern eintauchst (Kinder, probiere das nicht zu Hause aus), die Weniger die Zeitdilatation. Nur wenn Sie den Stern komprimieren, um ihn zu einem Neutronenstern eines Schwarzen Lochs zu quetschen, erhalten Sie eine größere Zeitdilatation. Zum Beispiel stoppt die Zeit an der "Oberfläche" eines Schwarzen Lochs (aber wiederum nur bezüglich eines externen Beobachters; für die Person an der Oberfläche entwickelt sich die Zeit wie erwartet)


Astronomen sind sich einig: Das Universum ist fast 14 Milliarden Jahre alt

Von einem Observatorium hoch über der chilenischen Atacama-Wüste haben Astronomen einen neuen Blick auf das älteste Licht des Universums geworfen.

Ihre Beobachtungen, plus ein bisschen kosmischer Geometrie, legen nahe, dass das Universum 13,77 Milliarden Jahre alt ist – geben oder nehmen Sie 40 Millionen Jahre. Ein Forscher der Cornell University hat einen von zwei Artikeln zu den Ergebnissen mitverfasst, die einer laufenden Debatte in der Astrophysik-Community eine neue Wendung verleihen.

Die neue Schätzung, die auf Daten basiert, die am Atacama Cosmology Telescope (ACT) der National Science Foundation gesammelt wurden, stimmt mit denen des Standardmodells des Universums sowie mit Messungen des gleichen Lichts des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation überein, der gemessen wurde Reste des Urknalls von 2009 bis '13.

Die Studie wurde in der veröffentlicht Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik.

Der Hauptautor von "The Atacama Cosmology Telescope: A Measurement of the Cosmic Microwave Background Power Spectra at 98 and 150 GHz" ist Steve Choi, NSF Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellow am Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science, College of Arts und Wissenschaften.

2019 berechnete ein Forscherteam, das die Bewegungen von Galaxien misst, dass das Universum Hunderte von Millionen Jahren jünger ist, als das Planck-Team vorhergesagt hatte. Diese Diskrepanz deutete darauf hin, dass ein neues Modell für das Universum erforderlich sein könnte, und löste Bedenken aus, dass eine der Messreihen falsch sein könnte.

"Jetzt haben wir eine Antwort gefunden, bei der sich Planck und ACT einig sind", sagte Simone Aiola, Forscherin am Center for Computational Astrophysics des Flatiron-Instituts und Erstautorin einer von zwei Veröffentlichungen. "Es spricht dafür, dass diese schwierigen Messungen zuverlässig sind."


Das Universum könnte 2 Milliarden Jahre jünger sein, als wir dachten

Forscher des Max-Planck-Instituts in Deutschland glauben nun, dass das Universum tatsächlich 2 Milliarden Jahre jünger ist, als wir bisher dachten. Auf der Grundlage von Beobachtungen über die jüngste schnelle Expansion des Universums gehen die Wissenschaftler davon aus, dass das Universum weniger als 12 Milliarden Jahre alt ist, nicht 13,8 Milliarden Jahre.

Während der eine Stern im Blickfeld der Erde, die Sonne, stationär zu sein scheint, bewegen sich Sterne tatsächlich langsam wie fast jede andere astronomische Einheit. Astrophysiker sind in der Lage, das Universum grob zu datieren, indem sie die Bewegung der Sterne genau aufzeichnen, die sie in eine Zahl, die als Hubble-Konstante (HÖ), ursprünglich von Edwin Hubble angelegt. Sie gilt als eine der grundlegendsten Zahlen in der Erforschung der Astronomie. Harvard-Professor John Huchra nannte sie einst „die wohl wichtigste kosmologische Entdeckung, die jemals gemacht wurde“.

Das Team von Max Planck stellte fest, dass die Konstante steigt. Die frühere Schätzung, die mit 13,8 Milliarden Jahren korreliert, hatte eine Hubble-Konstante von 70. Die neue Zahl, die damit verbunden ist, dass das Universum weniger als 12 Milliarden Jahre alt ist, beträgt 82,4. Aber es gibt immer noch viele Wissenschaftler, die versuchen, dies herauszufinden. Die Wissenschaftler warnen davor, dass selbst diese neue Zahl um Milliarden von Jahren abweichen könnte.

"Wir haben eine große Unsicherheit darüber, wie sich die Sterne in der Galaxie bewegen", sagt die leitende Studienautorin Inh Jee vom Max-Plank-Institut in Deutschland in einer Pressemitteilung.

Jees Team verwendete die sogenannte Gravitationslinse, die zeigt, dass die Masse das Licht beugt, wie es erstmals mit Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt wurde. Das Gravitationsfeld eines großen Objekts im Weltraum, wie eines Sterns oder eines Planeten, wird einfallendes Licht biegen. Da diese großen Körper Gravitationsfelder haben, die sich in den Weltraum erstrecken (wie die Erde auch den Mond kontrollieren kann), kann einfallendes Licht in großer Entfernung gebrochen werden. Das kann große Raumregionen verzerren. Je größer das Objekt, desto dramatischer die Biegung.

Das Team verwendete eine spezielle Variante des Gravitationslinseneffekts, bekannt als Zeitverzögerungslinseneffekt. Nach Angaben des Max-Planck-Teams nutzt das Time Delay Lensing die "sich ändernde Helligkeit entfernter Objekte, um Informationen für ihre Berechnungen zu sammeln".

Jee und ihr Team haben sich in eine jahrelange Debatte über das Alter des Universums eingelassen. Ein europäisches Team kam 2013 auf eine konstante Hubble-Zahl von 67, während NASA-Wissenschaftler Anfang dieses Jahres eine Konstante von 74 aufstellten. Die neueste Berechnung ist merklich größer als jede andere Schätzung.

Das Alter von etwas so Massivem und Vielfältigem wie dem Universum ist, gelinde gesagt, schwer zu bestimmen. Jee gibt zu, dass die Nummer ihres Teams mit einer Einschränkung verbunden ist. Ihre Zahl kam von der Verwendung von nur zwei Gravitationslinsen, die alle zur Verfügung standen. Das bedeutet, dass die Fehlerquote des Teams groß genug ist, um die Möglichkeit einzubeziehen, dass das Universum tatsächlich älter als berechnet ist, nicht merklich jünger.

"Beobachtungen von mehr Linsensystemen werden erforderlich sein, um den Wert der Hubble-Konstanten einzugrenzen", sagen die Wissenschaftler in der Zusammenfassung des Papiers. Mit anderen Worten, je mehr Daten über das Universum vorliegen, desto mehr Wissenschaftler können sein Alter bestimmen. Gut, dass es so aussieht, als ob das James Webb-Weltraumteleskop endlich kommt.


1600 bis 1900: Das Ende der Unendlichkeit

Der Astronom Johannes Kepler erkannte 1610, dass ein großer Riss in der populären griechisch inspirierten Kosmologie die ganze Zeit darin bestand, den Sternenguckern ins Gesicht zu starren. Wenn ein ewiges Universum eine unendliche Anzahl von Sternen beherbergte, wie viele glaubten, warum erfüllten dann nicht all diese Sterne das Universum mit einem blendenden Licht? Ein dunkler Nachthimmel, überlegte er, deutete auf einen endlichen Kosmos hin, in dem die Sterne schließlich vergehen.

Der Zusammenprall zwischen dem Nachthimmel und dem unendlichen Universum wurde als Olbers Paradoxon bekannt, benannt nach Heinrich Olber, einem Astronomen, der es 1826 populär machte. Eine frühe Version der modernen Lösung stammte ausgerechnet von dem Dichter Edgar Allan Poe. Wir erleben die Nacht, spekulierte er 1848 in seinem Prosagedicht Eureka, denn das Universum ist nicht ewig. Es gab einen Anfang, und seitdem ist nicht genug Zeit vergangen, damit die Sterne den Himmel vollständig erhellen.


Treffen Sie den BOSS, die größte Struktur im Universum (bisher)

Die englische Sprache hat einige Einschränkungen. Ein solches Problem ist die Beschreibung von Größe – Wörter wie groß, gewaltig und immens – kommen nicht annähernd an die Beschreibung der Objekte heran, die Astronomen im Weltraum entdecken. Es gibt definitiv keine Worte, um ihren neuesten Fund zu beschreiben, der als BOSS Great Wall bezeichnet wird, ein Superhaufen von Galaxien mit einem Durchmesser von über 1 Milliarde Lichtjahren und damit die größte bisher im Universum beobachtete Struktur.

Der BOSS ist benannt nach der  Baryon Oscillation Spectroscopic Survey—einer internationalen Anstrengung zur Kartierung von Galaxien und Quasaren im frühen Universum—und ist wie ein kosmisches Gewebe. Diese Wand besteht aus 830 separaten Galaxien, die die Schwerkraft eingekesselt hat  160in vier Superhaufen, verbunden durch massive Filamente aus heißem Gas, Joshua Sokol berichtet für New Scientist. Dadurch entsteht eine verdrehte Struktur, die einer kosmischen Wabe ähnelt.

„Im größten Maßstab ähnelt das Universum einem kosmischen Netz aus Materie, das leere Hohlräume umgibt – und diese Wände sind die dicksten Fäden“, schreibt er.

Der BOSS lauert 4,5 bis 6,5 Milliarden Lichtjahre entfernt und hat eine geschätzte Masse, die 10.000-mal größer ist als unsere eigene MilchstraßeAstronomie und Astrophysik. 

Sky News erklärt, dass der BOSS zwei Drittel größer ist als der vorherige Rekordhalter, die Sloan Great Wall, die 2003 entdeckt wurde. Außerdem stellt sie sowohl die 1989 entdeckte CfA2-Mauer als auch den Laniakea-Supercluster in den Schatten, in dem sich unsere eigene Milchstraße befindet .  

Nicht jeder ist jedoch davon überzeugt, dass der BOSS wirklich der Größte ist. “Ich verstehe nicht ganz, warum sie all diese Funktionen miteinander verbinden, um sie eine einzige Struktur zu nennen,” Allison Coil von der University of California in San Diego gegenüber New Scientist. “Es gibt eindeutig Knicke und Biegungen in dieser Struktur, die es beispielsweise bei der Sloan Great Wall nicht gibt.”

Aber es ist nicht wirklich die Größe der Wand, die zählt. Superhaufen und kosmische Wände wie BOSS und Sloan helfen Forschern, die Physik des Urknalls zu modellieren und die Form des Universums zu kartieren. Und wenn das Forschungstempo anhält, ist es unwahrscheinlich, dass der BOSS das Eckbüro sehr lange behalten wird.

Über Jason Daley

Jason Daley ist ein Autor aus Madison, Wisconsin, der sich auf Naturgeschichte, Wissenschaft, Reisen und Umwelt spezialisiert hat. Seine Arbeit ist erschienen in Entdecken, Populärwissenschaften, Draußen, Männertagebuch, und andere Zeitschriften.


Wie alt ist die Milchstraße?

Wenn Sie eine Geburtstagsfeier für die Milchstraße veranstalten würden, wie viele Kerzen würden Sie auf die Torte stellen? Wie alt ist die Milchstraße? Nun, auch wenn dies eine schwer zu beantwortende Frage ist, so oder so, wie Sie den Kuchen anschneiden, brauchen Sie viele Kerzen. Wenn Sie für jedes Jahr, in dem die Milchstraße gealtert ist, eine Kerze stellen würden, benötigen Sie zwischen 10 und 13,6 Milliarden Kerzen. Das wäre mächtig schwer, alles auf einmal auszublasen.

Die ältesten Sterne der Milchstraße sind 13,4 Milliarden Jahre alt, geben oder dauern 800 Millionen Jahre. Dies ist ziemlich nahe an dem Alter des Universums (das etwa 13,7 Milliarden Jahre beträgt). Indem wir das Alter dieser Sterne messen und dann das Intervall zwischen ihrer Entstehung und dem Tod der vorherigen Sternengeneration berechnen, können wir auf ein ungefähres Alter der Milchstraße von 13,6 Milliarden Jahren kommen. Hier ist ein guter Artikel darüber, wie dieser Prozess funktioniert.

Das Alter der Milchstraße wird bestimmt, indem die Menge an Beryllium gemessen wird, die in einigen der ältesten bekannten Sterne der Milchstraße vorhanden ist. Wasserstoff, Helium und Lithium waren alle gleich nach dem Urknall vorhanden, während schwerere Elemente im Inneren von Sternen produziert und über Supernovae verteilt werden. Beryllium-9 wird jedoch durch Kollisionen kosmischer Strahlung mit schwereren Elementen erzeugt.

Da Beryllium auf diese Weise und nicht in Supernovae gebildet wird, kann es als eine Art “kosmische Uhr” fungieren. Je länger die Dauer zwischen den ersten Sternen, die schwerere Elemente erzeugten, und den Sternen, die Kugelsternhaufen in der frühen Milchstraße bilden, ist, desto mehr Beryllium sollte durch die Exposition gegenüber galaktischer kosmischer Strahlung vorhanden sein. Durch die Messung des Berylliumgehalts der ältesten Sterne der Milchstraße kann das Alter der Milchstraße angenähert werden.

Diese Methode ähnelt der Verwendung des radioaktiven Zerfalls von Kohlenstoff-14 auf der Erde, um das Alter von Fossilien zu bestimmen. Der radioaktive Zerfall von Uran-238 und Thorium-232 ergibt ein Alter der Milchstraße, das dem bei der Messung des Berylliumvorkommens ähnlich ist.

Das Alter der Milchstraße ist jedoch eine knifflige Frage, denn wir können sagen, dass die ältesten Sterne 13,4 Milliarden Jahre alt sind, aber die Galaxie, wie wir sie heute kennen, musste sich immer noch aus Kugelsternhaufen und elliptischen Zwerggalaxien in einem eleganter Gravitationstanz. Wenn man das Alter der Milchstraße als die Entstehung der galaktischen Scheibe definieren möchte, wäre unsere Galaxie viel jünger. Es wird angenommen, dass sich die galaktische Scheibe erst vor etwa 10 – 12 Milliarden Jahren gebildet hat.

Hier ist ein Artikel darüber, wie sich die Ausbuchtung in der Milchstraße früher als der Rest gebildet haben könnte. Außerdem haben wir auf Astronomy Cast eine Sendung über die Milchstraße aufgenommen.


Rette die Schuppentiere

Schuppentiere sind eines der interessantesten Tiere der Welt. Sie sind die einzigen Säugetiere, die von Kopf bis Schwanz mit Schuppen bedeckt sind. Da sie keine Zähne haben, fressen sie absichtlich Steine ​​(und knabbern an ihren eigenen Schuppen), um die Nahrung in ihrem Magen aufzubrechen. Wenn sie sich in eine Verteidigungsposition rollen, können ihre Schuppen den Kiefern eines Löwen oder Tigers widerstehen und, ein bisschen wie Stinktiere, können sie eine stinkende Flüssigkeit abgeben, um potenzielle Raubtiere abzuschrecken.

Leider sind einige Arten vom Aussterben bedroht. Aufklärung und Sensibilisierung sind wichtige Aspekte ihres Schutzes.

Die traditionelle chinesische Medizin ist weit entfernt von einer urigen, alten Weisheit. Stattdessen handelt es sich um einen milliardenschweren Schwarzmarkt, auf dem Bären gequält und Schuppentiere gehäutet werden. Es ist ein führender Faktor, der das Aussterben einiger Arten vorantreibt. Dies zu wissen, gibt uns die Möglichkeit und die Werkzeuge, um es zu stoppen. Strafverfolgung und Maßnahmen zur Bekämpfung des Menschenhandels sind unzureichend. Wir müssen die Ursachen des Schuppentierhandels bekämpfen.

Jonny Thomson lehrt Philosophie in Oxford. Er betreibt einen beliebten Instagram-Account namens Mini Philosophy (@philosophyminis). Sein erstes Buch ist Mini Philosophy: A Small Book of Big Ideas.


Älteste Lichter im Kosmos zeigen, dass das Universum fast 14 Milliarden Jahre alt ist

ITHAKA, N.Y. — Wie lange ist es her seit Anbeginn der Zeit? Es mag wie eine dumme Frage erscheinen, auf die es keine Antwort gibt, aber Forscher der Cornell University sagen, dass ihre Scans des Weltraums frühere Schätzungen über das Alter des Universums bestätigt haben. Ihre Studie stellt fest, dass sich der Kosmos einem großen Meilenstein nähert, da er sich seinem 14-milliardsten Geburtstag nähert.

Daten des Observatoriums in der chilenischen Atacama-Wüste, zusammen mit etwas kosmischer Geometrie, zeigen, dass das Universum 13,77 Milliarden Jahre alt ist – plus oder minus etwa 40 Millionen Jahre. Die Ergebnisse stützen auch eine weitere Studie des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation. Dieser maß die Überreste des Urknalls zwischen 2009 und 2013.

Die neue Analyse, die Daten des Atacama Cosmology Telescope (ACT) der National Science Foundation sammelt, befasst sich auch mit den ältesten Lichtquellen im Universum. Die Ergebnisse stimmen auch mit einem Standardmodell des Universums überein, das Astronomen verwendet haben.

Eine Studie, mit der der neue Bericht nicht übereinstimmt, ist eine Studie aus dem Jahr 2019, die sich mit der Bewegung von Galaxien befasst. Dieses Forscherteam behauptet, dass das Universum Hunderte von Millionen Jahren jünger ist, als die Cornell-Astronomen vermuten.

„Jetzt haben wir eine Antwort gefunden, bei der sich Planck und ACT einig sind“, sagt die Erstautorin der Studie, Simone Aiola, Forscherin am Center for Computational Astrophysics des Flatiron-Instituts, in einer Universitätsmitteilung. „Das spricht dafür, dass diese schwierigen Messungen zuverlässig sind.“

Wie der Hubble dazu beiträgt, das Zeitalter des Universums zu beleuchten

Forscher sagen, dass die Kenntnis des Alters des Universums auch zeigt, wie schnell es sich ausdehnt. Seit dem Urknall glauben Wissenschaftler, dass sich unser Universum vom Zentrum dieser großen Explosion nach außen ausdehnt. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung wird Hubble-Konstante genannt.

Die neuen Beobachtungen der ACT-Studie besagen, dass die Hubble-Konstante 67,6 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec beträgt. Das bedeutet, dass ein Objekt, das einen Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre) von der Erde entfernt durch den Weltraum schwebt, sich mit 67,6 Kilometern pro Sekunde von unserem Planeten entfernt. Diese Messungen stimmen fast genau mit den Messwerten des Planck-Satellitenteams überein, das eine Hubble-Konstante von 67,4 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec aufzeichnete.

Die Studie von 2019 argumentiert jedoch, dass die Hubble-Konstante 74 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec beträgt. Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass Objekte mit höherer Geschwindigkeit durch den Weltraum driften und seit dem Urknall weniger Zeit benötigen, um dorthin zu gelangen.

„Ich hatte keine besondere Vorliebe für einen bestimmten Wert – es würde auf die eine oder andere Weise interessant werden“, sagt Hauptautor Steve Choi, ein NSF Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellow am Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science. „Wir finden eine Expansionsrate, die der Schätzung des Planck-Satellitenteams entspricht. Dies gibt uns mehr Vertrauen in die Messungen des ältesten Lichts des Universums.“

Verpassen Astronomen etwas im Weltraum?

Obwohl Choi und sein Team zuversichtlich sind, dass sie das richtige Alter des Universums herausgefunden haben, lässt der Unterschied in den Messungen sie glauben, dass sie möglicherweise nicht das vollständige Bild des Kosmos haben. Einer der großen Streitpunkte sind die Unterschiede zwischen lokalen Messungen und entfernten Raummessungen.

„Die wachsende Spannung zwischen diesen entfernten und lokalen Messungen der Hubble-Konstanten deutet darauf hin, dass wir möglicherweise kurz vor einer neuen Entdeckung in der Kosmologie stehen, die unser Verständnis der Funktionsweise des Universums verändern könnte. Es unterstreicht auch, wie wichtig es ist, unsere Messungen des CMB (kosmischer Mikrowellenhintergrund) mit ACT sowie die zukünftigen Simons-Observatoriums- und CCAT-prime-Projekte, die wir jetzt bauen, zu verbessern“, sagt Co-Autor Michael Niemack.


Alter des Universums vs. sein Inhalt - Astronomie

D er Begriff „Evolution“ bezieht sich normalerweise auf die biologische Evolution von Lebewesen. Aber auch die Prozesse, durch die Planeten, Sterne, Galaxien und das Universum entstehen und sich im Laufe der Zeit verändern, sind auch Arten von "Evolution". In all diesen Fällen gibt es Veränderungen im Laufe der Zeit, obwohl die damit verbundenen Prozesse sehr unterschiedlich sind.

In den späten 1920er Jahren machte der amerikanische Astronom Edwin Hubble eine sehr interessante und wichtige Entdeckung. Hubble machte Beobachtungen, die er so interpretierte, dass sie zeigen, dass sich ferne Sterne und Galaxien in alle Richtungen von der Erde entfernen. Darüber hinaus nehmen die Geschwindigkeiten der Rezession mit der Entfernung zu, eine Entdeckung, die seit Hubbles Zeiten durch zahlreiche und wiederholte Messungen bestätigt wurde. Die Implikation dieser Ergebnisse ist, dass sich das Universum ausdehnt.

Hubbles Hypothese eines expandierenden Universums führt zu gewissen Schlussfolgerungen. Einer ist, dass das Universum zu einer früheren Zeit stärker verdichtet war. Aus dieser Schlussfolgerung kam die Vermutung, dass die gesamte derzeit beobachtete Materie und Energie im Universum zunächst in einer sehr kleinen und unendlich heißen Masse kondensiert war. Eine riesige Explosion, bekannt als der Urknall, schickte dann Materie und Energie in alle Richtungen.

Diese Urknall-Hypothese führte zu mehr überprüfbaren Schlussfolgerungen. Eine solche Schlussfolgerung war, dass die Temperatur im Weltraum heute mehrere Grad über dem absoluten Nullpunkt liegen sollte. Beobachtungen zeigten, dass diese Ableitung richtig war. Tatsächlich bestätigte der 1991 gestartete Satellit Cosmic Microwave Background Explorer (COBE), dass das Hintergrundstrahlungsfeld genau das Spektrum aufweist, das von einem Urknall-Ursprung für das Universum vorhergesagt wurde.

Als das Universum sich ausdehnte, sammelte sich nach derzeitigem wissenschaftlichen Verständnis Materie zu Wolken, die sich zu verdichten und zu rotieren begannen und die Vorläufer der Galaxien bildeten. Innerhalb von Galaxien, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, führten Druckänderungen dazu, dass Gas und Staub verschiedene Wolken bildeten. In einigen dieser Wolken, wo genügend Masse und die richtigen Kräfte vorhanden waren, führte die Anziehungskraft dazu, dass die Wolke zusammenbrach. Wenn die Materialmasse in der Wolke ausreichend komprimiert war, begannen Kernreaktionen und ein Stern wurde geboren.

Ein Teil der Sterne, einschließlich unserer Sonne, bildete sich in der Mitte einer abgeflachten, sich drehenden Materialscheibe. Im Fall unserer Sonne kollidierten Gas und Staub in dieser Scheibe und aggregierten sich zu kleinen Körnern, und die Körner bildeten sich zu größeren Körpern, den sogenannten Planetesimalen ("sehr kleine Planeten"), von denen einige Durchmesser von mehreren hundert Kilometern erreichten. In aufeinanderfolgenden Stadien verschmolzen diese Planetesimale zu den neun Planeten und ihren zahlreichen Satelliten. Die Gesteinsplaneten, einschließlich der Erde, befanden sich in der Nähe der Sonne, und die Gasplaneten befanden sich in weiter entfernten Umlaufbahnen.

Das Alter des Universums, unserer Galaxie, des Sonnensystems und der Erde kann mit modernen wissenschaftlichen Methoden abgeschätzt werden. Das Alter des Universums kann aus der beobachteten Beziehung zwischen den Geschwindigkeiten und den Abständen der Galaxien abgeleitet werden. Die Geschwindigkeiten weit entfernter Galaxien können sehr genau gemessen werden, aber die Messung von Entfernungen ist unsicherer. In den letzten Jahrzehnten haben Messungen der Hubble-Expansion zu geschätzten Altern für das Universum zwischen 7 Milliarden und 20 Milliarden Jahren geführt, wobei die neuesten und besten Messungen im Bereich von 10 Milliarden bis 15 Milliarden Jahren liegen.

Das Alter der Milchstraße wurde auf zwei Arten berechnet. Eine beinhaltet die Untersuchung der beobachteten Entwicklungsstadien von Sternen unterschiedlicher Größe in Kugelsternhaufen. Kugelsternhaufen treten in einem schwachen Halo auf, der das Zentrum der Galaxie umgibt, wobei jeder Haufen hunderttausend bis eine Million Sterne enthält. Die sehr geringen Mengen an Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium in diesen Sternen sind, weisen darauf hin, dass sie sich zu einem frühen Zeitpunkt in der Geschichte der Galaxie gebildet haben müssen, bevor große Mengen schwerer Elemente in den ersten Sternengenerationen erzeugt und später durch das interstellare Medium verteilt wurden Supernova-Explosionen (der Urknall selbst erzeugte hauptsächlich Wasserstoff- und Heliumatome). Schätzungen des Alters der Sterne in Kugelsternhaufen liegen im Bereich von 11 Milliarden bis 16 Milliarden Jahren.

Eine zweite Methode zur Abschätzung des Alters unserer Galaxie basiert auf den gegenwärtigen Häufigkeiten mehrerer langlebiger radioaktiver Elemente im Sonnensystem. Ihre Häufigkeit wird durch ihre Produktions- und Verteilungsraten durch explodierende Supernovae bestimmt. Nach diesen Berechnungen liegt das Alter unserer Galaxie zwischen 9 Milliarden und 16 Milliarden Jahren. Somit stimmen beide Methoden zur Schätzung des Alters der Milchstraße überein und stimmen auch mit der unabhängig davon abgeleiteten Schätzung für das Alter des Universums überein.

Radioaktive Elemente, die natürlicherweise in Gesteinen und Mineralien vorkommen, bieten auch eine Möglichkeit, das Alter des Sonnensystems und der Erde abzuschätzen. Einige dieser Elemente zerfallen mit Halbwertszeiten zwischen 700 Millionen und mehr als 100 Milliarden Jahren (die Halbwertszeit eines Elements ist die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte des Elements radioaktiv in ein anderes Element zerfällt). Mit diesen Zeitmessern wird berechnet, dass sich Meteoriten, bei denen es sich um Fragmente von Asteroiden handelt, vor 4,53 Milliarden bis 4,58 Milliarden Jahren gebildet haben (Asteroiden sind kleine "Planetoide", die sich um die Sonne drehen und Überreste des Sonnennebels sind, der zu Sonne und Planeten). Dieselben radioaktiven Zeitmesser, die auf die drei ältesten Mondproben angewendet wurden, die von den Apollo-Astronauten zur Erde zurückgebracht wurden, ergaben ein Alter zwischen 4,4 Milliarden und 4,5 Milliarden Jahren und lieferten minimale Schätzungen für die Zeit seit der Entstehung des Mondes.

Die ältesten bekannten Gesteine ​​der Erde kommen im Nordwesten Kanadas vor (3,96 Milliarden Jahre), aber auch in anderen Teilen der Welt finden sich gut untersuchte Gesteine, die fast so alt sind. In Westaustralien haben Zirkonkristalle in jüngeren Gesteinen ein Alter von bis zu 4,3 Milliarden Jahren, was diese winzigen Kristalle zu den ältesten bisher auf der Erde gefundenen Materialien macht.

Die besten Schätzungen des Erdalters werden durch Berechnung der Zeit erhalten, die für die Entwicklung der beobachteten Bleiisotope in den ältesten Bleierzen der Erde erforderlich ist. Diese Schätzungen ergeben 4,54 Milliarden Jahre als Alter der Erde und der Meteoriten und damit des Sonnensystems.

Die Ursprünge des Lebens lassen sich nicht so genau datieren, aber es gibt Hinweise darauf, dass bakterienähnliche Organismen vor 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde lebten, und sie könnten sogar schon früher existiert haben, als sich vor fast 4 Milliarden Jahren die erste feste Kruste bildete. Diese frühen Organismen müssen einfacher gewesen sein als die heute lebenden Organismen. Darüber hinaus muss es vor den frühesten Organismen Strukturen gegeben haben, die man nicht "lebendig" nennen würde, die aber heute Bestandteile von Lebewesen sind. Heutzutage speichern und übertragen alle lebenden Organismen Erbinformationen mithilfe von zwei Arten von Molekülen: DNA und RNA. Jedes dieser Moleküle besteht wiederum aus vier Arten von Untereinheiten, die als Nukleotide bekannt sind. Die Nukleotidsequenzen in bestimmten Längen von DNA oder RNA, die als Gene bekannt sind, steuern den Aufbau von Molekülen, die als Proteine ​​​​bekannt sind, die wiederum biochemische Reaktionen katalysieren, Strukturkomponenten für Organismen bereitstellen und viele der anderen Funktionen erfüllen, von denen das Leben abhängt. Proteine ​​bestehen aus Ketten von Untereinheiten, die als Aminosäuren bekannt sind. Die Sequenz der Nukleotide in DNA und RNA bestimmt daher die Sequenz der Aminosäuren in Proteinen – ein zentraler Mechanismus in der gesamten Biologie.

Experimente, die unter Bedingungen durchgeführt wurden, die denen auf der primitiven Erde ähneln sollten, haben zur Produktion einiger chemischer Komponenten von Proteinen, DNA und RNA geführt. Einige dieser Moleküle wurden von Astronomen mit Radioteleskopen auch in Meteoriten aus dem Weltraum und im interstellaren Raum nachgewiesen. Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass die „Bausteine ​​des Lebens“ schon früh in der Erdgeschichte verfügbar gewesen sein könnten.

Mit der Entdeckung, dass bestimmte RNA-Moleküle, Ribozyme genannt, als Katalysatoren in modernen Zellen wirken können, hat sich ein wichtiger neuer Forschungsweg eröffnet. Bisher dachte man, dass nur Proteine ​​als Katalysatoren dienen können, die für die Ausführung bestimmter biochemischer Funktionen erforderlich sind. In der frühen präbiotischen Welt könnten RNA-Moleküle also "autokatalytisch" gewesen sein, das heißt, sie hätten sich selbst replizieren können, bevor es Proteinkatalysatoren (so genannte Enzyme) gab. Laborexperimente zeigen, dass sich replizierende autokatalytische RNA-Moleküle spontan verändern und sich die Varianten der RNA-Moleküle mit der größten autokatalytischen Aktivität in ihrer Umgebung durchsetzen. Einige Wissenschaftler befürworten die Hypothese, dass es eine frühe "RNA-Welt" gab, und sie testen Modelle, die von der RNA zur Synthese einfacher DNA- und Proteinmoleküle führen. Diese Ansammlungen von Molekülen könnten schließlich in Membranen verpackt worden sein und so "Protozellen" bilden - frühe Versionen sehr einfacher Zellen.

Für diejenigen, die sich mit der Entstehung des Lebens beschäftigen, stellt sich nicht mehr die Frage, ob Leben durch chemische Prozesse mit nichtbiologischen Komponenten entstanden sein könnte. Stattdessen stellt sich die Frage, welcher von vielen Wegen zur Produktion der ersten Zellen beschritten worden sein könnte.

Werden wir jemals in der Lage sein, den Weg der chemischen Evolution zu identifizieren, der das Leben auf der Erde begründete? Wissenschaftler entwerfen Experimente und spekulieren darüber, wie die frühe Erde einen gastfreundlichen Ort für die Trennung von Molekülen in Einheiten bieten könnte, die möglicherweise die ersten lebenden Systeme waren. Die jüngsten Spekulationen beinhalten die Möglichkeit, dass die ersten lebenden Zellen auf dem Mars entstanden sein könnten, die die Erde über die vielen Meteoriten aussäen, von denen bekannt ist, dass sie vom Mars zu unserem Planeten reisen.

Selbst wenn eine lebende Zelle im Labor hergestellt würde, würde dies natürlich nicht beweisen, dass die Natur vor Milliarden von Jahren denselben Weg gegangen ist. Aber es ist die Aufgabe der Wissenschaft, plausible natürliche Erklärungen für Naturphänomene zu liefern. Die Erforschung des Ursprungs des Lebens ist ein sehr aktives Forschungsgebiet, in dem wichtige Fortschritte erzielt werden, obwohl sich die Wissenschaftler einig sind, dass keine der aktuellen Hypothesen bisher bestätigt wurde. Die Wissenschaftsgeschichte zeigt, dass scheinbar unlösbare Probleme wie dieses später aufgrund von Fortschritten in der Theorie, der Instrumentierung oder der Entdeckung neuer Tatsachen einer Lösung zugänglich werden können.

Kreationistische Ansichten über den Ursprung des Universums, der Erde und des Lebens

Viele religiöse Personen, darunter viele Wissenschaftler, sind der Ansicht, dass Gott das Universum und die verschiedenen Prozesse, die die physikalische und biologische Evolution antreiben, erschaffen hat und dass diese Prozesse dann zur Erschaffung von Galaxien, unserem Sonnensystem und dem Leben auf der Erde führten. Dieser Glaube, der manchmal als "theistische Evolution" bezeichnet wird, steht nicht im Widerspruch zu wissenschaftlichen Erklärungen der Evolution. Tatsächlich spiegelt es den bemerkenswerten und inspirierenden Charakter des physikalischen Universums wider, der von Kosmologie, Paläontologie, Molekularbiologie und vielen anderen wissenschaftlichen Disziplinen offenbart wurde.

Die Verfechter der „Creation Science“ vertreten unterschiedliche Standpunkte. Einige behaupten, dass die Erde und das Universum relativ jung sind, vielleicht nur 6.000 bis 10.000 Jahre alt. Diese Individuen glauben oft, dass die gegenwärtige physische Form der Erde durch „Katastrophie“ erklärt werden kann, einschließlich einer weltweiten Flut, und dass alle Lebewesen (einschließlich Menschen) auf wundersame Weise erschaffen wurden, im Wesentlichen in den Formen, die wir heute finden.

Andere Befürworter der Schöpfungswissenschaft sind bereit zu akzeptieren, dass die Erde, die Planeten und die Sterne seit Millionen von Jahren existieren. Sie argumentieren jedoch, dass die verschiedenen Arten von Organismen, und insbesondere der Mensch, nur durch übernatürliche Eingriffe entstanden sein könnten, weil sie "intelligentes Design" aufweisen.

In this booklet, both these "Young Earth" and "Old Earth" views are referred to as "creationism" or "special creation."

There are no valid scientific data or calculations to substantiate the belief that Earth was created just a few thousand years ago. This document has summarized the vast amount of evidence for the great age of the universe, our galaxy, the solar system, and Earth from astronomy, astrophysics, nuclear physics, geology, geochemistry, and geophysics. Independent scientific methods consistently give an age for Earth and the solar system of about 5 billion years, and an age for our galaxy and the universe that is two to three times greater. These conclusions make the origin of the universe as a whole intelligible, lend coherence to many different branches of science, and form the core conclusions of a remarkable body of knowledge about the origins and behavior of the physical world.

Nor is there any evidence that the entire geological record, with its orderly succession of fossils, is the product of a single universal flood that occurred a few thousand years ago, lasted a little longer than a year, and covered the highest mountains to a depth of several meters. On the contrary, intertidal and terrestrial deposits demonstrate that at no recorded time in the past has the entire planet been under water. Moreover, a universal flood of sufficient magnitude to form the sedimentary rocks seen today, which together are many kilometers thick, would require a volume of water far greater than has ever existed on and in Earth, at least since the formation of the first known solid crust about 4 billion years ago. The belief that Earth's sediments, with their fossils, were deposited in an orderly sequence in a year's time defies all geological observations and physical principles concerning sedimentation rates and possible quantities of suspended solid matter.

Geologists have constructed a detailed history of sediment deposition that links particular bodies of rock in the crust of Earth to particular environments and processes. If petroleum geologists could find more oil and gas by interpreting the record of sedimentary rocks as having resulted from a single flood, they would certainly favor the idea of such a flood, but they do not. Instead, these practical workers agree with academic geologists about the nature of depositional environments and geological time. Petroleum geologists have been pioneers in the recognition of fossil deposits that were formed over millions of years in such environments as meandering rivers, deltas, sandy barrier beaches, and coral reefs.

The example of petroleum geology demonstrates one of the great strengths of science. By using knowledge of the natural world to predict the consequences of our actions, science makes it possible to solve problems and create opportunities using technology. The detailed knowledge required to sustain our civilization could only have been derived through scientific investigation.


New view of old light adds twist to debate over universe’s age

A portion of a new picture of the oldest light in the universe, aka the cosmic microwave background. This part covers a section of the sky 50 times the moon’s width, representing a region of space 20 billion light-years across. Image via Atacama Cosmology Telescope/ ACT Collaboration/ Simons Foundation.

From a mountain high in Chile’s Atacama Desert, astronomers with the National Science Foundation’s Atacama Cosmology Telescope (ACT) have taken a fresh look at the oldest light in the universe [otherwise known as the cosmic microwave background]. Their new observations plus a bit of cosmic geometry suggest that the universe is 13.77 billion years old, give or take 40 million years.

The new estimate matches the one provided by the standard model of the universe and measurements of the same light made by the Planck satellite. This adds a fresh twist to an ongoing debate in the astrophysics community, said Simone Aiola, first author of one of two new papers on the findings posted to arXiv.org.

In 2019, a research team measuring the movements of galaxies calculated that the universe is hundreds of millions of years younger than the Planck team predicted. That discrepancy suggested that a new model for the universe might be needed and sparked concerns that one of the sets of measurements might be incorrect. Aiola, a researcher at the Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics in New York City, commented:

Now we’ve come up with an answer where Planck and ACT agree. It speaks to the fact that these difficult measurements are reliable.

The age of the universe also reveals how fast the cosmos is expanding, a number quantified by the Hubble constant. The new measurements from the Atacama Cosmology Telescope suggest a Hubble constant of 67.6 kilometers per second per megaparsec. That means an object 1 megaparsec (around 3.26 million light-years) from Earth is moving away from us at 67.6 kilometers per second due to the expansion of the universe. This result agrees almost exactly with the previous estimate of 67.4 kilometers per second per megaparsec by the Planck satellite team, but it’s slower than the 74 kilometers per second per megaparsec inferred from the measurements of galaxies.

The Atacama Cosmology Telescope. Using new measurements from this telescope of the cosmic microwave background, scientists have refined calculations of the universe’s age. Image via Debra Kellner/ Simons Foundation.

Steve Choi of Cornell University, first author of the other paper posted to arXiv.org, said:

I didn’t have a particular preference for any specific value. It was going to be interesting one way or another. We find an expansion rate that is right on the estimate by the Planck satellite team. This gives us more confidence in measurements of the universe’s oldest light.

The close agreement between the ACT and Planck results and the standard cosmological model is bittersweet, Aiola said:

It’s good to know that our model right now is robust, but it would have been nice to see a hint of something new.

Still, the disagreement with the 2019 study of the motions of galaxies maintains the possibility that unknown physics may be at play, he said.

Like the Planck satellite, ACT peers at the afterglow of the Big Bang. This light, known as the cosmic microwave background, marks a time 380,000 years after the universe’s birth when protons and electrons joined to form the first atoms. Before that time, the cosmos was opaque to light.

If scientists can estimate how far light from the cosmic microwave background traveled to reach Earth, they can calculate the universe’s age. That’s easier said than done, though. Judging cosmic distances from Earth is hard. So instead, scientists measure the angle in the sky between two distant objects, with Earth and the two objects forming a cosmic triangle. If scientists also know the physical separation between those objects, they can use high school geometry to estimate the distance of the objects from Earth.

Subtle variations in the glow of the cosmic microwave background offer anchor points to form the other two vertices of the triangle. Those variations in temperature and polarization resulted from quantum fluctuations in the early universe that got amplified by the expanding universe into regions of varying density. (The denser patches would go on to form galaxy clusters.) Scientists have a strong enough understanding of the universe’s early years to know that these variations in the cosmic microwave background should typically be spaced out every billion light-years for temperature and half that for polarization. (For scale, our Milky Way galaxy is about 200,000 light-years in diameter.)

ACT measured the cosmic microwave background fluctuations with unprecedented resolution, taking a closer look at the polarization of the light. Suzanne Staggs, ACT’s principal investigator and the Henry deWolf Smyth Professor of Physics at Princeton University, said:

The Planck satellite measured the same light, but by measuring its polarization in higher fidelity, the new picture from ACT reveals more of the oldest patterns we’ve ever seen.

As ACT continues making observations, astronomers will have an even clearer picture of the cosmic microwave background and a more exact idea of how long ago the cosmos began. The ACT team will also scour those observations for signs of physics that doesn’t fit the standard cosmological model. Such strange physics could resolve the disagreement between the predictions of the age and expansion rate of the universe arising from the measurements of the cosmic microwave background and the motions of galaxies. Mark Devlin, ACT’s deputy director and the Reese W. Flower Professor of Astronomy and Astrophysics at the University of Pennsylvania, said:

We’re continuing to observe half the sky from Chile with our telescope. As the precision of both techniques increases, the pressure to resolve the conflict will only grow.

Bottom line: Astronomers have taken a fresh look at the oldest light in the universe, otherwise known as the cosmic microwave background. Their new observations suggest that the universe is 13.77 billion years old, give or take 40 million years.


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