DeutschesFachbuch.de : Einführung in die moderne Kosmologie Von Andrew Liddle


Inhaltsverzeichnis

Vorwort				XI

Konstanten, Umrechnungsfaktoren und Symbole				XV

1	Ein historischer Abriss kosmologischer Theorien			1

2	Beobachtungen - ein Überblick			3
	2.1	Im sichtbaren Licht		4
	2.2	In anderen Wellenbereichen		8
	2.3	Homogenität und Isotropie		10
	2.4	Die Expansion des Universums		10
	2.5	Teilchen im Universum		13
		2.5.1	Welche Teilchen gibt es ?	13
		2.5.2	Die thermische Verteilung und das Schwarzkörper-Spektrum	16

3	Newton'sche Gravitation			20
	3.1	Die Friedmann-Gleichung		21
	3.2	Über die Bedeutung der Expansion		24
	3.3	Schneller als das Licht		25
	3.4	Die Flüssigkeitsgleichung		25
	3.5	Die Beschleunigungsgleichung		27
	3.6	Über Masse, Energie und verschwindende c²-Faktoren		28

4	Die Geometrie des Universums			29
	4.1	Die flache Geometrie		29
	4.2	Die sphärische Geometrie		30
	4.3	Die hyperbolische Geometrie		33
	4.4	Unendliche und beobachtbare Universen		34
	4.5	Wo fand der Urknall statt?		34
	4.6	Die drei Werte von k		35

5	Einfache kosmologische Modelle			38
	5.1	Das Hubble-Gesetz		38
	5.2	Expansion und Rotverschiebung		39
	5.3	Lösen der Gleichungen		41
		5.3.1	Materie	41
		5.3.2	Strahlung	43
		5.3.3	Gemische	44
	5.4	Teilchendichten		45
	5.5	Die Evolution inklusive Krümmung		46

6	Beobachtbare Parameter			51
	6.1	Die Expansionsrate H_Q		51
	6.2	Der Dichteparameter		53
	6.3	Der Abbremsparameter q₀		55

7	Die kosmologische Konstante			58
	7.1	Die Einführung der kosmologischen Konstante A		58
	7.2	Die Flüssigkeitsbeschreibung von A		59
	7.3	Kosmologische Modelle mit A		61

8	Das Alter des Universums			64

9	Die Dichte des Universums und die Dunkle Materie			69
	9.1	Wie schwer ist das Universum?		69
		9.1.1	Sterne zählen	69
		9.1.2	Nukleosynthese vorweggenommen	70
		9.1.3	Rotationskurven von Galaxien	71
		9.1.4	Die Zusammensetzung von Galaxienhaufen	73
		9.1.5	Bewegung größerer Gebiete im Universum	74
		9.1.6	Die Strukturbildung	75
		9.1.7	Die Geometrie des Universums und die Helligkeit von Supernovae	75
		9.1.8	Überblick	76
	9.2	Was könnte Dunkle Materie bloß sein?		77
		9.2.1	Elementarteilchen	77
		9.2.2	Kompakte Objekte	78
	9.3	Die Suche nach der Dunklen Materie		80

10	Die kosmische Hintergrundstrahlung			83
	10.1	Die Eigenschaften der kosmischen Hintergrundstrahlung		83
	10.2	Das Verhältnis der Photonenzahl zur Baryonenzahl		85
	10.3	Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung		87
	10.4	Der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung (Fakultative Betrachtung für Fortgeschrittene)		90

11	Das frühe Universum			94

12	Die Nukleosynthese: Der Ursprung der leichten Elemente			101
	12.1	Wasserstoff und Helium		101
	12.2	Vergleich mit Beobachtungen		104
	12.3	Gegenüberstellung von Entkopplung und Nukleosynthese		107

13	Das inflationäre Universum			109
	13.1	Probleme der Urknalltheorie		109
		13.1.1	Das Flachheitsproblem	109
		13.1.2	Das Horizontproblem	111
		13.1.3	Häufigkeiten von Reliktteilchen	112
	13.2	Die inflationäre Expansion		113
	13.3	Die Lösung der Probleme der Urknalltheorie		115
		13.3.1	Das Flachheitsproblem	115
		13.3.2	Das Horizontproblem	116
		13.3.3	Reliktteilchen-Häufigkeiten	117
	13.4	Wie viel Inflation ?		117
	13.5	Die Inflationstheorie und die Teilchenphysik		118

14	Die Anfangssingularität (der Urknall)			122

15	Das Standardmodell der Kosmologie im Überblick			126
	15.1	Expansion		126
	15.2	Geometrie		127
	15.3	Alter		127
	15.4	Das Schicksal des Universums		127
	15.5	Der Inhalt des Universums		128
	15.6	Frühgeschichte des Universums		129
	15.7	Ausblick		129

Themen für Fortgeschrittene				131

F1	Relativistische Kosmologie			131
	F1.1	Die Raumzeit-Metrik		131
	F1.2	Die Einstein'schen Gleichungen		133
	F1.3	Exkurs: Die Topologie des Universums		135

F2	Klassische Kosmologie: Abstände und Leuchtkräfte			138
	F2.1	Lichtausbreitung und Rotverschiebung		138
	F2.2	Das beobachtbare Universum		141
	F2.3	Die Leuchtkraftentfernung		142
	F2.4	Winkelabstand		146
	F2.5	Die Statistik beobachteter Quellen		149

F3	Neutrino-Kosmologie			152
	F3.1	Masselose Neutrinos		252
	F3.2	Massive Neutrinos		154
		F3.2.1	Leichte Neutrinos	155
		F3.2.2	Schwere Neutrinos	156
	F3.3	Neutrinos und Strukturbildung		156

F4	Die Baryogenese			159

F5	Strukturen im Universum			163
	F5.1	Die beobachteten Strukturen		163
	F5.2	Die Gravitationsinstabilitäten		165
	F5.3	Die Verteilung der Galaxien		167
	F5.4	Anisotropien in der kosmischen Hintergrundstrahlung		169
		F5.4.1	Die statistische Beschreibung der Anisotropien	169
		F5.4.2	Die Berechnung von C	171
		F5.4.3	Beobachtungen des Mikrowellenhintergrunds	173
		F5.4.4	Die räumliche Geometrie	174
	F5.5	Der Ursprung der Struktur		175

F6	Einschränkende kosmologische Modelle			179
	F6.1	Kosmologische Modelle und Parameter		179
	F6.2	Kosmologische Schlüsselbeobachtungen		180
	F6.3	Kosmologische Datenanalyse		181
	F6.4	Das kosmologische Standardmodell - Ausgabe 2008		183
	F6.5	Die Zukunft		185

Bibliographie				187

Lösungen und Tipps zu den Aufgaben				189

Sachregister				195