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sb-wettbewerb
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In ihrem Buch „Die 5 Zeitalter des Universums [Eine Physik der Ewigkeit]“ aus dem Jahre 1999 beschreiben die beiden Physiker Fred Adams und Greg Laughlin die wahrscheinliche Zukunft des Universums. Damals war die Dunkle Energie gerade erst neu entdeckt und hatte es noch nicht in das Buch geschafft. Ich möchte im Folgenden versuchen, die zukünftige Entwicklung des Universums zu beschreiben, in Anlehnung an das Buch und angereichert mit aktuellem Wissen.

Im Folgenden werden häufig große oder kleine Zahlen in Exponentialschreibweise (10n) verwendet, wobei n die Zahl der Nullen angibt, die hinter einer 1 stehen müssten (oder bei negativem n davor), um die Zahl auszuschreiben, also etwa 103 für 1000, 10-3 für 0,001. Wann immer eine solche Zahl auftaucht, mache man sich klar, dass ein um 1 höherer Wert für n gleich das Zehnfache bedeutet. So ist 1032 nicht ein bisschen mehr als 1028, sondern das Zehntausendfache.

Das Zeitalter der Urmaterie

Das Universum begann vermutlich als winzige Quantenfluktuation der Raumzeit. Es platzte ein winziges Volumen von vielleicht einem Hundertbillionstel Durchmesser eines Protons eines sogenannten „falschen Vakuums“ in die Existenz, welches von einem Feld einer gewaltigen Energiedichte erfüllt war. Eine sehr hohe Energiedichte bewirkt nach der Allgemeinen Relativitätstheorie eine abstoßende Gravitation, die das falsche Vakuum inflationär wachsen ließ.

Alle 10-35 Sekunden verdoppelte sich der Durchmesser des jungen Weltalls, so dass die Enden eines Protondurchmessers von 1,7•10-15 m bereits mit dem halben Billionfachen der Lichtgeschwindigkeit auseinander strebten. Vielleicht dauerte das ganze nur 10-33 s oder 100 Verdopplungen, da war das Weltall schon um einen Faktor 1030 angewachsen. Die Inflation endete, als das falsche Vakuum in den Zustand niedrigerer Energiedichte des heutigen Vakuums fiel. Die überschüssige Vakuumenergie wurde als Strahlung frei und heizte den Raum auf bis zu 1028 K auf.

Aus dieser Energie entstanden in der sogenannten Baryogenese neben anderen Teilchen Quarks und Antiquarks (Baryonen sind Teilchen, die aus 3 Quarks bestehen, wie Protonen und Neutronen), aber aufgrund einer noch nicht verstandenen Asymmetrie kamen auf 100 Millionen Antiquarks 100 Millionen-und-ein Quark. Quarks und Antiquarks vernichteten sich dann wieder zu Strahlung, bis auf den winzigen Überhang der Quarks. Nach einer Millionstel Sekunde war deren Teilchendichte so hoch wie in einem Neutronenstern, die Temperatur auf 10 Billionen K gefallen und die Quarks verbanden sich mit ihresgleichen zu zusammengesetzten Teilchen wie Protonen und Neutronen.

Nach einer Sekunde war das Weltall auf 10 Milliarden K abgekühlt, 200.000-mal so dicht wie Wasser, und Protonen und Neutronen begannen zu leichten Atomkernen wie Deuterium, Helium und Lithium zu verschmelzen. Diese primordiale Nukleosynthese dauerte gerade einmal 3 Minuten, dann war die Temperatur und Dichte des Universums so weit abgesunken, dass keine Fusionen mehr statt fanden; heute finden wir noch genau das damals entstandene Verhältnis der Elemente und ihrer langlebigen Isotope in ursprünglichem Gas wieder.

Nun war das Weltall ziemlich gleichmäßig mit einem heißen Gas aus leichten Atomkernen, Elektronen, den bisher noch nicht identifizierten Teilchen der dunklen Materie, sowie sehr viel Strahlung (Photonen) erfüllt, die ständig vom Gas absorbiert und wieder ausgesendet wurden. Das Weltall war ein undurchdringlicher Feuerball, ein Plasma.

Nach 380.000 Jahren weiteren Wachstums war es auf rund 3000 K abgekühlt und die Kerne hatten die meisten Elektronen eingefangen, so dass das Gas transparent wurde und die Photonen erstmals freie Bahn bekamen. Wir können heute noch diese Photonen empfangen, ihre Wellenlänge ist mittlerweile durch die Expansion des Alls um den Faktor 1100 gewachsen und lässt sich mit Radioteleskopen als kosmischer Mikrowellen-Hintergrund nachweisen. Wir können den Feuerball also gewissermaßen heute noch sehen.

Wenn man die Hintergrundstrahlung sehr genau vermisst, kann man winzige Temperaturschwankungen um Millionstel Kelvin nachweisen, die auf geringe Dichteunterschiede hinweisen – die Inflation hat winzige Dichtefluktuationen aus der Quantenwelt auf kosmische Dimensionen vergrößert. Da, wo das Gas ein wenig dichter war, begann es sofort, umliegendes Gas gravitativ anzuziehen. So zog sich das Gas allmählich zu filamentartigen Strukturen zusammen und hinterließ dazwischen große Leerräume, sogenannte Voids. Wo das Gas sich verdichtete, entstanden turbulente Wirbel, die in immer kleinere Wolken zerbrachen, aus denen die ersten Sterne und Galaxien entstanden.

Das Zeitalter der leuchtenden Sterne

Wenn sich Gas zu einem Stern zusammenzieht, erhöhen sich durch Kompression Druck und Temperatur im Kern so weit, dass die Wasserstoffkerne ihre gegenseitige Abstoßung überwinden können und die starke Kernkraft, deren Reichweite extrem kurz ist, sie zu packen bekommt und zu Heliumkernen verschmelzen (fusionieren) lässt. Dabei wird Gammastrahlung frei, die auf dem langen Weg aus dem Stern heraus durch Absorption, Emission und Streuung allmählich zu Licht und Wärme wird.

Die Fusionsrate in einem Stern hängt empfindlich vom Druck ab, so dass massive Sterne, bei denen sehr viel Gas den Kern zusammendrückt, erheblich schneller ihren Wasserstoff aufbrauchen und viel heller leuchten, als leichte Zwergsterne.

Massive Sterne leben nur wenige 10 bis 100 Millionen Jahre lang, bevor ihr Kern zu einem superdichten sogenannten Neutronenstern kollabiert, der nur ein paar 10 km durchmisst. Der Rückprall des darauf herunter stürzenden Materials zündet eine explosive Fusion, die den Stern von innen heraus auseinander reißt – eine Supernova, die für ein paar Wochen heller leuchtet als eine ganze Galaxie. Noch massivere Sterne kollabieren zu Schwarzen Löchern. Der größte Teil der Sternmaterie inklusive der im Stern erbrüteten Elemente wird wieder zurück ins All geblasen, woraus dann neue Sterne, aber auch Planeten mit fester Oberfläche entstehen können. Durch Supernovae wurde das All mit Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und Elementen, die bei der Supernova selbst entstehen, angereichert, aus denen auch wir bestehen.

Ein Stern wie die Sonne leuchtet über 12 Milliarden Jahre lang, von denen die Sonne erst 4,5 Milliarden hinter sich gebracht hat. Während im Kern der Sonne Wasserstoff zu Helium fusioniert, der etwas weniger Raum benötigt, sackt das darüber liegende Material allmählich zusammen und erhöht den Druck und die Fusionsrate. Dies lässt die Sonne allmählich heller werden, und damit wird es auf der Erde immer wärmer. In 900 Millionen Jahren wird es auf der Erde zu heiß für mehrzelliges Leben sein und nur noch Bakterien werden existieren können. In spätestens 1,9 Milliarden Jahren wird es schließlich so heiß, dass die Ozeane verdampfen und einen galoppierenden Treibhauseffekt erzeugen, der die Erde sterilisieren und in eine zweite Venus verwandeln wird.

Lebenszyklus der Sterne (Bild: NASA/JPL)

Lebenszyklus der Sterne (Bild: NASA/JPL)

Nach 11 Milliarden Jahren geht der Wasserstoffvorrat im Kern der Sonne allmählich zur Neige und sie beginnt, abwechselnd Wasserstoff in einer Schale um den Kern und Helium im Kern zu fusionieren, was ihre Atmosphäre in Schüben bis auf das 200-fache des heutigen Durchmessers aufbläht. Ihre Leuchtkraft nimmt um das mehr als 2000-fache zu. Sie wird zum Roten Riesen.

Als Roter Riese verliert die extrem dünne äußere Atmosphäre viel Gas, das sich als expandierende Wolke um den Stern herum sammelt, ein sogenannter Planetarischer Nebel. Nach 12 Milliarden Jahren kommt schließlich durch die mit dem Massenverlust einhergehende Druckabnahme im Kern die Fusion zum Erliegen und ein nackter Heliumkern von 55% der ursprünglichen Sonnenmasse bleibt übrig, der unter seinem Gewicht auf Erdgröße zusammensackt und nur noch durch die dabei frei werdende Kompressionswärme leuchtet – ein Weißer Zwerg. Das weitere Schicksal der Sonne ist dann zunächst ein Abkühlen über mehrere 10 Milliarden Jahre zu einem Schwarzen Zwerg.

Noch wesentlich langlebiger als die Sonne sind Rote Zwergsterne, die mit 80% die große Mehrheit aller Sterne bilden. Sie brennen nicht nur auf kleinerer Flamme – sie sind bis zum Kern konvektiv, d.h. heißes Gas steigt aus dem Kern nach oben und kühleres sinkt ab, so dass das gesamte Gas des Sterns irgendwann einmal zur Fusion zur Verfügung steht. Ein Roter Zwerg von einem Zehntel Sonnenmasse kann 14 Billionen Jahre lang brennen, das 1000-fache des heutigen Alters des Universums!

Am Ende seines langen Lebens endet bei einem Stern von weniger als ¼ Sonnenmasse die Konvektion, die Fusion beschleunigt sich und seine Temperatur nimmt zu, so dass er zu einem Blauen Zwerg wird, der die Helligkeit unserer Sonne erreichen kann. Wenn 98% des Wasserstoffs verbraucht sind, wandelt er sich ohne Riesenstadium direkt zum Weißen Zwerg, der weiter zum Schwarzen Zwerg abkühlt.

Im Weltall werden die Galaxien mit dem Verschwinden der massiveren Sterne immer dunkler. Ihr Gas wird zunehmend mit schweren Elementen angereichert, aus denen immer weniger neue Sterne entstehen, die immer kleiner und leuchtschwächer sind. Schließlich können Sterne von nur 4% der Sonnenmasse entstehen, die so wenig Energie erzeugen, dass in ihren Atmosphären Eiswolken schweben! Solche Sterne könnten eine Million Mal länger als unsere Sonne leben.

Die Galaxien selbst werden einsam werden. Seit dem Ende der 1990er Jahre wissen wir, dass das Weltall nicht nur expandiert, sondern dass sich diese Expansion noch beschleunigt. Die kleine Schwester der Inflation, die Dunkle Energie, ist am Werk. Ihre Natur ist noch ungeklärt, vermutlich handelt es sich um Vakuumenergie, ähnlich wie bei der Inflation. Sie wird erst bei großen Entfernungen dominant, wo sie die typischen Geschwindigkeiten von Galaxien in den von ihnen gebildeten Haufen überwiegt. Galaxien, die durch wechselseitige Gravitation aneinander gebunden sind, rutschen gewissermaßen über den expandierenden Raum hinweg, aber weiter entfernte Galaxien treibt es auseinander. Dadurch entweichen immer mehr Galaxien hinter den kosmologischen Horizont, jenseits dessen ein Lichtstrahl nicht mehr mit dem Wachstum des Raums mithalten und uns folglich nicht mehr erreichen kann. Die fernsten Galaxien, deren Licht aus der Zeit 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall uns heute erreicht, sind mittlerweile 46 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Das Licht, das sie heute ausstrahlen, wird uns niemals mehr erreichen. Unser Horizont liegt derzeit bei etwas mehr als 14 Milliarden Lichtjahren – jetzt innerhalb dieses Radius abgestrahltes Licht erreicht uns noch irgendwann.

Es wird ungefähr 2 Billionen Jahre dauern, dann werden alle Galaxien jenseits der lokalen Gruppe hinter dem Horizont liegen. Astronomen zukünftiger Zivilisationen werden keine Hintergrundstrahlung vom Urknall mehr nachweisen können und einige wenige Galaxien in der Umgebung der Milchstraße, die in 5 Milliarden Jahren mit der Andromedagalaxie verschmelzen wird, für das gesamte Universum halten müssen.

Das Zeitalter der entarteten Sterne

Nach 1000 Billionen (1015) Jahren, wenn das Weltall 100.000-mal so alt ist wie heute, werden die Galaxien im Wesentlichen noch aus Braunen Zwergen, Schwarzen Zwergen, ausgekühlten Neutronensternen und Schwarzen Löchern bestehen. Und deren Planeten.

Geschieht dann noch etwas? Durchaus. Zwischen den Sternen ist sehr viel Platz, enge Begegnungen sind selten, aber über lange Zeiträume sind sie unvermeidlich. Bei engen Begegnungen von Sternen können Planeten aus ihren Systemen herausgeschleudert werden. Der Neptun hat eine Lebenserwartung von einer Billion Jahren auf seiner Bahn, und sollte unsere Erde die Roter-Riese-Phase der Sonne überleben, dann würde sie vielleicht 1000 Billionen Jahre an den Schwarzen Zwerg Sonne gebunden bleiben, bevor irgendein Stern sie beim Vorbeiflug fortreißt.


Simulation einer engen Begegnung des Sonnensystems mit einem anderen Stern. (Standard-YouTube-Lizenz, Eigenarbeit von Larry Phillips)

Die Sterne selbst tauschen bei engen Begegnungen Bewegungsenergie aus, wobei die kleineren Objekte eher beschleunigt und die größeren eher gebremst werden. Somit verliert eine Galaxie ihre leichtesten Mitglieder in den intergalaktischen Raum, wo sie von der fortwährenden Expansion des Alls bald völlig isoliert werden, während die schwereren zum Zentrum sinken.

Direkte Kollisionen von Sternen sind extrem selten, aber mit genügend Zeit werden auch sie auftreten, etwa 1000 Stück in einer Galaxie wie der Milchstraße bis zum Weltalter von 1000 Billionen Jahren. Kollidieren zwei weiße Zwerge miteinander, entsteht meistens ein kleiner Stern, der 100 Millionen Jahre Helium fusioniert. In einem von 10 Fällen überschreitet die Massensumme 1,4 Sonnenmassen, dann kollabieren sie zu einem Neutronenstern und verursachen eine helle Supernova vom Typ Ia. Kollidieren zwei Neutronensterne, entsteht höchstwahrscheinlich ein Schwarzes Loch und es kommt zu einem kurzen grellen Blitz von Gammastrahlung. Diese kosmischen Blitzlichter leuchten Milliarden Lichtjahre weit.

Braune Zwerge enthalten im Zeitalter der entarteten Sterne die einzigen noch nennenswerten Reserven an Wasserstoff. Kollidieren zwei hinreichend massive Braune Zwerge, so kann daraus noch einmal ein Roter Zwerg entstehen, der ein paar Billionen Jahre lang leuchtet. Es können sogar Planeten bei der Verschmelzung der beiden Objekte entstehen. Dies wäre die einzige Chance, in diesem Zeitalter noch Leben, so wie wir es kennen, hervorzubringen. Die Milchstraße könnte parallel etwa 100 auf diese Weise entstandene Zwergsterne enthalten, die ihr eine Gesamtleuchtkraft von einer Sonne gäben.

Wir wissen heute, dass 4/5 der Materie, die beim Urknall entstand, aus einer noch unentdeckten Teilchenart bestehen muss, welche Galaxien und Galaxienhaufen mit ihrer Schwerkraft maßgeblich zusammen hält. Man nimmt an, dass die Teilchen dieser Dunklen Materie ihre eigenen Antiteilchen sind und sich bei direkter Kollision zu Photonen, Neutrinos, und anderen Teilchen zerstrahlen, die der Galaxie größtenteils entkommen. Über 1023 Jahre werden die Galaxien auf diese Weise größtenteils ihren Kitt verlieren und auseinander fallen.

Fast jede Galaxie beherbergt im Zentrum ein Supermassives Schwarzes Loch. Dasjenige der Milchstraße hat rund 4 Millionen Sonnenmassen, das der Andromedagalaxie sogar 100 Millionen Sonnenmassen – beide werden sich nach der Kollision der beiden Galaxien vereinigen. Wann immer ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt, wird er von der Gezeitenkraft zerrissen, sein Material sammelt sich in einer Scheibe und stürzt von dort allmählich in das Schwarze Loch hinein. Die Scheibe leuchtet durch Verdichtung hell auf und erhitzt sich auf Millionen Kelvin. Die Supermassiven Schwarzen Löcher der Galaxien werden also gelegentlich etwas Licht in die Dunkelheit bringen. Es wird etwa 1024 bis 1030 Jahre dauern, bis das Supermassive Schwarze Loch einer Galaxie alle Sternenreste, die nicht in den intergalaktischen Raum entkommen sind, verschluckt hat.

Künstlerische Darstellung eines Supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie. (Bild: ESO/L. Calçada)

Künstlerische Darstellung eines Supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie. (Bild: ESO/L. Calçada)

Und was wird aus den entkommenen Sternenresten und Planeten? Es wird erwartet, dass das Proton nicht unbegrenzt stabil ist. Einige Theorien sagen einen Zerfall des Protons in ein Positron und ein Pion voraus; letzteres zerfällt unmittelbar in zwei Gammaphotonen. Dieser Vorgang soll eine Halbwertszeit von 1036 Jahren haben. Bisher konnte noch kein solcher Zerfall nachgewiesen werden, aber wenn er stattfindet, werden alle baryonischen Objekte allmählich zerfallen, auch deren Neutronen.

Ansonsten würde der Quanten-Tunneleffekt dafür sorgen, dass sich alle baryonische Materie sich per kalter Fusion oder radioaktiven Zerfall in 101500 Jahren zu Eisen wandelt; so entstandene Eisensterne würden per Tunneleffekt in 101026 bis 101076 Jahren zu Neutronensternen oder Schwarzen Löchern werden.

Das Zeitalter der Schwarzen Löcher

Mit Protonenzerfall gäbe es nach ungefähr 1040 Jahren keine Baryonen mehr, und das Weltall bestünde nur noch aus Schwarzen Löchern. Von den Galaxien verblieben nur noch die Supermassiven Schwarzen Löcher, von den massiven Sternen stellare Schwarze Löcher, einsam in einem Universum treibend, das sie durch die Dunkle Energie völlig voneinander isoliert hätte.

Aber auch Schwarze Löcher bestehen nicht ewig. Das Vakuum ist erfüllt von Feldfluktuationen, die ständig Teilchen-Antiteilchen-Paare hervorbringen, welche sich sogleich wieder vernichten, so dass sie nie messbar in Erscheinung treten – man nennt die Teilchen virtuell. Dies geschieht auch am Rande Schwarzer Löcher. Wenn nun ein solches virtuelles Teilchenpaar am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs entsteht, so kann die Schwerkraft des Schwarzen Lochs die beiden Teilchen trennen und eines von ihnen verschlucken, während das andere entkommt und nicht vernichtet wird. Damit ist plötzlich aus diesem virtuellen Teilchen ein reales mit einer ebenso realen Masse geworden. Diese Masse muss irgendwo anders fehlen, um die Energieerhaltung nicht zu verletzen. Sie geht dem Schwarzen Loch, welches das Partnerteilchen verschluckt hat, verloren! Aufgrund dieser nach ihrem Entdecker Stephen Hawking benannten Hawking-Strahlung verliert ein Schwarzes Loch allmählich Masse. Und zwar umso schneller, je steiler das Gravitationsfeld am Ereignishorizont ist und dieses wird umso steiler, je weniger Masse das Schwarze Loch noch hat. Wenn es nur noch die Masse eines großen Asteroiden hat, strahlt es etwa mit Zimmertemperatur. Hat es noch die Masse eines Berges, strahlt es so heiß wie die Sonne. In seiner letzten Sekunde zerstrahlt es die verbliebenen 1000 Tonnen Masse mit der Gewalt von einer Milliarde Hiroshima-Bomben.


Brian Greene und Samir Mathur erklären die Hawking-Strahlung (World Science Festival, Standard Youtube Lizenz)

Schwarze Löcher von einigen Sonnenmassen werden auf diese Weise nach 1067 Jahren verdampfen, supermassive von Milliarden Sonnenmassen überdauern bis zu ungefähr 10100 Jahren.

Das Zeitalter der Dunkelheit

Mit der Explosion der letzten Supermassiven Schwarzen Löcher geht im Universum endgültig das Licht aus. Was verbliebe, wären einige Positronen und Elektronen aus dem Protonenzerfall und der Hawking-Strahlung, vielleicht ein paar Eisenplaneten und Neutronensterne, falls das Proton nicht zerfällt. Allerdings fände sich jedes dieser Objekte bei einem Weltalter von 10100 Jahren im Schnitt einsam im 10580-fachen Volumen des heutigen beobachtbaren Universums wieder – und damit befände sich wegen der Dunklen Energie kein anderes Teilchen innerhalb seines Horizonts.

Photonen würden durch die Expansion des Universums zu immer größeren Wellenlängen auseinander gezogen. Wenn ihre Wellenlänge größer als der kosmologische Horizont wird, wären sie prinzipiell nicht mehr nachweisbar und ihre physische Existenz wäre beendet. Das Universum wäre den thermodynamischen Hitzetod gestorben: Es gäbe keinerlei Temperaturunterschiede mehr, die noch irgendeinen Prozess antreiben könnten.

Das Ende? (Public Domain)

Das Ende? (Public Domain)

Könnte nun also gar nichts mehr passieren? Doch, zweierlei.

Zum einen könnte es sein, und dafür spricht die Masse des Higgs-Teilchens, dass das Vakuum noch eine tiefere Energiestufe erreichen könnte. Im Prinzip könnte es irgendwo beginnend spontan auf diese niedrigere Energiestufe tunneln und von dort aus als mit Lichtgeschwindigkeit expandierende Blase den Raum wieder mit Strahlung füllen. Bei diesem Vakuumzerfall könnten gänzlich neue Naturkonstanten entstehen und ein neues, möglicherweise belebtes Universum. Ein neues Paper legt nahe, dass verdampfende Schwarze Löcher einen Vakuumzerfall auslösen würden. Dann wäre spätestens im Zeitalter der Schwarzen Löcher Schicht mit unserem Universum.

Die andere Möglichkeit wäre, dass irgendwo im immensen zukünftigen Universum durch eine Quantenfluktuation wieder spontan ein kleines, falsches Vakuum entstünde und somit ein neues Universum, das per Inflation seinen eigenen Raum generieren würde. Das wäre ein extrem unwahrscheinlicher Vorgang, aber nach 101056 Jahren könnte man in etwa damit rechnen…

Vermutlich gebiert unser Universum also noch unzählige weitere, und das Spiel wiederholt sich auf ewig in einem endlosen Raum.
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Hinweis zum Autor: Dieser Artikel wurde von “Alderamin” geschrieben.

Kommentare (63)

  1. #1 Oliver Tacke
    Braunschweig
    25. September 2015

    Toller Artikel! Vielen Dank!

  2. #2 Alderamin
    25. September 2015

    Der erste Link ist defekt. Der Wiki-Artikel über das Buch ist hier zu finden:
    https://en.wikipedia.org/wiki/The_Five_Ages_of_the_Universe

    Außerdem habe ich mich noch von dieser Seite mit aktuellerer Info versorgt:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Future_of_an_expanding_universe

  3. #3 Simon Deutschl
    25. September 2015

    Wow. Hochinteressant. Danke für diesen Artikel!

  4. #4 Crazee
    25. September 2015

    Das ist (entschuldige die Formulierung) wieder ein typischer Alderamin-Artikel, bei dem es mir nicht gelingen wird, ihn nicht auf die Favoriten-Liste zu schreiben.

    Einziger Kritikpunkt: Wenn man langjähriger Freistetter-Konsument ist, dann hat man das meiste davon schonmal gehört oder gelesen (so ist zumindest mein Eindruck).

    Danke für den tollen Artikel.

  5. #5 Withold Ch.
    25. September 2015

    Was ist beeindruckender, das “Alter des Universum” oder die Art und Weise wie der Autor dieses Thema darstellt?!

    Gewissermassen eine Symphonie, wenn es klingen würde!

    Ein Roter Zwerg von einem Zehntel Sonnenmasse kann 14 Billionen Jahre lang brennen, das 1000-fache des heutigen Alters des Universums!

    Das verstehe ich nicht ganz, heisst das, dass dann Objekte aus der Zeit vor unserem Universum nachweisbar sein könnten?

  6. #6 DAD
    25. September 2015

    Vielen Dank, Alderamin. Toller Artikel und tolles Thema.Du weißt schon, wie Du die Leser eines Astronomie – Blogs kriegen kannst ;-).
    Aber deshalb sind wir ja alle hier.
    Komplizierte Sachen relativ einfach erklärt, so dass auch ich als Laie mir ein Bild machen kann: Das ist der Hauptgrund, weshalb ich überhaupt auf diesem Blog lese.

  7. #7 Florian Freistetter
    25. September 2015

    @Withold: “Das verstehe ich nicht ganz, heisst das, dass dann Objekte aus der Zeit vor unserem Universum nachweisbar sein könnten?”

    Nein – das heißt nicht , das rote Zwerg so alt SIND. Sondern nur, dass sie so alt werden KÖNNEN.

  8. #8 Krypto
    25. September 2015

    Danke, Alderamin, schön geschrieben!
    Lustig ist “Flag of Afghanistan” 😀

  9. #9 Withold Ch.
    25. September 2015

    Danke, Florian, ich hatte das Wort “heutigen” im Satz … des heutigen Universums … übersehen, so was …

  10. #10 Tina_HH
    25. September 2015

    Auch von mir ein WOW!
    Ein wahrhaft großes Thema im typischen “Alderamin-Stil” verständlich dargestellt. 😉

    Obwohl ich regelmäßig hier (fast alles) lese, enthält der Artikel auch einiges an Informationen und Details, die ich noch nicht wusste.

    Der Text hätte nach meinem Geschmack gerne noch länger (und an einigen Stellen vielleicht ein wenig ausführlicher) sein dürfen – ich fand es nämlich schade, als er schon vorbei war.

    Ganz toll, wirklich! Schreib doch mal ein Buch. Ich würde es kaufen. 🙂

  11. #11 noch'n Flo
    Schoggiland
    25. September 2015

    Und wieder einmal eine rasende Fahrt durch unserer Existenz (und darüber hinaus), an deren Ende Zahlen und Dimensionen geradezu irrwitzig schnell ansteigen und den Leser am Ende atemlos und völlig überwältigt zurücklassen. Hat es Alderamin im vergangenen Jahr noch verstanden, dass sich alle nach der Lektüre seines Artikels unglaublich winzig vorkamen, so hat er diesen Effekt heute in die 4. Dimension geführt. Und damit muss man ich auch in diesem Jahr wieder ganz klar zu den Top-Favoriten zählen.

    Chapeau!

  12. #12 Alderamin
    25. September 2015

    @alle

    Freut mich, wenn’s gefällt 🙂

    @Crazee
    Florian hat schon alles ziemlich abgegrast. Mir ist erst kurz vor Abgabe aufgefallen, dass er genau zu diesem Thema schon einmal einen Artikel geschrieben hatte. Aber meiner ist noch ein wenig ausfürhlicher. 😉

    @Krypto
    Finde mal eine gemeinfreie schwarze Fläche… nein, auch wenn’s einfach ist, eine selbst zu malen, so gibt es doch immer einen passenden Link.

    @Tina_HH
    Tja, die 20000-Zeichen-Grenze, die war hart, sonst hätte ich noch was mehr zur Entwicklung von Riesensternen und zu Positronium-Atomen erzählt. Die kann es am Ende des Universums noch geben – mit einem Durchmesser größer als das heutige beobachtbare (siehe zweiter Link in #2 oben).

  13. #13 Schrompf
    25. September 2015

    In der Tat, hochinteressant. Allgemein finde ich die Aussichten auf die Universumsentwicklung ganz furchtbar deprimierend. Gähnende Leere im astronomischen Maßstab. Zum Glück ist das alles noch ebenso astronomisch lange hin.

  14. #14 brian
    25. September 2015

    Sehr schöner Beitrag, danke! Ich werde ihn heute Abend zuhause in Ruhe wieder lesen, da ist lange nicht alles eingesunken, die Zahlen sind schwindelerregend. Die Aussage “mit dem halben Billionfachen der Lichtgeschwindigkeit auseinander strebten” verstehe ich nicht, wie soll das gehen? Dafür musste ich lachen, als ich das durchgehend schwarze Bild mit dem Hinweis auf “public domain” las, das ist lustig.

  15. #15 mathias
    25. September 2015

    “Das Zeitalter der leuchtenden Sterne”
    ist jetzt schon am Anfang vom Ende
    http://www.naoj.org/Pressrelease/2012/11/05/index.html
    Ich finde die zweite Grafik irgendwie deprimierend

  16. #16 Alderamin
    25. September 2015

    @brian

    Die Aussage “mit dem halben Billionfachen der Lichtgeschwindigkeit auseinander strebten” verstehe ich nicht, wie soll das gehen?

    Die Raumzeit kann so schnell wachsen wie sie will, es handelt sich dabei um keine Bewegung im Raum, die nach der Relativitätstheorie durch die Lichtgeschwindigkeit beschränkt ist, sondern zwischen zwei gegebenen Orten kommen einfach zusätzliche Orte hinzu, so dass die Entfernung ohne Bewegung zunimmt.

    Wenn sich der Raum – so die Aussage der Inflationstheorie – alle 10^-35 Sekunden verdoppelt hat, dann wuchs also ein Protondurchmesser von 1,7 * 10^-15 m in 10^-35 s auf 3,4 * 10^-15 m, d.h. die Größe nahm mit 1,7 *10^-15 m / 10^-35 s zu. Das sind 1,7*10^20 m/s oder 567*10^9-fache Lichtgeschwindigkeit (300.000.000 m/s = 3*10^8 m/s). Mehr als eine halbe-Billion-fache Lichtgeschwindigkeit. Gewissermaßen der damalige Hubble-Parameter.

  17. #17 Hoffmann
    25. September 2015

    Ein sehr schöner Artikel, der angesichts der immensen Zeiträume schon den einen oder anderen Hirnkrampf auslösen kann, wenn man versucht, sich diese zu veranschaulichen …

    Eine kompaktere Version von Adams’ und Loughlins’ Buch ist zwei Jahre zuvor bei arxiv als Fachartikel veröffentlicht worden:

    http://arxiv.org/abs/astro-ph/9701131

  18. #18 Jörg
    25. September 2015

    Wow, was für ein Flug durch die Geschichte von Allem – Daumen hoch, toll geschrieben!

  19. #19 UMa
    25. September 2015

    @Alderamin: Hervorragender Artikel!

    Eine Frage habe ich: In 1,9 Milliarden Jahren soll es so heiß werden, dass die Ozeane verdampfen. Ist das noch aktuell?
    Ich glaube, dass die Spaltung von Wasser durch UV-Licht, welche bei steigendem stratosphärischen Wasserdampfgehalt zunimmt, schneller sein könnte, das Wasser von der Erde zu entfernen. So in etwa 1,1-1,5 Milliarden Jahren.

  20. #20 brian
    25. September 2015

    Faszinierend! Vielen Dank für die Erläuterung

  21. #21 Alderamin
    25. September 2015

    @UMa

    Eine Frage habe ich: In 1,9 Milliarden Jahren soll es so heiß werden, dass die Ozeane verdampfen. Ist das noch aktuell?

    Steht zumindest hier noch so.

    Ich glaube, dass die Spaltung von Wasser durch UV-Licht, welche bei steigendem stratosphärischen Wasserdampfgehalt zunimmt, schneller sein könnte, das Wasser von der Erde zu entfernen. So in etwa 1,1-1,5 Milliarden Jahren.

    Hmm, scheint mir unwahrscheinlich, die Sonne wird ja bis dahin nicht dramatisch viel heller und der Sauerstoff (auch der aus der Dissoziation von Wasser) erzeugt eine schützende Ozon-Schicht, hast Du eine Quelle dafür?

  22. #22 LasurCyan
    25. September 2015

    somit ein neues Universum, das per Inflation seinen eigenen Raum generieren würde. Das wäre ein extrem unwahrscheinlicher Vorgang..

    Dachte mir schon immer, dass die Hoffnung nicht zuletzt stirbt, sondern wächst^^

    Vielen Dank, Alderamin. Gibt von mir fünf Sternchen beliebiger Klasse.

  23. #23 LasurCyan
    25. September 2015

    Abo (sorry..)

  24. #24 UMa
    25. September 2015

    Da ist vor allem die klassische Arbeit über habitable Zonen
    Icarus. 1993 Jan;101(1):108-28.
    Habitable zones around main sequence stars.
    Kasting JF, Whitmire DP, Reynolds RT.
    Das gibt die Grenze für den Wasserverlust bei etwa 110% der heutigen Sonnenhelligkeit. Bei nur wenig stärkerer Sonne wäre der Wasserverlust schnell genug, um die Ozeane rechtzeitig in Sauerstoff umzuwandeln, bevor die Sonne zu stark wird.
    Die Frage ist, wie sich die Sauerstoffproduktion auf die Spaltung von Wasser auswirkt, und ob der Sauerstoff sich in der Luft anreichert oder auch entkommt, was von der Exosphärentemperatur abhängen wird.

  25. #25 UMa
    25. September 2015

    Außerdem wäre noch der englische Wikipedia-Artikel mit einigen Quellen
    https://en.wikipedia.org/wiki/Future_of_the_Earth#Loss_of_oceans

  26. #26 Alderamin
    25. September 2015

    @UMa

    Außerdem wäre noch der englische Wikipedia-Artikel mit einigen Quellen

    Die aber relativ alt sind. Ich hab’ was neueres gefunden, demnach die Ozeane schon verdampfen, wenn die Temperatur der Erde auf 70°C steigt, was in ungefähr einer Milliarde Jahren der Fall wäre:

    http://www.sciencedaily.com/releases/2013/12/131216142310.htm

    (und zwar auch ohne UV-Licht, alleine durch den Treibhauseffekt)

    Im Text steht, dass dies länger sei, als zuvor angenommen. Es scheinen also alle möglichen Zahlen zu kreisen. Sicher ist jedenfalls, dass die Erde schon lange bevor die Sonne zum Roten Riesen wird, sterilisiert sein wird. Aber ob 1 Milliarde Jahre oder zwei – beides ist ziemlich lange hin, es gibt ja auch erst seit 600 Millionen Jahren so etwas wie “Tiere” (mehrzellige Organismen).

  27. #27 Kyllyeti
    25. September 2015

    Klasse. (Wieder mal) so All-umfassend, wie man es sich von  @Alderamin erwartet.

    Leider kann man sich die etwas längeren angesprochenen Zeiträume (vor allem die mit den exponierten Exponenten) ja nicht wirklich vorstellen. 

    Was aber nicht am Verfasser liegt, sondern an einer Fehlkonstruktion des Universums.

  28. #28 meregalli
    25. September 2015

    Danke ! Obwohl ich bei weitem nicht alles kapiert habe, sehr schön erklärt.

    Mir erscheint das ganze als Darstellung, dass es zwischen Endlichkeit und Ewigkeit noch anders nuancierte Begriffe gibt.

  29. #29 Artur57
    25. September 2015

    Na ja, die Hawking-Strahlung wird wie immer gewaltig überschätzt. Die Lebensdauer eines Schwarzen Lochs beträgt laut Wikipedia 10^64*(Masse/Sonnenmasse)*3 Jahre. Also eigentlich völlig vernachlässigbar, je größer das Loch um so mehr. Die Hawking-Strahlung wäre nur bei kleinen Schwarzen Löchern relevant, wie sie angeblich im CERN produtiert werden. Ach, war nicht vorgestern Weltuntergang? Habe ich wieder total verschwitzt.

    Also bislang noch deprimierender als bis jetzt schon. Aber gibt es nicht einen Lichtblick? Florian hat bei den Gamma-Ray-Bursts (GRBs) die Annahme geäußert, dass die ganz kurzen Blitze wohl von Kollisionen Schwarzer Löcher herrühren. Das hieße dann schon mal, dass hier doch etwas den Schwarzen Loch entkommen kann, nämlich einer der stärksten Energieblitze überhaupt. Wobei die kollidierenden Boliden gemäß m=E/c^2 Masse verlieren.

    Die Frage ist natürlich, ob hier beide Löcher komplett verstrahlt werden oder nur ein Teil davon. Ersteres ist nicht ganz unwahrscheinlich, denn die in Energie umgerechnete Ruhemasse ist geringer als die kinetische Energie der Boliden. Diese wird bei der Kollision frei und versucht, den ganzen Verband zu sprengen.

    Dass ich gleich wieder wegen Aufstellens von Privattheorien gerügt werde, ist eingepreist. Ich hoffe noch auf mildernde Umstände, denn es hat die Theorie ja eine depressionsmildernde Komponente.

  30. #30 Dampier
    25. September 2015

    Ganz großes Kopfkino, wie ein Flug mit der Zeitmaschine. Großartig!

    Zuletzt wurde mir irgendwie kalt …

    Ich versuche gerade, mir eine SF-Story aus dem Zeitalter der Eisensterne vorzustellen.

  31. #31 gaius
    25. September 2015

    @Alderamin

    Mir ist schwindelig. Hast du mal wieder gut hingekriegt. Und das mit nüchternen Informationen, super verständlich dargestellt. Vom Feinsten!

  32. #32 Alderamin
    25. September 2015

    @Artur

    Die Hawking-Strahlung wäre nur bei kleinen Schwarzen Löchern relevant, wie sie angeblich im CERN produtiert werden.

    Ja, heute… im Moment legen stellare Schwarze Löcher (und Supermassive erst recht) schon alleine durch die in sie einfallende kosmische Hintergrundstrahlung weitaus mehr an Masse zu, als sie durch Hawking-Strahlung verlieren. Ihre Temperatur wird in Nanokelvin gemessen (die Hintergrundstrahlung hat 2,7 K).

    Im CERN würden übrigens nur unter gewissen Hypothesen (zusätzliche Dimensionen, die die Schwerkraft im Makroskopischen stark abschwächen, weil die Gravitonen sich in ihnen verdünnen können) möglicherweise mikroskopische Schwarze Löcher erzeugt, das ist eine eher exotische Annahme. Wenn dem so wäre, entstünden die auch in der Erdatmosphäre durch Beschuss kosmischer Teilchen, und mit dem oben im drittletzten Absatz zitierten Papier dürfte es uns dann gar nicht geben.

    Florian hat bei den Gamma-Ray-Bursts (GRBs) die Annahme geäußert, dass die ganz kurzen Blitze wohl von Kollisionen Schwarzer Löcher herrühren. Das hieße dann schon mal, dass hier doch etwas den Schwarzen Loch entkommen kann, nämlich einer der stärksten Energieblitze überhaupt.

    Nee, das passiert, wenn zwei Neutronensterne kollidieren. Wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren, werden nur Gravitationswellen frei. Es sei denn, die beiden sind noch von umkreisendem Material umgeben, das dann in eines der beiden (oder seine Vereinigung) hineinfällt. Was immer an einem Schwarzen Loch leuchtet, kommt von außerhalb (auch letztlich die Hawking-Strahlung).

    Die Frage ist natürlich, ob hier beide Löcher komplett verstrahlt werden oder nur ein Teil davon.

    Keines, ein neues entsteht mit der Summe der beiden Einzelmassen.

    Ich hoffe noch auf mildernde Umstände, denn es hat die Theorie ja eine depressionsmildernde Komponente.

    Welcher Grund für eine Depression sollte vorliegen? Wenn man einem (stellaren) Schwarzen Loch so nahe kommt, dass man sich wegen des Entkommens Sorgen machen müsste, hat einen dessen Gezeitenkraft eh’ schon in der Luft, äh, im All zerfetzt. Das will dann auch keiner mehr einsammeln müssen, also gut, dass es irgendwann entsorgt wird…

  33. #33 Ulfi
    26. September 2015

    Preisfrage zum letzten Abschnitt: Was würde passieren, wenn sich das Higgsfeld an zwei stellen auf einen niedrigeren zustand begibt und sich diese Blasen dann treffen? Division durch 0?

    Oder würde das nicht passieren, weil die blasen sich mit lichtgeschwindigkeit ausdehnen, die Expansion des Universums zu dem Zeitpunkt aber so schnell ist, dass sie sich niemals treffen könnten?

    Wäre das dann sowas wie ein “multiversum”?

  34. #34 Jens
    26. September 2015

    Klasse Artikel und sehr verständlich. Danke an den Autor.

  35. #35 Artur57
    26. September 2015

    @Alderamin

    Danke für die Antwort. Bezüglich Hawking-Strahlung: Einigkeit.
    Hingegen die Kollision Schwarzer Löcher ist nach wie vor umstritten. Natürlich kommt es dabei auch darauf an, ob sich die Schwarzen Löcher zunächst umkreisen, oder ob sie frontal aufeinander prallen. Du sagst an dieser Stelle immer: Schwarze Löcher sind klein und schwer zu treffen. Ich sage immer: das sind keeine Billardkugeln, vielmehr wird die Raumkrümmung dafür sorgen, dass weit mehr Kollisionen frontal verlaufen, als bei nicht-relativistischen Objekten. Womit ich nicht final überzeugen konnte, ich weiß. Aber das Thema kommt ja wieder mal, dann werde ich versuchen, es besser zu erklären.

    Zunächst mal Florian

    Kurze Gammablitze (“Short Gamma Ray Bursts – SGRBs”) leuchten nur ein oder zwei Sekunden am Himmel auf. Man vermutet, dass sie bei der Kollision zweier extrem dichter Objekte entstehen. Also entweder beim Zusammenstoß von zwei Neutronensternen oder bei der Kollision von einem Neutronenstern und einem schwarzen Loch.

    Letzteres hieße, dass die Kollision innerhalb eines Ereignishorizonts stattfindet und dass trotzdem Energie entweicht. Ist das wirklich so unvorstellbar?

    Ich muss eine unschöne Analogie bemühen: die Hiroshima-Bombe hat weniger als ein Gramm Materie in Energie verwandelt. Wäre es möglich gewesen, ein maximal ein Gramm schweres Containment zu bauen, das die Explosion zurückhält? Wir alle wissen, dass dies unmöglich ist. Das aber ist das zu betrachtende Verhältnis, wie im ersten Beitrag schon erläutert. Dass sich daran nichts ändert, wenn das Ganze auf SL-Massen und Energien hochgerechnet wird, ist zunächst einmal eine nicht unwahrscheinliche Annahme.

  36. #36 Winni
    26. September 2015

    Wow, toller Beitrag!

  37. #37 Alderamin
    27. September 2015

    @Ulfi

    Was würde passieren, wenn sich das Higgsfeld an zwei stellen auf einen niedrigeren zustand begibt und sich diese Blasen dann treffen?

    Weiß ich auch nicht genau, aber ich vermute, dass die Blase mit dem niedrigeren Energielevel in die andere eindringt und sie ihrerseits auf ihren niedrigeren Level herunterzieht. Wenn beide Level gleich groß sind, vereinigen sich die Blasen vielleicht. Wenn die physikalischen Konstanten dennoch verschieden sind – weiß ich wirklich nicht, ob es dann eine, zwei oder drei verschiedene Zonen gibt.

    Oder würde das nicht passieren, weil die blasen sich mit lichtgeschwindigkeit ausdehnen, die Expansion des Universums zu dem Zeitpunkt aber so schnell ist, dass sie sich niemals treffen könnten?

    Je nachdem, wie weit sie getrennt sind. Der Vekuumzerfall an sich löst keine Inflation aus (im Gegenteil, der letzte beendete die Inflation). Im Moment expandiert das All nicht inflationär, also besteht die Chance, dass zwei solche Blasen kollidieren könnten. Allerdings gibt es jetzt bereits einen Horizont von 14 Milliarden Lichtjahren (siehe Artikeltext), so dass Ereignisse, die mehr als diese Strecke voneinander entfernt stattfinden, nicht mehr kommunizieren können. Das gilt dann auch für Vakuumzerfälle.

  38. #38 Nicole
    27. September 2015

    Eine tolle Zusammenfassung der Vergangenheit und der Zukunft des Universums. Sehr verständlich und interessant geschrieben! Die Zahlen sind wirklich gigantisch. Es ist wirklich unmöglich, sich eine Zahl wie 10 hoch 1500 vorzustellen…
    Ich werde sicher nochmal einiges nachlesen. Vielen Dank für den Artikel!

  39. #39 Alderamin
    27. September 2015

    @Artur57

    Du sagst an dieser Stelle immer: Schwarze Löcher sind klein und schwer zu treffen. Ich sage immer: das sind keeine Billardkugeln, vielmehr wird die Raumkrümmung dafür sorgen, dass weit mehr Kollisionen frontal verlaufen, als bei nicht-relativistischen Objekten.

    Es gibt zwar die rotierende Raumzeit um rotierende Schwarze Löcher, die einen Einfluss auf die Umlaufbahn von Objekten hat, aber die führt eher dazu, aus einer frontalen Kollision eine streifende zu machen. Ich wüsste jetzt nicht, warum sich die Trefferwahrscheinlichkeit für ein Schwarzes Loch durch die Raumkrümmung erhöhen sollte (die Raumkrümmung ist ja letztlich genau das, was auch die Keplerschen Umlaufbahnen überhaupt erst erzeugt!). Florian, Martin, Niels, Bjoern?

    Im allgemeinen kommen solche Zusammenstöße ja (jedenfalls heutzutage) ohnehin nur bei Doppelsternen vor, die vorher schon auf Umlaufbahnen um den gemeinsamen Schwerpunkt unterwegs waren, da gibt’s keine Frontalkollisionen. Im späteren Universum könnte es vielleicht in seltensten Fällen einmal zu einer Frontalkollision kommen, aber rein statistisch wird’s wesentlich häufiger eher ein enger Vorbeiflug sein.

    Zunächst mal Florian

    “Kurze Gammablitze (“Short Gamma Ray Bursts – SGRBs”) leuchten nur ein oder zwei Sekunden am Himmel auf. Man vermutet, dass sie bei der Kollision zweier extrem dichter Objekte entstehen. Also entweder beim Zusammenstoß von zwei Neutronensternen oder bei der Kollision von einem Neutronenstern und einem schwarzen Loch.”

    Letzteres hieße, dass die Kollision innerhalb eines Ereignishorizonts stattfindet und dass trotzdem Energie entweicht. Ist das wirklich so unvorstellbar?

    Aha, also nicht bei der Kollision schwarzer Löcher (sag’ ich doch), sondern bei zwei Neutronensternen (hab’ ich gesagt) oder Neutronenstern und Schwarzes Loch (hatte ich übersehen). In diesem Fall wird der Neutronenstern aber unweigerlich zuerst zerrissen, bevor es ihn verschluckt (siehe dazu die Videos unter “neutron star – black hole collisions” hier), und dann gibt’s eine Akkretionsscheibe, die den Gammaburst verursacht (vermöge eines Jets). Und die liegt außerhalb des Ereignishorizonts.

    Wenn das Schwarze Loch supermassiv wäre, dann würde die Gezeitenkraft gering genug sein, um den Neutronenstern einfach so zu schlucken, ohne Akkretionsscheibe und ohne Burst. Der Neutronenstern würde einfach verschluckt.

    Fazit: wenn es einen Gammaburst gibt, stammt der aus der Akkretionsscheibe, die ein Neutronenstern erzeugt, wenn es ihn in der Umgebung des Schwarzen Lochs zerlegt. Wenn es keine Akkretionsscheibe geben sollte, gibt es auch keinen Burst. Der Burst entsteht im Jet der Scheibe, wo Teilchen von Magnetfeldern beschleunigt werden, und somit außerhalb des Ereignishorizonts. Material, das entkommt, tut dies aus der Scheibe heraus (wie ich las, entkommt so sogar der überwiegende Teil der Scheibe) und nicht aus dem Schwarzen Loch heraus. Dem Ereignishorizont entkommt nichts.

  40. #40 Silava
    27. September 2015

    So eine Übersicht ist zwar sehr interessant zu lesen und mich interessiert das Schicksal des Universums eigentlich schon. Andererseits sind die Aussichten mehr als deprimierend. Wir leben in der “spannenden” Zeit des Universums mit leuchtenden Sternen und sogar das Echo des Urknalls ist noch messbar. Aber das wird nicht so bleiben. Erst verblasst die kosmische Hintergrundstrahlung, dann die fernen und nicht so fernen Galaxien, schließlich verlöschen (in zugegebenermaßen sehr weiter Zukunft) die letzten Sterne. Eventuell wird es noch Eisen- und Neutronensterne geben, vielleicht noch nichtmal das. Und unser Universum wird einfach ewig weiter expandieren. Wenn nicht die Möglichkeit für die ‘Zündung’ eines neuen Universums via Quantenfluktuation bestünde, dann wäre es so ziemlich der ödeste und trostloseste Ort den man sich vorstellen könnte. Ich weiß nicht so recht was ich davon halten soll.

  41. #41 LasurCyan
    27. September 2015

    Ich weiß nicht so recht was ich davon halten soll.

    Ich auch nicht so recht. Aber Dein Kommentar war ein feiner KurzText, Silava.

  42. #42 Alderamin
    27. September 2015

    @Silava, LasurCyan

    Wenn nicht die Möglichkeit für die ‘Zündung’ eines neuen Universums via Quantenfluktuation bestünde, dann wäre es so ziemlich der ödeste und trostloseste Ort den man sich vorstellen könnte. Ich weiß nicht so recht was ich davon halten soll.

    Na ja, erstens leuchten die Roten Zwerge noch tausendmal länger, als das Alter des bisherigen Universums, es ist ja noch keine Zeit vorbei. Das schafft auch Gelegenheit für langsamer ablaufende Biochemie.

    Zweitens fände ich die Alternative, einen Big Crunch, die ultimative Vernichtung alles existierenden (wobei da noch Leben unterwegs sein könnte) auch nicht sehr tröstlich.

    Und drittens impliziert das offene Universum wie auch eine möglicherweise ewige Inflation (die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitende Blase des Vakuumzerfalls nach der Inflation kann mit dieser ja unmöglich Schritt halten) ja, dass es immer irgendwo Universen geben wird, die zum Teil auch Vielfalt und Leben hervorbringen können, und das für alle Zeiten.

    So schlecht sind die Aussichten doch nicht. Irgendwann ist dieser Brikett hier mal abgebrannt, aber dann wird nachgelegt. Das Feuer erlischt nie.

  43. #43 phunc
    27. September 2015

    Irgendwie hat mich dieser Artikel recht traurig gestimmt. Wir sprechen hier über unvorstellbar lange Zeiträume, aber ist es nicht trotzdem irgendwie unglaublich schade, dass am Ende nichts mehr von dem übrig bleibt, was sich mal entwickelt hat?

  44. #44 Silava
    28. September 2015

    @Alderamin
    So schlecht sind die Aussichten doch nicht. Irgendwann ist dieser Brikett hier mal abgebrannt, aber dann wird nachgelegt. Das Feuer erlischt nie.
    Du hast Recht, wirklich schlecht sind die Aussichten nicht. Das Szenario wirkt auf mich trotzdem ziemlich düster.
    Ich weiß es ist irrational, aber mir persönlich gefällt ein ewig expandierendes Universum nicht, bei dem sich die Expansion auch noch munter immer weiter beschleunigt. Das macht wahrscheinlich am Ende kaum einen Unterschied und “dem Universum” ist eh egal was ich denke, es irritiert halt einfach. (Nur gut dass ich mich nie wirklich mit Quantenphysik beschäftigt habe 😉
    Wenn unser Universum in Wirklichkeit ein Subuniversum eines anderen Universums ist, also ein anderes Universum hatte seine beste Zeit schon sehr lange hinter sich bis durch Zufall eine Quantenfluktuaton unser Universum erzeugt hat, dann wird es erst richtig verrückt wenn man diese Kette rückwärts geht. Irgendwo müsste es doch eigentlich einen ersten Anfang mit einem echten Initialuniversum geben, oder etwa nicht?

  45. #45 Alderamin
    28. September 2015

    @Silava

    Irgendwo müsste es doch eigentlich einen ersten Anfang mit einem echten Initialuniversum geben, oder etwa nicht?

    Diese Frage wird wohl niemand beantworten können.

    Vielleicht erinnert einen die Endlichkeit des bestehenden Zustands an die Endlichkeit des eigenen Lebens.

  46. #46 Adent
    28. September 2015

    @Alderamin
    Sehr schöner Artikel, wie schon letztes Jahr für mich einer der Favoriten 😉
    Ähnlich fasziniert war ich von Stephen Baxters Multiversum Trilogie (zumindest Band 1 und 2), soweit ich es erinnere geht auch er den Weg bis zum bitteren Ende, dem Wärmetod des Universums. Kennst du die?

  47. #47 Alderamin
    28. September 2015

    @Adent

    Nö, und ich bin mit dem Bücherlesen hoffnungslos hinterher. 😉

  48. #48 Niels
    28. September 2015

    @Alderamin

    Ich wüsste jetzt nicht, warum sich die Trefferwahrscheinlichkeit für ein Schwarzes Loch durch die Raumkrümmung erhöhen sollte

    Eigentlich sogar im Gegenteil.

    Schwarze Löcher sind unglaublich winzig.
    Die Sonne hat einen Radius von 700000 km, ein schwarzes Loch mit Sonnenmasse hat einen Schwarzschild-Radius von nur 3 km.
    Man kann in guter Näherung die Sonnenrotation vernachlässigen. Das Birkhoff-Theorem sagt dann aus, dass die Raumzeit im Außenraum, also sowohl außerhalb des schwarzen Loches als auch außerhalb der Sonne, durch die Schwarzschild-Lösung beschrieben wird. Ab einem Abstand von 700000 km vom Zentrum ist also die Raumzeit der Sonne identisch mit der Raumzeit eines nichtrotierenden schwarzen Loches mit Sonnenmasse.

    In beiden Fällen nehmen in diesem Bereich identische Objekte dann natürlich auch identische Bahnen. Wenn man also die Sonne durch ein schwarzes Loch mit Sonnenmasse austauscht, laufen die Planeten einfach weiter auf ihren Keplerbahnen um.
    Wenn ein Objekt aber bis auf 700000 km der Sonne nahe kommt, trifft es auch schon auf die Sonnenoberfläche. Im Falle des schwarzen Loches hat es allerdings immer noch ( 700000 – 3 ) km Platz, um es doch noch zu verfehlen.
    Deswegen ist es schwieriger, ein schwarzes Loch zu treffen.

    Wenn man dagegen einen extrem dichten, extrem schnell rotierenden Neutronenstern mit dem zugehörigen schwarzen Loch vergleicht wird es deutlich komplizierter, weil man dann den Drehimpuls nicht mehr vernachlässigen kann und der Außenraum des Neutronensterns nicht einfach identisch der Kerr-Metrik eines rotierenden schwarzen Loches ist.
    Trotzdem müsste der geringere Radius des schwarzen Loches immer noch gegenüber anderen Effekten überwiegen.

  49. #49 Alderamin
    28. September 2015

    @Niels

    Danke.

    Wo warst Du eigentlich am 18.9.? Martin sollte Dir eine Nachricht von mir haben zukommen lassen; da darauf nichts zurück kam, könnte sie vielleicht in einem Spamfilter verschütt gegangen sein. Jedenfalls war ich auf einen kurzentschlossenen Tagesausflug in Heidelberg. Eine Wiederholung ist für’s nächste Jahr angedacht, für’s Schloss hatte es nicht mehr gereicht. Hätte man zusammen ein Bier trinken können.

  50. #50 UMa
    30. September 2015

    @Alderamin: Danke für den Hinweis. Nachdem ich das betreffende und einige darin zitierte Paper gelesen habe, muss ich feststellen, dass der Stand von vor fünf oder mehr Jahren inzwischen veraltet ist. Die Absorption des Wasserdampfes ist offenbar höher, als z.B. in dem 22 Jahre alten Paper angenommen wurde, womit ein Runaway Greenhouse wesentlich leichter eintreten kann.

    Ich muss das erstmal verdauen.

    Wenn die Erde weniger als ein Zehntel des Wasser hätte würde es aber offenbar klappen:
    http://arxiv.org/abs/1509.03746
    Trotzdem bin ich mir nicht sicher, ob es nicht doch geht. Selbst wenige Meter Wasser, die gespalten würden, würden nach Verlust des Wasserstoffs die Menge an Sauerstoff in der Atmosphäre gewaltig erhöhen und damit auch die Albedo durch Streuung.

  51. #51 Yadgar
    http://www.khyberspace.de
    15. Oktober 2015

    @Krypto #8
    ‘Lustig ist “Flag of Afghanistan”’

    Also nee! Das trostlose dunkle Ende des Universums wird mit Afghanistan illustriert – mit anderen Worten: Afghanistan ist genauso öde und leer wie das Universum nach dem Wärmetod… Banausen!!!

  52. #52 Kai
    19. Oktober 2015

    Ich hatte erst jetzt Zeit, diesen Artikel richtig zu wuerdigen. Wow. Habe ich das richtig verstanden, dass man aus dem bisher bekannten auf die Moeglichkeit eines quasi “Budhistischen” Universums schliessen kann? Endlos wiederkehrende unterschiedliche Universen, die sich – nach faktisch unendlich langer Zeit – sogar wiederholen koennen? Ich benutze das Wort, weil Herald Lesch unter Bezug auf den erwarteten Kaeltetod von einem “protestantischen” Universum gesprochen hat. Echte religioese Implikationen soll das nicht haben…..

  53. #53 Alderamin
    19. Oktober 2015

    @Kai

    Habe ich das richtig verstanden, dass man aus dem bisher bekannten auf die Moeglichkeit eines quasi “Budhistischen” Universums schliessen kann? Endlos wiederkehrende unterschiedliche Universen, die sich – nach faktisch unendlich langer Zeit – sogar wiederholen koennen?

    Könnte man so sehen, wobei das aber auch irreführend sein kann: die mögliche Entstehung neuer Universen aus den Vakuen von Vorgängeruniversen dürfte mit dem Buddhismus ähnlich wenig zu tun haben, wie der Urknall mit der biblischen Genesis.

    Herald Lesch unter Bezug auf den erwarteten Kaeltetod von einem “protestantischen” Universum gesprochen hat.

    Was mag er denn da im Sinn gehabt haben? Nennt sich übrigens offiziell “Wärmetod”; klingt erstmal widersinnig, aber als der Begriff von Helmholtz, Clausisus und Lord Kelvin erdacht wurde, dachten sie wohl eher an ein Ende bei einer höheren Temperatur ohne verbleibende Differenzen. Sie wussten noch nichts von der Expansion des Universums, nur von seiner zunehmenden Entropie.

  54. #54 Kai
    19. Oktober 2015

    @Aldemarin
    Lesch hat das mal in Leschs Kosmos gesagt. Er meinte das so, dass da am Ende des Universums nichts mehr kommt sondern eben alles zu Ende ist (dann bleibt wahrscheinlich nur noch der Himmel oder so -k.A.). Damit hat er dann innerhalb des Universums natuerlich recht. Aber diese religioesen Bilder sind natuerlich extrem irrefuehrend – er hat da glaube ich eine gewisse Neigung zu…
    Die Erklaerung fuer den Begriff Waermetod muss ich mir merken. Danke!

  55. #55 Jens
    22. Oktober 2015

    Wird denn “Zeit” weiter existieren ?

  56. #56 Alderamin
    22. Oktober 2015

    @Jens

    Sicher, die Vakuumfluktuationen gehen ja weiter, insofern passiert immer noch was. Sonst gäbe es ja auch keine Chance auf einen Neustart.

  57. #57 beteljules
    26. Oktober 2015

    Danke Alderamin, schöne Zusammenfassung.

    Ich hätte da noch zwei Fragen zum frühen Universum, vllt hast Du oder irgendjemand da kurz Zeit und Muße für:

    Wie kommt man auf das Quark-Antiquark-Verhältnis von 10^8 zu 10^8+1? Gibt das also letzlich das Verhältnis von Strahlung zum Materie wieder?

    Und später: Haben die bei der Rekombination von Elektronen & Protonen entstandenen Photonen einen Anteil am CMB? Oder sind die unerheblich, da die Elektronen bei Temperaturen um 3000K vermutlich auf stark angeregten Niveaus eingefangen wurden, so dass nur geringe Energiedifferenzen “durchlaufen” wurden?

  58. #58 Alderamin
    26. Oktober 2015

    @beteljules

    Wie kommt man auf das Quark-Antiquark-Verhältnis von 10^8 zu 10^8+1? Gibt das also letzlich das Verhältnis von Strahlung zum Materie wieder?

    Ja, genau. Die Paarvernichtung ist eine der Ursachen der Hintergrundstrahlung.

    Und später: Haben die bei der Rekombination von Elektronen & Protonen entstandenen Photonen einen Anteil am CMB?

    Natürlich. Die Hintergrundstrahlung ist thermische Strahlung. Alles, was zur Temperatur des primordialen Gases beitrug, ist in ihr vereint. Die Hitze der Paarvernichtung genau so wie die der Kernfusion bei der primordialen Nukleosynthese und natürlich auch die der Rekombination. Und letztere auch noch nachdem das Gas schon durchsichtig geworden war.

  59. #59 Jens
    10. November 2015

    Ich habe eine Frage zum Protonenzerfall. Dieser betrifft doch nur freie Protonen. Was ist mit denen die in Atomkernen gebunden sind? Die sollten doch eigentlich gar nicht zerfallen (analog auch die gebundenen Neutronen).

  60. #60 JaJoHa
    10. November 2015

    @Jens
    Protonenzerfall ist so eine Sache, man kann derzeit nur untere Schranken für die Halbwertszeit von Protonen angeben. PDG gibt >10^{29} Jahre an. Das schließt anscheinenend das “Verschwinden” von gebundenen Nukleonen (Protonen und Neutronen) ein. Schau mal unter “p mean life” in der Zusammenfassung der PDG, da gehen die auch auf die einzelnen potenziellen Zerfallskanäle ein.

  61. #61 Alderamin
    11. November 2015

    @Jens

    Ich habe eine Frage zum Protonenzerfall. Dieser betrifft doch nur freie Protonen.

    Warum sollte das so sein? Oder verwechselst Du das mit dem inversen Beta-Zerfall von freien Neutronen zu Protonen? Der findet bei freien Neutronen mit einer Halbwertszeit von 10 Minuten statt, während gebundene Neutronen viel stabiler sind (hängt dann vom konkreten Isotop ab).

    Was ist mit denen die in Atomkernen gebunden sind? Die sollten doch eigentlich gar nicht zerfallen (analog auch die gebundenen Neutronen).

    Doch, laut einigen GUT-Theorien wird das erwartet, auch für’s Neutron. Wurde jedoch noch nie beobachtet (wenn man hinreichend viele Protonen beobachtet, müsste man auch im Zeitraum eines Experiments ein paar Zerfälle beobachten). Es ist halt die Frage, wieviele Zerfälle tatsächlich zu erwarten wären. Davon hängt ab, wieviele Protonen man wie lange beobachten muss. Imm Moment liegt (laut verlinktem Wikipedia-Artikel) die nachgewiesene Untergrenze bei etwa 10^34 Jahren. Dann würde man für 16.000 Tonnen Protonen im Mittel einen Zerfall pro Jahr erwarten. Bei den vorsichtigeren 10^36 Jahren, die ich im Artikel (laut Buchquelle) verwendet hatte, bräuchte man die hundertfache Masse. Da man nicht nur einen einzelnen Zerfall, sondern viele beobachten muss, um ein statistisch signifikantes Ergebnis zu erzielen, auch gerne nochmal einen Faktor 100-1000 mehr. Man merkt das Problem, es darf einem dabei ja kaum ein Zerfall durch die Lappen gehen, und egal wo man hingeht, Neutrinos sind immer da und Bodenradioaktivität auch, die können Fehldetektionen erzeugen.

  62. #62 Martin Bartmann
    10. September 2017

    Sehr anschaulich und fundiert geschriebener Beitrag zur
    Zukunft des Universums.Hat jemand einen Buchtip,der speziell das Verschwinden der fernen Galaxien aus dem von unserer Michstraße beobachtbaren Universum näher
    beschreibt?

  63. #63 Alderamin
    4. Mai 2019

    @Martin Bartmann

    Oh, der Kommentar ist mir damals durchgegangen und eine Antwort kommt nun sicher viel zu spät, aber ansonsten “Ein Universum aus dem Nichts” von Lawrence Krauss. Rein zufällig habe ich aber heute morgen einen Artikel veröffentlicht, der diesen Punkt ebenfalls erklärt.