Schwerkraft - ultimative kosmische Energie

Nachtrag

Notizen & Schlagwörter

• (das war ein hyperschneller Vortrag, in Lichtgeschwindigkeit wurden die Folien aufgelegt und erklärt, Sitzungssaal: ca. 45-50 Mikrofone, 4 Portraits, 2 große Portraits)
  

• Dozent Prof. Dr. rer. nat. Hans-Joachim Blomeleitet leitet seinen Vortrag ein mit: "Herzlich willkommen, mein Name ist Hans-Joachim Blomeleitet, ich studiere seit ca. 80 Semestern Physik und lerne nie aus !"
  

• 10 Jahre an der FH, FB 6 / Raumfahrttechnik

• Gravitation (=Schwerkraft): 1000 mal effizienter als unsere Sonne

• Sir Isaac Newton

• F1 = F2 = G * (m1 * m2 / r²)

• Schwerkraft wirkt im dreidimensionalem Raum

• keine Märchenstunde = daher einige Formeln

• Gravitationsenergie = Pot. Energie = E(pot) = m * g * h

• Bewegungsenergie = E(kin.) = 1/2 m * v²

• Wasserkraftwerk: pot.E.en. => Bewegungsen. => elektrische En.

• Faraday (1881): war auch mal Buchhalter

Meteor

• Meteor mit der Masse m=1000kg stürzt auf die Erde

• Geschwindigkeit bei Aufprall mit v = 14,6 km/s

• Grav.en. = E(pot) = -6.5-10^10 Joule

• E(pot) = -G * M(1/R - 1/10R)

• ...

• ohne Mond taumelt die Erde

• Dozent hat selber 40 mal für jeweils ca. 3 Sekunden Schwerelosigkeit erlebt

• Hermann von Helmholtz (1821-1894)

• Energieerhaltung: es gibt immer nur die Umwandlung einer Energieform in eine andere => Summe der Energie bleibt erhalten

• Erhaltungssätze beruhen auf Symmetrien

• Homogenität der Zeit => Erhaltung der Energie

• Amalie "Emmy" Noether (1882-1935), durfte in Preußen nicht habilitieren

• Physiker erarbeiten sich / erhalten im Vgl. zu Ingenieurswissenschaften fundierte plausible Erklärungen (...diese Aussage muss man wohl etwas relativieren bzw. unter dem Aspekt des Anspruchs physikalischer Bandbreite und Tiefe betrachten => s. Bemerkung d. Kollegen aus der 11.: ... " ... ich lerne zur Zeit aus diesem Buch ... siehst du die Berechnungen? Die führen selten zu diskreten Ergebnissen in m, sec, kg, etc. sondern wieder zu Formeln, die man ihrerseits als Physikstudent interpretieren muss ... " ... macht ihm aber Spaß, da er Physik und Mathe als Leistungsfach hatte ...)

Sonne

• ist ein Stern => Solare Strahlung => Erde => Fossile En.träger => En.chem. + En.elektr.

• Stern = thermonuklearer Fusionrsreaktor = gemessen an der Lebenszeit des Menschen unerschöpfliche Quelle für Photovoltaik

• Gravitationskraft nach innen + Druck durch Strahlung nach außen => zwei gegenläufige Kräfte

• Lebensdauer t = En.vorrat / En.verlust = E/L = η*Mc²/4 = ca. 10^9 Jahre
• Querschnitt: Korona + Chromossphäre+ Konvektionszone
• Energietransport: seit 1937/38 thermonukleare Fusion bekannt
• Hans Bethe (1906-2005)
• C.F.v.Weizsäcker (1912-200?)
• Koronardurchmesser = 40.000.000 km

• kein Sonnenlicht ohne Quantentheorie
• quantenmechanischer Effekt => Proton => überwindet Berg => 1929 Tunneleffekt

• Relativitätstheorie: E = Mc²
• 6,695100 - 10^27 kg - Protonen
• 6,644565 - 10^27 kg - ?

• Gravitationsphysik => hohe T: kT = GMm/R = 6*10^6 K (math. hergeleitet)
• Physik der Atomkerne => Massendefekt
• L = 3,9*10^26 J/s

• Sonne - Stern unter Sternen
• r(sun) = 109 Erdradien = 300.000 Erdmassen
• Leuchtkraft = 10^26 Watt
• Leuchtkraft unserer Galaxie = L = 10^11 Sonnen

• Kontraktion: Gaswolke
• Gravitationsenergie: therm. Energie
• E(G) = GM²/R
• delta E = 10^41 Joule
• chem. Energie
• Knallgas-Gemisch d. Masse d. Sonne = delta E = 10^33 Joule

• Stern = hat eine eigene innere Energiequelle
• Alter der Sonne = 4,6 Milliarden Jahre (Halbwertszeit)

Geburt eines Sterns

• Gravitationskollaps
• Abkühlung + isotherme Phase
• nahezuh undurchlässig für IR-Wellenlänge
• Aufheizung - Dissozation d. ?

Lebensweg Sonne

• Sternentwicklung: thermonukleare Brennphasen + gravitative Kontraktion (Wechselspiel)
• thermonukleare Fusion geht bis Fe (Badewannenprinzip)
• exklusive Nukleosynthese

• wir sind Sonnenstaub
• Friedrich v. Hardenberg (1776-1801)
• Kreislauf d. Materie i.d. Galaxis

• Schwerkraft der Sterne
• Atomkern-En.
• Gravitations: starke + schwache Kräfte im Raum
  
• Gravitations.En.=> begrenzte Energiegewinnung
• gekrümmte Raum-Zeit-Geometrie

• Galaxie, Lobe: Hot Spot + Counter Jet + Hot Spot
• Parts of Dragon (Cygnus A)
  
• Richtungsgedächtnis#
• Lavall-Raketenmotor

• Hubble-Space-Teleskop

Standardmodell v. AGN's

• BH + AD + ?
• L(Q) ca. = 1000 * L(G) = 100 AE
• L(G) ca. = 10^11 L(Sonne)
  

• lösen das Energieproblem

• Quasaren und in den aktiven AGN: Zentren von Galaxien

• Im Anfang war das Universum durchsetzt von 10^9 Antimaterie + 1 Materie => 10^9 Photonen + 1 Materieteilchen

Urknall

• Galaxienbildung erfordert große Mengen dunkler Materie
• fast völlig homogen
• Bottom-up-Modell
• Gaswolken mit ca.10^5 Sonnenmassen verschmelzen
• dunkle Materie als Katalysator
• weltraumgestützte Teleskope: wir sehen nicht in den Weltraum sondern in den Zeitraum => cosmic spheres of time
• Big Bang Expansion: 13,7 Mrd. Jahre
• 14. Mai: voraussichtlicher Doppelstart Ariane

• die Welt ist undurchsichtig

• Mikrowellen + Expasionsion => Adibiatische Kompression
• damals: dicht, heiß und kompakt
• Elemantarteilchen anstatt Galaxien
• extrem hohe dichte Energiedichte => extrem starke Krümmung

Klassische Kosmologie

• Hawkin-Penrose-Theorem
• Nullpunkt d. Zeit (für phys. Forschung ungeeignet)
• Planck-Universum
  
• Quantentheorie => Singul.unphys. Anfang
• Prof. Georges Lemaitre (1894-1966, Astronom + Priester) => "später ist auch er expandiert" ;-)
• superradioaktiver Zerfall

Vakuumfluktuation

• Pascal Jordan (1902-1980)
• Richard Flyman (1918-1988)
• Energie: E = Mc² - GM²/R = 0

• Ruheenergie d. Materie = Gravitationsen.
• Ruheenergie balanciert die Grav.en. aus !

Schwarzes Loch

• ausgebrannter Stern
• unaufhaltsamer Kollaps
• Implosionen innerhalb eines Schwarzschilds-Radius
• kein Licht entweicht
• keine Rückkehr der Materie
• Kollaps in Singularität

Das Ende der Sterne

• entsprechend der Masse: Weißer Zwerg oder Neutronenstern
• Schicksal massenreicher Sonnen = 5 M

Größenvergleich

• Manhattan
• Neutron Star: M = 1.5 M sun
• R = 10 km

• Black Hole (BH): M = 1.5 M sun
• Rs = 4.5 km
  

• ab welcher Gravitation entsteht Leben ?

Energiefreisetzung am BH (=Black Hole)

• von pot.E nach kin.E
  
• AE = ε * mc²
• εG = 0.5
• εW = 0,007

• Schwerkraftsstrudel

Akkretion von Materie

• pot. E.
• kin. E.
• therm. E.
• Strahlungen
• Röntgen-/Gammastrahlung

• E(acc.)(R) = G * M m /R
• L = E(acc.)(R) = G * M m° /R

BH im Sternenbild Schwan:

• Röntgenquelle Cygnus X-1B
• Doppelstern
• Entfernung d=800 Lichtjahre
• Masse:12 mal Sonne
• Durchmesser: ca. 15 km
• => wenn etwas flackert/flimmert kann man durch Intensitätsschwankungen/Zeit + 3. Keplersche Gesetz die Größe ableiten

Unsere Galaxie

• das Zentrum
• 3. Kepler Gesetz
• Bahnkurven, Periode

• Masse-/Dichteverteilung in galaktischen Zentren
• BH müssen gefüttert werden => Akkretion gibt es auch in ruhigen Phasen

• Werner Heisenberg (1901-1976): Unbestimmtheitsrelationen

• Edward Tyran (1973): is the universe a vacuum fluctuation ?

• "Our universum is simply one of those things that happens from time to time

Fazit:

• 1. Energiesatz ist Voraussetzung => Anwendung auf die Welt als Ganzes ist problematisch

• 2. Gravitation stellt eine enorme Energiequelle auf kosmischer Skala (Schwarzschildradius auf 9mm)

aber für die Erde gilt:

• 3. Gravitation ist wesentlich für die Strukturbildung

weiter:

• "Klein" bedeutet nicht "vernachlässigbar"

• Erde empfängt Energie: Sonne T=5800K => 10^17 W => von Atmosphäre nach Erdoberfläche T=260K => Erdkern T=1000K

• Abstrahlung: 10^17W bei T=3K

• Energiebilanz ausgeglichen E°m=E°out

• Enthropiebilanz ist positiv

• "Wir verlieren Entropie in die Umges ebung (s. Frühling)

• Der Kosmos - ein gestaltetes Universum