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Unser Universum ist eines von einer großen Vielfalt an Universen mit verschiedenen Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind durch einen Satz von rund 10 oder mehr Parametern beschrieben. Jeder Parameter beschreibt eine verschiedene Grundeigenschaft des Universums.  
 
Unser Universum ist eines von einer großen Vielfalt an Universen mit verschiedenen Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind durch einen Satz von rund 10 oder mehr Parametern beschrieben. Jeder Parameter beschreibt eine verschiedene Grundeigenschaft des Universums.  
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'''Klasse 1'''
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Der Inhalt und die Geometrie des Universums.
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1.1 Die durchschnittliche Dichte der dunklen Materie im Universum. (Omega_cdm)
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1.2 Die durchschnittliche Dichte von gewöhnlicher Materie im Universum. (Omega_b)
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1.3 Die durchschnittliche Dichte von dunkler Energie im Universum (Omega_Lambda)
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1.4 Die durchschnittliche Dichte von Neutrinos (Omega_nu)
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1.5 Die Geschwindigkeit der Expansion des Universums (H_0, die Hubble-Konstante.) Die totale Dichte (die Summe von 1.1-1.4) bestimmt die Geometrie des Universums bis einschließlich Einsteins Gleichungen.
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'''Klasse 2'''
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Die “Physik des Anfangs.” Dies sind Parameter, welche die Physik in den frühestens Momenten des Urknalls beschreiben, der verantwortlich war für die Produktion der ersten dichten Fluktuationen, der Saat aller Strukturen im Universum.
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2.1 Die Stärke von primordialen Fluktuationen A.
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2.2 Die Korrelationseigenschaften der primordialen Fluktuationen (n_s, dln n_s/dln k)
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2.3 Die relative Menge an Dichtefluktuationen und Gravitationswellen. (r=T/S)
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'''Klasse 3'''
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Eigenschaften der dunklen Energie. Diese Parameter beschreiben die allgemeinen Eigenschaften der dunklen Energie als eine kosmologische Flüssigkeit.
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3.1 Die Gleichsetzung der Zustandsparameter (w)
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3.2 Die Änderungsgeschwindigkeit in der Gleichsetzung der Zustandsparameter (w_a)
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3.3 Die Schallgeschwindigkeit in der dunklen Energie (c_s^2)
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In der Tat könnten viele zusätzliche Möglichkeiten entdeckt werden.
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In Klasse 2 kann einer zusätzliche Parameter bestimmen, um die Klasse an Theorien auszuweiten für die Schaffung von primordialen Störungen, Klasse 1 kann erweitert sein, um die Präsenz von weiteren unbekannten Partikeln zu testen. und Klasse 3 kann berichtigt werden, Parameter zu beinhalten spezifisch zu einem partikularen Model von dunkler Energie. Also mit diesen großen Satz an Parametern, sagen wir 15-20, nur zwei mögliche Werte in jedem Parameter erkunden würde das Berechnen von einer gewaltigen Anzahl an Modellen erfordern. Zwei mögliche Werte in zwei Parametern würde 4 Berechnungen bedeuten, 3 Parameter wären 8 Berechnungen, und so weiter. Insgesamt n Parameter würde heißen, 2 bis zur x-ten Leistungsberechnung – das sind über 1 Millionen Möglichkeiten nur für das kleinste Minimum an Variationen. Wir nutzen fortgeschrittene Maschinenlernalgorithmen (Link zur Softwareseite, sollte kurze Beschreibung zum Link zu Pico und der Softwareseite hinzufügen) um diesen sehr großen Parameterraum abzusuchen nach Modellen, die mit den Daten übereinstimmen und wir werden Cosmology@Home´s Fähigkeit Millionen an Modelle zu berechnen nutzen, um diese Algorithmen zu einzuarbeiten. 
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''Verändernde Konstante, dunkle Energie und die Absorption von 21 cm Strahlung.''
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Rishi Khatri und Ben Wandelt haben neulich eine neue Methode zum Testen der Beständigkeit der feinen Struktur fortwährend quer durch kosmische Zeitskalen vorgeschlagen, was sich als ultimative astronomische Quelle für Grundlagenphysik erweisen könnte. Ben Wandelt erklärt den Beweggrund für diese Arbeit und den physikalischen Ursprung dieses Schatzfundes an Information.
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'''Von Ben Wandelt'''
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Version vom 29. August 2008, 23:43 Uhr

Vorlage:ProjektTabelle

Forschung

Cosmology@Home ist von Ben Wandelts Gruppe an der Universität von Illinois entwickelt worden, um es Teilnehmern zu ermöglichen, aktiv an der vordersten Front der Präzisionskosmologieforschung teilzunehmen, indem sie ihre CPU-Zeit zur Verfügung stellen.

Cosmology@Home sucht in einer Auswahl von Modellen, die mit den verfügbaren astronomischen und teilchenphysikalischen Daten übereinstimmen, nach einem Modell, das unser Universum am besten beschreibt. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Teilnehmer bei Cosmology@Home die beobachtbaren Vorhersagen von Millionen an theoretischen Modellen mit verschiedenen Parameterkombinationen berechnen. Die Ergebnisse der Berechnungen werden genutzt, um alle verfügbaren Daten mit diesen Modellen zu vergleichen. Außerdem können die Ergebnisse von Cosmology@Home helfen, zukünftige kosmologische Beobachtungen und Experimente zu kreieren und die Analyse von zukünftigen Daten, beispielsweise vom Planck-Satelliten, vorzubereiten.

Jede WU simuliert ein Universum mit einer einzigartigen Geometrie, Partikelinhalt und Anfangsphysik. Sie erstellt Vorhersagen der beobachtbaren Eigenschaften des Universums, welche wir dann vergleichen können mit:

  1. den Fluktuationen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (beobachtet aus dem Weltraum vom WMAP und bald Planck, sowie von erd- und ballonbasierten Experimenten),
  2. der großen Staffelverteilung an Galaxien und Galaxiehaufen,
  3. Messungen der momentanen Expansionsgeschwindigkeit des Universums durch das Hubble-Weltraumteleskop,
  4. die Beschleunigung des Universums wie gemessen bei Beobachtungen von Supernovaexplosionen,
  5. Beobachtungen von primordialen Elementüberflüssen in fernen Gasklumpen, und
  6. Gravitationslinsendaten, wenn sie verfügbar sind.

Die Forschungsgruppe ist in mehreren Bereichen der theoretischen und phänomenologischen Kosmologie beteiligt: die frühesten Momente der Zeit, als sich das Universum formte, die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, die kosmischen dunklen Äonen, Strukturformation, dunkle Materie und dunkle Energie und auch die Entwicklung und Anpassung der Mathematik, Statistiken und Berechnungen, um den Stand der Kosmologie zu verbessern. Es wird erwartet, dass schließlich verschiedene Arten von Berechnungen zur Teilnahme angeboten werden. Alle Berechnungen werden direkt zu den führenden Forschungsprojekten in der Kosmologie, der Wandelt-Gruppe in den Physik- und Astonomie-Fakultäten der Universität of Illinois am Urbana-Champaign, beitragen.

Kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung

Seit ihrer Nobelpreisgewinnungsentdeckung in den späten 1960ern durch Penzias und Wilson, ist der kosmische Mikrowellenhintergrund (cosmic microwave background = CMB) der Eckstein der kosmologischen Astrophysik geworden. Diese Strahlung wurde emittiert als das Universum nur 300,000 Jahre alt war. Es stellt daher einen Schnappschuss des frühen Universums bereit, 40,000 mal jünger, als es nun ist. Ihr Hauptmerkmal ist ihre außergewöhnliche einheitliche Helligkeit in allen Richtungen auf dem kleine Fluktuation abgedruckt sind auf dem Level von 1 Teil in 105 (die Anisotropie.) Diese Anisotropien wurden zuerst zuverlässig entdeckt bei niedriger Auflösung durch den COBE Satelliten in den frühen 1990ern. George Smoot (mein Mitarbeiter bei der Planck Raummission) empfing den Nobelpreis in Physik für diese Entdeckung 2006 und teilte den Preis mit John Mather, dem Chefforscher der COBE-Mission und der Führer von FIRAS, dem Instrument, das zeigte, dass der kosmische Mikrowellenhintergrund ein nahezu perfekter „Schwarzer Körper“ ist.

Seitdem sind die COBEs Beobachtungen bestätigt und erheblich erweitert worden, durch eine Auswahl an weiteren Instrumenten vom Boden, der oberen Atmosphäre und dem Weltraum. Erst vor kurzem, ist die Präsenz einer Anisotropie im kosmischen Mikrowellenhintergrundpolarisationsmuster entdeckt worden, gemäß theoretischer Erwartungen. Diese Polarisationsanisotropien, obwohl selbst schwächer als die Temperaturanisotropien, tragen nützliche zusätzliche Informationen. Extrahiert man die Korrelationseigenschaften von diesen Anisotropien auf der Himmelssphäre, enthüllen empfindliche Takte die gesamten Eigenschaften des Universums, wie seine gesamte Dichte und Geometrie, seiner Anordnung, und seinen Eigenschaften in den aller ersten Augenblicken der Zeit.

Diese Information ist mengenmäßig verschlüsselt in kosmologische Parameter (CP). Wie keine andere kosmologische Beobachtung, erlauben detaillierte Auswertungen der CMB-Anisotropien die Ermittlung der Struktur, Eigenschaften und Ingredienzen des Universums auf supergroßen Skalen und bei sehr frühen Zeiten, die Basis für irgendeine theoretische Beschreibung der kosmischen Geschichte.

Diese direkten Beobachtungen des 300,000-Jahre alten Universums können mit großer Zuversicht zu den kosmischen Parametern verbunden werden, weil die Physik, welche die CBM-Anisotropien regiert begreifend einfach ist. Sobald wir viel über wann, wo und wie die Oberfläche eines Sees beunruhigt worden ist ableiten können, durch die Art, die eine Wellenkrone und Mulde an der Küste ankommen, können wir die statistischen Eigenschaften der CMB-Temperaturanisotropien nutzen, um viel über die Geschichte und Natur der Störungen zu früheren Zeiten abzuleiten, den gesamten Weg zurück zur Ära, wo unser momentanes Verständnis von Physik versagt: Der Planckzeit.

Die Direktheit der Auswirkung der CMB-Beobachtungen auf unser Wissen über die umfassenden Eigenschaften des Universums und der frühestens Momente der Schöpfung haben zu einer Explosion an Interesse in diesem Gebiet geführt, sowohl dem theoretischen und der Beobachtung. Auf der theoretischen Seite richten sich fundamentale partikelphysikalische Theorien zunehmend zur Kosmologie als Anleitung auf dem Weg zu einer vereinheitlichten Theorie aller Wechselwirkungen. Auf der Beobachtungsseite führen die Vereinigten Staaten eine internationale Bestrebung qualitativ hochwertige CMB-Daten zu generieren. Die Anhäufung dieser Bestrebung ist in einer Serie an CMB-Beobachtungen im Raum gegenwärtig angeführt von der erfolgreich operierenden Wilkinson Mikrowellenansisotropiesonde (WMAP), und die Entwicklung der Planck Satellitenmission.

In einem gesamten isotropen Universum ist die Information nicht beinhaltet in ortsgebundenen Eigenschaften der CMB-Anisotropie, wie der absoluten Anordnung und Form von individuell heißen und kalten Stellen, aber im gesamten Muster oder Textur des Gebietes. Die Information ist nur in Eigenschaften des Gebietes beinhaltet, die abhängen vom relativen Winkelabstand zwischen zwei Positionen am Himmel. Mathematisch, wenn die CMB-Anisotropien ein gaußisches Zufallsfeld sind, wo 2-Punktstatistiken alle höheren Ordnungspunkte angeben, dies bedeutet, dass der Winkelkraftspektrumkoeffizient C, der Anisotropien die gesamten Informationen beinhaltet. Innerhalb der Standartparadigmen der Kosmologie ist das Universum isotrop und die primordialen Fluktuationen, und daher das CMB, sind Gaußglocken. Die kosmologische Theorie sagt das C vor, angesichts eines Satzes an kosmologischen Parametern. Das Ausmessen des Kraftspektrums C, ist daher das Hauptziel aller CMB-Experimente.

Kosmologische Parameter

Unser Universum ist eines von einer großen Vielfalt an Universen mit verschiedenen Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind durch einen Satz von rund 10 oder mehr Parametern beschrieben. Jeder Parameter beschreibt eine verschiedene Grundeigenschaft des Universums.

Klasse 1

Der Inhalt und die Geometrie des Universums.

1.1 Die durchschnittliche Dichte der dunklen Materie im Universum. (Omega_cdm)

1.2 Die durchschnittliche Dichte von gewöhnlicher Materie im Universum. (Omega_b)

1.3 Die durchschnittliche Dichte von dunkler Energie im Universum (Omega_Lambda)

1.4 Die durchschnittliche Dichte von Neutrinos (Omega_nu)

1.5 Die Geschwindigkeit der Expansion des Universums (H_0, die Hubble-Konstante.) Die totale Dichte (die Summe von 1.1-1.4) bestimmt die Geometrie des Universums bis einschließlich Einsteins Gleichungen.

Klasse 2

Die “Physik des Anfangs.” Dies sind Parameter, welche die Physik in den frühestens Momenten des Urknalls beschreiben, der verantwortlich war für die Produktion der ersten dichten Fluktuationen, der Saat aller Strukturen im Universum.

2.1 Die Stärke von primordialen Fluktuationen A.

2.2 Die Korrelationseigenschaften der primordialen Fluktuationen (n_s, dln n_s/dln k)

2.3 Die relative Menge an Dichtefluktuationen und Gravitationswellen. (r=T/S)

Klasse 3

Eigenschaften der dunklen Energie. Diese Parameter beschreiben die allgemeinen Eigenschaften der dunklen Energie als eine kosmologische Flüssigkeit.

3.1 Die Gleichsetzung der Zustandsparameter (w)

3.2 Die Änderungsgeschwindigkeit in der Gleichsetzung der Zustandsparameter (w_a)

3.3 Die Schallgeschwindigkeit in der dunklen Energie (c_s^2)

In der Tat könnten viele zusätzliche Möglichkeiten entdeckt werden.

In Klasse 2 kann einer zusätzliche Parameter bestimmen, um die Klasse an Theorien auszuweiten für die Schaffung von primordialen Störungen, Klasse 1 kann erweitert sein, um die Präsenz von weiteren unbekannten Partikeln zu testen. und Klasse 3 kann berichtigt werden, Parameter zu beinhalten spezifisch zu einem partikularen Model von dunkler Energie. Also mit diesen großen Satz an Parametern, sagen wir 15-20, nur zwei mögliche Werte in jedem Parameter erkunden würde das Berechnen von einer gewaltigen Anzahl an Modellen erfordern. Zwei mögliche Werte in zwei Parametern würde 4 Berechnungen bedeuten, 3 Parameter wären 8 Berechnungen, und so weiter. Insgesamt n Parameter würde heißen, 2 bis zur x-ten Leistungsberechnung – das sind über 1 Millionen Möglichkeiten nur für das kleinste Minimum an Variationen. Wir nutzen fortgeschrittene Maschinenlernalgorithmen (Link zur Softwareseite, sollte kurze Beschreibung zum Link zu Pico und der Softwareseite hinzufügen) um diesen sehr großen Parameterraum abzusuchen nach Modellen, die mit den Daten übereinstimmen und wir werden Cosmology@Home´s Fähigkeit Millionen an Modelle zu berechnen nutzen, um diese Algorithmen zu einzuarbeiten. Verändernde Konstante, dunkle Energie und die Absorption von 21 cm Strahlung. Rishi Khatri und Ben Wandelt haben neulich eine neue Methode zum Testen der Beständigkeit der feinen Struktur fortwährend quer durch kosmische Zeitskalen vorgeschlagen, was sich als ultimative astronomische Quelle für Grundlagenphysik erweisen könnte. Ben Wandelt erklärt den Beweggrund für diese Arbeit und den physikalischen Ursprung dieses Schatzfundes an Information.

Von Ben Wandelt



Quelle: http://cosmologyathome.org/wandelt_letter.php

Übersetzer: --SuperbeowulfSPEG-244 23:38, 29. Aug. 2008 (CEST)


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