Die kältesten Orte im Universum – Wo die Zeit fast stillsteht

0:00 Herzlich Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Wissensreise durch die Länder dieser Erde oder Wissensreise durch die Psychologie? Wenn nicht, schau gerne auch mal dort vorbei, wenn du weitere ruhige Stunden für dich suchst. Doch jetzt bist du hier.

0:23 Heute Nacht reisen wir gemeinsam an die Orte, die das Universum in sich birgt wie ein Atemzug, der nie zu Ende kommt. Wir reisen nicht zu den heißen, tosenden Zentren von Sternen, nicht zu explodierenden Supernovae oder glühende Gasriesen, heute reisen wir dorthin, wo das Universum schweigt, wo die Bewegung der Materie fast zum Erliegen kommt, wo die Temperaturwerte annimmt, die jenseits jeder menschlichen Erfahrung liegen. Wir reisen zu den kältesten Orten im Universum. Stell dir vor, du gleitest lautlos durch die Dunkelheit des Alls, unter dir unendlich weit entfernt liegt die Erde, warm, blau und lebendig über dir, Sterne, Nebel, Galaxien und irgendwo dort draußen, weit jenseits aller Wärme, an denen das Universum ganz still

1:12 geworden ist. Orte, an denen selbst die Atome aufgehört haben, sich zu bewegen und. Um die Kälte des Universums wirklich zu verstehen, müssen wir zunächst begreifen, was Temperatur eigentlich bedeutet. Temperatur ist im physikalischen Sinne ein Maß für die Bewährungsenergie der kleinsten Teilchen, je wärmer etwas ist, desto schneller bewegen sich die Atome, die Moleküle in ihrem Innern sie zittern, schwingen und stoßen voneinander, sie sind in ständiger, rasanter Bewegung, je kälter etwas wird, desto langsamer werden diese Bewegungen und.

1:47 Und es gibt einen Punkt, an dem diese Bewegung theoretisch vollständig aufhört zu existieren. Diesen Punkt nennen Physikerinnen den absoluten Nullpunkt, er liegt bei -273,15 Grad Celsius oder in der wissenschaftlichen Kelvin Skala ausgedrückt bei 0 Kelvin. 0 Kelvin ist das absolute Ende der Kälte Skala.

2:12 Es ist die tiefste Temperatur, die im Universum denkbar ist. Kälter geht es schlicht nicht. Das Faszinierende ist, das Universum ist an manchen Orten erschreckend nah an diesem absoluten Nullpunkt, nicht als theoretisches Experiment, nicht an einem Labor, sondern draußen in der Weite des Kosmos.

2:30 Es existieren Orte, die nur einen winzigen Bruchteil eines Calvins von diesem absoluten Ende entfernt sind. Beginnen wir unsere Reise mit dem. Was die Menschen sich als kalten Weltraum vorstellen, dem interstellaren Raum, dem nichts zwischen den Sternen, der Weltraum zwischen den Sternen, ist kalt, sehr kalt, aber nicht so kalt, wie man vielleicht denkt.

2:53 Die kosmische Hintergrundstrahlung, das schwache Nachglühen des Urknalls, das das gesamte Universum durchdringt, sorgt dafür, dass es im interstellaren Raum nie auf 0 Kelvin abkühlen kann, die Hintergrundstrahlung entspricht einer Temperatur von etwa 2,7 Kelvin. Also knapp unter -270 Grad Celsius.

3:12 Das ist kalt unvorstellbarkeit für uns Menschen, aber es ist nicht das kälteste, was das Universum zu bieten hat. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist das Echo des Urknalls, der vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand, in den ersten Augenblicken des Universums war alles unvorstellbar heiß und dicht, mit der Ausdehnung des Universums kühlt diese Strahlung ab.

3:36 Heute ist sie auf jene 2,7 Kelvin heruntergekühlt, und sie dehnt sich weiter aus in ferner Zukunft, wenn das Universum sich noch mehr ausgedehnt haben wird, wird diese Hintergrundstrahlung noch kälter sein, aber das dauert noch Billionen von Jahren. Einer dieser kalten Orte ist uns gar nicht so fern, kosmisch betrachtet der Boomerangnebel er befindet sich in einem Abstand von etwa 5000 Lichtjahren von der Erde im Sternbild Centaurus. Der Bumerangnebel ist ein planetarischer Nebel, also das Überbleibsel eines sterbenden Sterns, der seine äußeren Glashüllen ins All geblasen hat.

4:15 Doch dieser Nebel ist besonders, er ist der kälteste, natürlich vorkommende Ort, der bislang im Universum entdeckt wurde, seine Temperatur beträgt etwa 1 Kelvin -272 Grad Celsius, das ist kälter als die kosmische Hintergrundstrahlung, aber wie ist das möglich? Der sterbende Stern im Zentrum des Bumerangnebels schleudert Gas mit einer Geschwindigkeit von rund 164 Kilometern pro Sekunde in den Weltraum.

4:44 Diese rasante Ausdehnung kühlt das Gas extrem schnell ab, ähnlich wie das Gas aus einer Sprühdose kälter wird, wenn es aus dem Behälter entweicht. Physiker innen nennen dieses Prinzip die adiabatische Expansion, die. Das Gas dehnt sich aus, leistet dabei Arbeit und verliert dadurch Energie in Form von Wärme.

5:06 Im Bumerangnebel geschieht das auf kosmischer Skala schnell und gewaltig, das Ergebnis ist ein Ort, der kälter ist als das Universum selbst. Kälter als das Nachglühen des Urknalls, das es umgibt. Der Bumerangnebel wurde erstmals 1980 von den australischen Astronomen innen Keith Taylor. Und Mike Scarrett beschrieben und erhielt seinen Namen aufgrund seiner bogenförmigen Erscheinung in früheren Beobachtungen. Spätere Aufnahmen mit dem Hubble Weltraumteleskop zeigen eine komplexere sanduhrförmige Struktur und Beobachtung mit dem Atacama Large Millimeter Array, kurz einmal. Einem Netzwerk von Radioteleskopen in der chilenischen Atacama Wüste enthüllten diese 2013, dass der Nebel noch ausgedehnter und noch

5:57 komplexer ist als ursprünglich gedacht. Es gibt noch einen weiteren kosmischen Ort, den wir auf unserer Reise besuchen sollten, und er liegt in einer ganz anderen Kategorie, der Bola Nebel, auch bekannt als der Spinnennebel und die sogenannten, Bock globulen. Bock Globulen sind dichte, dunkle Wolken aus Gas und Staub, die so kompakt und undurchdringlich sind, dass keinerlei Strahlung von außen in ihr Inneres dringt.

6:24 Sie erscheinen als schwarze Flecken vor dem leuchtenden Hintergrund von Emissionsnebeln der bekannteste dieser Orte trägt den schlichten Namen Banat 68 und befindet sich in etwa 400 bis 500 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schlangenträger. Banat 68 hat einen Durchmesser von etwa einem halben Lichtjahr und enthält eine Masse von etwa 2 Sonnenmassen an Gas und Staub komprimiert in ein relativ kleines Volumen.

6:53 Im Inneren herrscht eine Temperatur von ungefähr 7 bis 10 Kelvin, es gibt kein Licht, kaum Strahlung und kaum Bewegung, die Gasmoleküle hängen nahezu regungslos in der Dunkelheit und dennoch. Messungen zeigen, dass Banat 68 kurz vor dem Kollaps steht. Die Schwerkraft gewinnt langsam die Oberhand über den Gasdruck, irgendwann in den nächsten 100000 Jahren wird dieser dunkle, gefrorene Klumpen unter seiner eigenen Schwere zusammenbrechen und sich in seiner Mitte so sehr erhitzen, dass die Kernfusion beginnt.

7:29 Ein neuer Stern wird entstehen aus dieser Stelle, aus dieser Kälte, aus dieser absoluten Dunkelheit. Es ist ein Kreislauf, der das gesamte Universum durchzieht, die Kälte gebiert die Wärme, die Stille gebiert das Licht. Wir schweben nun in der Nähe dieses außergewöhnlichen Ortes, um uns herum liegt das ausströmende Gas, unsichtbar und beinahe bewegungslos in seiner extremen Kälte.

7:55 Die Stille hier ist von Anrat als die Stille, die wir aus dem Alltag kennen, es ist keine Stille, die auf Lärm wartet, es ist eine Stille, die in Sicht vollständig ist. Doch die kältesten Orte im Universum sind nicht nur natürlichen Ursprungs. In den Laboren der Erde haben Wissenschaftlerinnen Temperaturen erreicht, die noch tiefer liegen als alles, was die Natur von sich aus hervorbringt.

8:18 Im Jahr 2021 gelang es einem Forscherteam an der Universität Bremen, rubidium Atome auf weniger als 38 pico Kelvin, also auf 38 billionstel Kelvin hinabzukühlen. Das ist so nah am absoluten Nullpunkt, dass es sich kaum noch in Zahlen ausdrücken lässt. Diese Temperaturen werden durch Laserkühlung und magnetische Fallen erreicht.

8:42 Techniken, die Atome mit Lichtpulsen verlangsamen und in kleinen magnetischen Käfigen einfangen. In diesen eisigen Tiefen der Temperatur passieren seltsame Dinge die Quantenmechanik, die normalerweise nur im Reich des Allerkleinsten eine Rolle spielt, wird auf einmal sichtbar und spürbar in der makroskopischen Welt.

9:02 Wenn bestimmte Stoffe nahe an dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, verlieren sie plötzlich jeden elektrischen Widerstand. Sie werden zu supraleitern, Strom fließt durch sie hindurch, ohne jemals Energie zu verlieren, endlos, ohne Widerstand, solange man das Material kühl hält, andere Substanzen werden bei extrem tiefen Temperaturen zu suprafluiden.

9:26 Flüssiges Helium, abgekühlt unter 2,17 Kelvin, beginnt sich wie keine normale Flüssigkeit mehr zu verhalten. Es fließt ohne jede innere Reibung, es kriecht an Wänden eines Behälters Behälters hoch und über den Rand hinaus, als würde es die Schwerkraft ignorieren, es leitet Wärme so gut, dass sich in ihm keine Temperaturunterschiede halten können. Diese Phänomene entstehen, weil bei extremer Kälte die Quanteneigenschaften der Atome in den Vordergrund treten. Die Atome verlieren ihre individuelle Identität und verhalten sich wie ein einziges gemeinsames Quantenobjekt. Besonders bemerkenswert ist auch der Effekt der Supraleitung in Bezug auf Magnetfelder.

10:10 Ein Supraleiter ist nicht nur widerstandsfrei, er verdrängt auch aktiv Magnetfelder aus seinem Innern. Bringt man einen Dauermagneten über einen supraleitenden Körper, wird der Magnet buchstäblich in der Luft gehalten, schwebend ohne jede Berührung. Genutzt. Dieses Phänomen nennen Physiker innen den Meißner Ochsenfeld Effekt nach den deutschen Physikern Walter Meißner und Robert Ochsenfeld, die es 1933 entdeckten. Es ist keine Zauberei, sondern Physik an der Grenze des Absoluten und genau diese Technologie ist heute die Grundlage für Magnetschwebebaden und für die starken Magnete, die im MRT verwendet werden.

10:51 Jene Geräte, die Ärzte und Ärztinnen helfen, das Innere des menschlichen Körpers abzubilden, ohne Strahlung zu nutzen. Die tiefste Kälte des Kosmos hat also ganz konkrete Auswirkungen auf unser irdisches Leben, Phänomene, die nur wenige Kelvin über dem absoluten Nullpunkt auftreten, finden ihren Weg in Krankenhäuser, Bahnhöfe und Forschungslabore der ganzen Welt. Albert Einstein sagte in 1920er Jahren. Einen ganz besonderen Zustand der Materie voraus, der nur nahe dem absoluten Nullpunkt entstehen kann. Das Bose Einstein Kondensat in diesen Zustand fallen alle Bosonen, also Teilchen mit ganzzahligem Spin, in den gleichen Quantenzustand, sie verschmelzen gewissermaßen zu einer einzigen

11:37 quantenmechanischen Einheit, einer Art Superatom erst 1995 gelang es physikerinnen, diesen Zustand tatsächlich herzustellen. Für diese Leistung erhalten diese Physiker Conville, Wiemann und Ketterle im Jahr 2001 den Nobelpreis für Physik, ein Bose Einstein Kondensat ist so außergewöhnlich, dass man es kaum in Worte fassen kann.

12:03 Es ist weder ein Feststoff noch eine Flüssigkeit, kein Gas und kein Plasma, es ist ein fünfter Aggregatzustand der Materie, ein Zustand, der nur wenige milliardstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt existiert. In diesem Zustand verhält sich eine Vielzahl von Atomen wie ein einziges riesiges Atom.

12:22 Licht kann in einem Bose Einstein Kondensat auf nahezu 0 verlangsamt werden im Jahr 1999 gelang es der dänischen Physikerin Lene Westergard und ihrem Team, Licht von einer normalen Geschwindigkeit von knapp 300000 Kilometern pro Sekunde auf gerade einmal 17 Meter pro Sekunde zu verlangsamen, in dem sie erst durch ein Bose Einstein Kondensat leiteten. Ein paar Jahre später gelang es ihr sogar, Licht vollständig zum Stillstand zu bringen und es dann wieder neu zu starten. Das heißt, das Licht wurde für einen kurzen Moment eingefroren, man kann sich die kosmische Bedeutung dieser Entdeckung kaum vorstellen, das Universum enthält die Extreme des Lichts und der Dunkelheit, der Hitze und der Kälte, der Bewegung und der Stille, und an beiden Enden

13:10 dieser Skala entfaltet sich die Physik in ihrer seltsamsten und schönsten Form. Es gibt noch etwas Spannendes, was ich dir zu den kältesten Orten des Universums erzählen möchte. Nahe dem absoluten Nullpunkt verlangsamt sich alles, nicht nur die Bewegung der Atome, sondern auch im sehr realen physikalischen Sinne die Zeit selbst. Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie lehrt uns, dass Zeit nicht absolut ist.

13:35 Sie vergeht schneller oder langsamer, je nach Schwerkraft und Geschwindigkeit an Orten starker Schwerkraft vergeht die Zeit langsamer. Und auch in der Quantenmechanik spielt die Temperatur eine Rolle für die Geschwindigkeit von Prozessen in einem Bose Einstein Kondensat, diesem äußersten Zustand extremer Kälte, finden chemische und physikalische Reaktionen so langsam statt, dass Physikerinnen manchmal metaphorisch davon sprechen, dass die Zeit dort fast stillsteht. Es ist natürlich keine echte Verlangsamung der Zeit im relativistischen Sinne, aber es ist ein Bild, das etwas Wahres in sich trägt.

14:10 An den kältesten Orten des Universums bewegt sich die Materie kaum noch. Die Welt erstarrt in einem Zustand tiefer, tiefer Ruhe. Lass uns noch einen letzten Ort besuchen, bevor wir uns auf den Rückweg machen, es ist ein Ort mitten in unserer Galaxis, auf den ersten Blick hat dieser nichts mit Kälte zu tun und dennoch in der Geschichte die tiefsten Temperaturen des Universums umfasste die molekularen Wolken. Im Universum gibt es riesige Ansammlungen von Gas und Staub, die Astronom innen als molekulare Wolken bezeichnen. In ihnen entstehen neue Sterne.

14:46 Der bekannteste dieser Gebiete ist der Orionnebel, zu der wir auch schon eine Wolke gemacht haben, er ist etwa 1344 Lichtjahre entfernt mit einem Durchmesser von 24 Lichtjahren, in seinem Innern entstehen gerade jetzt neue Sterne. Doch nicht überall in solchen Wolken wird es warm in den dichten, dunklen Kernen dieser Wolken, wo kein Sternlicht eindringt und die Dichte des Gases so hoch ist, dass die Strahlung von außen abgeschirmt wird, kann die Temperatur nur auf wenige Kelvin sinken. Manche dieser Kerne erreichen Temperaturen von 7 bis 10 Kelvin.

15:19 Das sind Orte, an denen die Materie in einem Zustand tiefster Erstarrung verharrt, bevor die Schwerkraft langsam die Überhand gewinnt. Das Gas zusammenpresst, es dadurch erhitzt und schließlich einen neuen Stern entzündet. Diese Kälte ist also nicht das Ende, sie ist der Anfang aus den kältesten, stillsten Ecken des Universums entstehen die hellsten Feuer diese Vorstellung trägt etwas Tröstliches in sich, Stille ist kein Stillstand. Ruhe ist keine Leere in der tiefsten Kälte des Kosmos wartet der Samen des nächsten Lichts.

15:52 Nun wenden wir uns um, begleiten zurück, weg von den gefrorenen Randbereichen des Kosmos, weg von den Planetarischen Nebeln und molekularen Dunkelwolken, Weg von Laboratorien, in denen Menschen den absoluten Nullpunkt berühren. Vor uns liegt wieder die vertraute Weite des Universums, und irgendwo dort, am Ende dieser kosmischen Reise, wartet unser Ausgangspunkt, die Erde. Du Gleitest zurück zur Erde, durch die eisige Stille des Weltraums, durch die Wärme der Atmosphäre, durch die sanfte Nachtluft.

16:23 Du liegst an einem Bett und du bist warm, du bist geborgen und du bist an dem einzigen Ort im bekannten Universum, an dem das Leben einfach möglich ist. Gute Nacht, träumt von stiller Kälte und dem warmen, beständigen Licht, das darauf erwächst.