Wie weit kann man zurückblicken? Position des Urknalls?

Vielleicht ist da nicht "nichts", aber mit Sicherheit kein Raum, so wie wir ihn kennen bzw. uns vorstellen. Dieser befindet sich ausschließlich innerhalb des Universums. Die Physiker, die erklären können, was sich außerhalb des sich ausdehnenden Universums befindet, erhalten mit Sicherheit den Nobelpreis für Physik.

... oder eine weiße Jacke mit ganz langen Ärmeln.
Um ein "außerhalb"  erklären zu können, müsste es ja zunächst erst einmal definiert werden. Und daran scheitert es schon.
Uns spielt hier der sogenannte "gesunde Menschenverstand" einen Streich, nach dem in unserer naiven Vorstellung das Universum trotz allem Wissen eine Art dreidimensionale Kugel ist, die sich einfach ausdehnt (und der Inhalt unser sichtbares Universum wäre).
Das ist die Gefahr, wenn man Modelle zur Veranschaulichung zu genau nimmt und die vereinfachungen als gegeben hin nimmt.

Vielleicht wird es so deutlicher:
Stelle Dir die Fläche einer Kugel vor. Welche Fläche hat die Kugel außerhalb ihrer Kugelfläche? (Wo ist auf dieser zweidimensionalen Fläche "außerhalb"?)
Die Frage macht irgendwie schon nicht so richtig Sinn, nicht?
Genau so geht's dem Universum auch. 

Momentan tue ich mich noch sehr schwer daran von dieser Kugelförmigen ausdehnung wegzukommen, wie es bei einer normale Explosion der Fall wäre, und zu erkennen dass jeder Punkt des Universum der Mittelpunkt ist und man in alle richtungen gleich weit schaut.

... oder eine weiße Jacke mit ganz langen Ärmeln.
Um ein "außerhalb"  erklären zu können, müsste es ja zunächst erst einmal definiert werden. Und daran scheitert es schon.

Wenn man an diese "Quantenschaum"-Hypothesen denkt, könnte das in der Tat geschehen. 

Aber du hast natürlich recht, dass unser Verstand da ausetzt. Raum ist überall und die Vorstellung von einem "Rand" können wir eigentlich nicht erfassen - noch nicht einmal seine Krümmung.

Momentan tue ich mich noch sehr schwer daran von dieser Kugelförmigen ausdehnung wegzukommen, wie es bei einer normale Explosion der Fall wäre, und zu erkennen dass jeder Punkt des Universum der Mittelpunkt ist und man in alle richtungen gleich weit schaut.

Tja, vieleicht hilft da wieder ein Modell? Stell dir einen idealen Luftballon vor, der sich von einem Punkt bis zu einer beliebigen Größe aufblasen lässt. Der quasi-punktförmige Ballon wäre natürlich der Ort, an dem der Urknall stattfindet. Stell dir weiter zweidimensionale Lebensformen vor, die sich irgendwann auf dessen Oberfläche entwickeln. Denen würde ein Sinn für eine dritte Dimension fehlen, und daher könnten sie weder die Krümmung der Ebene bemerken, in der sie leben, noch deren Rand. Die größer werdende Ausdehnung könnten sie allerdings schon bemerken, da sich die Dinge immer weiter von ihnen entfernen würden. So ähnlich dürfte es uns gehen. Die zusätzlichen Dimensionen, mit denen Physiker und Mathematiker problemlos rechnen können, lassen sich mit unseren Sinnen nicht wahrnehmen.

Also heisst das im Gunde, dass man akzeptieren muss, dass es einfach so ist?

Es gibt ja noch die Theorien mit Paralleluniversen, die da ansetzen, wo die Urknalltheorie nicht weiter kommt.
Das fasznierende dran ist, dass es Paralleluniversen gäben kann, man hat schon Berechnung dazu angestellt.

Tja, vieleicht hilft da wieder ein Modell? Stell dir einen idealen Luftballon vor, der sich von einem Punkt bis zu einer beliebigen Größe aufblasen lässt. Der quasi-punktförmige Ballon wäre natürlich der Ort, an dem der Urknall stattfindet. Stell dir weiter zweidimensionale Lebensformen vor, die sich irgendwann auf dessen Oberfläche entwickeln. Denen würde ein Sinn für eine dritte Dimension fehlen, und daher könnten sie weder die Krümmung der Ebene bemerken, in der sie leben, noch deren Rand. Die größer werdende Ausdehnung könnten sie allerdings schon bemerken, da sich die Dinge immer weiter von ihnen entfernen würden. So ähnlich dürfte es uns gehen. Die zusätzlichen Dimensionen, mit denen Physiker und Mathematiker problemlos rechnen können, lassen sich mit unseren Sinnen nicht wahrnehmen.

Wenn die zweidimensionalen Lebensformen auf der Oberfläche des Ballons tief genug in irgendeine Richtung schauen würden, würden sie sich selbst auf den Hintern schauen. Heisst es, wenn wir auch tief genug schauen, dass wir uns dann selbst auf den Rücken schauen? (angenommen die Erde würde die Zeit bis zum Ankommen des eigenen Lichtes überdauern).

Zitat

Tja, vieleicht hilft da wieder ein Modell? Stell dir einen idealen Luftballon vor, der sich von einem Punkt bis zu einer beliebigen Größe aufblasen lässt. Der quasi-punktförmige Ballon wäre natürlich der Ort, an dem der Urknall stattfindet. Stell dir weiter zweidimensionale Lebensformen vor, die sich irgendwann auf dessen Oberfläche entwickeln. Denen würde ein Sinn für eine dritte Dimension fehlen, und daher könnten sie weder die Krümmung der Ebene bemerken, in der sie leben, noch deren Rand. Die größer werdende Ausdehnung könnten sie allerdings schon bemerken, da sich die Dinge immer weiter von ihnen entfernen würden. So ähnlich dürfte es uns gehen. Die zusätzlichen Dimensionen, mit denen Physiker und Mathematiker problemlos rechnen können, lassen sich mit unseren Sinnen nicht wahrnehmen.

Wenn die zweidimensionalen Lebensformen auf der Oberfläche des Ballons tief genug in irgendeine Richtung schauen würden, würden sie sich selbst auf den Hintern schauen. Heisst es, wenn wir auch tief genug schauen, dass wir uns dann selbst auf den Rücken schauen? (angenommen die Erde würde die Zeit bis zum Ankommen des eigenen Lichtes überdauern).

Dieses um eine Dimension reduzierte Bild einer Kugel ist dynamisch. Das heißt, auch hier können wir Raum und Zeit nicht entkoppelt von einander betrachten. Die Zeitachse wäre in diesem Bild der Radius entlang dem sich die Kugel ausdehnt. Aktuell sind wir auf dem Radius bei 13,7 Milliarden Jahre angekommen. Wollen wir nun einmal im Kreis schauen, also um die Kugel herum auf unseren Hinterkopf, kann dieser durchaus weiter als 13,7 Milliarden Lichtjahre entfernt sein, da das Licht den kompletten Umfang durchreisen müsste. In diesem Fall wäre der Hinterkopf unseres jüngeren Ichs nicht mehr Teil des von uns beobachtbaren Universum, da er sich mit mehr als Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen würde.
Dabei legt das Licht in dieser dreidimensionalen Raumzeit keine Kreisbahn, sondern einen nach außen gerichteten Spiralweg zurück.

Sollte sich das Universum insgesamt langsam genug ausdehnen, dass unser "junger Hinterkopf" (unsere Milchstraße in jungen Jahren) "vor" dem Urknall bzw. dessen Derivate zu sehen ist, sollte dieser allerdings in jeder beliebigen Richtung zu sehen sein ((Schnittpunkt der Lichtkurven in einem Punkt der Raumzeit). Ansonsten wäre dieser "hinter" dem uns theoretisch sichtbaren Unsichtbarkeitsgrenze, also der Zeitpunkt an dem das Universum durchsichtig wurde. In einer vierdimensionalen Raumzeitbetrachtung, geht dieses "hinter". 

Auch hier gilt:
Dieses Bild von einer Kugel und eines zweidimensionalen Raumes, der sich entlang eines Radius ausdehnt, ist lediglich der Versuch ein anschauliches Bild für einige eigentlich unanschaulichen Aspekte des Universum zu gestalten. Es ist kein reduziertes "Bild" für das Universum selbst. Deswegen sind Verallgemeinerungen (auch meine hier geäußerten) mit äußerster Vorsicht zu betrachten.

Radius des Universum = 46 Milliarden Lichtjahre!

Die Zeitachse wäre in diesem Bild der Radius entlang dem sich die Kugel ausdehnt. Aktuell sind wir auf dem Radius bei 13,7 Milliarden Jahre angekommen.

Das alter des Universum ist natürlich nicht identisch mit der gegenwärtiger Ausdehnung. Aus unerklärlichen Gründen hat schon 7 Miliarden nach dem Urknall die schwarze Energie sehr stark an Dominanz gewonen und das hat zu Folge dass das Universum sich immer schneller ausdehnt.

Gegenwärtige Daten sprechen von einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren und die Galaxien erreichen dort schon die dreifache Lichtgeschwindigkeit. Objekte, die jetzt in einer Entfernung von 46 Milliarden Jahren Licht abstrahlen, werden wir natürlich niemals sehen können. Es gibt eine Grenze, wir sprechen vom Ereignishorizont, der heute bei etwa 17 Milliarden Lichtjahre liegt. Jenseits des kosmischen Ereignishorizonts kann uns das Licht niemals erreichen, da der Raum zwischen ihnen und uns zu schnell expandiert.

Als Beispiel nehmen wir Quasar SDSS 1044-0125 mit einer Rotverschiebung von 5,8 und einer Entfernung von 12,8 Mrd. Lichtjahren. Heute ist dieser Quasar mehr als 27 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Als das Licht ausgesandt wurde, war der Quasar nur 4 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.
Bedingt durch die Expansion des Universum  hat das Licht nicht nur 4 Milliarden Jahre benötigt, bis es uns erreicht hat, sondern fast 13 Milliarden Jahre. Ja, das ist mitunter sehr schwer zu verstehen, ist aber Fakt.

Noch ein Beispiel, Abell 1835 IR1916 mit einer Rotverschiebung 10, ist heute über 31 Milliarden Lichtjahre entfernt.

Ja, und die weitere Entwicklung des Universum, mit der stetigen Zunahme der schwarzen Energie, verspricht nicht gutes.

Das ist eine der besten Erklärungen, die ich bisher zu diesem Thema gelesen habe.
Vielen Dank!

sprich, es wird also immer dunkler um uns herum, da immer mehr Objekte (also Galaxien  hauptsächlich) aus unserem "Ereignishorizont" hinauswandern.

Radius des Universum = 46 Milliarden Lichtjahre, 2

Wie ich schon schrieb, das beobachtbare Universum hat einen Radius von 46 Mrd. Lichtjahren, heisst natürlich nicht, dass wir jetzt Licht empfangen, das in 46Mrd. Lichtjahren Entfernung ausgesandt wurde. Das ist absolut unmöglich.

Wir sprechen vom Ort als das Licht, das wir jetzt empfangen, ausgesandt wurde, ist heute 46 Mrd. Lichtjahre von uns entfernt.
 
Aber, der Ort als das Licht ausgesandt hatte, war natürlich viel dichter dran. Berechnungen sprechen von etwa 40Millionen Lichtjahren.

Der beobachtbare Universum ist auch identisch mit dem Partikelhorizont. Auf dem Diagramm (Link) können wir auch die Grösse das beobachtbaren Universums für andere Zeiten ablesen. Also, bei einem Alter von 5 Milliarden Jahren war der Partikelhorizont in etwa 16 Milliarden Lichtjahren. Mit anderen Worten, das Universum hatte damals einen Radius von 16 Milliarden Lichtjahren.

 http://www.physics.uq.edu.au/download/tamarad/astro/scienceimages/SpacetimeDiagramPH.jpg

Gegenwärtige Daten sprechen von einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren und die Galaxien erreichen dort schon die dreifache Lichtgeschwindigkeit.

Danke für die Erklärung. Du scheinst dich wirklich auszukennen. Aber das verstehe ich irgendwie noch nicht so ganz.
Wie kann etwas die dreifache Lichtgeschwindigkeit haben? Die Lichtgeschwindigkeit ist doch nach aktueller Theorie eine absolute Grenze.
Dann gibt es noch die relative Geschwindigkeit. Aber sogar wenn sich zwei Körper mit Lichtgeschwindigkeit exakt voneinander wegbewegen kann die relative Geschwindigkeit doch nur die doppelte Lichtgeschwindigkeit betragen - oder nicht?

Gegenwärtige Daten sprechen von einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren und die Galaxien erreichen dort schon die dreifache Lichtgeschwindigkeit. Objekte, die jetzt in einer Entfernung von 46 Milliarden Jahren Licht abstrahlen, werden wir natürlich niemals sehen können. Es gibt eine Grenze, wir sprechen vom Ereignishorizont, der heute bei etwa 17 Milliarden Lichtjahre liegt. Jenseits des kosmischen Ereignishorizonts kann uns das Licht niemals erreichen, da der Raum zwischen ihnen und uns zu schnell expandiert.

Ich habe das mit dem Ereignishorizont eigentlich so verstanden, dass dies Objekte umfasst, deren Licht uns noch nicht erreicht hat. Aber theoretisch müsste doch ein Objekt, das jetzt in einer Entferung von 46 Mrd LJ Licht abstrahlt, in 46 Mrd Jahren + der Geschwindigkeit in der wir uns wegbewegen, hier zu sehen sein, oder nicht? Das wäre aber nicht "nie".
Oder haben wir es hier mit einer Frage der Raumkrümmung o.ä. zu tun?

Zitat von: Gast-N am 12. November 2012, 09:45:12

Gegenwärtige Daten sprechen von einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren und die Galaxien erreichen dort schon die dreifache Lichtgeschwindigkeit.

Danke für die Erklärung. Du scheinst dich wirklich auszukennen. Aber das verstehe ich irgendwie noch nicht so ganz.
Wie kann etwas die dreifache Lichtgeschwindigkeit haben? Die Lichtgeschwindigkeit ist doch nach aktueller Theorie eine absolute Grenze.
Dann gibt es noch die relative Geschwindigkeit. Aber sogar wenn sich zwei Körper mit Lichtgeschwindigkeit exakt voneinander wegbewegen kann die relative Geschwindigkeit doch nur die doppelte Lichtgeschwindigkeit betragen - oder nicht?

Zitat

Gegenwärtige Daten sprechen von einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren und die Galaxien erreichen dort schon die dreifache Lichtgeschwindigkeit. Objekte, die jetzt in einer Entfernung von 46 Milliarden Jahren Licht abstrahlen, werden wir natürlich niemals sehen können. Es gibt eine Grenze, wir sprechen vom Ereignishorizont, der heute bei etwa 17 Milliarden Lichtjahre liegt. Jenseits des kosmischen Ereignishorizonts kann uns das Licht niemals erreichen, da der Raum zwischen ihnen und uns zu schnell expandiert.

Ich habe das mit dem Ereignishorizont eigentlich so verstanden, dass dies Objekte umfasst, deren Licht uns noch nicht erreicht hat. Aber theoretisch müsste doch ein Objekt, das jetzt in einer Entferung von 46 Mrd LJ Licht abstrahlt, in 46 Mrd Jahren + der Geschwindigkeit in der wir uns wegbewegen, hier zu sehen sein, oder nicht? Das wäre aber nicht "nie".
Oder haben wir es hier mit einer Frage der Raumkrümmung o.ä. zu tun?

Nein wir haben es nicht mit der Raumkrümmung, sondern der Raumexpansion zu tun.
Der Raum selbst expandiert, nicht nur die "Materie".

Stell dir eine Rolltreppe vor. Auf der Rolltreppe läuft ein Mann auf dich zu, er bewegt sich relativ zur Rolltrepe mit 1m/s, die Rolltreppe fährt aber mit 1m/s von dir weg. Er kommt also nie bei dir an.
Nun stellen wir uns mal vor, die Rolltreppe fährt schneller, je weiter sie von dir weg ist. Ist mit einer Rolltrepe zwar nicht möglich, aber stellen wir uns die Rolltreppe mal als sehr dehnbares Gummimaterial vor^^. Je weiter es weg ist, desto schneller bewegt es sich. Obwohl also der Mann mit1m/s auf dich zukommt, wird er sich immer weiter entfernen, da die Rolltreppe unter ihm immer schneller wird!

Mann = Photon, Rolltreppe = Raum. Dieser Schritt ist natürlich schwer, weil man sich nur schwer vorstellen kann, wie sich der Raum ausdehnen soll. Tut er aber^^ (wurde hier in dem Thread und in anderen auch schon zig mal erklärt eigentlich^^).

Jednfalls das Photon einer so weit entfernten Galaxie bewegt sich natürlich mit Lichtgeschwindigkeit c, doch wie weiter oben GastN schon geschrieben hat, entfernen sich diese Galaxien durch die Raumexpansion, weil der Raum ,in dem sie sindm sich also von uns gesehen wegbewegt, mit Geschwindigkeiten um 2-3c, also schneller als Licht. Das Photon kommt also nicht mehr bei uns an, sondern entfernt sich weiter. und immer schneller.

Das war eine sehr einleuchtende Erklärung. Denk jetzt hab ichs, Dankeschön!
Dehnt sich der Raum also (nicht von uns aus gesehen, sondern "objektiv") überall und in alle Richtungen gleich schnell aus? Oder nimmt die Geschwindigkeit relativ zur Entferung zum Urknall-Punkt zu? So wie ich das jetzt verstanden hab, das 2.? Und wenn ja, nimmt diese Ausdehnungsgeschwindigkeit linear oder exponentiell zu? Weiß man das überhaupt schon? 

ne er dehnt sich überall gleich aus, der Urknallpunkt, wie du ihn bezeichnest ist überall, eben weil er sich ja ausdehnt.

Ein Punkt entfernt sich schneller, je weiter er von uns schon weg ist, weil die Raumexpansion quasi über die Entfernung aufaddiert wird.

Punkt A ist 1 Lichtjahr weg, bewegt sich X cm von uns weg pro Jahr (alleine durch die Expansion). Punkt B ist 2 Lichtjahre weg von uns, 1 Lichtjahr weg von A. Also bewegt ich B von A ja auch mit X cm von uns weg, weil die Expansionsrate ja überall gleich ist. Von uns bewegt er sich scheinbar also mit 2X cm pro Jahr weg.

Müssten sich nicht dann auch die Räume zwischen in der Materie zwischen den Atomen ausdehnen - und dann letztlich alle Verbindungen von Kernen und Elektronen auseinanderreissen?
Oder wirkt da die Gravitation in mikroskopischen Räumen ausreichend dagegen, d.h. der Effekt ist nur makroskopisch beobachtbar?

Expansion des Universum

Die Expansion des Universum, vorausgsetzt das die Daten auch stimmen, nimmt natürlich mit der Entfernung zu. Wie ich schon geschrieben habe, um die 7Mrd Jahre nach dem Urknall hat sich die Expansion verlangsamt, es war ein Gleichgwicht zwischen den Kräften (dunkle Materie und Energie) und danach hat sich das Universum bis in die heutige Tagen immer schneller ausgedehnt. 

Nach Angaben einiger amerikanischer Astronomen, vorausgesetzt sie wird immer dominanter und keine andere Kraft sie auch bändigen wird, kann die dunkle Energie das ganze Universum auch zerressen. Die Bindungen zwischen den Atomen hören auf zu existieren und das Universum zerfällt zu "Staub".   
Es wäre vergleichbar, wenn wir es erleben, als eine gigantische schwarze Wand auf uns zukommt und das Ende besiegelt

Ereignishorizont

Ich habe das mit dem Ereignishorizont eigentlich so verstanden, dass dies Objekte umfasst, deren Licht uns noch nicht erreicht hat. Aber theoretisch müsste doch ein Objekt, das jetzt in einer Entferung von 46 Mrd LJ Licht abstrahlt, in 46 Mrd Jahren + der Geschwindigkeit in der wir uns wegbewegen, hier zu sehen sein, oder nicht? Das wäre aber nicht "nie".
Oder haben wir es hier mit einer Frage der Raumkrümmung o.ä. zu tun?

Das Licht von Objekten die sich ausserhalb des Ereignishorizont befindet, also ab 17 Mrd Lichtjahren, wird uns nicht erreichen. Möchte aber noch unterstreichen dass das Ereignishorizont auch expandiert und über die Nuancen in diesen Zusammenhang werde ich nicht eingehen.   

Berechnungen die gemacht wurden, haben ergeben das in 100 Mrd. Jahren nur noch unsere Milchstrasse im beobachtbaren Universum befindet, alle anderen Galaxien werden nicht mehr sichtbar sein. Alle Objekte die  heute 5 Millionen Lichtjahren von uns entfernt sind, werden in 130 Mrd. Jahren  das Ereignishorizont überschreiten.

Müssten sich nicht dann auch die Räume zwischen in der Materie zwischen den Atomen ausdehnen - und dann letztlich alle Verbindungen von Kernen und Elektronen auseinanderreissen?
Oder wirkt da die Gravitation in mikroskopischen Räumen ausreichend dagegen, d.h. der Effekt ist nur makroskopisch beobachtbar?

tatsächlich denen sich wohl auch die Räume zwischen Atomen aus, doch überleg mal, da ist der abstand von punkt A zu B seeeehr klein, also auch die Geschwindigkeit mit der sich der Raum ausdehnt relativ zueinander. Diese langsame Expansion auf kleinem Maßstab können die Kräfte der Kernkraft locker ausgleichen. Genauso auch noch im Galaxien-Maßstab. Galaxien zerreißt es nicht, da die Gravitation sie zusammenhält. Selbst größere Strukturen, wie Galaxienhaufen usw halten das aus^^
(ich hoff, alles was ich schreib ist richtig )

Zitat von: Caladaris am 12. November 2012, 16:17:20

Müssten sich nicht dann auch die Räume zwischen in der Materie zwischen den Atomen ausdehnen - und dann letztlich alle Verbindungen von Kernen und Elektronen auseinanderreissen?
Oder wirkt da die Gravitation in mikroskopischen Räumen ausreichend dagegen, d.h. der Effekt ist nur makroskopisch beobachtbar?

tatsächlich denen sich wohl auch die Räume zwischen Atomen aus, doch überleg mal, da ist der abstand von punkt A zu B seeeehr klein, also auch die Geschwindigkeit mit der sich der Raum ausdehnt relativ zueinander. Diese langsame Expansion auf kleinem Maßstab können die Kräfte der Kernkraft locker ausgleichen. Genauso auch noch im Galaxien-Maßstab. Galaxien zerreißt es nicht, da die Gravitation sie zusammenhält. Selbst größere Strukturen, wie Galaxienhaufen usw halten das aus^^
(ich hoff, alles was ich schreib ist richtig )

Nur kurz:

Die Gravitation ist nicht in der Lage die Galaxien und insbesondere die Sterne, wobei die Sterne am Rand sich schneller als innerhalb bewegen, auch stabil zu halten. Die Gravitation ist ganz einfach zu klein, es fehlt einfach an Masse damit die Berechnung mit der Beobachtung übereinstimmt. Damit aber die Gleichung auch ausgeht, brauchen wir einen Betrag von rund 25%, wir nennen sie die schwarze Materie.

Vielen Dank für die Erklärungen.
Müsste mich mal weiter da einlesen, leider ist es nicht so leicht ein aktuelles Buch zu finden wofür man kein Physikstudium hinter sich haben muss, aber das sich auch gleichzeitig nicht in Trivialitäten und Pauschalaussagen verliert.

Bin mal gespannt, was wir in nächster Zeit neues über die dunkle Materie rausfinden werden.