Raumzeit

mahlzeit zusammen,

also, heut ist mir doch grad mal eine Frage eingefallen bzw. hat sich ein Verständnis Problem herausgestellt. Ich bitte um Klärung meines verschrobenen Gedankenganges. Danke.
Folgendes. Wir schauen mit unseren Teleskopen und unseren Augen in den Himmel und sehen ja praktisch in die Vergangenheit. Denn das Licht ist mit c vom entsprechenden "Sender" (Stern o.ä.) ja zu uns unterwegs. Wenn wir nun hier Sterne beobachten, die rund 13 Milliarden Jahre alt sind ist dies doch nicht mit der Audehnung des Weltalls vereinbar, oder? Wie schnell hat sich denn der Raum in den Dimensionen ausgebreitet? Wenn ein Raum nach dem BigBang entstanden ist und mit ihm die sichtbare und unsichtbare Masse des Universums, so haben sich doch relativ zügig die ersten Sterne in Galaxien gebildet. Deren Licht müsste uns doch dann seit Millarden Jahren hinterher eilen bzw. sehen wir nicht das "alte" Licht sondern das uns begleitende? oder?
Ich bin etwas verwirrt mit dieser Frage in meinem Kopf. Eventuell hat es jemand verstanden was ich meine.

Gruß
der neo

Hallo,

also eine erste Antwort aus der Relativitätstheorie ist:
Licht breitet sich immer mit c aus. Es gibt kein ausgezeichnetes Bezugssystem, alle sind gleichwertig. Also egal wie wir uns, andere Beobachter und andere Sterne sich bewegen, bei jedem kommt Licht mit c an und geht mit c wieder weg.
Es gibt also nicht "uns begleitendes Licht", das mit einer geringeren Relativgeschwindigkeit neben uns "herfliegt". (So habe ich zumindest deine Äußerungen verstanden.)

hm,
ich meinte das eher so: wenn wir rund 13 milliarden jahre in die vergangenheit schauen, müsste doch unser sonnensystem, unsere galaxie aufgrund der noch nicht vorhandenen ausdehnung des universums dem entsprechenden stern näher sein.
es hiße ja, das das licht vor 13 milliarden mit c sich ausbreitete, bloß das universum war ja noch nicht in den ausmaßen vorhanden, wenn es grad mal 1 milliarde alt ist...ausdehnung/umkehrung?
 :-?

Wenn sich seit damals der Raum nicht ausgedehnt hätte wäre das Licht ja auch nach 1Mrd. Jahre bei uns gewesen. Aber die zurückzulegende Strecke ist länger geworden seit das Lichtteilchen losgeflogen ist.
Das Beispiel mit 1Mrd. Jahre dürfe allerdings nicht hinhauen, nach heutiger Sichtweise hat sich der Raum "am Anfang" inflationär also "explosionsartig" ausgedehnt, so das zu Sternentstehungszeiten das Universum wohl schon wesentlich größer als 1Mrd Lichtjahre Durchmesser war, die Strecke hat sich also nicht mehr soo dolle ausgedehnt seit Abflug des Lichtteilchens.
(siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Inflation%C3%A4res_Universum)
Inzwischen dehnt es sich "ganz gemütlich" aus allerdings entfernen sich Dinge die weit genug weg sind allein durch die Raumausdehnung mit Überlichtgeschwindigkeit, so das wir nie Licht von ihnen sehen werden. (stimmt das so? ich bin immer super vorsichtig bei "Überlichtgeschwindigkeit )

So "gemütlich" dehnen wir uns dann doch nicht aus ... es geht doch nach heutigen Erkenntnissen beschleunigt von statten.

Moin Neo,

in Deinem Beitrag sind Fragen und Antworten, die wir erst einmal auseinander dröseln sollten.

Wenn wir Sterne beobachten die rund 13 Milliarden Jahre alt sind ist dies doch nicht mit der Audehnung des Weltalls vereinbar ?

Das eine hat mit dem anderen nichts zutun.

Wo sind diese 13 x 10⁹ Jahre alten Sterne, in einer Entfernung von 10 Lj oder in einer Galaxie, deren Photonen 13 x 10⁹ Lj zu Dir unterwegs waren?
Bei der Galaxie musst Du bedenken, dass hier nicht die Entfernung gemeint ist, sondern die Lichtlaufzeit.

Wie schnell hat sich denn der Raum in den Dimensionen ausgebreitet?

Du meinst sicher: Wie weit hat sich der sichtbare Raum ab dem Urknall bis jetzt ausgebreitet?: Der heute errechnete Partikelhorizont (Grenze des beobachtbaren Universum) liegt bei 45 x 10⁹ Lj.

Wenn ein Raum nach dem BigBang entstanden ist und mit ihm die sichtbare und unsichtbare Masse des Universums, so haben sich doch relativ zügig die ersten Sterne in Galaxien gebildet.

Jau das ging relativ schnell, man kennt ja Galaxien in einer Entfernung von ~ 13 x 10⁹ Lj, also sind sie bereits ~ 900.00 Jahre nach dem Urknall entstanden. Natürlich sind die Sterne in diesen Galaxien noch etwas älter, denn erst sind die Sterne entstanden und aus deren Anhäufungen (Sternkonzentrationen) konnten sich ja erst Galaxien bilden.

Deren Licht müsste uns doch dann seit Millarden Jahren hinterher eilen bzw. sehen wir nicht das "alte" Licht sondern das uns
begleitende? oder?

Wenn Du der Betrachter bist, dann kommen elektromagnetische Wellen, so auch das für Dich sichtbare das Licht (Photonen), auf Dich zu, ausgesandt z.B. von solch einer entfernten Galaxie.

Jerry

Moin Neo,

sorry, hatte noch was vergessen.

Du schreibst: Wenn wir Sterne beobachten die rund 13 Milliarden Jahre alt

Also die wirst Du nicht sehen, denn das wären ja Sterne der *Population III*, oder auch *primordiale Sterne* genannt. Diese Sterne stammen aus der Gründerzeit unseres sichtbaren Universums und sind wohl heute nicht mehr existent.

Jerry

moinsen,
hmm, so recht möchte ich mein fehldenken noch nicht eingestehen.

wenn wir uns nach draußen begeben und in den sternenhimmel schauen, sehen wir photonen von weit entfernten sternen auf unser auge treffen. diese photonen sind über 13 milliarden jahre unterwegs gewesen, denn sie spiegeln ja die vergangenheit wieder. sprich: wir können mit dem blick ins all in die vergangenheit, ja bis zum beginn des universum schauen (hintergrunddtrahlung, mikrowellen).
wenn aber diese photonen 13 milliarde jahre in c unterwegs waren und jetzt auf unser auge treffen und das universum erst 14,xx milliarden jahre existiert, müssten sich doch die entfernungen von "uns" zu diesem "stern" innerhalb einer milliarde jahren gebildet haben, oder?

wo liegt mein denkfehler?

verwechsel ich zeit mit entfernung? das universum aber kann sich doch nur mit der geschwindigkeit c ausgebreitet haben. also max. 14,xx milliarden lichtjahre...

danke, neo

Moin neo,

sehen wir photonen von weit entfernten sternen auf unser auge treffen. diese photonen sind über 13 milliarden jahre unterwegs gewesen, denn sie spiegeln ja die vergangenheit wieder. sprich: wir können mit dem blick ins all in die vergangenheit, ja bis zum beginn des universum schauen

Jau, Du siehst dann die *Baby-Galaxie*; die sich natürlich durch Expansion des gesamten Raumes zwischenzeitlich von uns weiter entfernt hat.

das universum aber kann sich doch nur mit der geschwindigkeit c ausgebreitet haben. also max. 14,xx milliarden lichtjahre

Nein, das war nicht so. Zwischen den Zeitpunkten 10^[ch8722]35 s und 10^[ch8722]33 s (Inflation) nach dem Urknall dehnte sich der Raum um einen Faktor von etwa 10⁵⁰ aus, also mit *Überlichtgeschwindigkeit*, was bedeutet, dass das unsichtbare Universum weitaus größer ist als das sichtbare Universum.

Jerry

moinsen jerry

merci, die ausdehnung per überlichtgeschwindigkeit im enstehungspunkt des universums war mir nicht bekannt. wenn dies stimmen sollte, erklärt sich meine frage von selbst.
die distanzen wurden also vor enstehung der galaxien schon geschaffen, allerdings müsste sich die materie dann ja mit verteilt haben.

der
neo :-?

Moin neo,

die distanzen wurden also vor enstehung der galaxien schon geschaffen, allerdings müsste sich die materie dann ja mit verteilt haben.

Bitte beachte: Ausdehnung des Raumes in *Überlichtgeschwindigkeit*, nicht die
*überlichtschnelle Ausdehnung* im Raum.

Kurz gesagt: der Raum selbst hat sich *überlichtschnell* ausgedehnt; aber nicht die in ihm enthaltene Materie, die ist lediglich in *Lichtgeschwindigkeit* expandiert.

Und wenn sich danach das *unsichtbare* Universum (der Raum) und das *sichtbare* Universum (das was wir sehen können) gemeinsam in Lichtgeschwindigkeit weiter ausgedehnt haben sollten, dann kann das *sichtbare* Universum den Rand oder das Ende des *unsichtbaren* Universums nicht einholen.

Ich schreibe *sollten*; das hat den Grund, dass man natürlich nicht sagen kann, ob es so passiert ist, denn wir sehen ja nur den Zustand von vor 13,? x 10⁹ Jahren. Und  Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Ausdehnung des *sichtbaren* Raumes in der Zwischenzeit nicht konstant in Lichtgeschwindigkeit erfolgte.

Jerry  

Ich denke, es kann sich kein Raum ausbreiten ohne daß er von Teilchen aufgespannt wird.  Das heißt man kann nicht Raum losgelöst von Materie (Teilchen) betrachten, den ohne diese existiert der Raum nicht. Damit meine ich _nicht_, daß es Vakuum nicht geben kann wenn da nichts drinne ist, sondern daß Raum nur zwischen Teilchen geben kann und nicht "ausserhalb".

Wie kommst du zu dieser Vermutung SW?
Auf den ersten Blick frage ich mich da z.B. wie soll der Raum wissen ob irgendwo zwischen ihm und "außen" noch ein Teilchen kommt? Und wenn das Teilchen mal wegfliegt?
Teilchen können sich außerdem nur IM Raum bewegen, wie soll sich da der Raum weiter ausdehnen? Er müsste ja von einem Teilchen aufgespannt werden was sich nicht IM Raum bewegt ...  :-?

Ich denke daß der Raum von den Teilchen mit ihren Feldern erschaffen wird.
Das heist, das nicht im Raum sich Materie befinden, sondern daß man den Raum als Umgebung und Produkt der Materie betrachten muß, wobei die nähere Materie mit ihrer Wirkung bei der Gestaltung des Raumes dominiert.  Auf kleinsten Dimensionen sind das die Kernkräfte und auf größten Dimensionen ist es die die Gravitation gefolgt von der Elektromagnetischen Kraft.

Gedanken hierzu wurden irgendwann anfangs des 20.Jahrhunderts von  Ernst in seinen nach ihm benannten  »Machsches Prinzip«  erstmals formuliert.

Wenn es keinen absoluten Raum gibt kann sich dieser auch nicht ausbreiten. Was sich ausbreitet ist Materie. Wo Materie ist ist Raum - könnte sich nicht der Raum mit der Materie ausbreiten?

Man mag sich den Raum irgendwo im "Nichts" noch vorstellen aber ihn zu untersuchen wird dagegen schwieriger, denn wenn man ihn aufsucht ist da nicht mehr nichts. Das heißt, der Raum dazwischen kann "wissen" das er zwischen zwei Teilchen liegt aus dem einfachen Grunde weil es ihn gibt. Die Frage hat ähnlichen Charakter wie die Frage nach der Zeit vor dem Urknall.  Zusätzlich kommt hinzu, daß man physikalische Eigenschaften praktisch nicht direkt 'absolute physikalische Größen' ermitteln kann sondern zumeist diese nur anhand von "relativen Eigenschaften durch Wechselwirkung' bestimmen kann.  Aber wenn da ein 'großes lokales Nichts' sein soll wird es sehr schwierig wenigstens einen Körper zur Wechselwirkung hinzubringen.

mein problem bleibt immer noch die materie verteilung im raum (universum) nach der überlichtausbreitung des raumes. da die materie sich ja nun nicht mit c ausbreitet (nicht mal annähernd), ist es schwer vorstellbar das die die angaben so stimmen können. wir müssten deutlich älter sein, sonst sind die angaben über (+)13 milliarden jahren lichtjahren entfernung von sternen bzw. deren licht absolut fehlerhaft.

zu absurd?

neo

Das sind ja eigentlich zwei getrennte Fragen. Die eine ist, wie kann sich das Universum kurz nach dem Urknall ploetzlich aufblaehen, ohne dass wir die Lichtgeschwindigkeit verletzen. Dabei muss man aufpassen, was das absolute der Lichtgeschwindigkeit bedeutet - das heisst naemlich <I>nur</i>, dass Information (in welcher Form auch immer) nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen kann. Wenn wir aber mal zwei Punkte im Raum annehmen, diesen Raum ganz ploetzlich ausdehnen, so weiss der eine Punkt nichts von dem anderen. Der Raum dehnt sich zwar aus, Information wird aber nicht uebertragen - man kann nach der Inflation von dem einen Punkt den anderen nicht mehr sehen.
Es gibt immer wieder Verwirrung auch darum, wie sich das Universum ausdehnen kann ins nichts, was denn da vorher war, etc.
Wenn man sich auf die Relativitaetstheorie einlaesst, muss man sich von der klaren Trennung von Masse-Energie-Raum trennen. Nach Newton bestimmt die Masse der Gravitation wie eine Kraft ausgeuebt werden soll, und Kraft bestimmt fuer die Masse, wie sie beschleunigen soll.  Bei Einstein ist das etwas anders: Die Massen-Energie (das ist ja equivalent) bestimmt wie sich die Raumzeit kruemmen soll, und die gekruemmte Raumzeit bestimmt, wie Masse-Energie sich bewegen soll. Also, die Raumzeit ergibt hier erst einen Sinn, wenn Masse/Energie vorhanden ist. Was vor dem Entstehen der Masse/Energie oder vor der Raumzeit ist, ist also eher ein philosophisch/theologisches und nicht ein physikalisches Problem.

Die zweite Frage ist die, warum man Galaxien in 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung sehen kann (na gut, so weit kann man noch nicht sehen, aber beinahe). Seit dem Zeitpunkt, als das Licht von der fernen Galaxie ausgesendet wurde, hat sich der Raum ja auch weiter ausgedehnt. Tatsaechlich siehst Du aber die Galaxie, wie sie vor 13 Milliarden Jahren war und sie hatte also auch nicht einmal eine 1 Milliarde Jahre Zeit fuer die Entstehung. Das ist immer noch ein Problem fuer die Astronomie - wie kann man so schnell Galaxien und Quasare formen?

Hm, ich muss mal lernen mich kuerzer zu fassen.

Gruss
Volker

Moin Volker,

Hm, ich muss mal lernen mich kuerzer zu fassen

Ne, mach mal so weiter; uns hilft das. Danke für diese Klarstellung, wobei jetzt das Grübe,n wieder anfängt.

Jerry

noch mal eine erweiterte frage zu dem gedankenspiel raum-zeit-problem:
sind es von uns aus gesehen in jede richtung des raumes rund 13milliarden lichtjahre zu den am weitesten entfernten objekten, oder ist das universum irgendwo gestaucht bzw. gibt es eine lage im universum für unsere galaxis/sonnensystem/erde? wäre das möglich?

bisher hat mich noch keine antwort zu der lösung der frage über das paradoxon raum/materie verteilung vers. c erhellt. nur die c´ausbreitung des raumes ist interessant.

es grüßt
der
neo  :-/

Hallo neo,

nein, es gibt keine ausgezeichnete/besondere Richtung im Universum. Man sieht in alle Richtungen im Kosmos das gleiche, naemlich ein sich ausdehnendes Universum, und in einer Entfernung von etwa 13 Milliarden Lichtjahren den Mikrowellenhintergrund (das ist der Zeitpunkt, an dem das Universum 'transparent' wurde - man kann sagen, dass vorher alle Lichtstrahlen an Materie haengengeblieben sind).  

Man darf sich die Ausdehnung des Universums eben nicht wie eine Explosion vorstellen, denn es gibt auch keine Galaxien die mehr aussen sind als andere. Es gibt unzaehlige Versuche, das anschaulich zu machen (z.B. mit der Uebertragung des 4-dimensionalen Raum-Zeit Gefueges auf ein 3 dimensionales mit nur 2 Raum und einer Zeitdimension: stell dir vor du kannst nur in 2 Raumdimensionen denken und man setzt dich auf eine Kugel - wenn Du immer in eine Richtung gehst, kommst du wieder am selben punkt an, das versteht ein 2-dimensionales Wesen nicht. Raumausdehnung waere hier das aufblasen der Kugel, und auch da kommst du mit einer 2-dimensionalen Erfahrung nicht weiter). Es hakt natuerlich am Ende daran, dass wir nur dreidimensional denken koennen. Mathematisch ist das alles viel leichter zu erfassen.

Gruss
Volker

hallo volker,

danke für die erhellung meines horizontes.

dennoch bleibt die frage, wenn es vor 13 milliarden jahren sterne/galaxien gab, ist die "verteilung" im raum etwas sonderbar. wenn wir von uns aus den "rand" (hintergrundstrahlung) messen, liegt doch 13 millarden die entfernteste galaxie. der raum breitete sich doch gleichmäßig aus. in was auch immer. ansonsten wäre es doch eine gerichtete verteilung, sozusagen am strang?..
wir messen die hintergrundstrahlung im mikrowellenbereich von vor 13 milliarden jahren, erkennen aber auch licht, das exakt gleichalt ist? müssten wir nicht näher dran an diesem stern/galaxie sein?

sory für die nachfragerei. das raum-zeit gefüge ist wahrlich nicht so einfach greifbar. jedenfals für mich.

es grüßt
neo

wir messen die hintergrundstrahlung im mikrowellenbereich von vor 13 milliarden jahren, erkennen aber auch licht, das exakt gleichalt ist? müssten wir nicht näher dran an diesem stern/galaxie sein?

Du meinst, weil der Urknall etwa 13,8 Milliarden Jahr zurückliegt und die Galaxien erst etwas später entstanden sind, dürften sie jetzt nicht ganz so weit entfernt sein?
Dem ist nicht so!

Man darf sich die Ausdehnung des Universums eben nicht wie eine Explosion vorstellen...!

Seit dem Urknall entsteht Raum und Zeit. Ständig und überall! Auch zwischendurch entsteht ständig neuer Raum. Deshalb entfernen sich weiter entfernte Galaxien viel schneller von uns.

Der Entfernungszuwachs zu einigen Galaxien wächst sogar schneller, als die Lichtgeschwindigkeit.
Das führt dazu, daß wir sie nicht mehr sehen können, weil ihr Licht es nicht mehr schafft, bis zu uns durch zu kommen.

Unser Universum ist größer als 13,8 Millarden Lichtjahre.
Es ist gut möglich, daß es Galaxien gibt, die 20 oder 30 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind - wir können sie aber nicht mehr sehen.

Die Größe des Universums ist nicht gleichzusetzen mir dem von uns beobachtbaren Bereich.

hallo eumel,

danke für die antwort. (jetzt kommt das aber
es mag ja sein, das sich der raum noch immer weiter ausdehnt oder bisher nicht greifabr ist, jedoch verteilt sich die masse (materie/dunkle materie) nicht mit überlichgeschwindigkeit.

und ja, ich meine, die galaxien dürften nicht so weit entfernt sein. licht breitet sich doch mit c gleichmäßig aus. wenn das stimmt was du sagst., dürften wir ja noch entdeckungen von weiter "entfernt" liegenden sternen machen. dem ist aber meiner meinung nicht so..

neo

Materie "verteilt" sich nicht mit Überlichtgeschwindigkeit.
Aber zwischen uns und weit entfernten Objekten entsteht ständig neuer Raum.
Bei den entferntesten Objekten entsteht so viel neuer Raum, daß selbst das Licht es mit c nicht mehr schafft, bis zu uns durchzudringen.

Wir können also nicht neue Entdeckungen von noch weiter entfernt liegenden Sternen machen - im Gegenteil:
Die entferntesten Objekte, die wir jetzt geradenoch so wahrnehmen können, werden irgendwann für uns unsichtbar, weil das Licht nicht schneller kann, als der Raum expandiert.

Hallo miteinander,
ich bin neu hier im Forum. Ich habe (hatte) das gleiche Problem wie neo, glaube aber, das ich es nun verstanden habe: Die Elemente Wasserstoff und Helium (und Spuren der anderen) haben sich erst nach der Inflation des Universums gebildet, auch die heutigen Naturgesetze bekamen ihre Gültigkeit erst dann, einschließlich dem Wert von c. Die Galaxien entstanden demnach dort, wo wir sie heute sehen, d.h. nach Ende der inflationären Ausdehnung plus der ab dann stattgefundenen Expansion.
Liege ich hiermit richtig?
Gernot

tja, hmm.
vorstellen kann ich mir deine ausführungen, gernot, es erklärt aber nicht mein problem mit den distanzen und dem beobachtungsparadoxon (so meine ich) ist das universum eine sphäre? eine sphäre die sich weiter ausdehnt? einige meine nein, einige ja. sehen wir bis zur sichtbaren grenze des universums? warum sind die abstände der massen zueinander so verteilt...