Expansion des Universums

Moin Daniel,

zugegeben, ich habe da meine Probleme mit dem Verstehen der Bestimmung der Entfernung von Galaxien bzw. Galaxienhaufen durch den Nachweis der *Rotverschiebung*, wobei es ja eigentlich die Raumzeitdehnung ist. Andererseits gibt es ja die Rotverschiebung bei Galaxien, die sich durch ihre Eigenbewegung (Rotation) zeigt. Wenn sich diese beobachtete Galaxie nun schnell bewegt, erscheint auf der sich entfernenden Seite die starke Rotverschiebung, adäquat auf der anderen Seite die Blauverschiebung (Dopplereffekt). Wenn Astronomen also eine extrem weit entfernte Galaxie mit einer sehr hohen Rotverschiebung beobachten, kann es dann nicht sein, dass sie sich selbst nicht schnell von uns entfernt (also geringe Raumzeitdehnung), sondern dass diese Galaxie sich äusserst schnell dreht.

Jerry

Moin Daniel,
Wenn Astronomen also eine extrem weit entfernte Galaxie mit einer sehr hohen Rotverschiebung beobachten, kann es dann nicht sein, dass sie sich selbst nicht schnell von uns entfernt (also geringe Raumzeitdehnung), sondern dass diese Galaxie sich äusserst schnell dreht.

Ich denke die Effekte kann man trenne. Bei der kosmologischen Rotverschiebung wird man sicherlich über die ganze Galaxie mitteln, so das sich die rotationsverursachte Rot-/Blauverschiebung aufhebt und nur die kosmologische übrigbleibt. Außerdem sind der Rotation von Galaxien grenzen gesetzt (denke ich zumindest), da sie sonst "auseinanderfliegen" sollten. Weiterhin kann man ja auch zur Sicherheit noch den Metallgehalt der Galaxien ermitteln, wirklich weit entfernte Objekte sollten also keine Metalle in ihren Spektren aufweisen.
Ist zwar nicht das beste Beipsiel, da es sich nicht um kosmologische Rotverschiebung handelt, aber trotzdem: Bei der Andromedagalaxie kann man ja auch die Rotationsverursachte Rot/Blauverschiebung messen, weiterhin aber auch die Eigenbewegung der ganzen Galaxie. Kosmolgisch sollte das also kein Problem sein.

Moin Martin,

Bei der Andromedagalaxie kann man ja auch die rotationsverursachte Rot/Blauverschiebung messen, weiterhin aber auch die Eigenbewegung der ganzen Galaxie.

So interpretiert gibt es dann ja 3 Bewegungen: 1. Eigenrotation, 2. Radialbewegung (von Dir *Eigenbewegung* betitelt, in diesem speziellen Fall auf uns zubewegend) und 3. Expansionsbewegung.

Bei der Andromedagalaxie kann man nur 1 und 2 nachweisen bzw. in etwa messen, 3 ist nicht möglich. Aber alle 3 Bewegungen erzeugen eine Rotverschiebung. Und Du meinst, dass man diese Bewegungen exakt bei einer weit entfernten Galaxie, z. B. in einer Entfernung von 10 x 12,5⁹ Lj, unterscheiden kann?

Jerry

Der Rotationsanteil an der Spektrenverschiebung lässt sich auf jeden Fall "leicht" herausrechnen. Martin meinte ja schon, man näme die linke Grenze, rechte Grenze und die Mitte. Das was auf der einen Seite als Verschiebung hinzukommt, wird auf der anderen Seite abgezogen. Der Mittelwert sollte dann auch dem Wert in der Galaxienmitte entsprechen, welche keine Rotationsverschiebung mehr aufweisen sollte.
Um in dem um die Rotation bereinigten Rest die beiden anderen Anteile (Raumdehnung/Alter, Eigenbewegung) zu bestimmen, kommt man wohl um kosmlogische Modelle nicht herum, welche ausgehend von Anfangsbedingungen am Urknall und dem Alter die einzelnen Bestandteile vorhersagen können. Damit beist sich dich Katze dann aber in den Schwanz. Denn möchte man so den Urknall zusammen mit der Expansion empirisch beweisen, oder muss man Urknall und Expansion schon axiomatisch annehmen, um die Eigenbewegung der Galaxien messen zu können?

Naja, ich bin kein Kosmologe ... vielleicht kann jemand mehr dazu sagen.

Hi Zusammen

Nun die Rot-Verschiebung ist ja erstmal nur ein Effekt der auftritt, wenn sich eine Lichtquelle von uns weg bewegt, bzw. Blau-Verschiebung wenn sie sich auf uns zu bewegt.  

Hier kann ich also kennen mit welcher Geschwindigkeit sich ein Stern relativ auf mich zu oder weg bewegt.

Wie Daniel beschrieben hat, kann ich die rotationbedingte Rot/Blau- Verschiebung  ausrechnen. Wobei ich darauf achten muss, dass sich der Stern nicht unbedingt auf einer Kreisbahn bewegt und daher seine Bahn-Geschwindigkeit nicht konstant sein muss (Kepler).
Auch denke ich, dass der Winkel mit dem ich auf die Rotationsachse schaue eine Rolle spielt (müsst ich aber jetzt erst nachrechnen).

Nun im Endeffekt läuft es darauf hinaus, dass ich einen Stern der ein Objekt umkreist lange beobachten muss um Daten zu sammeln, daraus kann ich dann die Rot-Verschiebung berechnen.



Was die Rot-Verschiebung zur Entfernungsmessung angeht. Wenn ich das jetzt richtig im Kopf habe, werden (wurden) erst Objekte beobachtet deren Leuchtkraft man kennt (Supernoven glaube ich). Darüber, wie leuchtstark  sie dann scheinen, kann ich dann ihre Entfernung bestimmen. Wenn ich nun von vielen Objekten die Entfernung und Rot-Verschiebung bestimme, kann ich Rückschlüsse auf den Zusammenhang von Rot-Verschiebung und Entfernung ziehen und so die Entfernung von Objekten bestimmen, deren Leuchtkraft ich nicht genau kenne.





Nun was den ?leeren? Raum außerhalb unserer ?Sichtweite? angeht.
Wenn wir das inflationäre Modell betrachten, können wir ein wenig ?weiter schauen? als wir ?sollten?, da dort angenommen wird, dass sich das Universum nach dem Urknall mit über Lichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat. Was kein Widerspruch zur ART ist!, da Licht, das von Objekten ausgesandt wurde sich mit dem Raum bewegt hat.
Nun aus unsren Beobachtungen folgt, dass das Universum in großen Strukturen homogen ist (z.B. Hintergrund Strahlung) .  Also für Beobachter an anderen Punkten im ?sichtbaren? Universum so ähnlich aussehen sollte wie für uns.
Was nun das nicht mehr sichtbare Universum angeht, wie Schillrich schon erwähnt hat wird der nicht mehr sichtbare Teil immer größer und lässt keine Messungen mehr zu. Nun in der Physik gilt im allgemeine das man Aussagen mit einem ?Experiment? bestätigen muss. Da wir halt keine Messungen mehr am nicht mehr sichtbaren Teil des Universums machen können, gehören Aussagen darüber eigentlich nicht mehr in die Physik sondern in die Philosophie. Also philosophisch betrachtet, wissen wir, dass das betrachtbare Universum homogen ist, wieso sollte es der ?Rest? nicht auch sein.



Was den Urknall angeht, Einstein ist ja von einem statischen Universum ausgegangen, bis Hubbel die Expansion anhand der Rot-Verschiebung entdeckte. Worauf dann das Modell des Urknalls kam. Also aus der Rot-Verschiebung, die gemessen wurde, ergibt sich das Urknall Model.

Moin,

Danke für die Antworten.

Fazit für mich:

Es wird lediglich philosophiert ob sich das *unsichtbare* Universum weiter ausdehnt.

Dann wird versucht zu beweisen, zumindest versucht zu erklären, dass sich
das *sichtbare* Universum beschleunigt ausdehnt. Die Messmethoden wurden von den Vorschreibern vorgestellt. Die sich daraus ergebenen Werte sind aber *Altdaten*, denn das Licht ist x-Mrd. Lj alt.

Der Tenor der Grundfrage war aber: Dehnt sich das *sicht-/unsichtbare* Universum überhaupt noch aus und wie will man das eigentlich beweisen, zumindest erklären?

Auch wenn Hubble, entgegen Einstein´s Aussage, feststellen konnte, dass das Universum nicht statisch ist, lässt sich doch nicht daraus ableiten, in welchem Jetztzustand sich die Ausdehnung befindet.

Jerry

Hallo Jerry,

ganz so sehe ich das nicht. Was wir vom Universum beobachten ist zwar die Vergangenheit, aber aus diesen Beobachtungen ergeben sich Theorien und Modelle wie der Kosmos funktioniert (hat). Daraus macht man Vorhersagen über das heutige Universum und daraus ergibt sich, dass wir immer noch expandieren. Diese Vorhersagen sollten stimmen, wenn:

• die Messdaten der Beobachtungen richtig und genau sind,
• unser kosmologisches Modell stimmt,
• sich das Universum stetig entwickelt, so dass man Daten extrapolieren, also auf die Zukunft anwenden kann.

Mal der etwas simplifizierende Vergleich:
Ich mache eine Messung an einem fallenden Stein und kann damit seine aktuelle Bewegung beschreiben. Aus diesen Messungen kann ich dann die Bewegung des Steins zu jedem zukünftigen Zeitpunkt beschreiben, ohne ihn dann noch mal beobachten zu müssen. Die Voraussetzungen sind auch hier:

• genaue Anfangsmessung
• das richtige Modell (hier die Bewegungsgleichung)
• eine stetige Weiterentwicklung der Bewegung (also kein Aufschlag auf dem Boden)

Beim fallenden Stein wirst du ja auch nicht grundlos annehmen, dass er sich plötzlich ganz anders verhält.

Moin Daniel,

also das mit dem Stein merke ich mir!

Natürlich kann ich jetzt kein sachliches Gegenargument bringen um den Beweis zu führen, dass der Stein doch in eine andere Richtung fallen kann, weil wir es hier ja mit einem Zeitablauf zu tun haben, der kein anderes Ergebns zulässt.

Aber ich denke da in anderen Zeitabläufen.

Natürlich kann man Deine Aufzählung als Begründung nehmen, aber als Beweis nicht - und darum geht es mir ja. Ich will nicht von *spekulativer Beweisführung* sprechen; aber daraus schliessen, dass es so sein müßte, reicht mir nicht.

Jerry

Im Radio gibt es hier die Möglichkeit einer "kleinen Anfrage" in einer Wissenschafts Sendung. Ich möchte Euch meine "kleine Anfrage" auch mal präsentieren in der Hoffnung hier eine Antwort zu erhalten. Die Leonardo-Sendung ist gut, jedoch ist meine Frage all zu komplex...

Blickwinkelknoten

OK, wie fang ich an? Das ist Hirnjoga, und das Problem so komplex, sogar die Frage ist da schwer zu Formulieren…

Wieso ist die Hintergrundstrahlung aus jeder Richtung zu empfangen?

Also, mal ein statisches Weltall vorausgesetzt, dann sehe ich mit zunehmender Entfernung weiter in die Vergangenheit.
Und müsste die Hintergrundstrahlung im Zentrum des Universums sehen. Am Ort des Urknalls.
Nur, *grübelt*
das Universum ist nicht statisch und war ja damals noch gar nicht so groß.

Ok, ein dynamisches Universum:

Die hohe energiereiche Strahlung des Urknalls jagt einige Sekunden hinter dem sich ausdehnendem „Rand“ des Universums her. Während sich das Universum also wie ein Ballon aufbläht, „verdünnt“ sich auch die Strahlungsenergie.
Einige kondensiert zu Materie. Nein, Moment, erst etwas später!
Am Anfang war die Strahlung… müsste also diese nicht ihrer Bewegungsrichtung nach weiterhin der Ausdehnung des Alls hinterher jagen?? Wie können wir sie dann „sehen“? Messen, ich weiß, zu kalt, kein Licht mehr, Wärmestrahlung gerade noch.

Mhh, danach kondensierte die Materie und war sehr heiß.

Messen wir also evtl. gar nicht die erste Energieschockwelle? Können wir durch diese hoch konzentrierte Materiedichte der ersten sec. gar nicht hindurch schauen? Dann sehen wir also auf die strahlende Materie der ersten Stunde und diese strahlt natürlich in alle Richtungen.
Aber warum aus allen Richtungen?
Das Ballon Bildnis impliziert irgendwie die Vorstellung einer Raumausdehnung in einem Raum was natürlich trügerisch ist.
Wir kommen also auf das Problem, warum wir nicht das Zentrum des Universums feststellen können, die absolute Geschwindigkeit unserer Galaxie nicht bestimmen können. Immer nur relativ zu anderer Materie.

Es scheint, als sei die Vergangenheit um uns herum und größer gar als das heutige Universum. Die Schalen und Gewölbe Theorie, nur das nicht die Planeten dort fest sitzen, sondern die Vergangenheit uns einschalt… Ich weiß, dass ich hier einen Knoten im Kopf habe! Ich vermenge die Vorstellung des jetzt existierenden Universums, mit dem Bild, dass es uns jetzt von sich Zeigt. Und das ist eben nicht „jetzt“. Bereits die Sonnenuhr geht 8min nach…

Also noch mal der Versuch der Fragestellung:

Warum ist das Universum in jeder Richtung gleich, am Beispiel der Hintergrundstrahlung?

Ich verstehe dass die ungefähre Gegenwart in allen Richtungen gleich ausschaut. Aber was geschieht an der Stelle, wo der Blick in die Vergangenheit auf ein Universum schaut, dass kleiner ist, als die Entfernung die das Licht bereits zurück legte, um zu uns zu gelangen???

Ich glaube an dieser Stelle ist mein Knoten.

Solaris Lem

Hallo Solaris,

das sind ja gleich eine ganze Reihe Fragen. Ich versuche mich mal an einer Antwort.

Die gaengige Vorstellung, dass sich das Universum ausdehnt wie ein Ballon ist ein Modell, das allerdings nicht ganz richtig ist. Denn der sich ausdehnende Ballon ist im Grunde ein zweidimensionales Modell (naemlich die Oberflaeche des Ballons) in der Zeit. Das Universum muss man sich aber in einer 4-dimensionalen Raumzeit. Es gibt also keinen Mittelpunkt, wie beim Ballon. In jede Richtung sehe ich also von uns aus im Weltall sowohl hinaus in den Raum, als auch zurueck in die Zeit. Es gibt nicht so etwas wie eine Galaxie, die weiter aussen im Universum ist als andere, aber alle Galaxien, die man im Universum von uns aus sieht, sehen wir zu einem frueheren Zeitpunkt.

Wenn wir also die Hintergrundstrahlung am Himmel messen, sehen wir elektromagnetische Stahlung die zu einem besonderen Zeitpunkt, nicht aber an einem besonderen Ort ausgestrahlt wurde. Naemlich zu dem Zeitpunkt, als das Universum transparent wurde, sich also soweit abgekuehlt hat, dass es fuer Photonen durchsichtig wurde.  Das war etwa 300.000 Jahre nach dem vermuteten Urknall. Weiter zurueck in die Vergangenheit kann man mit elektromagnetischen Wellen (also Licht im weiteren Sinne), nicht schauen. Die Struktur der Hintergrundstrahlung verraet uns aber etwas darueber, wie das Universum ausgesehen haben muss, bevor es durchsichtig wurde.

Gruss
Volker

Hallo Solaris,

du verfängst dich ein wenig in deinen eigenen Gedankenspielen und in der 3D-Vorstellung einer Vierdimensionalen Raumzeit. dein Knoten liegt auch ziemlich am Anfang deines Gedankenbildes:

Also, mal ein statisches Weltall vorausgesetzt, dann sehe ich mit zunehmender Entfernung weiter in die Vergangenheit.
Und müsste die Hintergrundstrahlung im Zentrum des Universums sehen. Am Ort des Urknalls.

Erster Satz, volle Zustimmung.

Aber dann wird's haarig. Das Universum hat kein "Zentrum", keinen Mittelpunkt. Ich weiß daß das schwierig vorstellbar ist, das ist ja gerade die Krux an der Kosmologie. Das Universum hat keinen Rand, und man kann auch keinen Mittelpunkt bestimmen. Der Urknall war überall. Auch da, wo du jetzt gerade stehst.

So. Und noch ein Problem. Wieso sollte die Strahlung auf einen Punkt beschränkt sein? Sie ist ja kein Echo des Urknalls, das erst später "losgeht" und dann versucht den Rest des sich ausdehnenden Universums einzuholen. Die Ursprünge der Hintergrundstrahlung liegen im Urknall selber und haben sich gemeinsam mit dem Raum ausgebreitet. Aber erst ab einem bestimmten Zeitpunkt wird die Strahlung für uns sichtbar, dem Zeitpunkt, an dem aus dem ionisierten Plasma Atome wurden. Dadurch daß sie war aber vorher schon da war füllte sie schon damals gleichmäßig den ganzen Raum aus, der dann fleißig weiterexpandierte. Und kommt dementsprechend heute noch gleichmäßig aus allen Richtungen bei uns an.

Gruß,
Caro

Moin,

danke Caro und Volker,
Jau, das ist ein Thema, bei dem sicher manche
unserer User passen müssen; ich auch.

Aber durch eure Hilfe bekommen wir wohl ganz langsam einen kleinen Einblick bzw. Überblick.

Ich hoffe ja, dass ich in 2010 meinen schon lang gehegten Wunsch umsetzen kann und auf dem kommenden Raumcon Treff 2010 dies Thema als Haupttop präsentieren darf..

Wäre natürlich schön, wenn ich dann von euch eine Unterstützung bekommen könnte.

Jerry

Schön erklärt, auch von mir ein Danke ...

Da möchte ich eine Frage hineinwerfen die dazu passt:

Wen ich mir das anschaue, sehe ich da sehr wohl einen Ursprung und keinen Urknall der überall war...

Hallo Klaus,

"unten" ist die Zeitachse. Da hapert es wieder an der 3D-Analogie.
Das Bild zeigt links sogar als blau-grün-türkise "Scheibe" den Mikrowellenhintergrund. Diese "Scheibe" ist im gesamten Raum (y- und z-Achse), aber an einer bestimmten Stelle in der Zeit (x-Achse).

gibt es ein Bild vom Universum wie wir es sehen zum jetzigen Zeitpunkt gepresst in ein 3-Achsen Koordinatensystem?

mit dem universum hatte ich es auch schon mal hier im forum.

die antwort auf die schnelligkeit der ausdehung des universums (überlichtschnell) wurde schon beantwortet, tritt aber in konkurrenz zur RT.

die ausdehnung an sich gebietet die annahme, das der raum sich
a. weiterhin ausdehnt
b. in alle richtungen gleichsam ausdehnt
c. sich nicht mehr überlichtschenll ausdehnt
d. es ja grenzen des universums geben muss

right?

der
neo

He, da scheine ich ja ein immerwärend aktuelles Thema erwischt zu haben! Vielen Dank für die vielen Posts!
Ich beginne langsam meine Frage zu verstehen! Das ist gar nicht zynisch gemeint. Im ernst ist das mitunter der schwierigste Prozess...

Ok, Für mich vieles verständlich machte die Anmerkung, dass die Materie wohl im gesammten Universum gleichmäßig auskondensierte:
Zitat von Caro:Der Urknall war überall. Auch da, wo du jetzt gerade stehst.
Ich vermutette, die Energie/Materie eilte der Raum/Zeit Ausdehnung hinterher.
Kann ich aus Euren erklärungen schließen, dass die Raumausdehnung heute, nicht an irgendeinem kaum beschreibbaren Universums-Rand geschieht, sondern ganz homogen überall, auch zwischen den Galaxieen, Sternen?
Ich dachte immer, es gab bei dem Urknall wie bei einer explosion Teile die höher beschleunigt unterwegs seien und andere langsamer und daher die Galaxien auseinander zu streben scheinen. Ist hier mein, äh, einer meiner Knoten?
Wenn die Expansion Ursache ist, wäre mir vieles klarer. fast Erleuchtend...nur meine Erfahrung sagt mir, sooo einfach wird es nicht...

Danke auch noch mal für die genauere Zeitangabe wann das Universum Photonendurchsichtig wurde: 300.000 Jahre nach dem vermuteten Urknall.  Was hatte ich geschrieben? Das Universum der ersten Stunde? Verzeiht...

Hallo Solaris Lem,

nach heutigen Erkenntnissen waren es 380 000 Jahre nach dem Urknall, als das Universum durchsichtig wurde.
Man darf sich den Urknall und die Expansion nicht als Explosion vorstellen. Mit dem Urknall hat das heutige Universum "einfach begonnen zu sein". Der Raum dehnt sich, auch heute noch, überall. Deswegen werden ja auch die Photonen, die lange im Raum unterwegs waren, gedehnt. Der heutige Mikrowellenhintergrund wurde damals viel heißer erzeugt, die Photonen waren also viel kurzwelliger. Nachdem sie aber ca. 13 000 000 000 Jahre im Universum unterwegs waren, wurden sie durch den expandierenden Raum so weit mit gestreckt, dass wir sie heute als Mikrowellen empfangen.
Das Gleiche gilt übrigens auch für die Rotverschiebung weit entfernter (und damit alter) Objekte in anderen Galaxien. Deren Licht ist rot verschoben, da es so lange bis zu uns gebraucht hat und der Raum in der Zwischenzeit expandiert ist.

Ja, hallo, es glitzert hier in meinen Gedanken... Ich hatte auch die Rotverschiebung immer falsch verstanden.
Dachte es wäre wegen des Dopplereffektes, dadurch kam ich dann auch zu dem Gedanken, das ach, zu peinlich, vergessen wir das...
Ja, das hat mir geholfen!! Ich werde zu meiner kleinen Anfrage an den WDR (Westdeutscher Rundfunk) einige Auszüge aus unserer Diskusion nachsenden, wenn Ihr erlaubt!
(Ich werde per PM anfragen)
Üprigens wurdet Ihr einmal im WDR hoch gelobt, was mich gestern zu Euch führte.
(In einer Sendung über die besten Nachschlagewerke und Infomationsplattformen im Netz. Ihr wurdet im Zusammenhang mit wikipedia und Metager erwähnt, nicht zuletzt weil gerade Jahr der Astronomie ist.)

Wir wurden durch den WDR gelobt? Wann? Wo? Warum? Durch wen?`;)

guggst Du hier 

http://www.wdr5.de/fileadmin/user_upload/Sendungen/Leonardo/2009/01/Manuskripte/ms090108_ScienceBlogs_Schaum.pdf

Der weiter oben erwähnte Beitrag existiert nicht mehr, oder ich hatte den Zusammenhang falsch in Erinnerung.

guggst Du hier 

http://www.wdr5.de/fileadmin/user_upload/Sendungen/Leonardo/2009/01/Manuskripte/ms090108_ScienceBlogs_Schaum.pdf

Das ist aber sehr nett. Findet da jemand eine MP3-Version von?

Im WDR-Archiv devinitiv nicht. nur das Manuskript. Evtl. wurde der Beitrag auch in anderen Radios gesendet. Die Autorin ist meines Wissens Freie Mitarbeiterin

WDR- Archiv  Leonardo Beitrag:
http://www.wdr5.de/sendungen/leonardo/sendungsdetailseite.html?tx_wdr5ppfe_pi1%5BshowUid%5D=2513972&tx_wdr5ppfe_pi1%5BbeitragsUid%5D=15152&cHash=b237af000e

Ich Frage mal bei Frau Schaum an, vielleicht kann sie den bereitstellen.