Expansion des Universums

Klar, es gibt sogar einen zwei eigene Threads bei uns. Muss irgendwo in "Medien" "Schwarzes Brett" sein.

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=411.0
und
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=414.0

Und da ist die MP3-Datei:
http://medien.wdr.de/m/1231434350/radio/leonardo/wdr5_leonardo_20090108.mp3
gewesen.

GG

In der Tat - nur die MP3 gibt es nicht mehr. :-(

Momente mal, zurück zum Thema....
Ach wie schön, das ich n Newbie bin...
Wenn das Universum sich überall mehr oder weniger homogen ausdehnt, so doch auch im kleinem. Und auch wenn es winzige Effekte sind, müßte die Expansion nicht auch Einfluß auf den Energiehaushalt von Materie haben? Eine Sonne die immer ein ganz klein wenig in sich zusammenfällt?
Ein Elektron welches immer ein wenig vom Atomkern weggezogen wird? Was passiert da mit ihm?
Bleibt die Expansion im zusammenspiel mit Materie ein energetisches Nullsummenspiel?

Auf atomarer Ebene hat die Expansion meines Wissens nach keine Auswirkungen. Sonst würden sich universelle Naturkonstanten ändern müssen.

GG

Mit diesem Phänomen habe ich auch mein "Problem":

Der Raum expandiert überall. Licht in ihm wird dadurch mit gestreckt. Aber die Materie selbst wird nicht gestreckt, obwohl sie auch im Raum ist.
Kann das jemand hier erklären? (Oder hatten wir das schon mal und ich habe es nur nicht gelesen?)

Naja, was ist den "Materie"?
Atome? Wenn sich da der Raum zwischen Elektronen und Kern ein (superkleines) bischen vergrößert, wird das Elektron doch auf seiner "Bahn" bleiben, also wieder die Strecke an den Kern ranrücken. Man kann sicher auch die Elementarteilchen noch in Quarks zerlegen aber dort wird es mit einem "Ort" an dem die Teilchen sind schon langsam schwierig. Und eigentlich ist ja alles nur Energie 
Verliert ein Atom Energie wenn es "gestreckt" wird?
Hm, es ist doch eh schleierhaft, warum die Elektronen nicht nach ein paar Umdrehungen in den Kern stürzen, was können wir da über Effekte durch Raumstreckung sagen?

Das Bild der "um den Kern schwirrenden Kugeln", also der Elektronen auf Kreisbahnen ist ja nur ein bildliches Modell. Selbst Niels Bohr wusste schon, dass es so nicht wirklich sein kann. Wir sollten diese Analogie also nicht überstrapazieren.

Ich stimmt GG zu. Wenn die Elementarteilchen gestreckt würden, würden sich die Energieniveaus ändern und viele Konstanten würden wohl nicht mehr passen.

Aber dieses "an den Kern heranrücken", nun ergibt das nicht einen Energie überschuß??
Und wenn Alle Sterne immer ein klein wenig wieder zusammen fallen, wird dann der Energie eh überschuß eh Gewinn nicht relevant?
Möglicherweise gleicht es sich ja aus. Wenn der Druck nachlässt, und die Materie wieder näher zusammen rückt.
Also Temperaturverlust auf der einen Seite und Gewinn an kinetischer Energie auf der anderen Seite.
Also noch mal. Nur für mich  
Ist die Expansion ein Nullsummenspiel? oder wird hier Energie frei?

Verzeiht, bei aller Begeisterung bin ich nicht Studiert, im Gegenteil, und quäle hoffendlich nicht mit zu stupiden Fragen.

Deshalb hab ich ja > "Bahn" < geschrieben.

Was meinst du denn genau mit "Materie selbst wird nicht gestreckt"? Wenn man in Materie "reinzoomt" bleibt nichts übrig ...
Was ist dann die Materie >selbst< ?

Ist die Expansion ein Nullsummenspiel? oder wird hier Energie frei?

Die ominöse "dunkle Energie" treibt die Expansion sogar an. Wir scheinen ja immer schneller zu expandieren.
Was diese dunkle Energie sein soll, weiß noch niemand wirklich. Hinter dem Begriff scheint sich nur der "Mechanismus" zu verbergen, der die Expansion heute noch antreibt.

Nana, nicht die Dunkle Energie bemühen, das ist hier nicht meine Frage!!
Die dunkle Energie treibt die Expansion nicht an, sondern soll diese Erscheinung erklären... man beachte die Reihenfolge...
aber im Ernst, ich spreche von ganz normaler Energie die ich hier sehe, aber nicht glauben kann. Ich selber Tippe auf ein Nullsummenspiel. Aber ganz überzeugt bin ich noch nicht

Was meinst du denn genau mit "Materie selbst wird nicht gestreckt"? Wenn man in Materie "reinzoomt" bleibt nichts übrig ...

Elementarteilchen haben eine räumliche Ausdehnung. Die scheint sich nicht zu ändern. Während also der Abstand zwischen Objekten auf kosmologischem Maßstab wächst, tut er das auf subatomarer, atomarer und auch molekularer Ebene nicht.

Vielleicht kann man das so "trennen":

• Expansion wirkt, wo Gravitation wirkt.
• Expansion wirkt nicht, wo die starken und schwachen Kernkräfte wirken.
• Was ist mit der elektromagnetischen Kraft? Auf Photonen wirkt die Expansion ja auch.

Viele Fragen ...

Atome haben auch eine Ausdehnung und bestehen doch noch aus kleineren Teilchen, genau wie Elementarteilchen.

Ist die Messgenauigkeit so genau, um die Größenänderung eines Elementarteilchens feststellen zu können, wenn sich der Raum mit der aktuellen Hubblekonstante ausdehnt?

Nun, ich verstehe die Raumausdehnung in der wirkweise auf Materie wie eine Beschleunigung, eine so geringe, da haben die Wirkenden Kräfte in den mittleren und kleinen Scalen kein Problem mit. Kein Molekül würde tatsächlich größer, kein Atom auseinander gezogen. Meine Frage ergibt daher Sinn, ob der Effect also in Energie umgesetzt wird.
Nur, wie Du sagst, Wellen werden gezerrt. das könnte aber bedeuten das der Effect grundsätzlich zu Energie Verlusst führt?  
Ah, Nein, ist albern, denn die länger gezogene Welle dauert ja entsprechend länger an, oder nicht? Die schwerfällige Formulierung bitte ich zu entschuldigen...

Nein, bei Betrachtung dieser Diskusion folge ich dem Argument, dass der Effekt auf die Materie Energieneutral sein muß, da sonst allgemein anerkannte Gesetze in Frage gestellt würden. Das ist keine Argumentation für eine Diplomarbeit, aber gesunde Bescheidenheit...

Energie kann eigentlich nicht verloren gehen ... wenn/falls der Energieerhaltungssatz gilt. Aber durch die Expansion nimmt die Energiedichte ab ... was immer das bedeutet.

Ich habe in dem Thema auch mehr Fragen als Antworten ...

Ja, passt schon, denn der Raum wurde ja größer. Die Dichte geringer. Die Summe gleich.

Vielleicht kann man das so "trennen":

• Expansion wirkt, wo Gravitation wirkt.

Der Abstand in durch Gravitation (Schwerkraft) gebundenen Systemen veraendert sich nicht durch die Ausdehnung des Weltalls.  Sonst wuerden ja Galaxien im Laufe der Zeit immer groesser werden.
Nicht einmal in der lokalen Galaxiengruppe beobachtet man den 'Hubble-flow' - man kann also nicht die Hubblekonstante mit Hilfe der Andromedagalaxie bestimmen. Dazu muss man auf kosmologischen Entfernungen messen.

Ist die Expansion ein Nullsummenspiel? oder wird hier Energie frei?

Energieerhaltung gilt im Universum (jedenfalls nehmen wir das so an, so wie wir auch davon ausgehen, dass die physikalischen Gesetze im ganzen Universum gelten). Die Expansion des Universums, Sternentstehung und Supernovae, und auch die dunkle Energie aendern daran nichts.
Was sich im Laufe der Expansion des Universum aendert, ist die Zusammensetzung, also, wie dominant Materie, elektromagnetische Strahlung und dunkle Energie sind. Man geht jetzt davon aus, dass das Universum am Anfang durch Strahlung dominiert war, dann durch Materie, und seit etwa 4 Milliarden Jahren durch dunkle Energie. Wen's interessiert, hier ist eine ganz kurze 5-Seiten Zusammenfassung ueber Kosmologie (allerdings in Englisch):
http://isdc.unige.ch/~beckmann/physics316/download/PHYS316_tenthings.pdf

Hallo Volker,

sehr interessant!    Habe ein wenig umhergelesen und bin hier über den Begriff "virialer Radius" gestoplert. Als solcher wird der Radius einer Sphäre um einen Stern- oder Galaxienhaufen bezeichnet, in der "viriales Gleichgewicht" herrscht. In dem Wiki-Artikel wird darauf hingewiesen, dass man den Radius approximieren kann, indem man einen Radius definiert, in dem die mittlere Dichte um einen bestimmten Faktor größer ist, als die Kritische Dichte (Siehe Friedmann-Gleichungen).

Meine Fragen dazu:

1. Verstehe ich es richtig, wenn ich sage, dass die Expansion des Universums innerhalb solcher Virial-Sphären gegenüber der Gravitationskraft zu vernachlässigen ist, die Expansion aber trotzdem innerhalb dieser Sphären stattfindet, wenn man sie tatsächlich als realen Effekt und nicht (nur) als mathematisch zu vernachlässigende Größe betrachtet? Hängt es nicht außerdem auch von der Wahl des Koordinatensystems, also meiner Raum- und Zeitskalen, ab, wann ich wo Expansion feststellen kann?

2. Nach welchen Kriterien kann sinnvoll der Faktor zwischen der mittleren Dichte und der kritischen Dichte bestimmt werden? Wikipedia spricht davon, dass man "üblicherweise" einen Faktor von 200 wählt. Aber warum? 

Timo, dem mal wieder bewußt geworden ist, dass am Ende doch alles Mathe ist.

Hallo,

das Universum dehnt sich tatsaechlich ueberall aus, wenn man aber ein gebundenes System hat (z.B. einen Atomkern oder eine Galaxie) so "interessiert" es dieses System nicht, ob sich der Raum ausgedehnt hat. Fuer eine gleichmaessig verteilte Komponente (z.B. die Hintergrundstrahlung) macht sich die Ausdehnung aber bemerkbar, eben in einer geringeren Energiedichte.

Das mit der kritischen Dichte haengt mit der Frage zusammen, ob das Universum "flach" ist oder nicht. Da man davon ausgeht, dass das Universum "flach" ist, muss die Dichte kritisch sein (oberhalb der kritischen Dichte wuerde das Universum irgendwann wieder in sich zusammenfallen). Die normale, baryonische Materie reicht dafuer allerdings nicht aus, sie ist nur 4% von der kritischen Dichte (ich weiss nicht, wo du den Faktor 200 her hast, vielleicht bin ich auch auf der falschen Faehrte).  Der Rest ist dunkle Materie (also Materie die zwar durch Gravitation wechselwirkt, die wir aber ansonsten noch nicht detektieren konnten), die macht 26%, und der dann muss eben 70% dunkle Energie dazu beitragen, dass die Dichte "kritisch" wird. 

Also, ich kann nur immer wieder empfehlen, Weinbergs "Die ersten drei Minuten" zu lesen. Das liest sich weg wie nix und darin ist Kosmologie wirklich sehr schoen erklaert.

Gruss
Volker

P.S.: das mit dem "flachen" Universum ist natuerlich nicht so hilfreich, das muss man tatsaechlich mathematisch verstehen.

P.S.: das mit dem "flachen" Universum ist natuerlich nicht so hilfreich, das muss man tatsaechlich mathematisch verstehen.

Hehe, das mit den "wörtlichen" und bildlichen Analogien soll es ja im Allgemeinen "greifbarer" machen ... macht es aus meiner Sicht aber auch nicht, bzw. führt oft auf die falsche Fährte.

(ich weiss nicht, wo du den Faktor 200 her hast, vielleicht bin ich auch auf der falschen Faehrte). 

Das steht in dem verlinkten Wiki-Artikel: http://en.wikipedia.org/wiki/Virial_theorem#Virial_radius

Ich zitiere mal:

In astronomy, the term virial radius is used to refer to the radius of a sphere, centered on a galaxy or a galaxy cluster, within which virial equilibrium holds. Since this radius is difficult to determine observationally, it is often approximated as the radius within which the average density is greater, by a specified factor, than the critical density rho_crit=3 H^2 / 8 pi G. A common choice for the factor is 200...

Das Universum dehnt sich aus, weil die mittlere Energiedichte insgesamt kleiner ist als die kritische Energiedichte. Nun haben wir diese lokalen Zonen, in denen die mittlere Dichte größer als die kritische Dichte ist. Meine Frage bezog sich darauf und meine These war, dass in diesen (virialen) Zonen die Expansion für alle relevanten Zeitskalen zu vernachlässigen ist.

Zitat von: Volker am 16. Mai 2009, 02:17:50

(ich weiss nicht, wo du den Faktor 200 her hast, vielleicht bin ich auch auf der falschen Faehrte). 

Das steht in dem verlinkten Wiki-Artikel: http://en.wikipedia.org/wiki/Virial_theorem#Virial_radius

Ich zitiere mal:

Zitat

In astronomy, the term virial radius is used to refer to the radius of a sphere, centered on a galaxy or a galaxy cluster, within which virial equilibrium holds. Since this radius is difficult to determine observationally, it is often approximated as the radius within which the average density is greater, by a specified factor, than the critical density rho_crit=3 H^2 / 8 pi G. A common choice for the factor is 200...

Das Universum dehnt sich aus, weil die mittlere Energiedichte insgesamt kleiner ist als die kritische Energiedichte. Nun haben wir diese lokalen Zonen, in denen die mittlere Dichte größer als die kritische Dichte ist. Meine Frage bezog sich darauf und meine These war, dass in diesen (virialen) Zonen die Expansion für alle relevanten Zeitskalen zu vernachlässigen ist.

Wer sagt denn, daß das bis in alle Ewigkeit so weitergeht ? Vielleicht wird sich alles mal umkehren und in einen Punkt im Universum zusammenfallen.

Genau das hat Volker doch mit seinen Prozentangaben beschrieben: Was wir über die Zusammensetzung des Universums aus unseren Beobachtungen sagen können, lässt nur den Schluss zu: es reicht nicht, um die Expansion aufzuhalten.

Das alles gilt unter dern (bisher nicht widerlegten) Voraussetzung, dass die Naturgesetze überall und immer gelten und konstant sind.

Ich kann nicht mehr in allen Beiträgen wirklich folgen. Mein Wissen reicht nicht mehr aus. Meine Vorstellungskraft wohl schon länger nicht 
Aber ich habe sehr viel Freude an Eurer Resonanz und möchte noch einmal für die vielen Reaktionen danken.
Ein , zwei Lichter sind mir dabei aufgegangen.
Ich glaube WIRKLICH Ihr habt mein Verständniss über die "Hintergrundstrahlung VON allen Seiten" reformiert.
Es ist vom WDR5 nicht übertrieben Euch zu loben.
Einem Leien wie mir solch komplexe Themen zu verdeutlichen IST lobenswert.
Auch wenn meine reformierte Sicht noch nicht einwandfrei dem heutigem Stand der Theorien entspricht.
Ich bin näher dran als zuvor...

Irgendwo hatte hier mal jemand gesagt:
Mathematisch ist das einfach zu handhaben, das kommt direkt und problemlos aus den Gleichungen zur Expansion. Nur "sinnvoll" vorstellen kann man sich das nicht mehr ...