Expansion des Universums

Frage zu [Urknall, Dunkle Energie, Expansion...]:
Ihr kennt sicher alle das Beispiel mit dem Luftballon. Halb aufblasen, Galaxien draufmalen und weiter aufblasen. Nimmt man das Beispiel ganz genau, werden auch die aufgemalten Punkte grösser. Soll ich das in die Vorstellung miteinbeziehen? Oder will das Beispiel eigentlich nur den Raum zwischen den Objekten vergrössert darstellen. Dehnt sich der Raum um mich herum, oder dehne ich mich mit?

Moin Crash,

Wissenschaftler haben schon seit längerem herausgefunden, dass Atome nicht auf die Expansion reagieren wegen der elektromagnetischen Grundlage. Das Sonnensystem, die Galaxien und das Universum denen sich aus, wenn die Kräfte, die sie zusammenhalten über dem kritischen Wert liegen.

Deshalb dehnst Du dich auch nicht aus, es sei denn, dass Du jeden Tag eine große Menge Pommes verdrückst, aber dann kommt es nur zur partiellen Ausdehnung, nämlich nur die Deines Bauches.

Jerry

Moin Crash,

im Nachsatz zu meiner Beantwortung noch ein Tip, sieh mal

http://de.wikipedia.org/wiki/Grundkr%C3%A4fte_der_Physik

Jerry

Ganz aktuell gibt es auch eine wissenschaftliche Untersuchung dazu von Richard Price (University of Texas).

http://www.wissenschaft.de/sixcms/detail.php?id=257893

GG

Hallo,

mir fällt grad eine andere Frage zum Thema Expansion ein: Wie sieht es mit der Zeit aus?

Die Zeit ist so wie unsere mindestens drei Raumdimensionen den meisten Theorien nach mit dem Urknall entstanden. Der Raum dehnt sich aus, warum aber sollte die Zeit sich nicht auch ausdehnen können? Der Begriff "Ausdehnung" mag vielleicht nicht passen, es stößt auch an den Rand meiner Vorstellungskraft mir vorzustellen, dass die Zeit sich irgendwie dehnen könnte.
Aber sie fällt ebenfalls unter den Begriff "Dimension" also frage ich mich, ob sich die Zeidimension nicht auch ausdehnt.

Aber falls es so ist, wie könnte man es beweisen?

Gruß
Tobias

Wie der Name "Relativitaetstheorie" schon andeutet, kommt es sehr darauf in welchem System man sich befindet und was man relativ zu diesem System misst. Obwohl eine Sekunde auch schon nach dem Urknall eine Sekunde lang war, erscheint ein Zeitintervall, das wir in grossen Entfernungen (d.h. nah dem Urknall) beobachten, gestreckt. Wenn man sich zum Beispiel die Lichtkurve einer Gamma-Strahlungsexplosion in grosser Entfernung (bei grosser Rotverschiebung) anschaut, dann erscheint diese in unserem System laenger, und zwar ist
(beobachtetes Zeitinterval) = (z+1) (ursprungs-Zeitinterval)
Die Rotverschiebung z kann man z.B. aus der Verschiebung von Linien im Spektrum ermitteln.
Also, eine Sekunde ist immer noch eine Sekunde - aber relativ zu uns kann ein Zeitinterval variieren, abhaengig von der relativen Geschwindigkeit.

Der Begriff Zeitdilatation, aus der Speziellen Relativitätstheorie, heißt ja im lateinischen Ursprung auch Zeitausweitung/ausdehnung, auch wenn das natürlich nicht 1:1 übertragen kann und es vielleicht auch nicht das ist was Tobias damit meint.

Dieses Zeitinterval von dem du sprichst Volker, wird doch an Strahlung gemessen. Da sich diese Strahlung durch einen sich vergrößernden Raum bewegt, ist es klar, dass auch die Zeit gestreckt erscheint, was aber in Wirklichkeit nur dadurch zustande kommt, dass der Raum in welchem sich die Strahlung bewegt sich ausbreitet.

Oder habe ich deine Worte jetzt falsch interpretiert?

Dieses Zeitinterval von dem du sprichst Volker, wird doch an Strahlung gemessen. Da sich diese Strahlung durch einen sich vergrößernden Raum bewegt, ist es klar, dass auch die Zeit gestreckt erscheint, was aber in Wirklichkeit nur dadurch zustande kommt, dass der Raum in welchem sich die Strahlung bewegt sich ausbreitet.

Oder habe ich deine Worte jetzt falsch interpretiert?

Genau richtig, die Zeit erscheint nur gedehnt. Die Zeit in jedem Inertialsystem (abgeschlossenes, ungestoertes System) aendert sich dabei nicht. Die Zeitdimension dehnt sich nicht aus.

Eben das ist meine Frage

Woher wissen wir, dass sich die Zeit nicht ausdehnt?
Ich wüsste nicht, wie wir das messen könnten falls wir selber betroffen sind.
Andererseits: gibt es Beweise dafür, dass es nicht so ist oder wissen wir es nicht und müssen daher beides in Betracht ziehen?

Es gibt keine HInweise darauf, dass sich die Zeit ausdehnt. Zerfallsprozesse haben z.B. ein festes Zeitmass und das scheint im Universum gleich zu sein. Andererseits ist die gemessene Zeit, wie schon beschrieben, von der Relativbewegung des Betrachters abhaengig. Du kannst also die Raumzeit nicht entkoppeln.
Dafuer, dass sich Zeitintervalle in Inertialsystemen unterschiedlich verhalten abhaengig von der Entwicklung des Universums, gibt es keine Hinweise. Sternentstehung und Entwicklung, atomare Zerfallsprozesse, etc. benoetigen die gleiche Zeit heute wie kurz nach dem Urknall. Und dann gilt das Prinzip, dass man von der einfachsten moeglichen Theorie ausgeht, naemlich, dass Zeitintervalle im Universum in Inertialsystemen gleich bleiben. Du kannst Dir ja im Prinzip unendlich viele lustige Effekte ausdenken, die nicht ueberpruefbar sind (Du kannst z.B. an einen Gott im Universum glauben), das hat dann aber mit Physik nichts zu tun. Solange Du also keinen Effekt nennen kannst, der durch eine variable Inertial-Zeit im Universum hervorgerufen wird, geht man am besten davon aus, dass die Inertial-Zeit unveraendert ist.

Moin Volker,

Du kannst z.B. an einen Gott im Universum glauben ist jedem Menschen frei überlassen; dieses als
unendlich viele lustige Effekte zu deklarieren, halte ich für fehl am Platz.

Jerry

Zerfallsprozesse haben z.B. ein festes Zeitmass und das scheint im Universum gleich zu sein. Andererseits ist die gemessene Zeit, wie schon beschrieben, von der Relativbewegung des Betrachters abhaengig. Du kannst also die Raumzeit nicht entkoppeln.  

Gibt es Beweise für deine erste Behauptung?
Und du sagst grad, man könne die Raumzeit nicht entkoppeln. Aber genau das tust du doch, wenn du sagst, dass der Raum sich ausdehnt: Bleibt die Raumzeit verkoppelt, müsste man annehmen dass sich die Zeit mit ausdehnt, genauso wie auch der Raum.
Nur wenn ich die Zeit seperat betrachte, könnte ich denken, sie sei konstant. Aber wir wissen ja, dass Zeit auch vom Raum bzw der Gravitation beeinflusst wird. Denn zumindest das Graviton könnte meines Wissens nach nicht ohne Raum existieren, und ich kann mir vorstellen, dass auch andere Elemente im Raum vorhanden sind, die die Zeit beeinflussen.
Also müssen beide miteinander "verkuppelt" sein und dadurch besteht die Möglichkeit, dass sich auch die Zeit ausdehnt.

Grüße
Tobias

Gibt es Beweise für deine erste Behauptung?

Zum Beispiel die Elemententstehung kurz nach dem Urknall. Die Verteilung der Elemente bekommst Du nur mit den gleichen Zerfallszeiten wie im heutigen Universum hin.

Und du sagst grad, man könne die Raumzeit nicht entkoppeln. Aber genau das tust du doch, wenn du sagst, dass der Raum sich ausdehnt: Bleibt die Raumzeit verkoppelt, müsste man annehmen dass sich die Zeit mit ausdehnt, genauso wie auch der Raum.

Ja, das habe ich schlecht ausgedrueckt. Raum und Zeit sind insofern gekoppelt, als das ein Uebergang von einem System ins andere nicht nur eine Orts-, sondern auch eine Zeittransformation erfordert. Das bedeutet aber nicht, dass sich eine Zeitdifferenz oder Ortsdifferenz innerhalb eines Inertialsystems aendert. Also: ein Meter ist auch ein Meter, egal ob kurz nach dem Urknall oder heute. Aber Achtung: der Radius eines Inertialsystems kann natuerlich nicht unendlich gross sein und haengt von der Raumkruemmung ab. Da die Raumkruemmung in Richtung Urknall zunimmt, werden moegliche Inertialsysteme auch kleiner (genaugenommen gibt es also kein perfektes Inertialsystem, selbst im heutigen Universum nicht).

So klarer?

Du kannst z.B. an einen Gott im Universum glauben ist jedem Menschen frei überlassen; dieses als
unendlich viele lustige Effekte zu deklarieren, halte ich für fehl am Platz.

Richtig, Gott waere ja auch eher eine Ursache. Waere also unendlich viele lustige Ursachen eher angemessen?

Jaja, ich hab' schon verstanden...  

Auch auf die Gefahr hin, mich da mal wieder unbeliebt zu machen (habe ich erst vor drei Wochen wieder geschafft  :'():

1. Ein Gott wäre sicher keine Ursache, sondern etwas, dass mit oder nach dem Urknall entstand.
2. Für einen Atheisten wie mich kann die Vorstellung mancher Menschen, dass es Götter geben soll, schon manchmal belustigend wie auch extrem bestürzend sein.
3. Da es inzwischen fast 1 Mrd. Atheisten auf unserem Planeten geben soll, dürfen die wohl auch ihre Meinung dazu kundtun (obwohl ich die Zahl verblüffend hoch fand). Jedenfalls haben wir damals im Religionsunterricht mit wesentlich härteren Ausdrücken und Thesen für den Atheismus gestritten, ohne dass sich dabei jemand auf den Schlips getreten fühlte.

Das Thema Religion könnt ihr gerne "am Schwarzen Brett" besprechen, bleibt aber hier bitte beim Thema "Expansion des Universums". Gegen einen "nebensächlichen" Kommentar sage ich ja nichts, aber macht das hier bitte nicht zum Hauptthema.

Danke

PS and Lunik: Ist nicht gegen den Inhalt deiner Aussage gerichtet  

Übrigens: Die aktuelle Ausgabe der Bild der Wissenschaft hat das Thema "Inflation der Universen - Warum Kosmologen unser Weltall nicht mehr ausreicht". Schwerpunkt ist zwar die Existenz anderer Universen, es wird aber laut Inhaltsverzeichnis auch darüber gesprochen, ob es andere Universen mit anderen Naturgesetzen und Dimensionen geben kann. Vielleicht liefert das zur Diskussion noch einige Anstöße. Konnte den Artikel aber leider selbst noch nicht lesen - akuter Zeitmangel.

@ Tobias Kolkmann:
Dann bin ich wenigstens mal nicht total missverstanden worden. Danke!

Hi, ich hab mal ne Frage, die mir beim Versuch, den Urknall richtig zu verstehen gekommen ist : Bei fernen Galaxien, oder Quasaren hat man als einzigen Messwert eigentlich doch nur das Spektrum, und damit die Rotverschiebung. Woher weiß man dann, dass diese Rotverschiebung auf die Raumdehnung und nicht etwa auf eine Pekuliarbewegung zurückzuführen ist ?

Das weiss man im Einzelfall nicht. Da man aber bei verhaeltnismaessig nahen Galaxien die Entfernung auch anders bestimmen kann (z.B. durch die Beobachtung der Perioden-Leuchtkraftbeziehung in Cepheiden, oder durch Beobachtung von SuperNovae Typ Ia, die immer die gleiche Helligkeit im Ausbruch zeigen) wissen wir, dass im Allgemeinen eine lineare Korrelation zwischen Entfernung und Rotverschiebung vorliegt. Natuerlich kann die einzelne Galaxie oder der Quasar noch eine Eigenbewegung zeigen. Die Groessenordnung der Eigenbewegungen sind jedoch bei groesseren Rotverschiebungen um ein vielfaches geringer als der Effekt der Raumausdehnung. Wenn Du nun annimmst, dass es keinen Effekt wie die Raumausdehnung gibt, dann muesste die Pekuliarbewegung von fast allen Galaxien von uns weg gerichtet sein - somit waeren wir mit der Milchstrasse im Zentrum des Universums. Das waere allerdings recht unwahrscheinlich und wuerde auch andere Effekte, wie die gleichmaessige Hintergrundstrahlung, nicht erklaeren. Ausgehend vom kosmologischen Prinzip, dass wir uns nicht in einem speziellen Punkt im Universum befinden und dass das Universum isotrop (also in alle Richtungen gleich) und homogen ist, bleibt im Grunde nur ein sich ausdehnendes Universum, um die Beobachtungen zu erklaeren.
Inzwischen haben wir die Korrelation zwischen Rotverschiebung und Entfernung recht gut geeicht - durch die Cepheiden, die Supernovae, durch die Beobachtung von Gravitationslinseneffekten. Wir kennen also den Wert der Hubblekonstanten recht genau. Schwieriger ist es, die Abbremsung der Ausdehnung zu messen, also die Veraenderung der Hubble"konstanten" im Laufe der Zeit.

Ein sehr gutes Buch zum Thema Kosmologie fuer nicht-Fachleute ist nach wie vor "Die ersten drei Minuten" von Steven Weinberg. Darin findest Du die Hauptargumente sehr klar und einfach erklaert. Dazu ist es preiswert und nicht zu dick, man gibt also nicht auf...

Gruss Volker

Moin,

Aus Beobachtungen weit entfernter Supernovae des so genannten Typs Ia und der kosmischen Hintergrundstrahlung schließen Forscher, dass sich das Universum derzeit in einer Phase der beschleunigten Expansion befindet. Dabei dehnt sich die Raumzeit aus, wobei die Galaxien mitbewegt werden. Die physikalische Ursache der beschleunigten Ausdehnung ist bisher unbekannt. Forscher um Luigi Guzzo vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) und Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching haben jetzt eine neue Methode zur Erforschung der Ursache der beschleunigten Expansion vorgeschlagen und nachgewiesen, dass sie funktioniert. Dabei werden Verzerrungen der kosmologischen Rotverschiebung aufgrund der Eigenbewegung der Galaxien genutzt.

Die gesamte Abhandlung, lesenswert, gibt es hier >>>

Jerry

Was

dabei noch ganz Interessant sein Könnte ist ob sich bei fortschreitender Expansion auch die Materie
ihren zusammenhalt verliert.
Damit meine Ich das neben der Ausdünnung der Materie im All ebenso die Energiedichte geringer wird aber auch
bei Materie zum Beispiel auch die Atombindungskräfte,das sich dann Strukuren auflösen.

Hallo,

die Beiträge sind sehr interessant. Da stellt sich die Frage, was ist eigentlich Raum. Er kann nicht aus nichts bestehen, denn sonst könnte er sich nicht ausdehnen. Er muss also aus irgendwelchen Strukturen bestehen (Strings, Virtuelle Teilchen, Gravionen oder was auch immer).

Wenn er sich ausdehnt, dann müssen diese Strukturen größer werden, die einzelnen Elemente des Raumes müssten sich also entweder voneinander entfernen oder es schieben sich immer wieder neue Elemente dazwischen.

Es wäre also möglich, dass sich das in ferner Zukunft auch auf die Atombindungskräfte auswirkt.

Gruß
Tilo

Hallo,
@TiloS: Ich persönlich könnte mir vorstellen, dass der Raum aus einer Art Energie besteht. Diese Energie könnte in Form von virtuellen Teilchen auftreten und sich durch den Casimir-Effekt(http://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt) zeigen. (Ist aber nur so eine Idee )

Nehmen wir mal an der Raum besteht aus solchen virtuellen Teilchen. Dann gibt es diese Möglichkeiten für eine Definition:

1.
Raum = Anzahl der Virtuellen Teilchen

oder

2.
Raum = feste Anzahl Virtueller Teilchen * Energie der Virtuellen Teilchen


Bei einer Ausdehnung des Raumes würde bei 1. die Anzahl der Virtuellen Teilchen erhöht. Mit dem Energieerhaltungssatz gibt es keine Probleme, da die Energie nur geborgt wird. Da ist trotzdem die Frage, was ist die Ursache für diese Erhöhung der Anzahl?

Bei 2. Variante erhöht sich ständig die Energie der Virtuellen Teilchen. Auch hier gibt es keinen Widerspruch zum Energieerhaltungssatz. Die selbe Frage ist aber auch hier, was ist der Grund für diese Zunahme der geborgten Energien?
Bei dieser Variante hätte dann in ferner Zukunft so ein virtuelles Teilchen eine unvorstellbar große Energie, wenn auch nur geborgt.