Universum und seine Expansion

[YoEstaré]

ich will die Theorie nicht anzweifeln, möchte sie nur verstehen deshalb ein paar Fragen dazu.

Wir schauen in unser Universum und stellen fest Sterne werden Mia.Jahre alt. Die am weitesten entfernten bewegen sich am schnellsten woraus man auf die Expansion schliesst? Je weiter sie weg sind, desdo älter ist was wir da sehen. Das heisst diese Objekte könnten in ihrer Jetztzeit schon längst langsamer sein, ihre Richtung umgekehrt haben, garnicht mehr existieren. Also kein Hinweis auf aktuelle Expansion?

Andere Frage was passiert mit abgestrahltem Licht das niemals auf ein Objekt trifft? Lässt es unser Universum von aussen betrachtet leuchtend erscheinen?

Wenn das Universum sich ständig (beschleunigt) ausdehnt, also der Raum und mit ihm die Zeit. Wird man bei einer theoretischen Reise in dieser Richtung keine Änderung feststellen da Zeit und Raum sich kongruent verhalten?

Bin gespannt

 

[Amenhotep]

Hallo,

zur zweiten Frage hätte ich zwei Gedanken im Angebot:

- Die Expansion wird immer schneller. Irgendwann ist sie schneller als das Licht, so dass dieses die "Grenze" nie einholen kann. Das ist kein Widerspruch zu Einstein, weil es der Raum selber ist, der expandiert, nicht etwas im Raum.
- Die Lichtintensität nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Irgendwann ist das Licht so schwach, dass es unter jedweder Nachweisgrenze liegt.

Freundlicher Gruß
Thomas

 

[DietmarM]

Moin,

ausserhalb der Raumes gibt es keinen Raum, deshalb auch kein "Aussen".
Deine Modellvorstellung ist falsch: Das Universum ist kein Ballon, der von irgendeinem Gott aufgepustet wird und sich deshalb in ein "Aussenrum-Universum" ausdehnt.

CS Dietmar

 

[tuxtex]

Zunächst einmal sehen wir immer in die Vergangenheit, wenn wir irgendwelche leuchtende Objekte im Universum beobachten. Was zum derzeitigen Augenblick am Rande des für uns beobachtbaren Universums in etwa 46 Milliarden Lichtjahren Entfernung geschieht, entzieht sich der Beobachtung.

Ein Photon, das den Raum durcheilt, wird durch die Expansion des Raumes immer weiter rotverschoben und damit energieärmer. Es hört aber niemals auf sich fortzubewegen. Das Photon selbst hat übrings keine Eigenzeit, es "kennt" also keine Zeit und ist immer sofort da. Nur für uns als Beobachter dauert es mitunter Milliarden Jahre, bis es ankommt. Das "Ankommen" ist aber nur möglich mit einer Messung, sei es auf einem Detektor oder auf unserer Netzhaut.

Kann ein Photon das Universum verlassen? Nein, kann es nicht, da unsere bekannte Physik beim Urknall entstanden ist und sich nur innerhalb des Raumes definiert ist. Ein "Außerhalb" des Raumes ist nicht definiert, der Raum expandiert auch nicht in irgendetwas anderes, sondern aus sich selbst heraus.

Viele Grüße,

Günther

 

[YoEstaré]

Moin,

ausserhalb der Raumes gibt es keinen Raum, deshalb auch kein "Aussen".
Deine Modellvorstellung ist falsch: Das Universum ist kein Ballon, der von irgendeinem Gott aufgepustet wird und sich deshalb in ein "Aussenrum-Universum" ausdehnt.

CS Dietmar

manche sagen so, manche so. Es gibt auch Ideen eines Multiversum. Da wir es aber sowieso nicht mal unser eigenes Universum vollständig erfassen können ist es nicht relevant. Mir ging es hauptsächlich darum was passiert mit den Lichtphotonen wenn sie nirgends auftreffen.

 

[YoEstaré]

Zunächst einmal sehen wir immer in die Vergangenheit, wenn wir irgendwelche leuchtende Objekte im Universum beobachten. Was zum derzeitigen Augenblick am Rande des für uns beobachtbaren Universums in etwa 46 Milliarden Lichtjahren Entfernung geschieht, entzieht sich der Beobachtung.

das ist was ich verstanden hatte. Meine Frage neu formuliert: Woher nehmen wir die "Gewissheit" der aktuellen Expansion wenn das was wir beobachten können schon Mia. Jahre her ist?

 

[Martin_D]

das ist was ich verstanden hatte. Meine Frage neu formuliert: Woher nehmen wir die "Gewissheit" der aktuellen Expansion wenn das was wir beobachten können schon Mia. Jahre her ist?

Die Expansion kann man auch bei Galaxien nachweisen, die nur 10 Millionen Lichtjahre entfernt sind und nicht nur bei Galaxien, deren Licht mehrere Milliarden Jahre zu uns braucht.

 

[TGünter]

das ist was ich verstanden hatte. Meine Frage neu formuliert: Woher nehmen wir die "Gewissheit" der aktuellen Expansion wenn das was wir beobachten können schon Mia. Jahre her ist?

Wenn das Universum nicht expandieren würde, dann wären alle Galaxien unabhängig von ihrer Entfernung nicht Rotverschoben, weil die Entfernung der Galaxien konstant wäre. Dass das Universum sogar beschleunigt expandiert, folgt aus der Beobachtung entfernter Supernovae. Diese sind leuchtschwächer als erwartet, haben sich also in der Vergangenheit schneller von uns entfernt, als erwartet.

 

[fuetti]

ich will die Theorie nicht anzweifeln, möchte sie nur verstehen deshalb ein paar Fragen dazu.

Wir schauen in unser Universum und stellen fest Sterne werden Mia.Jahre alt. Die am weitesten entfernten bewegen sich am schnellsten woraus man auf die Expansion schliesst?

Richtig

Je weiter sie weg sind, desdo älter ist was wir da sehen.

Richtig und je rotverschobener erscheinen sie, wie oben schon gesagt wurde. Vergleichen kann man das in etwa mit Licht, dass vom Erdboden in den Himmel gestrahlt wird. Es wird auch hier rotverschoben (ganz wenig, doch messbar), da es das Gravitationspotential überwinden und somit Energie aufwenden muss.

Das heisst diese Objekte könnten in ihrer Jetztzeit schon längst langsamer sein, ihre Richtung umgekehrt haben, garnicht mehr existieren.

Richtig, wir sehen von fernen Objekten nur den Zustand in der Vergangenheit. Was sie gleichzeitig bzgl. unseres Bezugssystems machen, können wir niemals sehen.

Also kein Hinweis auf aktuelle Expansion?

Was meinst Du mit "aktuell"?

Andere Frage was passiert mit abgestrahltem Licht das niemals auf ein Objekt trifft? Lässt es unser Universum von aussen betrachtet leuchtend erscheinen?

Das Licht hat lokal immer c als Geschwindigkeit, auch in der Ferne. Auch wenn es in Richtung eines fernen Objektes emittiert wird, wird es das Objekt irgendwann treffen, denn es wird irgendwann ins Bezugssystem dieses Objektes gelangen und dann ist die Geschwindigkeit c, also endlich, dD/dt= H D + c (D=Abstand zum Objekt, H=Hubblekonstante). Es sei denn, die Laufzeit übersteigt das Alter des Universums. Oder die Wellenlänge wird so groß, wie das Universum selbst.

Wenn das Universum sich ständig (beschleunigt) ausdehnt, also der Raum und mit ihm die Zeit. Wird man bei einer theoretischen Reise in dieser Richtung keine Änderung feststellen da Zeit und Raum sich kongruent verhalten?

Genau, man wird keine Änderung feststellen, wenn ich Deine Frage richtig verstehe. kongruent? -> Raum und Zeit sind nicht gleich, sie wechselwirken.

Bin gespannt

 

[tuxtex]

Die Expansion des Raumes wird über die kosmologische Rotverschiebung gemessen.

Galaxien können auch ohne die kosmologische Rotverschiebung gravitativ wechselwirken und rotverschoben oder auch blauverschoben sein.

Viele Grüße,

Günther

 

[Martin_D]

ich will die Theorie nicht anzweifeln, möchte sie nur verstehen deshalb ein paar Fragen dazu.

Wir schauen in unser Universum und stellen fest Sterne werden Mia.Jahre alt. Die am weitesten entfernten bewegen sich am schnellsten woraus man auf die Expansion schliesst? Je weiter sie weg sind, desdo älter ist was wir da sehen. Das heisst diese Objekte könnten in ihrer Jetztzeit schon längst langsamer sein, ihre Richtung umgekehrt haben, garnicht mehr existieren. Also kein Hinweis auf aktuelle Expansion?

Eigentlich ist das eine sehr spannende Fragestellung:
Gibt es einen Beobachtungsbefund, mit dem man unabhängig von kosmoligischen Modellnannahmen ausschießen kann, das sehr weit enfernte Galaxien, bei denen wir aktuelle eine Rotverschiebung wahrnehmen können, sich inzwischen der Milchstraße wieder annähern könnten?

Zumindest nach meinem Kenntnisstand ist das nicht der Fall.

Warum ist es trotzdem Konsens unter den Wissenschaftlern, dass das gesamte Weltall expandiert (zumindest derzeit und in der Vergangenheit: Details wie eine mögliche zeitliche Änderung der Expansionsgeschwindigkeit seien mal außen vor gelassen.)

Das liegt daran, weil das Modell eines expandierenden Weltalls viele Befunde erklärt (u.a. beobachtete Rotverschiebungen, kosmische Hintergrundstrahlung, Galaxienevolution, Evolution der Sternpopulationen) und es kein plausibles Konkurrenzmodell gibt, zu dem eine bereits erfolge Umkehrung der Bewegungsrichtung weit entfernter Galaxien relativ zur Milchstraße gehört, welches auch nur annähernd ähnlich gut geeignet ist, solche Befunde zu erklären.

 

[P_E_T_E_R]

Eine direkte Entfernungsbestimmung ganz ohne Modellannahmen beruht auf der Messung von Sternparallaxen, also der perspektivischen Veränderung von Sternpositionen infolge der Bahnbewegung der Erde um die Sonne. Die Gaia Mission kann Entfernungen so bis zu einer Distanz von ca. 1000 Parsec direkt messen. Die Entfernung zur relativ nahen Andromeda Galaxie beträgt aber bereits ein Vielfaches davon, nämlich 765.000 Parsec.

Zur Bestimmung richtig großer Entfernungen zu anderen Galaxien braucht es sog. Standardkerzen wie die Cepheiden oder Typ Ia Supernovae mit einer bekannten absoluten Helligkeit. Zur Bestimmung sehr großer kosmologischer Entfernungen bedient man sich der Cosmic Distance Ladder, also einem Leiterverfahren, wobei zunehmend größere Entfernungen mit Standardkerzen bestimmt werden, die mit einem anderen Verfahren bei geringerer Entfernung geeicht wurden.

Das Verfahren ist indirekt und modellabhängig, aber man hat keine andere Möglichkeit. Und gelegentlich gibt es dabei auch handfeste Überraschungen. So fiel die Welt der Astronomen aus allen Wolken, als Walter Baade 1952 bekannt machte, dass Cepheiden in zweierlei Populationen daherkommen, was dramatische Auswirkungen auf die Entfernungsbestimmung hatte:

Using this discovery he recalculated the size of the known universe, doubling the previous calculation made by Edwin Hubble in 1929. He announced this finding to considerable astonishment at the 1952 meeting of the International Astronomical Union in Rome.​

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Gibt es einen Beobachtungsbefund, mit dem man unabhängig von kosmoligischen Modellnannahmen ausschießen kann, das sehr weit enfernte Galaxien, bei denen wir aktuelle eine Rotverschiebung wahrnehmen können, sich inzwischen der Milchstraße wieder annähern könnten?

Zumindest nach meinem Kenntnisstand ist das nicht der Fall.

Warum ist es trotzdem Konsens unter den Wissenschaftlern, dass das gesamte Weltall expandiert ...

Naja, verrückte Ansichten gibt es immer wieder. Mir ist aber kein einigermaßen akzeptiertes kosmologisches Modell bekannt, das für das jetzige Alter des Universums bereits von einem beginnenden Kollaps ausgeht.

Gruß, Peter

 

[TGünter]

Hallo Martin,

Das liegt daran, weil das Modell eines expandierenden Weltalls viele Befunde erklärt (u.a. beobachtete Rotverschiebungen, kosmische Hintergrundstrahlung, Galaxienevolution, Evolution der Sternpopulationen) und es kein plausibles Konkurrenzmodell gibt, zu dem eine bereits erfolge Umkehrung der Bewegungsrichtung weit entfernter Galaxien relativ zur Milchstraße gehört, welches auch nur annähernd ähnlich gut geeignet ist, solche Befunde zu erklären.

Ja, das ist der Punkt. Es liegen die Friedmann Gleichungen zugrunde:

Dabei handelt es um Lösungen der Einstein'schen Feldgleichungen, die soweit mir bekannt Niemand infrage stellt. Eine Umkehr der Bewegungsrichtung würde erfolgen, sofern das Universum gebremst expandiert, eine maximale Ausdehnung erreicht und dann zu kontrahieren beginnt. Damit wäre eine Umkehr der Bewegungsrichtung verbunden, weil die Materiedichte ρ wieder abnimmt.

Diese Möglichkeit entfällt mit der Entdeckung der Dunklen Energie, weil hier das Universum zeitlich unbegrenzt expandiert, die Materiedichte demnach nur abnimmt.

Grüße
Timm