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Astronomie Hier geht's nicht nur um Astronomie im klassischen Sinne, sondern auch um all die Mythen, Geschichten und Prophezeiungen, die sich rund um Sterne, Kometen und andere Himmelskörper ranken.

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Alt 24.10.2010, 20:34   #1
pixxel
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Frage Schnellere Ausdehnung des Universums...

Hallo erstmal,
ich habe mich hier mal angemeldet um mal abschließend ein paar Fragen zu klären welche mich beschäftigen.
Es heisst ja das das Universum sich, je weiter man zurück blickt immer schneller ausdehnt. So weit so gut.
Nun heisst es ja um so weiter man ins All schaut um so weiter schaut man in die Vergangenheit. Damals, kurz nach dem Urknall war die Ausdehnungsgeschwindigkeit sehr viel höher als heute und hat sich im Laufe der Zeit verlangsamt (geh ich mal von aus). Ist es da nicht nur logisch das, um so weiter wir ins All blicken die Expansionsgeschwindigkeit höher werden muss, da ja in der Vergangenheit diese auch höher war? Diese Geschindigkeit hat doch aber nichts mit der heutigen wirklichen ExpansionsGeschwindigkeit zu tun, denn diese können wir doch erst messen wenn die heutige Information auch tatsächlich zu uns gelangt ist.
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Alt 25.10.2010, 09:35   #2
Sakslane
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Im Prinzip hast du Recht: Normalerweise sollte man erwarten, dass sich das Universum direkt nach dem Urknall besonders schnell ausgedehnt hat und dass sich diese Ausdehnung seitdem immer weiter verlangsamt, weil sie gewissermaßen durch die gegenseitige Anziehung der Materie im Universum abgebremst wird. Das haben Friedmann und Lemaître in den 1920ern unter Anwendung der allgemeinen Relativitätstheorie berechnet. Als Hubble ein paar Jahre später die galaktische Rotverschiebung und das nach ihm benannte Entfernungsgesetz entdeckt hat, hat das natürlich wunderbar zur Theorie gepasst.

Um die Hubble-Rotverschiebung und die Ausdehnung des Universums richtig zu beschreiben und auszurechnen, kommt man um etwas allgemeine Relativitätstheorie nicht herum - ich versuche es trotzdem mal mit einer anschaulichen Erklärung Im Prinzip braucht man zwei Zutaten: 1. Die Galaxien "bewegen" sich nicht durch den Raum (das tun sie zwar auch, aber langsamer, das kann man hier vernachlässigen), sondern bleiben am gleichen Ort - stattdessen dehnt sich der Raum dazwischen aus. Abstände werden einfach größer. 2. Licht, das von einer Galaxie zur anderen unterwegs ist, durchquert den sich ausdehnenden Raum und wird dabei ebenfalls "gestreckt", d.h. seine Wellenlänge wird größer - es wird rotverschoben. Und je länger es durch den Raum unterwegs ist, desto größer ist die Rotverschiebung.

Das bedeutet: Das Licht von weit entfernten Galaxien, das in einer frühen Phase des Universums ausgesandt wurde, ist nicht deshalb stärker rotverschoben, weil die Ausdehnung damals schneller war, sondern deshalb, weil es eine größere Strecke im sich ausdehnenden Universum zurückgelegt hat.

Trotzdem kann man aus der Rotverschiebung etwas über die Ausdehnung des Universums lernen: Wenn man die Rotverschiebung und die Entfernung von Galaxien gegeneinander aufträgt, kann man daraus ablesen, wie sich die Ausdehnung des Raumes im Laufe der Zeit verändert hat. Genau das hat man Ende der 1990er gemacht und damit nach der Abbremsung gesucht, die Hubble noch nicht messen konnte (er hat nur die Ausdehnung gefunden, nicht deren zeitlichen Verlauf). 1998 kam dann aber die Überraschung: Im Moment beschleunigt sich die Ausdehnung des Universums! Das haben zwei Forschergruppen unabhängig voneinander gemessen. Und seitdem versuchen Theoretiker, diesen Effekt zu erklären und haben sich unzählige Modelle rund um die "dunkle Energie" einfallen lassen, die der "Motor" für diese Beschleunigung sein soll...
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Alt 22.11.2010, 14:12   #3
mathetiger
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Hallo Sakslane!
Ich erfreue mich seit kurzem Deiner kompetenten Antworten auf all die Wirrnisse bezüglich Relativitätstheorie... und wollte an Deine obigen Ausführungen zur Ausdehnung fragen:
Bedeutet "Bewegung nicht durch den Raum, sondern Ausdehnung des Raumes zwischen den Galaxien", daß die Raumkoordinaten (nahezu) fest bleiben, aber der Maßtensor auf dem "Raum dazwischen" sich verändert?
Danke Dir schonmal im voraus - und hab bitte weiter Geduld mit Laien wie mir ;-)
LG Roman
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Alt 22.11.2010, 14:41   #4
Sakslane
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Hallo Roman,

tatsächlich ist es so, dass Raumkoordinaten in der allgemeinen Relativitätstheorie keinerlei physikalische Bedeutung haben. Man wählt zwar typischerweise ein Koordinatensystem, um ein physikalisches System zu beschreiben, aber in der ART sind alle Kordinatensysteme gleichwertig - die Theorie ist "diffeomorphismeninvariant", d.h. sie ändert sich nicht unter beliebigen (also auch krummlinigen, zeitabhängigen...) Wechseln des Koordinatensystems. Daher macht es physikalisch gesehen auch keinen Sinn zu sagen, dass die Raumkoordinaten fest bleiben, denn man kann immer ein Koordinatensystem konstruieren, in dem das das Fall ist - und natürlich auch solche, in denen das nicht gilt.

In der Kosmologie wählt man aber für gewöhnlich ein bestimmtes Koordinatensystem, in dem die Metrik, also das "Abstandsmaß", eine besonders einfache und symmetrische Form annimmt. Dieses Koordinatensystem kann man so wählen, dass sich der Materieinhalt des Universums näherungsweise "in Ruhe" befindet. Anders gesagt, man wählt die Koordinaten aus der Sicht eines Beobachters, der sich relativ zur Materie des Universums in Ruhe befindet. In diesem Koordinatensystem ist es nun tatsächlich so, wie du angenommen hast: Die Raumkoordinaten der Galaxien bleiben näherungsweise fest (von lokalen Bewegungen mal abgesehen), der Skalenfaktor in der Metrik (und damit das Abstandmaß zwischen zwei Koordinaten) wächst dagegen an.

Viele Grüße, Sakslane
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Alt 23.11.2010, 20:18   #5
mathetiger
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Hallo Sakslane!

Vielen Dank für Deine ausführliche Antwort!
Jetzt habe ich immerhin schon mal einen ganz guten Anhaltspunkt gewonnen... und noch einmal so viel Spaß auf dem Weg, mir Riemannsche Räume zu erschließen ;-)
Ein fürchterliches Gebiet - gemessen in Spannung und Anstrengung!

LG Roman
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Alt 26.02.2011, 17:22   #6
MajorTom
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Standard Zahnräder -> Hebel Gottes

@mathetiger & Sakslane

Bin eben erst hier drauf gestoßen & bringe mal 2 wichtige Gesichtspunkte in die Runde:
Geschwindigkeit größer - kleiner / früher - später ... auf welche ZeitSkala bezieht man sich überhaupt ? Ist Zeit nicht (!) Masse[dichte] - abhängig ? Das gibt bei mir ein oh je vom Urknall bis jetzt - da war doch nix Zeitliches so recht konstant (anfangs unglaublich hohe Dichte ... bis heute ... & weiter)? Also auf was bezieht man sich ? Also sicherlich gibt es keinen Raum, & keine Zeit "außerhalb" etwas Vorhandenem.

Das 2. ist eine Idee von mir - recht mechanisch nur zur Anschaulichkeit & es würde sofort erklären, wieso zum heutigen Zeitpunkt das Universum noch(!) zunehmend schneller expandiert (zuerst widersinnig):
Ich nehme als einfachstes Modell ganz im Widerspruch zu den Gebrüdern Philberth den periodical BigBang als mein Ding - dann noch einen Hebel mit einer Masse am Ende repräsentativ für das Universum & eine Drehachse:

Jetzt lasse ich den Hebel aus der Nullstellung oben exakt los, d.h. das macht der liebe Gott für mich beim Universum. Das Ding setzt sich unter einer gegebenen Schwerkraft = der Wunsch zu entstehen oder entstanden zu werden ... in Bewegung, zuerst kaum, dann beschleunigt es immer mehr bis zur MaxBeschleunigung bei 90° & hat unten bei 180° den größten Zack drauf, bremst dann allmählich ab bis bei 270° Maximalverzögerung und oben wieder alles Null -

& weiter geht's: nächster Runde - vorwärts oder rückwärts, das entscheidet der Boss. Jetzt ist der Hebel aber nicht alleine, sondern da sind eventuell mehrere (!) auf der Drehachse aufgereiht ... usw.

Also das ist die einfachste Beschreibung einer neu modellierbaren Perspektive - ans Werk Sakslane & Co !

-MfG- MajorTom

Geändert von MajorTom (26.02.2011 um 19:13 Uhr).
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Alt 27.02.2011, 17:08   #7
MJ01
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Zitat:
Zitat von MajorTom Beitrag anzeigen
Geschwindigkeit größer - kleiner / früher - später ... auf welche ZeitSkala bezieht man sich überhaupt ? Ist Zeit nicht (!) Masse[dichte] - abhängig ? Das gibt bei mir ein oh je vom Urknall bis jetzt - da war doch nix Zeitliches so recht konstant (anfangs unglaublich hohe Dichte ... bis heute ... & weiter)? Also auf was bezieht man sich ? Also sicherlich gibt es keinen Raum, & keine Zeit "außerhalb" etwas Vorhandenem.
Ja, meiner Ansicht eine Alternative zu dem bisherigen Postulat, dass sich das Universum ausdehnt, die Zeit läuft, nach deiner Theorie, somit heute schneller ab als damals, was eben die Rotverschiebung auslöst.

Nur könntest Du dann gleich bei meiner Theorie bleiben, nämlich, dass sich die Lichtgeschwindigkeit reduziert hätte.

Zitat:
Das 2. ist eine Idee von mir - recht mechanisch nur zur Anschaulichkeit & es würde sofort erklären, wieso zum heutigen Zeitpunkt das Universum noch(!) zunehmend schneller expandiert (zuerst widersinnig):
Ich nehme als einfachstes Modell ganz im Widerspruch zu den Gebrüdern Philberth den periodical BigBang als mein Ding - dann noch einen Hebel mit einer Masse am Ende repräsentativ für das Universum & eine Drehachse:

Jetzt lasse ich den Hebel aus der Nullstellung oben exakt los, d.h. das macht der liebe Gott für mich beim Universum. Das Ding setzt sich unter einer gegebenen Schwerkraft = der Wunsch zu entstehen oder entstanden zu werden ... in Bewegung, zuerst kaum, dann beschleunigt es immer mehr bis zur MaxBeschleunigung bei 90° & hat unten bei 180° den größten Zack drauf, bremst dann allmählich ab bis bei 270° Maximalverzögerung und oben wieder alles Null -

& weiter geht's: nächster Runde - vorwärts oder rückwärts, das entscheidet der Boss. Jetzt ist der Hebel aber nicht alleine, sondern da sind eventuell mehrere (!) auf der Drehachse aufgereiht ... usw.
Interssante Theorie, aber das bedeutet 2erlei.
  1. weshalb soll sich das Universum um eine Achse drehen?
  2. es müsste ein Kraft von aussen nach zyklischen Grundsätzen auf unser Universum wirken. Weshalb sollte es dies und welche Kraft wäre dies?

MfG

MJ
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Alt 28.02.2011, 10:24   #8
Sakslane
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Zitat:
Zitat von MajorTom Beitrag anzeigen
Geschwindigkeit größer - kleiner / früher - später ... auf welche ZeitSkala bezieht man sich überhaupt ? Ist Zeit nicht (!) Masse[dichte] - abhängig ? Das gibt bei mir ein oh je vom Urknall bis jetzt - da war doch nix Zeitliches so recht konstant (anfangs unglaublich hohe Dichte ... bis heute ... & weiter)? Also auf was bezieht man sich ? Also sicherlich gibt es keinen Raum, & keine Zeit "außerhalb" etwas Vorhandenem.
Wenn man das Universum als ganzes beschreiben will, benutzt man dafür für gewöhnlich die kosmologische Zeit, die folgendermaßen definiert ist:

Man nimmt zunächst an, dass das Universum homogen und isotrop ist, d.h. es gibt keine ausgezeichneten Orte oder Richtungen im Universum. Insbesondere soll auch die Materie homogen und isotrop verteilt sein, also überall die gleiche Dichte haben und in keine bestimmte Richtung fließen. Wenn man dann an jedem Punkt des Universums Uhren aufstellen würde, die relativ zur Materie im Universum in Ruhe sind, würden sie alle gleich schnell laufen. Die Zeit, die so eine Uhr anzeigt, bezeichnet man als kosmologische Zeit.

Etwas mathematischer formuliert: Ein homogenes und isotropes Universum wird ganz allgemein durch eine Roberson-Walker-Metrik (Gleichung (21)) beschrieben, die zwei unbekannte Funktionen enthält - den Zeitfaktor n(t) und den Skalenfaktor a(t). Ersterer beschreibt den Ablauf der Zeit (also die Anzeige einer Uhr, die relativ zum Materieinhalt des Universums ruht), letzterer die Ausdehung des Universums. Man kann nun aber immer die Zeitskala so wählen, dass die Zeitkoordinate t mit der Anzeige dieser Uhr übereinstimmt, d.h. die Funktion n(t) wird dann identisch 1 und fällt aus den Gleichungen weg. Und die so gewählte Zeit ist die kosmologische Zeit.

Zitat:
Das 2. ist eine Idee von mir - recht mechanisch nur zur Anschaulichkeit & es würde sofort erklären, wieso zum heutigen Zeitpunkt das Universum noch(!) zunehmend schneller expandiert (zuerst widersinnig):
Ich nehme als einfachstes Modell ganz im Widerspruch zu den Gebrüdern Philberth den periodical BigBang als mein Ding - dann noch einen Hebel mit einer Masse am Ende repräsentativ für das Universum & eine Drehachse:
Sicher ein hübsches Modell Nur leider hat das Universum keine (nachweisbaren) Hebel...
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Alt 28.02.2011, 17:11   #9
MajorTom
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@ MJ01 & Sakslane

Zitat:
Zitat von MJ01 Beitrag anzeigen
Interssante Theorie, aber das bedeutet 2erlei.
  1. weshalb soll sich das Universum um eine Achse drehen?
  2. es müsste ein Kraft von aussen nach zyklischen Grundsätzen auf unser Universum wirken. Weshalb sollte es dies und welche Kraft wäre dies?
1. Das Ganze ist doch nur eine Modellvorstellung, um 3 Größen zu fassen: Geschwindigkeit, Beschleunigung & Änderung der !Beschleunigung. Außerdem ist das eine feine Idee MJ01, das Universum in einem höher dimensionalen Geometricum um alle 3 wahrnembaren Achsen ...& mehr rotieren zu lassen (was eben im R3 nicht nachzuvollziehen ist), dann haben wir -> Expansion & Kreisel - PiruettenPhänomene ... -> Kontraktion.

2. Dieses "Außen" wäre dann genau außerhalb (=oberhalb der zu dieser "Rotation" nötigen Dimensionen (FreiheitsGrade) - there's no Problem, nur nit vorstelle wolle, 's goat nüüt !.

Die Erklärung mit den Uhren bei sehr homogenen Verhältnissen ist so klar - das beträfe ja irgendwie auch Längen(?...) & da bekomme ich die Idee einer Skalierung, die gar nicht bemerkt wird, weil sie immer der Umgebung entspricht, genau wie bei der Zeit.

Doch noch mal zur Zeit: vom heutigen Zeitfluß von hier & jetzt weg & unsere Zeitskala rückwärts betrachtet - wenn man den Gesmatzeitraum mit lauter deltaT zurück aufaddiert bis To = BigBang, wie lange war das ganze dann auf jetzt & hier bezogen wirklich & wie lange waren z.B. die ersten 10E-23 sec ? Eine halbe Ewigkeit ? Sowas meinte ich, bedeutet für uns aber eigentlich nix, eine typische nur so Überlegung.

-MfG-
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Alt 28.02.2011, 20:01   #10
Sakslane
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Zitat:
Zitat von MajorTom Beitrag anzeigen
Die Erklärung mit den Uhren bei sehr homogenen Verhältnissen ist so klar - das beträfe ja irgendwie auch Längen(?...) & da bekomme ich die Idee einer Skalierung, die gar nicht bemerkt wird, weil sie immer der Umgebung entspricht, genau wie bei der Zeit.
Nicht ganz, denn dieser Skalenfaktor ist direkt mit der räumlichen Krümmung verknüpft, und das ist eine messbare Größe. Angenommen, ich nehme drei sehr präzise Winkelmesser und stelle diese in einem gleichseitigen Dreieck mit einer Seitenlänge von einem Lichtjahr auf. Diese Winkelmesser verbinde ich mit Laserstrahlen und messe die Winkel, an denen diese aufeinander treffen. Dabei stellt man fest, dass dieser Winkel nicht genau 60° beträgt, wie es im flachen Raum der Fall wäre - stattdessen gibt es eine kleine Abweichung. Und die hängt vom Skalenfaktor a(t) in der Friedmann-Metrik ab.

Zitat:
Doch noch mal zur Zeit: vom heutigen Zeitfluß von hier & jetzt weg & unsere Zeitskala rückwärts betrachtet - wenn man den Gesmatzeitraum mit lauter deltaT zurück aufaddiert bis To = BigBang, wie lange war das ganze dann auf jetzt & hier bezogen wirklich & wie lange waren z.B. die ersten 10E-23 sec ? Eine halbe Ewigkeit ? Sowas meinte ich, bedeutet für uns aber eigentlich nix, eine typische nur so Überlegung.
Wenn du eine Uhr nimmst und mit dieser Uhr 10E-23 s misst, sind diese für einen Beobachter genau so lang, wie sie es heute sind. Eine physikalische Uhr zeigt immer die Zeit an, die man auch wahrnimmt - das ist die physikalische Zeit, genauer gesagt, die "Eigenzeit". Und die kosmologische Zeit ist die Eigenzeit eines im Universum relativ zur Materie ruhenden Beobachters.
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