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Raumproblem

Themen zur Kosmologie, Urknall, inflationärer Kosmologie, Expansion, Entwicklung und Zukunft des Universums
Pippen
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Raumproblem

Beitrag von Pippen » 1. Sep 2017, 14:44

Ich möchte eine Verständnisfrage stellen. Das untere Bild modelliere das Universum zu einer bestimmten Zeit t. Nach diesem Modell wäre das Universum unendlich in alle drei Dimensionen ausgedehnt, aber die Materieansammlung wäre begrenzt und endlich in der Ausdehnung. Könnte unser Universum unter Geltung der ART so aussehen? (Es ist klar, dass in einem solchen Fall das kosmologische Prinzip falsch wäre, das Universum sähe überall in etwa gleich aus).
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Re: Raumproblem

Beitrag von positronium » 1. Sep 2017, 15:01

Ja, warum denn nicht? Das ist doch im Prinzip nichts anderes als ein leeres Universum, mit ein "bisschen" Störung in der Mitte, oder wie eine Vakuumlösung - da ist nach aussen hin auch keine Materie, und näherungsweise alles flach.

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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 1. Sep 2017, 15:46

Pippen hat geschrieben:
1. Sep 2017, 14:44
Nach diesem Modell wäre das Universum unendlich in alle drei Dimensionen ausgedehnt, aber die Materieansammlung wäre begrenzt und endlich in der Ausdehnung. Könnte unser Universum unter Geltung der ART so aussehen?
Ja, das ist möglich. Es gibt sogar Lösungen der ART, die das in guter Näherung beschreiben (Näherung bedeutet, dass die Materieverteilung als Staubkugel modelliert wird)
Gruß
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Re: Raumproblem

Beitrag von belgariath » 1. Sep 2017, 19:19

Okay aber wie sieht es mit der Stabilität dieser Staubkugel aus? Würde die nicht unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfallen? Wahrscheinlich nicht, wenn der gesamte Raum genügend schnell expandiert.

PS: Ich liebe Paint. :wink:
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Re: Raumproblem

Beitrag von Pippen » 1. Sep 2017, 21:09

Ich habe eben immer im Kopf, dass in der ART Raum & Materie "verwoben" sind - tomS hatte jedenfalls mal gesagt, dass zB ein völlig materieloses Universum unmöglich wäre - und das stelle ich mir so vor, dass im Raum die Materie gleichverteilt sein muss, sonst ist es quasi kein Raum. Aber ok, wenn die ART auch solche massiven Ungleichverteilungen von Raum und Materie zulässt...deshalb ja meine Frage.

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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 1. Sep 2017, 21:41

belgariath hat geschrieben:
1. Sep 2017, 19:19
Okay aber wie sieht es mit der Stabilität dieser Staubkugel aus? Würde die nicht unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfallen? Wahrscheinlich nicht, wenn der gesamte Raum genügend schnell expandiert.
Staubkugel war irreführend. Besser wäre es, von einer nicht drucklosen Flüssigkeit zu sprechen; diese ist (aufgrund des Drucks) stabil, siehe die Schwarzschild-Lösung der ART für Planeten oder Sterne.

Mit der Expansion hat das nichts zu tun.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 1. Sep 2017, 21:44

Pippen hat geschrieben:
1. Sep 2017, 21:09
tomS hatte jedenfalls mal gesagt, dass zB ein völlig materieloses Universum unmöglich wäre
Habe ich das?

Der deSitter-Kosmos ohne Materie und Strahlung ausschließlich mit kosmologischer Konstante ist ein Gegenbeispiel.
Pippen hat geschrieben:
1. Sep 2017, 21:09
und das stelle ich mir so vor, dass im Raum die Materie gleichverteilt sein muss, sonst ist es quasi kein Raum.
Keinesfalls.

Die ART lässt Inhomogenitäten durchaus zu, allerdings existieren dafür zumeist keine geschlossenen Lösungen.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 2. Sep 2017, 10:49

Ich denke auch, dass ein Universum wie in der Zeichnung prinzipiell möglich ist, ja, warum nicht?
Die Erde müsste dabei auch nicht genau in der Mitte sein. Es reicht, wenn sie so weit vom Rand der Materieansammlung entfernt ist, dass wir den Rand heute nicht sehen können.
Man kann sich vielerlei Inhomogenitäten auf sehr großen Skalen vorstellen, es könnte neben unserer Wolke viele weitere Wolken oder ganz andere Strukturen geben.
Der Kniff ist: Man muss nur groß genug werden! (...eben darum/soweit, dass es nicht mehr beobachtbar/direkt falsifizierbar ist.)
Wenn z.B. der Durchmesser der Materieansammlung in der Zeichnung einen Durchmesser von 100.000 Milliarden Lichtjahre hätte, in einem Universum mit nochmals 100.000-fach größerem Durchmesser oder einem unendlich ausgedehnten Raum, dann hätten wir (mit unserem Beobachtungsradius von ca. 46 Mrd Lj) keine Chance das jemals zu messen, jedenfalls nicht direkt.

Ich denke, die Stabilität bzw. Expansion solcher begrenzter Materieansammlungen kann zunächst analog wie in der homogen-isotropen Standardkosmologie erkärt werden.

Wenn wir uns mit Kosmologie beschäftigen wollen wir allerdings nicht nur den Ist-Zustand modellieren, sondern auch dessen Herkunft: Wie kann sich das zu diesem Zustand entwickelt haben?
Und der einfachste Fall ist hier der homogen-isotrope Fall. Deshalb bevorzugen wir ihn. Dass das eine Näherung ist, ist allen klar, dabei hofft man, dass es eine gute Näherung ist.
Zunächst versucht man diesen einfachsten Fall zu verstehen, erst wenn das halbwegs zufriedenstellend erreicht ist, schaut man sich kompliziertere Lösungen näher an.
tomS hat geschrieben:Mit der Expansion hat das nichts zu tun.
Das was du beschreibst, ja, glaube ich dir. Aber damit das nicht missverstanden wird: Eine genügend große kosmologische Konstante würde die Kontraktion einer solchen sehr großen, aber begrenzten Materieansammlung verhindern, oder?
Grüße
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Re: Raumproblem

Beitrag von belgariath » 2. Sep 2017, 12:40

seeker hat geschrieben:
2. Sep 2017, 10:49
[...]
tomS hat geschrieben:Mit der Expansion hat das nichts zu tun.
Das was du beschreibst, ja, glaube ich dir. Aber damit das nicht missverstanden wird: Eine genügend große kosmologische Konstante würde die Kontraktion einer solchen sehr großen, aber begrenzten Materieansammlung verhindern, oder?
Das habe ich auch gemeint, als ich oben sagte "wenn der gesamte Raum genügend schnell expandierte, würde die Kontraktion der Wolke verhindert werden." Aber Tom entgegnete dann, dass auch ohne Raumexpansion (also ohne kosmologische Konstante) kein Kollaps eintreten würde, weil der Druck der Wolke ausreichen würde, um der Gravitation entgegen zu wirken. Wenn das so ist, frage ich mich aber warum die Leute vor 1998 (also als man dachte die kosmologische Konstante sei = 0) dachten, dass das Universum eventuell seine Expansion verlangsamen und in eine Kontraktion umkehren könnte?
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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 2. Sep 2017, 14:38

Das sind einfach zwei verschiedene Paar Schuhe.

(1) Eine lokale Materieansammlung beschreibt man mittels eines Staub- bzw. Flüssigkeitsmodells; die Stationarität folgt letztlich aufgrund des Drucks; geometrisch wird diese inhomogene Raumzeit z.B. durch die Schwarzschildlösung beschrieben; diese ist asymptotisch flach d.h. sie geht in die Minkowski-Lösung der SRT über; Bsp. sind isolierte Sterne und Planeten.

(2) Eine global homogene und isotrope Materieansammlung beschreibt man ebenfalls mittels eines Staub- bzw. Flüssigkeitsmodells; die Lösung ist nicht stationär (eine stationäre Lösung gem. der Einsteinschen Idee mit kosmologischer Konstante ist instabil!) geometrisch wird diese homogene und isotrope Raumzeit durch die FRW-Modell beschrieben; diese können positive (k = +1), negative (k = -1) oder verschwindende Krümmung (k = 0) haben.

Nur im Falle positiver Krümmung (k = +1) wird der Raum zunächst expandieren, später kontrahieren; im Falle verschwindender Krümmung = Flachheit wird die Raumzeit (2) dennoch unumkehrbar expandieren; (2) mit (k = 0) war aufgrund der bis 1998 vorliegenden Daten das favorisierte Modell.
belgariath hat geschrieben:
2. Sep 2017, 12:40
... dass auch ohne Raumexpansion (also ohne kosmologische Konstante)
Die kosmologische Konstante ist nicht für die Expansion verantwortlich, sondern lediglich für die beschleunigte Expansion.
belgariath hat geschrieben:
2. Sep 2017, 12:40
... warum die Leute vor 1998 (also als man dachte die kosmologische Konstante sei = 0) dachten, dass das Universum eventuell seine Expansion verlangsamen und in eine Kontraktion umkehren könnte?
Man dachte, die Expansion würde sich verlangsamen, nicht jedoch umkehren.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 2. Sep 2017, 15:42

seeker hat geschrieben:
2. Sep 2017, 10:49
Der Kniff ist: Man muss nur groß genug werden! (...eben darum/soweit, dass es nicht mehr beobachtbar/direkt falsifizierbar ist.)
Ganz so einfach ist es nicht.

Man benötigt natürlich ein konkretes Modell auf Basis der ART, das diese Strukturen näherungsweise beschreibt, und das mit allen weiteren bekannten Beobachtungen konsistent ist.
seeker hat geschrieben:
2. Sep 2017, 10:49
Eine genügend große kosmologische Konstante würde die Kontraktion einer solchen sehr großen, aber begrenzten Materieansammlung verhindern, oder?
Du meinst z.B. eine drucklosen Staubwolke? Ich denke ja, obwohl ich dazu keine analytische Lösung kenne.

EDIT: evtl. hilft das hier weiter:

https://arxiv.org/abs/0709.2044
Lemaitre-Tolman-Bondi model and accelerating expansion
Kari Enqvist
(Submitted on 13 Sep 2007)
I discuss the spherically symmetric but inhomogeneous Lemaitre-Tolman- Bondi (LTB) metric, which provides an exact toy model for an inhomogeneous universe. Since we observe light rays from the past light cone, not the expansion of the universe, spatial variation in matter density and Hubble rate can have the same effect on redshift as acceleration in a perfectly homogeneous universe. As a consequence, a simple spatial variation in the Hubble rate can account for the distant supernova data in a dust universe without any dark energy. I also review various attempts towards a semirealistic description of the universe based on the LTB model.
Gruß
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Re: Raumproblem

Beitrag von belgariath » 2. Sep 2017, 19:54

tomS hat geschrieben:
2. Sep 2017, 14:38
[...]
belgariath hat geschrieben:
2. Sep 2017, 12:40
... warum die Leute vor 1998 (also als man dachte die kosmologische Konstante sei = 0) dachten, dass das Universum eventuell seine Expansion verlangsamen und in eine Kontraktion umkehren könnte?
Man dachte, die Expansion würde sich verlangsamen, nicht jedoch umkehren.
Also es wird halt oft so dargestellt (z. B. auch auf https://de.wikipedia.org/wiki/Expansion ... hungsstand), dass man damals alle drei Möglichkeiten in Betracht ziehen musste, da k lange Zeit nicht genügend genau bestimmt werden konnte.

Zu deinem Punkt (1) habe ich noch eine Frage: Ist es nicht so dass die Wolke mit der Zeit abkühlen würde (durch Strahlungsverlust) und dadurch der Druck abnehmen würde. Das würde dann zu langsamem Schrumpfen führen und schließlich zu einem Kollaps. Stationarität wäre dann nur auf "kurzen" Zeitskalen näherungsweise gegeben.
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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 2. Sep 2017, 20:57

Die Frage der inneren Dynamik der Materieverteilung hat wenig mit der ART zu tun. Stell' dir die Erde als homogene Wasserkugel vor; das modelliert man mittels relativistischer Hydrodynamik, d.h. letztlich Zustandsgleichungen für Flüssigkeiten (auch Gestein wäre in diesem Bild eine Extremform einer Flüssigkeit). Diese Gleichungen lassen statische Lösungen zu (das wäre bei Sternen anders)
Gruß
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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 3. Sep 2017, 12:19

tomS hat geschrieben:
2. Sep 2017, 15:42
Der Kniff ist: Man muss nur groß genug werden! (...eben darum/soweit, dass es nicht mehr beobachtbar/direkt falsifizierbar ist.)
Ganz so einfach ist es nicht.

Man benötigt natürlich ein konkretes Modell auf Basis der ART, das diese Strukturen näherungsweise beschreibt, und das mit allen weiteren bekannten Beobachtungen konsistent ist.
Das ist klar.
Ein Modell ist aber prinzipiell immer erstellbar, es sind prinzipiell zu der Summe aller bekannten Beobachtungen immer beliebig viele sehr gut passende und konsistente Modelle konstruierbar, das ist nicht die eigentliche Hürde (sie ist eher nur praktischer Natur). Die Hürde ist m.E. eher die Frage, ob uns so ein Modell dann auch gefällt oder ob es sehr hässlich und kompliziert wird und ob es gekünstelt ausschaut oder nicht. Wir haben es gerne einfach, das Ziel, die Arbeit der Physik beruht im Grunde immer darauf die Dinge möglichst zu vereinfachen.
Das Problem ist nur, dass die Natur nicht immer so einfach ist, wie wir das gerne hätten, wir können uns jedenfalls nicht darauf verlassen, besonders nicht in Bereichen, die uns messtechnisch nur schwer oder gar nicht zugänglich sind.
tomS hat geschrieben:
2. Sep 2017, 15:42
seeker hat geschrieben:Eine genügend große kosmologische Konstante würde die Kontraktion einer solchen sehr großen, aber begrenzten Materieansammlung verhindern, oder?
Du meinst z.B. eine drucklosen Staubwolke? Ich denke ja, obwohl ich dazu keine analytische Lösung kenne.
Ja, meinte ich. Danke für deine bestätigende Einschätzung.
tomS hat geschrieben:
2. Sep 2017, 15:42
EDIT: evtl. hilft das hier weiter:
Ja, das sind solche Untersuchungen, wo einigermaßen vorsichtig untersucht wird, wie es bei den nächstkomplizierteren Lösungen zur Beschreibung der Natur ausschauen würde, interessant.
Grüße
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Re: Raumproblem

Beitrag von Skeltek » 3. Sep 2017, 14:07

Was meint ihr denn in diesem Thread mit dem Wort 'möglich'?
Gleichungen lassen sich beliebig aufstellen und auf Links- und Rechts-seitiger Gleichheit prüfen.
Trotzdem lässt sich an Hand der Gleichung nicht ermitteln, wie groß der Betrag der Größe nun eigentlich genau ist.
Klar lassen sich Summen durch Gleichungen in andere Form bringen. Trotzdem ist es nicht möglich, auf die extra-universumale Mechanik zu schließen, welche den eigentlichen zulässigen Betrag vorschreibt.
Vielleicht mag ein solches Universum vorstellbar sein, trotzdem ist es völlig unsinnig entscheiden zu wollen, ob es auch tatsächlich realisierbar ist oder nicht.
Ob sowas möglich ist oder nicht ist nicht vom Universum oder seinem Inhalt abhängig, sondern von äußeren Umständen und Regeln, auf deren Verifikation wir keine Möglichkeiten haben.
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 3. Sep 2017, 18:54

seeker hat geschrieben:
3. Sep 2017, 12:19
Ein Modell ist aber prinzipiell immer erstellbar, es sind prinzipiell zu der Summe aller bekannten Beobachtungen immer beliebig viele sehr gut passende und konsistente Modelle konstruierbar, das ist nicht die eigentliche Hürde.
Nein, keineswegs!

Nehmen wir das aktuelle Standardmodell der Kosmologie. Man muss schon ziemlich genau anpassen, um überhaupt einen Parametersatz zu finden, der zu allen Beobachtungsdaten passt (Galaxienbildung, Sternentstehung und Population, Cluster, Filamente / Voids, Zwerggalaxien, kosmologische Rotverschiebung auf unterschiedlichen Skalen, Winkelspektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung, ...)

Man hat vor einigen Jahren intensiv versucht, die Beobachtungsdaten ohne kosmologische Konstante und ausschließlich mittels Inhomogenitäten (s. o.g. Metrik, Swiss-Cheese-Modelle, ...) zu erklären; das hat damals nicht funktioniert.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 4. Sep 2017, 01:05

Das ist nur ein praktische Sache, kein prinzipielle. Es ist -prinzipiell gedacht- (leider) wie ich sage.
tomS hat geschrieben:
3. Sep 2017, 18:54
Nehmen wir das aktuelle Standardmodell der Kosmologie. Man muss schon ziemlich genau anpassen, um überhaupt einen Parametersatz zu finden, der zu allen Beobachtungsdaten passt (Galaxienbildung, Sternentstehung und Population, Cluster, Filamente / Voids, Zwerggalaxien, kosmologische Rotverschiebung auf unterschiedlichen Skalen, Winkelspektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung, ...)

Man hat vor einigen Jahren intensiv versucht, die Beobachtungsdaten ohne kosmologische Konstante und ausschließlich mittels Inhomogenitäten (s. o.g. Metrik, Swiss-Cheese-Modelle, ...) zu erklären; das hat damals nicht funktioniert.
Völlig klar, aber was beweist das? Nichts, nichts Prinzipielles. Es zeigt nur, dass Theoriebildung für uns eh ein schwieriges und aufwändiges Unterfangen ist.
Dass man schon froh wäre, wenn man wenigstens ein fertiges Modell hätte, beweist keineswegs, dass das dann das einzig mögliche Modell wäre, da darf man sich nicht täuschen lassen.

Es ist mit der Physik wie bei einem Punktbild, wo man die Punkte mit Linien verbinden muss, damit man ein Bild erhält, z.B. ergibt das dann eine Blume.
Unsere Beobachtungsdaten sind hier so wie die Punkte, eine mathematische Theorie ist wie die Linien, die die Punkte verbinden.
Es gibt dabei natürlich beliebig viele Möglichkeiten die Punkte mit Strichen zu verbinden, wobei die meisten freilich keine einfachen und schönen Bilder ergeben - und darum geht es (uns) im Eigentlichen.

Dass es äußerst schwer ist überhaupt ein passendes und schönes Bild zu erhalten, ist klar, das beweist aber nie, dass nicht noch schönere Bilder in unserer empirischen Punktverteilung gefunden werden können und es beweist auch nicht, dass nicht auch viele unschöne Bilder in den Punkten gefunden werden können, ebensowenig, dass die unschönen Bilder falsch sind, besonders nicht in Anbetracht dessen, dass es stets sehr viel mehr Punkte gibt als uns bekannt sein können. Damit sind die unbekannten Bereiche stets viel größer als die empirisch abgesicherten, bekannten Bereiche - und wären sie uns bekannt, so könnte womöglich ein bisher als unschön angesehenes Bild plötzlich wieder als schön erscheinen, man kann das nicht ausschließen.

Dass man viele Muster (Theorien) durch Falsifikation aussortieren kann ändert an der Situation leider auch nichts Prinzipielles, weil die Menge an noch nicht falsifizierten, ja vielleicht noch nicht einmal erdachten Möglichkeiten stets unüberschaubar groß bleibt, die Anzahl der übrigbleibenden Möglichkeiten nähert sich durch Falsifikation nicht der 1 an, soweit es unser Wissen davon betrifft.

D.h.: Die Weiterentwicklung der Physik führt nicht immer näher an die einzige wahre Lösung zur Beschreibung der Natur, sondern immer näher an eine mögliche Lösung unter vielen. Wenn wir Glück haben ist es die schönste, aber das werden wir nicht wissen können.
Grüße
seeker


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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 4. Sep 2017, 01:27

Du hast in vielem Recht.

Ich bin aber immer noch der Meinung, dass
seeker hat geschrieben:
3. Sep 2017, 12:19
... es sind prinzipiell zu der Summe aller bekannten Beobachtungen immer beliebig viele sehr gut passende und konsistente Modelle konstruierbar, das ist nicht die eigentliche Hürde (sie ist eher nur praktischer Natur).
nicht der Realität entspricht; das wird dir jeder Physiker ebenfalls versichern können.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 4. Sep 2017, 09:44

Es entspricht nicht der praktischen Realität, weil wir a) zu dumm sind b) nicht genügend Zeit und Mittel haben/hatten/haben werden und c) vernünftig und damit auch effizient arbeiten bzw. arbeiten wollen/müssen. Und wir befolgen die Regeln, an die wir glauben, die uns auch erfolgreich an den heutigen Erkenntnisstand gebracht haben und die uns sagen, was c), also was ein vernünftiges Vorgehen ist: Ockham, Schönheit, Eleganz, Einsichtigkeit, usw. Es spielt dabei keine wirkliche Rolle, ob diese Regeln allen Forschern stets bewusst sind oder nicht, sie wirken, das ist entscheidend.
D.h. wir treffen im Meer der Möglichkeiten stets von Anbeginn an eine Vorauswahl bei den Wegen, die wir überhaupt verfolgt wollen - und dass das so ist, muss überhaupt nicht bewusst werden. Deshalb kann es hinterher so erscheinen, als hätte es eh nur diesen einen Weg gegeben, wenn er erfolgreich war und wenn wir keinen anderen Weg sehen, aber das wissen wir nicht, können wir nicht wissen.
Grüße
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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 4. Sep 2017, 10:20

Was du diskutierst ist die grundsätzliche Frage, wie wir zu neuen Theorien kommen.

Was ich anspreche ist lediglich die Problematik, auf Basis bzw. im Rahmen einer etablierten Theorie, d.h. der ART (oder "einfacher Modifikationen") ein Modell mit wenigen Parametern zu finden, das alle beobachteten Daten reproduziert. Dabei ist die von dir genannte Vorauswahl bereits getroffen!

Offensichtlich ist es in diesem Rahmen keineswegs einfach, auch nur ein einziges Modell zu finden, geschweige denn gleich mehrere.

Darum ging es hier aber gar nicht. Letztlich sollte nur eine inhomogene Materieverteilung im Rahmen der ART diskutiert werden. Ja, diese ist prinzipiell zulässig; nein, es ist nicht einfach, sie mit allen Beobachtungen in Übereinstimung zu bekommen.
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 4. Sep 2017, 13:07

Ja, lasst uns zur Materieverteilung zurückkommen.
tomS hat geschrieben:
4. Sep 2017, 10:20
Letztlich sollte nur eine inhomogene Materieverteilung im Rahmen der ART diskutiert werden. Ja, diese ist prinzipiell zulässig; nein, es ist nicht einfach, sie mit allen Beobachtungen in Übereinstimung zu bekommen.
Ich vermute außerdem, dass es schwieriger ist eine inhomogene Materieverteilung mit den Beobachtungen in Einklang zu bekommen als eine homogene Verteilung, allerdings könnte ich mich da auch irren.
Außerdem könnte so etwas schnell Zusatzannahmen bzw. kompliziertere Modelle erfordern.
Hätten wir z.B. starke Inhomogenitäten auf Größenskalen, die weitaus größer sind als unser Beobachtungshorizont, dann bedürfte schon die reine Annahme desselben einer Erklärung: Warum könnte es dort zu Inhomogenitäten kommen? Die Antworten darauf dürften nicht so einfach werden und könnten auch schnell ins Kraut schießen, ohne dass eine allzu große Hoffnung bestünde das jemals durch Falsifikation wieder eindampfen zu können. Umgekehrt erscheint die Annahme der Homogenität ("wie hier so überall") weniger erklärungsbedürftig, obwohl auch das im Grunde spekulativ ist, da auch nicht wirklich/vollständig durch Beobachtung prüfbar. Der Punkt ist aber: Wenn man schon spekulieren bzw. annehmen muss, dann sucht man sich zunächst die einfachst mögliche Spekulation aus. Warum? Weil das vernünftig ist.

Aber über großräumige Inhomogenitäten nachzudenken, ist m.E. dennoch interessant.
Wie würde sich z.B. ein Univerum mit einem unendlich ausgedehnten Raum entwickeln, in dem unendlich viele isolierte Materieinseln unterschiedlicher Größe vorhanden sind (wobei unsere Insel sagen wir einmal einen Durchmesser von 1000 Mrd Lj hätte)?
Wie groß können Materie-Strukturen in einem unendlichen Raum aber in begrenzter Zeit überhaupt werden? Unter welchen Voraussetzungen?
Grüße
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Re: Raumproblem

Beitrag von Skeltek » 4. Sep 2017, 21:00

Wäre ein Universum vorstellbar, welches nur aus einem Punkt besteht?
Mathematisch ist das ja mehr als beschreibbar, es wäre vermutlich sogar vollständig und widerspruchsfrei, auch wenn auch völlig schwachsinniges Konzept.
Leider ist es umso schwerer den Unsinn eines Models zu erkennen, je komplexer es wird.
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Re: Raumproblem

Beitrag von positronium » 4. Sep 2017, 21:54

Skeltek hat geschrieben:
4. Sep 2017, 21:00
Wäre ein Universum vorstellbar, welches nur aus einem Punkt besteht?
Glaube ich nicht, und denke, dass das durch eine einfache Verallgemeinerung offensichtlich wird: Man darf Raum nicht nur als x,y,z, eine Mannigfaltigkeit oder vergleichbares sehen, sondern ganz abstrakt als nicht-zeitlichen Zusammenhang zwischen verschiedenen Objekten; und ein solcher ist nötig, damit es Dynamik geben kann. Nimmt man diese Perspektive ein, gibt es immer zwangsläufig Raum (mit welchen Eigenschaften auch immer), der ausgedehnt ist - die Definition von "ausgedehnt" ist dabei irrelevant, sie ist jedenfalls nicht: gleich/identisch.

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Re: Raumproblem

Beitrag von tomS » 5. Sep 2017, 08:33

@seeker: die Astrophysiker denken heute fast ausschließlich über ein inhomogenes Universum nach (wobei die Inhomogenitäten klein sind). Die kosmische Hintergrundstrahlung weist Anisotropien auf, die sowohl durch Inhomogenitäten zur Zeit der Entstehung als auch durch den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt bei der späteren Durchquerung von Inhomogenitäten erklärbar ist. Kosmische Voids führen zu einem Effekt, der eine beschleunigte Expansion vortäuscht (allerdings wohl nicht in der richtigen Größenordnung). Voids und Materiefilamente sind heute Gegenstand der Beobachtung; jedes kosmologische Modell muss diese reproduzieren können (insbs. auch dazu muss die Existenz von Dunkler Materie angenommen werden; ohne diese funktioniert das nicht) ...
Gruß
Tom

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Re: Raumproblem

Beitrag von seeker » 7. Sep 2017, 11:54

positronium hat geschrieben:
4. Sep 2017, 21:54
Man darf Raum nicht nur als x,y,z, eine Mannigfaltigkeit oder vergleichbares sehen, sondern ganz abstrakt als nicht-zeitlichen Zusammenhang zwischen verschiedenen Objekten; und ein solcher ist nötig, damit es Dynamik geben kann. Nimmt man diese Perspektive ein, gibt es immer zwangsläufig Raum (mit welchen Eigenschaften auch immer), der ausgedehnt ist - die Definition von "ausgedehnt" ist dabei irrelevant, sie ist jedenfalls nicht: gleich/identisch.
Das ist ein interessanter Gedanke über den ich nachdenke.
Was aber ist ein nicht-zeitlicher Zusammenhang, wo ist der Unterschied zu einem räumlichen Zusammenhang?
Wann sind Objekte verschieden, wann ist es dasselbe Objekt? Ist ein Objekt, das sich zeitlich verändert (A->B) noch dasselbe Objekt, ist es ein Objekt oder sind es zwei?
Sind zwei zusammenhängende Objekte A<->B zwei Objekte oder eines?
Und ist ein nicht-zeitlicher Zusammenhang automatisch räumlich?
Liegt das in der Natur der Dinge oder nicht vielleicht vielmehr an uns, daran, dass wir kaum anders denken können als in den Kategorien Raum und Zeit und die Dinge dann daher immer in diese Schubladen stecken, gleich ob sie 'an sich' da reingehören oder nicht?
tomS hat geschrieben:
5. Sep 2017, 08:33
die Astrophysiker denken heute fast ausschließlich über ein inhomogenes Universum nach (wobei die Inhomogenitäten klein sind). Die kosmische Hintergrundstrahlung weist Anisotropien auf, die sowohl durch Inhomogenitäten zur Zeit der Entstehung als auch durch den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt bei der späteren Durchquerung von Inhomogenitäten erklärbar ist. Kosmische Voids führen zu einem Effekt, der eine beschleunigte Expansion vortäuscht (allerdings wohl nicht in der richtigen Größenordnung).
Ja, das ist rübergekommen und interessant und der nächste logische Schritt. Man darf auch gespannt sein, was aus der Richtung noch kommt.
Das sind aber vergleichsweise noch "kleinskalige" Inhomogenitäten, über die da nachgedacht wird.
Ich bin gedanklich nur noch einen Schrit weiter gegangen und habe mich gefragt, wie es wäre, wenn es auf noch größeren Skalen Inhomogenitäten gäbe und unter welchen Voraussetzungen so etwas überhaupt denkbar wäre.
Mir ist dabei klar, dass wir für Skalen größer als unseren Beobachtungshorizont nat. keine direkten Beobachtungen haben können, aber evtl. gibt es indirekte Indizien.
Motivation dazu ist auch, dass sich das Universum bisher hinterher stets als viel viel größer herausgestellt hat, als man angenommen hatte.
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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