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Expansion des Universums

Galaxien, Sterne, Planeten...
Beobachtungen und Physik der Himmelskörper (außer Schwarzen Löchern)
Siggi

Expansion des Universums

Beitrag von Siggi » 5. Okt 2014, 19:22

Hallo,

ich bin neu hier und ich bedanke mich bei dem Admin, dass ich endlich freigeschaltet wurde.

Meine Frage wäre folgende: Expandiert das Univesum wirklich? Lt. Hubble ist es so, aber stimmt das auch? Lt. seiner Darstellungen und Theorien aufgrund der gemessenen Rotverschiebung usw. und so fort, scheint es so zu sein.
Ich habe so meine eigenen Gedanken und Zweifel an der Annahme. Wir schauen mit unseren Instrumenten immer weiter und tiefer ins Weltall und damit auch durch die Lichtgeschwindigkeit immer weiter in die Vergangenheit. Kann es sein, dass was wir sehen nur eine visuelle Fiktion ist? In der Vergangenheit dehnte sich das Universum aus(also in die wir blicken) aber wie ist der aktuelle Stand? Expandiert unser wahrgenommener Weltraum immer noch? Wie lässt sich das erklären?

Auf viele AW`s würde ich mich freuen.

mgf

Siggi

Siggi

Re: Expansion des Universums

Beitrag von Siggi » 5. Okt 2014, 20:30

@Yuk...,
Sorry, Deine antworten waren nun ja nicht so schön, ehlich gesagt, habe ich keine Lust mich auf einen verbalen Schlagabtausch auf dem Board hinreissen zu lassen. Ich werde mich an die für jederman verständlichen Regeln halten.
also mein Guter: Mach einen Abgang.

vlg

Siggi

breaker
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von breaker » 5. Okt 2014, 21:13

@Siggi:
Stimme Dir zu. Yukterez scheint ein Talent dafür zu haben, Neulinge zu vergraulen.Davon abgesehen halte ich Deine Frage durchaus für berechtigt.

Zur eigentlichen Frage:
Leider bin ich kein Experte in experimenteller Astrophysik, deshalb kann ich nur wenig über aktuelle experimentelle Belege für eine Expansion berichten (bin aber überzeugt, dass es da einiges gibt...).
Von theoretischer Seite sieht die Sache aber wie folgt aus: Wir haben mit der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) eine physikalische Theorie, von der wir glauben, dass sie die Vorgänge in unserem Universum (auf großen Längenskalen) sehr gut beschreibt. Warum glauben wir das? Weil wir mittlerweile wahnsinnig viele Experimente kennen, in denen die ART genau die richtigen Vorhersagen macht.
Eine der Vorhersagen dieser Theorie ist nun aber, dass eine Expansion des Universums zu einer Rotverschiebung führt. Wenn also
1. man eine Rotverschiebung misst
2. die ART richtig ist und
3. es keine anderen Gründe für eine Rotverschiebung geben kann, als eine Expansion,
Dann kann man von der Rotverschiebung auf eine Expansion des Universums schließen. Punkt 3 meint, dass es ja theoretisch sein könnte, dass das Licht einer Galaxie auf dem Weg zu uns aus anderen Gründen rotverschoben wird, z.B. durch irgendwelche Gravitationsfelder, die es auf seinem Weg durchqueren muss. Dies kann man wohl tatsächlich ausschließen.

Es ist also NICHT so, dass man einfach nur sagt "Wir kennen von der Erde den Dopplereffekt und in Analogie dazu schließen wir von einer Rotverschiebung auf eine Expansion". Vielmehr haben wir eine wahnsinnig gute Theorie, die uns präzise vorhersagt, dass eine Expansion des Universums eine Rotverschiebung nach sich zieht.

Siggi

Re: Expansion des Universums

Beitrag von Siggi » 6. Okt 2014, 00:28

@Breaker

Hi, danke für Deine AW, Deine Ausführungen (ich hoffe ich habe sie richtig gelesen und interpretiert) sind gemäß der Schulweissheit richtig. Die von uns gemessene Rotverschiebung besagt, dass das Universum expandiert. Nur bedenke einmal, dass das Licht zu uns etliche beinah hätte ich noch ätzliche Mld. Lichtjahre geschrieben zu uns durch das Universum braucht um analysiert und gemessen zu werden. Letztendlich ist es doch so, dass wir nur einen Teil durch die uns bekannten Messungen registrieren können was vor und danach (also nach dem Urknall, falls es den überhaupt gegeben hat) messen können. Ich denke, dass diese aus der Vergangenheit stammen. Die Informationen, die uns das Weltall liefert sind falsch. Ich kann nicht aufgrund dessen darauf schliessen, dass sich das Weltall noch immer weiter ausdehnt, es ist die Vergangenheit die wir sehen und messen können.

lg

Siggi

PS.: in dem Zusammenhang ergibt sich ein weiteres Thema, muss mich erstmal sammeln und Gedanken zusammenfügen und dann ein neues Thema starten.

Skeltek
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 6. Okt 2014, 03:25

Ja, alles was wir in der Vergangenheit sehen deutet auf eine Expansion hin.
Ob es immer noch so ist ist schwerer zu sagen, da uns für Messungen der gegenwärtigen Expansionsgeschwindigkeit nur die nähere galaktische Umgebung zur Verfügung steht.

Die nähere Vergangenheit deutet zwar auch auf eine Expansion hin, jedoch stehen uns für eine Messung z.B. der letzten 3 Milliarden Jahre nur ca (3/16)^3 = 27/4960= ca 0,54%= ca 1/200 der Messdaten zur Verfügung, die wir für eine durchschnittliche Messung der letzten 16 Milliarden Jahre hätten(Kugel von nur 3/16 Durchmesser; stark vereinfachte Rechnung, leicht gefälscht aus Anschauungsgründen).
Der Mangel an Daten wäre eigentlich nicht das Problem; die Sache ist nur die, daß auf so kleinen Entfernungen lokale Drifts einen viel stärkeren Einfluss haben als die Expansion, die im Vergleich dazu erst auf viel größeren Skalen mehr Gewicht bekommt als lokale Phänomene.
In einem sich langsam ausdehnenden Gas z.B. könnten lokale Kompressionen auch auf Druckwellen zurückzuführen sein, nur mal so als blöder Vergleich. Globale Effekte werden erst auf größeren Skalen richtig sichtbar.

Die Messungen sind zugegeben extrem akkurat. Es ist jedoch wahrscheinlicher dass man sich kollektiv in der Interpretation der Daten geirrt hat als dass man bei der Auswertung der Daten durch eine Theorie falsch liegt.
Falsche oder unvollständige Theorien können zur Missinterpretation von Daten führen. Die gewonnenen interpretierten Daten können die Theorie jedoch bestätigen. Nur extreme Vorkommnisse könnten uns Hinweise liefern, dass wir etwas grundlegendes missinterpetiert haben, was aber aufgrund unseres relativ komplexen Theorieverständnisses relativ unwahrscheinlich ist.
Zuletzt geändert von Skeltek am 6. Okt 2014, 10:49, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von breaker » 6. Okt 2014, 09:47

Hi, danke für Deine AW, Deine Ausführungen (ich hoffe ich habe sie richtig gelesen und interpretiert) sind gemäß der Schulweissheit richtig. Die von uns gemessene Rotverschiebung besagt, dass das Universum expandiert. Nur bedenke einmal, dass das Licht zu uns etliche beinah hätte ich noch ätzliche Mld. Lichtjahre geschrieben zu uns durch das Universum braucht um analysiert und gemessen zu werden. Letztendlich ist es doch so, dass wir nur einen Teil durch die uns bekannten Messungen registrieren können was vor und danach (also nach dem Urknall, falls es den überhaupt gegeben hat) messen können. Ich denke, dass diese aus der Vergangenheit stammen. Die Informationen, die uns das Weltall liefert sind falsch. Ich kann nicht aufgrund dessen darauf schliessen, dass sich das Weltall noch immer weiter ausdehnt, es ist die Vergangenheit die wir sehen und messen können.
OK, also du willst konkret darüber reden, warum wir glauben, dass es sich heute immernoch ausdehnt. Das ist an sich natürlich eine schwierige Frage und wahrscheinlich sind die Folgenden Antworten etwas unbefriedigend:
1. Wenn man ein homogenes, isotropes Universum annimmt, dann bekommt man heraus, dass das Universum nur 3 mögliche Geschichten haben kann: Entweder, es dehnt sich sehr schnell aus, oder es dehnt sich gemäßigt aus, oder es dehnt sich erst aus und zieht sich dann wieder zusammen. Da man nicht nur weiß, dass sich das Universum ausgedehnt hat, sondern auch mit welcher Geschwindigkeit es das getan hat, kann man vermutlich darauf schließen, dass es sich (unter den Annahmen der Homogenität und Isotropie!) heute immernoch ausdehnt. Ich kann allerdings keine quantitativen Vorhersagen machen.
2. Wenn man die Annahmen der Homogenität und Isotropie wenlässt (und vielleicht noch Dunkle Materie/Energie berücksichtigt), muss man andere Modelle heranziehen. Ich gehe davon aus, dass aus diesen auch ein heute expandierendes Universum folgt (aber nur, weil ich glaube, sonst schon gegenteiliges gehört zu haben). Vielleicht jemand anderes hier mehr Ahnung von diesem Thema.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von seeker » 6. Okt 2014, 12:56

Der Punkt ist doch der:
Wenn man findet, dass sich das Universum schon immer ausgedehnt hat und sich "kürzlich" (seit ein paar Mrd Jahren) sogar beschleunigt ausgeht, dann ist die Schlussfolgerung, dass es sich im Moment auch noch ausdehnt leicht: Man muss die Modelle dafür nur in die Zukunft laufen lassen.
Wenn ich sehe, dass die Erde schon seit Menschengedenken rechts herum um ihre Achse kreist, heute morgen mit der Geschwindigkeit X, dann erwarte ich auch nicht, dass sie morgen mit der Geschwindigkeit 1000*X rotiert oder gar mit Y links herum rotiert oder stehen bleibt - jedenfalls nicht ohne irgendeine gute Begründung dafür, denn das wäre sonst aus der Luft gegriffen, eine willkürliche Annahme.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Timm » 7. Okt 2014, 18:41

Siggi, sicherlich ist deine Frage berechtigt.

Was hat man? Aus Supernova Daten und davon völlig unabhängig aus der Analyse des Mikrowellenhintergrunds ergibt sich die Zusammensetzung der Energiedichte. Derzufolge ist das Universum räumlich flach und expandiert ewig (Stichwort Lambda CDM Modell). Die SN Daten reichen nicht ganz bis zum Zeitpunkt 'heute', nehmen wir mal an, sie sind älter als eine Mrd Jahre.

Nun hast 2 Möglichkeiten zu argumentieren, die 'alten' Daten aus der Vergangenheit täuschen lediglich vor, das Universum expandiere noch heute:

1. Das Modell ist falsch.
2. In der letzten Jahr Mrd hat sich die Zusammensetzung der Energiedichte dahingehend geändert, daß die Materiedichte entsprechend zugenommen oder die der kosmologischen Konstante (Dunkle Energie) abgenommen hat. Gerade so, daß das Universum heute nicht mehr expandiert, was auf einen Kollaps hinausliefe.

Tatsächlich nimmt die Materiedichte wegen der expansionsbedingten 'Verdünnung' ab.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 7. Okt 2014, 18:58

Timm hat geschrieben: Nun hast 2 Möglichkeiten zu argumentieren, die 'alten' Daten aus der Vergangenheit täuschen lediglich vor, das Universum expandiere noch heute:

1. Das Modell ist falsch.
Die gewonnenen Daten bestätigen aber das Model. Damit bekommst du maximimal einen Zirkelschluss hin :-D
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von gravi » 7. Okt 2014, 18:59

1. Ich finde Siggis Frage nicht ganz berechtigt. Es ist noch nicht so lang her, dass man anhand Vermessung durch Supernovae eine sogar beschleunigte Expansion der RZ ermittelte. Es ist kaum davon auszugehen, dass sie innerhalb von ein paar Jahren zum Stillstand kam.

2. Wieso vergrault Yukterez neue Mitglieder, nur weil er versucht gestellte Fragen weiter zu hinterfragen bzw. unsinnige Fragen als solche darzustellen ("expandiert das Universum wirklich").

3. Äußerungen wie "mach einen Abgang" mögen wir hier ganz und gar nicht. Entweder sachlich argumentieren oder besser nichts schreiben.

Gruß
gravi
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von breaker » 7. Okt 2014, 19:05

Tja, dann seid ihr wohl bessere Physiker, als ich, tut mir leid.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 8. Okt 2014, 14:44

Yukterez hat bisschen gestichelt, Siggi bisschen überreagiert.
Die interpetierbare Absicht hinter Yuks Antwortgestaltung war glaube zweideutig.
Ich sehe da nicht viel Konfliktpotential...

back to topic?
Wikipedia hat geschrieben: Als Standardkerzen bezeichnet man in der Astronomie Objekte, von denen man annimmt, dass sie immer dieselbe, bekannte absolute Helligkeit besitzen. Dann kann man anhand ihrer scheinbaren Helligkeit auf die Entfernung der Objekte schließen.
Sprich:
-Die Helligkeit h(s) solcher Sterne ist aus derselben Entfernung(z.B. setzen wir diesen Abstand als Normgröße s=1) betrachtet immer gleich.
-Bei größerer Entfernung nimmt die Helligkeit ab nach dem Gesetz h(s)=(1/s)^2 * ( Integral[1,s] von [(k^(u-1))/(u-1)] du ). Wobei 0<k<1; s=Abstand zum Stern; erster Term symbolisiert die Helligkeitsabnahme durch Entfernung; zweiter Term symbolisiert die Helligkeitsabnahme durch interstellaren Staub; mein zweiter Term berücksichtigt nicht örtliche Schwankungen der Staubverteilung und auch nicht Änderung der Staubdichte(nimmt ab durch Expansion) pro Zeit.
-Die Formeln hab ich ad hoc konstruiert, man müsste mal googeln wie genau es die Astronomen da nehmen oder ob ich einen Fehler drin habe.
-Da bestimmte wenige Sterntypen(erkennbar am fingerabdruch ihrer Lichtspektren) immer fast gleich groß sind und gleich stark leuchten, kann man anhand ihrer Helligkeit durch einsetzen in die Formel recht schnell ihre Entfernung bestimmen.
-Durch die Rotverschiebung des Frequenzspektrums bekommt man dann die Driftgeschwindikeit heraus, mit der sie sich von uns "wegbewegen".

So würde ich es jedenfalls angehen wenn ich annehme, daß die variable Größe die Distanz und nicht die Zeit, Gravitationskonstante, Verhältniss der Grundkräfte, globale Nukleonenmasse, Lichtgeschwindigkeit oder sonst etwas ist. In letzteren Fällen ergeben sich völlig andere Formeln und man müsste die pyhsikalische Anschauung völlig umstrukturieren; trotzdem wäre die daraus resultierende Phänomenologie vermutlich völlig identisch.(ausser vielleicht in Extremfällen wo man es mit Singularitäten zu tun hat, ist aber nur meine Meinung).
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Pippen » 10. Okt 2014, 00:04

breaker hat geschrieben:@Siggi:

Eine der Vorhersagen dieser Theorie ist nun aber, dass eine Expansion des Universums zu einer Rotverschiebung führt. Wenn also
1. man eine Rotverschiebung misst
2. die ART richtig ist und
3. es keine anderen Gründe für eine Rotverschiebung geben kann, als eine Expansion,
Dann kann man von der Rotverschiebung auf eine Expansion des Universums schließen.
Nicht ganz. Die Rotverschiebung könnte nämlich dadurch entstehen, dass sich die Sterne von uns wegbewegen, während der Raum unberührt bleibt. Das wäre sogar die klassische Rotverschiebung durch den Dopplereffekt. Dann würde sich nicht das Universum ausdehnen, sondern nur die Galaxien (im unveränderten Raum) voneinander fortbewegen. Wieso wird diese Variante nicht beachtet? Gibt es da einen handfesten Grund (zB einen Fall, wo man nachweisen könnte, dass es dann Überlichtgeschwindigkeit gäbe)?

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Timm » 10. Okt 2014, 10:47

Pippen hat geschrieben:
breaker hat geschrieben:@Siggi:

Eine der Vorhersagen dieser Theorie ist nun aber, dass eine Expansion des Universums zu einer Rotverschiebung führt. Wenn also
1. man eine Rotverschiebung misst
2. die ART richtig ist und
3. es keine anderen Gründe für eine Rotverschiebung geben kann, als eine Expansion,
Dann kann man von der Rotverschiebung auf eine Expansion des Universums schließen.
Nicht ganz. Die Rotverschiebung könnte nämlich dadurch entstehen, dass sich die Sterne von uns wegbewegen, während der Raum unberührt bleibt. Das wäre sogar die klassische Rotverschiebung durch den Dopplereffekt. Dann würde sich nicht das Universum ausdehnen, sondern nur die Galaxien (im unveränderten Raum) voneinander fortbewegen. Wieso wird diese Variante nicht beachtet? Gibt es da einen handfesten Grund (zB einen Fall, wo man nachweisen könnte, dass es dann Überlichtgeschwindigkeit gäbe)?
Diese Variante wird durchaus beachtet:

http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmology_faq.html#MX
Are galaxies really moving away from us or is space just expanding?

This depends on how you measure things, or your choice of coordinates. In one view, the spatial positions of galaxies are changing, and this causes the redshift. In another view, the galaxies are at fixed coordinates, but the distance between fixed points increases with time, and this causes the redshift. General relativity explains how to transform from one view to the other, and the observable effects like the redshift are the same in both views. Part 3 of the tutorial shows space-time diagrams for the Universe drawn in both ways.
Die landläufige Vorstellung vom expandierenden Raum beruht auf der Wahl mitbewegter Koordinaten, was aber keineswegs zwingend ist. Bei entsprechender Wahl der Koordinaten ist Relativbewegung Ursache der Rotverschiebung. Dies ist allerdings nicht als klassischer Dopplereffekt zu verstehen, denn global läßt sich im materiehaltigen Universum kein Inertialsystem definieren. Bei dieser Variante beruht die kosmologische Rotverschiebung vielmehr auf einer Kombination von gravitativem und kinematischem Effekt, wie z.B. hier ausgeführt.

Die ART macht Aussagen, wie sich Testpartikel im gekrümmten Raum verhalten, nicht aber zur Entstehung oder Dehnung von Raum, das ist Interpretation. In der Fachwelt versteht man unter "Expansion", daß sich die Dinge voneinander wegbewegen, denn das mißt man und das ist beobachterunabhängig.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 10. Okt 2014, 18:07

Bist mir zuvorgekommen Timm, hätte ich selbst nur schlechter ausdrücken können.
Man sollte jedoch beim Erklären anderen gegenüber die Anschauung der mitbewegten Koordinaten wählen, um das Anschauungsmodell das sich in ihren Köpfen entwickelt in eine leichter für sie handhabbare Richtung zu lenken.
Ich halte beide Modelle für phänomenologisch äuivalent;
das ist als würde man entscheiden müssen ob man(schlechtes Beispiel folgt) eine Matrix in S=A+B aufspaltet oder lieber in S=A*B ... man wählt halt das, was intuitiver oder den kausalen Mechanismus strukturell eher widerzuspiegeln erscheint. Wo man die Ursache für gewisse Effekte zu liegen glaubt ist eben auch davon abhängig, welche Strukturen man die kausalen Zusammenhänge gliedert.
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von seeker » 13. Okt 2014, 13:55

Mal ne andere Frage:

Dürfen wir eigentlich so ohne weiteres aus der Beobachtung des von uns beobachtbaren Teils des Universums auf das Gesamtuniversum schließen, wenn es um beschleunigte Expansion gehen soll?
Ich meine, das Universum könnte durchaus auch so groß sein, dass wir davon nur einen unbedeutend winzigen Ausschnitt zu sehen bekommen, es könnte sogar unendlich groß sein. Sind wir da nicht evtl. in einer Position wie eine Ameise, die auf einer kleinen zugefrorenen Pfüze steht, beobachtet, dass diese flach ist und daraus schließt, dass die ganze Welt flach sei?
Was, wenn die beschleunigte Expansion, die wir sehen "nur" in einem unbedeutend kleinen Bereich des Universums (von z.B. nur 100.000 Mrd LJ) vonstatten geht?
Dürfen wir bei einem angenommenen sehr, sehr großen Universum (und dafür spricht z.B. evtl. die gemessene Flachheit desselben) überhaupt von Homogenität auf "kleinen" Skalen ausgehen? Müssen wir nicht eher von einer Gleichverteilung der Massen ausgehen, die eben dafür sorgt, dass es auf jeder Skala (außer auf der Allergrößten, die wir dann eben nicht sehen könnten) erhebliche Abweichungen vom Mittelwert gibt?

Also: Dürfen wir nicht genau genommen nur behaupten, dass sich der sichtbare Teil des Universums beschleunigt ausdehnt?

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 13. Okt 2014, 14:50

Die Frage ist ja auch, ob sich selbst das beobachtbare Universum überhaupt überall gleich schnell ausdehnt. Es ist durchaus ein Mechanismus vorstellbar der dafür sorgt, daß sich die unterschiedliche Expansionsgeschwindigkeit durch unterschiedliche Zeitdillatation(Dichteabhängig) phänomenologisch exakt wieder ausgleicht, wodurch es dann nicht feststellbar wäre ob es sich gleich schnell ausdehnt.
Man könne es auf die Spitze treiben und spekulieren, ob die Expansion eine Folge von Zeitdillatation ist, aber das würde hier zu weit führen. Würde die Zeit für Masse-behaftete Objekte immer schneller vergehen, würde jedes Photon aus Sicht der Masse langwelliger erscheinen.
Als nächstes interpretieren wir noch die Gravitation als zweites Wegdifferential der Zeitdillatation und es ist übersichtlich genug um mit alles mögliche zusammenzuspinnen...
Expansion ist ein Phänomen, dessen Ursache meiner Meinung nach nicht klar ermittelt werden kann. Physik kann schließlich nur Relationen A~B~C messen, bei einer Änderung eines Verhältnisses kann man nie genau wissen, ob sich nun B verändert hat oder A&C.
Zuletzt geändert von Skeltek am 14. Okt 2014, 21:00, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Timm » 13. Okt 2014, 17:05

seeker hat geschrieben: Dürfen wir eigentlich so ohne weiteres aus der Beobachtung des von uns beobachtbaren Teils des Universums auf das Gesamtuniversum schließen, wenn es um beschleunigte Expansion gehen soll?
Ganz sicher kann man nicht sein. Wenn die Dunkle Energie zeitlich veränderlich und /oder inhomogen verteilt ist (Stichwort Quintessenz), kann es großskalige Regionen geben, die unterschiedlich expandieren. Viele Anhänger hat diese These aber nicht, weil die Daten mit der Annahme einer kosmologischen Konstante gut verträglich sind. Oder, wer kann ausschließen, daß die Homogenität und das Zusammenpassen der Daten im beobachtbaren Universum nicht einem außerordentlich glücklichem Wurf geschuldet ist? Oder ... ? Alles wenig wahrscheinlich, weshalb das L-CDM Modell ziemlich unangefochten ist.
Zuletzt geändert von Timm am 13. Okt 2014, 17:16, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von seeker » 14. Okt 2014, 11:57

Timm hat geschrieben:wer kann ausschließen, daß die Homogenität und das Zusammenpassen der Daten im beobachtbaren Universum nicht einem außerordentlich glücklichem Wurf geschuldet ist? Oder ... ? Alles wenig wahrscheinlich, weshalb das L-CDM Modell ziemlich unangefochten ist.
Was ich mich frage ist, ob es tatsächlich wenig wahrscheinlich wäre, wenn man ein sehr sehr großes Universum annimmt.
Denn dann müsste es auf kleinen Skalen (und unser sichbarer Bereich des Universums wäre dann eine kleine Skala!) mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erheblichen Abweichungen vom kosmischen Mittel kommen (Gesetz der kleinen Zahlen) - oder?

So weit ich gelesen habe, gab es eine Hypothese, dass der expandierende Raumbereich nur eine 8 Mrd LJ große Blase wäre.
Diese Hypothese ist soweit ich das sehe nach neueren Erkenntnissen vom Tisch.
Das heißt ja aber nichts -oder? Die Blase könnte ja auch z.B. 1000 Mrd LJ groß sein...

Ich meine, die größten Strukturen, die wir sehen, sind die Filamente. Wie wahrscheinlich ist es, dass das auf noch größeren Skalen immer so mit Filamenten weitergeht?
Ich halte das für höchst unwahrscheinlich.
Auf der nächsthöheren Ebene bilden die Filamente vielleicht voneinander getrennte Bälle oder sonst etwas. Wer weiß?

Natürlich kann man sagen, dass die Annahme "es geht immer so weiter" die einfachste ist. Ja. Aber die wahrscheinlichste bzw. "wahrheitsnächste" ist es offenbar nicht: Es geht uns wie der Ameise.

Grüße
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 14. Okt 2014, 15:58

seeker hat geschrieben:Denn dann müsste es auf kleinen Skalen (und unser sichbarer Bereich des Universums wäre dann eine kleine Skala!) mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erheblichen Abweichungen vom kosmischen Mittel kommen (Gesetz der kleinen Zahlen) - oder?
[/quote
]Die Frage ist was im Mittel heraus kommt, wenn man einen genügend großen Abschnitt nimmt. Vielleicht konvergiert die Dichte gegen Null, wenn man auf immer größere Skalen geht?
seeker hat geschrieben: Ich meine, die größten Strukturen, die wir sehen, sind die Filamente. Wie wahrscheinlich ist es, dass das auf noch größeren Skalen immer so mit Filamenten weitergeht?
Ich halte das für höchst unwahrscheinlich.
Auf der nächsthöheren Ebene bilden die Filamente vielleicht voneinander getrennte Bälle oder sonst etwas. Wer weiß?
Denk mal hierüber nach: Bestimmen Größe und Form der leeren Hohlräume die Strukturen die wir sehen oder die Größe und Formen dessen was zwischen den Hohlräumen ist?
Existieren kann nur das, was tatsächlich auch möglich ist. Wäre ein Universum mit einer durchschnittlich von Null abweichenden Dichte möglich? Damit schneide ich an, dass laut Formel jeder von Dichte>0 Abschnitt ab einer gewissen Größe einen EH ausbildet(erforderlich für Expansion?).
Zumindest kam bei unseren Rechnungen damals ein EH-Radius des sichtbaren Universums heraus, der im Bereich des 10^(-1) bis 10^(1)-fachen unseres Hubbleradius lag(Die Größenskala stimmt zumindest ungefähr überein).
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Timm » 14. Okt 2014, 17:31

seeker hat geschrieben:Das heißt ja aber nichts -oder? Die Blase könnte ja auch z.B. 1000 Mrd LJ groß sein...
Welche Annahme ist wahrscheinlicher?

1. Das Universum ist überall so homogen, wie im beobachtbaren Teil.
2. Das Universum ist großskalig inhomogen, wobei unsere Region gerade räumlich flach und homogen ist.

Wir verträgt sich 2. mit der Inflation?

Die ebnet anfängliche Dichteschwankungen ein und löst das Flachheits- und das Homogenitätsproblem. Verzichtet man darauf, dann verstärken sich Dichteschwankungen dramatisch mit der Folge, daß überdichte Bereiche schnell kollabieren, während unterdichte Bereiche so schnell expandieren, daß die Zeit zur Bildung von Galaxien bei weitem nicht ausreicht.

Man kann natürlich immer noch sagen, vergiß das kosmologische Prinzip, die Inflation, das L-CDM Modell ... und nimm den 'glücklichen Wurf'' als wahrscheinlicher an. Niemand kann das falsifizieren.

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Skeltek » 14. Okt 2014, 21:04

Yukterez hat geschrieben: Im Gegenteil, kurzwelliger würde es aus der Sicht der Masse dann erscheinen!
Das Licht das von der Masse käme würde dann aus der Sicht des leeren Raums langwelliger erscheinen.
Habe es korrigiert. Hatte um zu viele Ecken gedacht und eine effektorientierte Betrachtung versucht in der die Teilchenradii mit c in Realtion stehen. Führt aber hier glaube ich zu weit und da hat sich dann das falsche Wort eingeschlichen ^^'
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von seeker » 15. Okt 2014, 00:29

@Skeltek: Das mit den EH hast du schon oft angesprochen... Mich überzeugt es halt nicht wirklich. Das haben wir schon diskutiert.

@Timm:
Ich denke, ich bin nur vorsichtig.
Ich meine, wie oft haben wir uns denn schon getäuscht beim Universum, bei seiner Größe und bei seiner Struktur?
Wie weit haben wir diese Annahme der Homogenität schon hinausschieben müssen?
Auf jeder Größenordnung haben wir bisher Abweichungen von der Homogenität gefunden.
Wo, auf welcher Skala ist denn das Universum empirisch ermittelt homogen? Und wie homogen ist es dort? Sicher nicht perfekt homogen.
Allerhöchstens können wir Homogenität zurzeit noch auf der Ebene über den Filamenten annehmen. Darunter gibt es eben die Filamente und die Voids.
Und selbst auf dieser Ebene über den Filamenten ist die Homogenität nicht vollkommen...
Gut, es könnte sein, dass der sichtbare Bereich des Universums fast das Gesamtuniversum ausmacht. Dann wäre das erledigt.

Wenn es aber nicht so wäre, wenn das Universum sehr viel größer wäre, was ergibt sich dann?

Nehmen wir an, die Inflationsthese wäre richtig.
(Die Auswirkungen der Inflation (+ die Zusammensetzung aus Matere, DM und DE) haben wir dabei in unseren Modellen ja auch so eingestellt, dass sie zur Annahme eines homogenen Universums passen und das erklären, was wir sehen.)
Vor der Inflation hätten wir dann schon ein Universum gehabt, das lokalen Dichteschwankungen unterliegt.
Die Inflation hätte das geglättet, aber ja nicht vollkommen auf Null herab: Größere Inhomogenitäten zuvor wären auch danach immer noch stärker ausgeprägt, wenn auch auf einer viel kleineren Skala, die sich in der Entwicklung danach aber auch wieder verstärken kann.

Mein Gedankengang ist nun folgender:
Wenn diese Inhomogenitäten zuvor statistische Ausreißer waren, dann steigt die Wahrscheinlichkeit für ausgedehntere und auch stärkere Ausreißer mit der Größe des damaligen Universums.
D.h.: Bei einem beliebig großen Anfangsuniversum müssten wir beliebig große und auch beliebig starke Ausreißer bekommen. Dabei kann man auf der Skala des Gesamtuniversums immer noch von großräumiger Homogenität ausgehen. Es scheint nur eine Frage der Größe zu sein...

Ich frage also immer noch, ob überhaupt unterhalb der allergrößten Skala eine Homogenität plausibel ist?
Ich verstehe noch nicht, warum die Inflationsthese hier irgendwie dagegen spricht?
Vielleicht mache ich auch einen Denkfehler in meinem Gedankengang. Falls, dann möchte ich den finden...
Timm hat geschrieben:Wir verträgt sich 2. mit der Inflation?

Die ebnet anfängliche Dichteschwankungen ein und löst das Flachheits- und das Homogenitätsproblem. Verzichtet man darauf, dann verstärken sich Dichteschwankungen dramatisch mit der Folge, daß überdichte Bereiche schnell kollabieren, während unterdichte Bereiche so schnell expandieren, daß die Zeit zur Bildung von Galaxien bei weitem nicht ausreicht.
Hier könnte ich ganz einfach das anthropische Prinzip als Erklärung anbieten: Weil es uns gibt, leben wir eben gerade in einem lebensfreundlichen Bereich, wo es gepasst hat, was dann kein Zufall wäre, sondern eine Notwendigkeit.

Wie gesagt: Man könnte sich ja auch vorstellen, dass das Universum auf einer sehr sehr großen Skala aus lauter z.B. 1000 Mrd LJ großen Bereichen besteht, wo abwechselnd unterschiedliche Materiedichten vorliegen, die in sich aber stets homogen dicht sind. Auf einer noch darüberliegenden Skala könnte es ja dann trotzdem wieder homogen erscheinen.
Ist das durch unser bisheriges Wissen bzw. unsere Modelle unplausibel? Warum?

Ich vermute, wenn, dann kann man das nur durch die Entwicklungsmöglichkeiten des Universums vor der Inflation erklären, die auch bei einem sehr großen Anfangsuniversum verhindert haben müssten, dass sich sehr ausgedehnte und sehr starke Dichteschwankungen ausbilden können.

Grüße
seeker
Grüße
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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Pippen » 15. Okt 2014, 02:56

@Timm: In einem newtonschen Weltbild würde man sagen, dass sich alle Galaxien voneinander wegbewegen. Nach dem ART-Weltbild bewegen sich nicht die Galaxien, sondern nur der Raum, in dem die Galaxien eingebettet sind, d.h. lediglich die Koordinaten des Koordinatensystems vergrößern ihre Abstände. Kann man das so sagen? Wieso kommt die ART nicht dazu, ebenfalls zu sagen, dass sich die Galaxien einfach wegbewegen, ohne da den Raum überhaupt mit "reinzuziehen", d.h. wieso wird der Dopplereffekt nicht ausschließlich als Bewegungseffekt im Raum interpretiert?

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Re: Expansion des Universums

Beitrag von Timm » 15. Okt 2014, 11:12

Ich denke, ich bin nur vorsichtig.
Klar, es ist ja auch gut, verstanden Geglaubtes zu hinterfragen. Die Wissenschaft ist schon Irrungen unterlegen, auch die Kosmologie ist dagegen nicht gefeit, trotz derzeit ziemlich überzeugender Daten Lage.
Wenn diese Inhomogenitäten zuvor statistische Ausreißer waren, dann steigt die Wahrscheinlichkeit für ausgedehntere und auch stärkere Ausreißer mit der Größe des damaligen Universums.
Falls Du die Dichteschwankungen des CMB ansprichst, die sind keine statistischen Ausreißer, sondern als akustische Grundschwingung + Obertöne Modell konform und gelten als Keime der später einsetzenden Strukturbildung. Als deren Saat gelten Vakuumfluktuationen vor und während der Inflation. Wenn das Inflatonfeld fluktuiert, ist die Inflation lokal zu geringfügig unterschiedlichen Zeiten beendet, woraus Dichteschwankungen resultieren.
Nehmen wir an, die Inflationsthese wäre richtig.
(Die Auswirkungen der Inflation (+ die Zusammensetzung aus Matere, DM und DE) haben wir dabei in unseren Modellen ja auch so eingestellt, dass sie zur Annahme eines homogenen Universums passen und das erklären, was wir sehen.)
Hier bin ich nicht sicher, was Du meinst. Es wurde nichts eingestellt im Sinne von passend gemacht. Die Ausdehnung der akustischen Grundschwingung im CMB messen wir mit 1°, also flach. Flach bedeutet, 70% der Energiedichte des Universums sollten Vakuumenergie sein. Hätte man die nicht durch die Analyse der SN Ia Daten gefunden, stünde die Kosmologie vor einem Riesenproblem. Die Konsistenz unabhängig gewonnener Daten ist finde ich beeindruckend.
Hier könnte ich ganz einfach das anthropische Prinzip als Erklärung anbieten
, was ich mit dem 'glücklichen Wurf' umschrieben hatte. :D

Gruß, Timm

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