Frage zur CMB

[Pippen]

Die CMB ist nix weiter als ein recht gleichmäßiges, extrem rotverschobenes Sturmgewitter von Photon aus allen Richtungen und einer DER Nachweise für einen Urknall und gegen ein unendlich altes & großes Universum. Aber stimmt das? Könnte man nicht sagen: Gerade weil das Universum unendlich alt ist, kommen von überall her gleichmäßig die Photonen (Licht) geflogen, nur eben entsteht deshalb kein O. Paradoxon, weil das Licht so dermaßen rotverschoben ist, dass wir es nicht mehr wahrnehmen und es soweit abkühlt, dass es nix mehr aufheizt. D.h. spricht nicht die CMB - wenn man sie isoliert betrachtet - auch für ein unendlich altes Universum mit unendliche vielen Sternen/Lichtquellen?

[Skeltek]

das wird als Indiz gegen ein unendlich altes Universum verwendet, schränkt aber dessen Größe nicht ein.
Nach heutigem Kenntnissstand "kühlt" Licht nicht ab wie du es nennst. Licht strahlt ja keine Energie in Form von "kleineren Photonen" oder ähnlichem ab.
Der Grund, wieso es langwelliger ist, ist der, daß sich die aussendende Lichtquelle von uns weg bewegt.
Würde das Universum bereits schon immer in diesen Skalen existiert haben, würde es irgendwann die gemutmaßte UV Katastrophe geben. Stell dir vor die Sterne würden schon immer strahlen, dann würde uns aus allen Richtungen ständig Licht bombardieren, das so hell ist wie an der Sonnenoberfläche. Weil egal in welche Richtung du schaust, führt die Linie unweigerlich zu einem Stern.

Daß die Hintergrundstrahlung von 4 Kelvin aus allen Richtungen gleichfrequent ist(seit dem großen Attraktor widerlegt), sagt etwas darüber aus, daß es sich nicht um normale Strahlung von Sternen handelt. Durch die Rotverschiebung des restlichen Lichtes(von Sternen ausgesandt) folgert man, daß die Lichtquellen sich beim Aussenden von uns weg bewegt haben müssen.
Das alles stützt eben genau auf dem Punkt, daß Licht beim Reisen durch den interstellaren Raum nicht einfach langwelliger werden kann ohne Energie abzustrahlen.

Vielleicht kann ja einer der anderen mehr darüber schreiben, bin grade ziemlich kaputt von der Arbeit und leg mich erstmal hin.

Schönen Gruß

[tomS]

Der Grund, wieso es langwelliger ist, ist der, daß sich die aussendende Lichtquelle von uns weg bewegt.

Kleine Korrektur: Der Grund, wieso es langwelliger ist, ist der, daß sich der Raum zwischen uns und der Lichtquelle ausdehnt. Das ist gemäß der ART nicht das Selbe.

[Timm]

Hi,

Noch zu Olbers. Er konnte nicht wissen, daß alles Licht, das wir sehen, aus aus einer endlichen Region stammt, einschließlich der CMB Photonen (von denen er natürlich erst recht nichts wissen konnte). Wenn es unendlich viele Mikrowellen Photonen gäbe, hätten wir übrigens ein lästiges Problem. Das auf den neuen Stand gebrachte olberssche Paradoxon müßte lauten, weshalb werden wir nicht gegrillt?

Gruß, Timm

[Pippen]

Hm, ich präzisiere mal etwas meine Annahmen (in Klammern: gegenwärtige Kosmologie):

1. Das Universum ist in allen Richtungen unendlich groß. (z.Z. ja)

2. Das Universum ist unendlich alt. (nein)

3. Das Universum expandiert schon unendlich lange. (nein, erst seit Urknall)

ME wäre meine Theorie sowohl mit Olbers als auch mit so ziemlich allen wesentlichen Indizien mod. Kosmologie vereinbar, oder wo wäre der Haken?

[seeker]

Zum Olbersschen Paradoxon hätte ich noch eine Frage:

Wenn man dem Paradoxon folgt, muss selbst dann nicht eine bestimmbare kritische Sternendichte angenommen werden, damit es zu einem vollständig hellen Nachthimmel kommt?

Ich nehme also ein unendlich altes, statisches Universum an, das isotrop mit lauter gleichen unendlich alten Sternen angefüllt ist:

Wenn man nun eine Kugelschale mit wachsendem Radius betrachtet und von deren Zentrum aus hinaus schaut, dann werden die Sterne zwar mit wachsendem Radius immer mehr (n/Winkel @ --> Unendlich), aber sie werden auch immer kleiner (die scheinbare Leuchtkraft geht mit wachsendem Abstand gegen Null) - wir haben also zwei widerstreitende Effekte. Es kommt doch jetzt auf die Anzahl der Sterne pro Raumvolumen an (also die Sternendichte), ob die daraus resultierende, beobachtete Gesamtleuchtkraft im Zentrum der Kugel gegen Unendlich geht oder gegen einen endlichen Wert konvergiert - oder?

@Pippen:
Wenn das Licht der CMB von Sternen kommen würde, dann müsste man spezifische Strahlungsanteile sehen (Emissionslinien, Absorptionslinien von chemischen Elementen, z.B. Wasserstoff, Helium, Metalle). Was man aber sieht ist die Strahlungsverteilung eines fast perfekten schwarzen Strahlers (das ist eine besondere Kurve, die man erhält, wenn man die Strahlungsfrequenz gegen die Intensität aufträgt und die allein dadurch entsteht, dass ein Körper eine bestimmte Temperatur hat und die ein kontinuierliches Spektrum zeigt), die stark rot-verschoben ist. Damit ist die Sternentheorie als Ursprung der CMB vom Tisch, würde ich sagen...


Grüße
seeker

[Timm]

@ Pippen:
Die Photonen des CMB haben heute eine Temperatur von ca. 2,7 K, die Abweichungen liegen bei 10^-5. Bei der Emission (ca. 360000 Jahre nach dem Urknall) betrug die Temperatur 3000 K und es herrschte thermisches Gleichgewicht. Den Beweis liefert die genaue Analyse des CMB. Vergleicht man die Wellenlänge mit der Intensität, so erhält man exakt die charakteristische Kurve eines schwarzen Strahlers, also eines Körpers, der sich im thermischen Gleichgewicht befindet. Nun sind Sterne a) keine exakten schwarzen Straher und es ist b) kein Szenario plausibel, bei dem das Universum vor ~ 13 Milliarden Jahren durch eine gleichförmig dichte Sternpopulation exakt gleicher Temperatur bevölkert war.

@Seeker:
Zu Olbers: Bei einem statische Universum genügt die Bedingung, daß es unendlich viele Sterne gibt. Dann scheinen unendlich viele Sterne auf uns herab. Allerdings gäbe es uns incl. Olbers dann nicht.

Gruß, Timm

[Pippen]

@ Pippen:
@Seeker:
Zu Olbers: Bei einem statische Universum genügt die Bedingung, daß es unendlich viele Sterne gibt. Dann scheinen unendlich viele Sterne auf uns herab. Allerdings gäbe es uns incl. Olbers dann nicht.

Gruß, Timm

Seekers Einwand finde ich recht plausibel. Ich würde sogar noch eine ganz konkrete Theorie nachschieben: Stellen wir uns vor, wir leben in einem Universum mit unendlich vielen Sternen, welches unendlich alt ist. Dass, was wir als Universum bezeichnen ist in Wahrheit nur eine Supersupergalaxie (entstanden aus dem, was wir als Urknall nennen), die zwischen anderen Superspupergalaxien herumschwirrt. Der Grund, warum von diesen Supersupergalaxien kein Licht zu uns kommt liegt in der Raumkrümmung: Jede dieser Supersupergalaxien krümmt den Raum so, dass das Licht die jeweiligen Superspupergalaxien nicht verlassen kann, sondern immer wieder "zurückgebogen" wird. Viola...unendlich großes & altes Universum und kein Olbers weit und breit.

Und noch eine Erklärung: Nehmen wir an, dass Universum expandiert, aber eben seit Ewigkeiten, d.h. das Licht aller großräumigen Strukturen im Universum ist zu uns rotverschoben. Gilt dann nicht: Je weiter/stärker die Expansion, desto rotverschobener das Licht? Und würde es dann nicht einen Punkt geben, wo das Licht so dermaßen rotverschoben ist, dass wir es gar nicht mehr wahrnehmen/messen könnten und es daher praktisch keine physik. Wirkkraft mehr hätte?

[seeker]

Du stellst "Was wäre wenn" Fragen - das weißt du, ja?

Ich habe mir die Sache mit Olbers noch einmal angeschaut und bin zu dem Schluss gekommen, dass Timm recht hat.
Es kommt im Prinzip eine harmonische Reihe heraus und die ist nunmal divergent, sprich: Der Himmel wird vollsändig weiß. Ergo: So kann man das Paradoxon nicht aushebeln.
http://de.wikipedia.org/wiki/Harmonische_Reihe

Wobei (und das war für mich interessant): Bei meinen Überlegungen ist (unter der Voraussetzung einer isotropen Sternenverteilung) herausgekommen, dass die Gesamt-Lichtmenge, die uns aus einer gedachten Kugelschale mit beliebigem Radius erreicht, immer gleich sein müsste. Auf Deutsch (z.B.): Die Summe allen Lichts, das uns von allen Sternen erreicht, die (genau) 10 LJ entfernt sind ist gleich der Summe allen Lichts, das uns von allen Sternen, die 100 LJ entfernt sind, erreicht.

Ist dem prinzipiell so?
(Überdeckungen, Staub, Expansion, etc. sind da zugegeben noch nicht berücksichtigt.)

Ich glaube, dass das, was du "Supergalaxien" nennst im Prinzip auf eigenständige Universen hinausläuft, die vollständig von unserem getrennt sind, da ja kein Licht (und damit keine Information) zu uns gelangen können soll. Dann haben wir aber ein Multiversum und nicht ein Universum mit Supergalaxien.

Wie langwellig eine Welle sein darf, damit man sie noch messen kann? Keine Ahnung, sehr langwellig... Die CMB liegt ja noch im Mikrowellenbereich, wir haben also noch GHz (Milliarden Schwingungen pro Sekunde).ELV-Niederfrequenzradiostrahlung geht auf fast 1Hz runter. Aber die Frage ist interessant: Gibt es eine Grenze nach unten? Die Antennen zum Nachweis werden jedenfalls irgendwann seeehr lang sein müssen und irgendwann wird so eine Welle eine größere Wellenlänge haben, als das Universum ausgedehnt ist (Im Grenzbereich: Das ganze Universum ist im Nahfeld der Welle - interessante Vorstellung...). Außerdem geht die Energie eines Photons mit (gegen unendlich) steigender Wellenlänge (nach h*f) gegen Null.

Bei den "was wäre wenn" Fragen dürfen wir nicht allzu lange vergessen, dass Sterne nachweislich nur eine begrenzte Lebensspanne haben. Außerdem müssen wir die Entropie berücksichtigen, die dafür sorgt, dass auch nicht für unendlich lange Zeitspannen immer neue Sterne entstehen können. Jedes Universum wird also irgendwann einmal sternlos und dunkel werden, so dunkel, wie dann die CMB sein wird.
Was bleibt dann von diesen Spekulationen?


Grüße
seeker

[Timm]

@Pippen:
Im Olber'schen Universum sind die Sterne gleichmäßig verteilt, es macht wenig Mühe, das nachzulesen. Man kann Olbers nicht widerlegen, indem man nach Gutdünken an seinen Grundannahmen herumbastelt. Daß diese nicht zutreffen, weiß man ja. Im übrigen findet man im Internet gut verständliche Erläuterungen zum Standardmodell der Kosmologie, kann ich nur empfehlen. Man hat dann eine verbesserte Diskussionsgrundlage.

[gravi]

Nehmen wir an, dass Universum expandiert, aber eben seit Ewigkeiten, d.h. das Licht aller großräumigen Strukturen im Universum ist zu uns rotverschoben. Gilt dann nicht: Je weiter/stärker die Expansion, desto rotverschobener das Licht? Und würde es dann nicht einen Punkt geben, wo das Licht so dermaßen rotverschoben ist, dass wir es gar nicht mehr wahrnehmen/messen könnten und es daher praktisch keine physik. Wirkkraft mehr hätte?

Ja klar gibt es einen solchen Punkt. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, umso rotverschobener ihr Licht durch die Raumexpansion. Und umso größer ist ihre Fluchtgeschwindigkeit! Ab einer bestimmten Distanz wird sie c erreichen bzw. übersteigen. Von diesem Moment an verschwindet sie aus unserem Gesichtsfeld.

Gruß
gravi

[Timm]

Nehmen wir an, dass Universum expandiert, aber eben seit Ewigkeiten, d.h. das Licht aller großräumigen Strukturen im Universum ist zu uns rotverschoben. Gilt dann nicht: Je weiter/stärker die Expansion, desto rotverschobener das Licht? Und würde es dann nicht einen Punkt geben, wo das Licht so dermaßen rotverschoben ist, dass wir es gar nicht mehr wahrnehmen/messen könnten und es daher praktisch keine physik. Wirkkraft mehr hätte?

Ja klar gibt es einen solchen Punkt. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, umso rotverschobener ihr Licht durch die Raumexpansion. Und umso größer ist ihre Fluchtgeschwindigkeit! Ab einer bestimmten Distanz wird sie c erreichen bzw. übersteigen. Von diesem Moment an verschwindet sie aus unserem Gesichtsfeld.

Eine kleine Präzisierung hierzu, Gravi. Wir können nur dasjenige Licht sehen, das auf unserem Vergangenheitslichtkegel emittiert wurde. Das Licht der frühesten Galaxien sehen wir bei ~ z = 10. Bickt man weiter zurück, stößt man bei ~ Z = 1000 auf den CMB. Weiter zurück in der Zeit bis zum Urknall (z = oo) ist das Universum nicht transparent. Man könnte jetzt argumentieren, es müßte doch Galaxien geben, die so weit entfernt sind, daß ihr Licht oo rotverschoben ist, sie also aus dem Gesichtsfeld verschwinden. Das erledigt sich aber eben dadurch, daß solche Galaxien älter als der CMB sein müßten.
Wenn die beschleunigte Expansion weitergeht, wird in ferner Zukunft das sichtbare Universum schrumpfen, sodaß dann tatsächlich Galaxien aus dem Blickfeld verschwinden.

@Pippen: Die Annahme, das das Universum seit ewiger Zeit expandiert ist längst empirisch widerlegt.

Gruß, Timm

[gravi]

@Timm:
Ist schon klar, so deutlich wollte ich es nicht mal aussagen.
Es ist aber theoretisch denkbar, dass bei voranschreitender Beschleunigung der Raumzeitexpansion bald die ersten Galaxien(Haufen) in die Nähe von c kommen. Zu diesem Zeitpunkt verschwinden sie dann aus unserem Sichtbarkeitshorizont.

Ich möchte aber auch noch etwas verdeutlichen, was den CMB betrifft:
Es ist vielleicht ein Irrtum zu glauben, dass wir nun genau 13,4 Mrd. Lichjahre tief ins Universum vordringen müssen, um die Hintergrundstrahlung zu "sehen". Das ist gar nicht erforderlich. Die Hintergrundstahlung ist ü b e r a l l ! Sie erfüllt den gesamten Kosmos! Das sind doch die Überbleibsel des ehemals strahlungsdominierten Ur- Universums, d.h. diese Photonen erfüllten das ganze Universum. Durch die Expansion wurden die damals noch 3000 K heißen Photonen immer langwelliger (rotverschobener!) und verdünnter, bis sie heute halt nur noch einer Temperatur von 2,73 K entsprechen.
Wer mal seinen Fernseher auf weißes Rauschen (ohne Sender) einstellt, sieht etwa 1% des Geflimmers als durch die Hintergrundstrahlung verursacht...

Netten Gruß
gravi

[Timm]

Es ist vielleicht ein Irrtum zu glauben, dass wir nun genau 13,4 Mrd. Lichjahre tief ins Universum vordringen müssen, um die Hintergrundstrahlung zu "sehen". Das ist gar nicht erforderlich. Die Hintergrundstahlung ist ü b e r a l l !

Die Hintergrundstrahlung erzählt uns etwas darüber, wie das das Universum vor 13,4 Mrd. Jahren beschaffen war. Eigentlich kann man da nichts mißverstehen.

Wirklich interessant ist die wechselhafte Geschichte dieser Strahlung. Man kann sie am besten nachvollziehen, wenn man sich mit dem Raumzeit-Diagramm des Universums befasst. Ein solches findet sich in dem paper http://www.mso.anu.edu.au/~charley/pape ... aver04.pdf bei Fig. 1. Die gepunktete vertikale Linie zeigt unsere Weltlinie. Die ungewohnte Tropfenform des Vergangenheitslichtkegels folgt aus der überlichtschnellen Expansion in der Frühzeit des Universums.

Die Photonen des CMB, die uns heute erreichen, waren bei ihrer Freisetzung 380000 Jahre nach dem Urknall ca. 40 Millionen Lichtjahre (Rückrechnung der Expansion) von unserer Weltlinie entfernt. Der Lichtkegel ist zu dieser Zeit wegen der weit überlichtschnellen Expansion noch sehr flach. Diese Photonen entfernen sich also per saldo von uns, obwohl sich sich lokal mit c auf uns zubewegen. Die maximale Entfernung wird bei etwas mehr als 5 Mrd. Lichtjahren erreicht. Hier verläuft der Lichtkegel senkrecht, weil nun der Raum mit c expandiert (Hubble-Späre überquert den Kegel), sodaß die Weltlinie der Photonen zu unserer parallel verläuft. Zu diesem Zeitpunkt dürften sich die ersten Strukturen der Milchstrasse gebildet haben. Ab jetzt nähern sich sich uns die Photonen zum ersten mal seit ihrer Emission und der Lichtkegel hat bei ihrer Ankunft den von den Minkowski-Diagrammen gewohnten 45° Winkel. CMB-Photonen mit einem Emissionsabstand < 40 Mio LJ haben uns entsprechend kürzerwellig schon passiert, solche mit > 40 Mio LJ Emissionsabstand erreichen uns noch langwelliger in der Zukunft. Irgendwann dürften die Kosmologen ein Problem haben, sie sehen noch zurückweichende Galaxien und schließen auf einen heißen Anfang, aber einen CMB können sie allenfalls postulieren.

Das Raumzeit-Diagramm in dem erwähnten paper beruht auf dem sog. Lambda - CMB-Modell. Dieses gilt unter Fachleuten als gesichert, da unabhängig voneinander die CMB-Daten und die Galaxien-Durchmusterungen dasselbe prozentuale Verhältnis von Vakuum- zu Materie-Energiedichte (0,7 : 0,3) ergeben. Ich finde es außerordentlich hilfreich, wenn man sich über die Entwicklung des Universums, der Horizonte und der Rotverschiebungen einen Überblick verschaffen möchte. In bekannten Webseiten, wie Astro Wissen, einstein online und anderen habe ich derartige Diagramme nicht entdeckt, ein wenig erstaunlich eigentlich. Für weitergehende Erläuterungen s. "Kleines 1x1 der Relativitätstheorie", von Beyvers & Krusch.

@Zweifler: Die SRT ist nicht verletzt.

Gruß, Timm

[gravi]

Das ist ein prima Link!
Hab mir die Seite mal gleich gespeichert...

Schönen Gruß
gravi

[Timm]

Ja, die Seite ist wirklich gut, Gravi. Die einzige kleine Beanstandung, die ich an diesem Artikel habe, ist die Bezeichnung "Particle Horizon", denn gemeint ist der elektromagnetische Horizont, der durch den CMB abgegrenzt ist. In anderen Publikationen ist der etwas weiter zurückreichende Partikel Horizont den unmittelbar nach dem Urknall entstandenen Neutrinos zugeordnet, für die das Universum transparent ist. Es macht Sinn, zwischen beiden Horizonten zu unterscheiden.

Besten Gruß, Timm