Rotverschiebung

[Pippen]

Gibt es irgendwo eine konkrete Zahl, wieviele rotverschobene Galaxien man bisher beobachtet hat und wieviele nicht-rotverschobene? Eigentlich könnte ja eine einzige Ausreißergalaxie die Fluchttheorie (und damit die Urknalltheorie) ins Wanken bringen. Wäre das nicht ein schönes Bsp. für Popper's Falsifikationismus, nur diesmal Galaxien und nicht Schwäne?^^

[Skeltek]

Willst du damit jetzt die völlige Homogenität des Universums in Frage stellen?

[gravi]

Andromeda- Galaxie ist blauverschoben. Weil die gravitative Anziehung zwischen ihr und der Galaxis stärker ist als die allgemeine Raumexpansion. Korrekterweise spricht man auch nicht von der Galaxienflucht, sondern vom Auseinanderdriften der Galaxienhaufen. Innerhalb dieser Gebilde ist die Gravitation stets stärker als die Expansion.

Gruß
gravi

[tomS]

Gibt es irgendwo eine konkrete Zahl, wieviele rotverschobene Galaxien man bisher beobachtet hat und wieviele nicht-rotverschobene?

Sicher, in den Daten der Astronomen. Ob die Details in offiziell zugänglichen Datenbanken zur Verfügung stehen weiß ich nicht.

Eigentlich könnte ja eine einzige Ausreißergalaxie die Fluchttheorie (und damit die Urknalltheorie) ins Wanken bringen.

Wieso?

Innerhalb gravitativ gebundener Galaxiengruppen gibt es keine dominierende Galaxienflucht.

Das kosmologische Prinzip besagt nicht, dass das Universum homogen und isotrop ist, sondern dass es im Mittel homogen und isotrop ist.

Und nicht zuletzt gelten die Singularitätentheoreme von Hawking und Penrose auch für nicht-homogene und -isotrope Materieverteilungen.

[Pippen]

Innerhalb gravitativ gebundener Galaxiengruppen gibt es keine dominierende Galaxienflucht.

Ok, dann meine ich außerhalb gravitativ gebundener Galaxiengruppen (also auf ganz großen Skalen). Gäbe es da auch nur ein paar Galaxienhaufen, die nicht von uns und allem anderen wegdriften, wäre das mE problematisch. Denn das Argument für den Urknall ist: auf großen Skalen driftet alles auseinander, also muss es mal ganz doll eng beisammen gewesen sein. Wenn ein paar weniger Galaxiegruppen dem nicht gehorchen, wäre diese Theorie eigentlich falsifiziert!

Und noch ein Gedanke: Zeigt die Rotverschiebung wirklich an, dass sich die Quelle von uns entfernt? Gerade wenn wir annähmen, dass sich Licht krümmen kann, kann es doch mehr als theoretisch sein, dass Licht rotverschoben ist und die Quelle dennoch näher kommt (nämlich wenn es einen Riesenbogen macht).

[breaker]

Denn das Argument für den Urknall ist: auf großen Skalen driftet alles auseinander, also muss es mal ganz doll eng beisammen gewesen sein

Das Argument für den Urknall ist, dass er aus der ART folgt. Aber ja, die Expansion des Universums ist wichtig dafür.

Zeigt die Rotverschiebung wirklich an, dass sich die Quelle von uns entfernt? Gerade wenn wir annähmen, dass sich Licht krümmen kann, kann es doch mehr als theoretisch sein, dass Licht rotverschoben ist und die Quelle dennoch näher kommt (nämlich wenn es einen Riesenbogen macht).

Siehe hierzu z.B.: http://www.youtube.com/watch?v=s6UyS4wb6LM

[tomS]

Denn das Argument für den Urknall ist: auf großen Skalen driftet alles auseinander, also muss es mal ganz doll eng beisammen gewesen sein. Wenn ein paar weniger Galaxiegruppen dem nicht gehorchen, wäre diese Theorie eigentlich falsifiziert!

Wie ich schon sagte:

Das kosmologische Prinzip besagt nicht, dass das Universum homogen und isotrop ist, sondern dass es im Mittel homogen und isotrop ist.

Einzelne Ausreißer ändern daran nichts.

Und nicht zuletzt gelten die Singularitätentheoreme von Hawking und Penrose auch für nicht-homogene und -isotrope Materieverteilungen.

D.h. der Urknall ist auch dann aus der ART mathematisch ableitbar, wenn ein im Mittel expandierendes Universum vorliegt.

[Pippen]

D.h. der Urknall ist auch dann aus der ART mathematisch ableitbar, wenn ein im Mittel expandierendes Universum vorliegt.

Ist das nicht komisch? Wie kann eine Urknalltheorie plausibel gedacht werden, wenn auf großen Skalen die Galaxiehaufen z.T. weg-, z.T. aufeinanderdriften? Das würde doch gerade gegen einen Urknall sprechen. Man stelle sich diesen Luftballon vor und man bläst ihn auf und einzelne Punkte driften NICHT weg, sondern zu anderen Punkten; dann wäre doch jedenfalls klar, dass das Luftballonmodell so nicht richtig sein kann, oder?

[Pippen]

Denn das Argument für den Urknall ist: auf großen Skalen driftet alles auseinander, also muss es mal ganz doll eng beisammen gewesen sein

Das Argument für den Urknall ist, dass er aus der ART folgt. Aber ja, die Expansion des Universums ist wichtig dafür.

Zeigt die Rotverschiebung wirklich an, dass sich die Quelle von uns entfernt? Gerade wenn wir annähmen, dass sich Licht krümmen kann, kann es doch mehr als theoretisch sein, dass Licht rotverschoben ist und die Quelle dennoch näher kommt (nämlich wenn es einen Riesenbogen macht).

Siehe hierzu z.B.: http://www.youtube.com/watch?v=s6UyS4wb6LM

Ich meine folgendes: Stelle dir eine Stadiontartanbahn vor und zwei Typen, A und B, mit Taschenlampe. Stell dir nun vor, beide schalten die Lampen an und laufen auf der Zielgeraden aufeinander zu und sind nur noch 10m voneinander entfernt. Doch anders als bei A kommt das Licht von B kommt aus seiner Lampe und läuft geradewegs gebogen hinter ihm und umrundet die Kurve und kommt dann (quasi von hinten) auf A zu. Für A wäre dieses Licht des B rotverschoben, weil B sich von A entfernt, eben weil es ja den Umweg macht, während de facto A und B aufeinander zu kommen. MaW: Wer Raumkrümmung postuliert, der kann mE allein aus der Rotverschiebung nicht mehr auf ein Entfernen schließen, denn er weiss ja nicht, wie sehr das Licht gekrümmt wurde.

[tomS]

Wie kann eine Urknalltheorie plausibel gedacht werden, wenn auf großen Skalen die Galaxiehaufen z.T. weg-, z.T. aufeinanderdriften?

Ich sagte

Das kosmologische Prinzip besagt nicht, dass das Universum homogen und isotrop ist, sondern dass es im Mittel homogen und isotrop ist ... Einzelne Ausreißer ändern daran nichts.

Es geht nicht darum, dass auf großen Skalen Chaos herrscht, sondern dass eindeutig ein im Mittel expandierendes Universum beobachtet wird, allenfalls mit ein paar Ausreißern. D.h. deine Aussage

Eigentlich könnte ja eine einzige Ausreißergalaxie die Fluchttheorie (und damit die Urknalltheorie) ins Wanken bringen.

ist so nicht richtig. Zum einen widersprechen einzelne Ausreißer nicht dem kosmologischen Prinzip, zum anderen beobachten wir im Mittel Expansion und nur wenige Ausreißer, also wird das kosmologische Prinzip bestätigt.

Denn das Argument für den Urknall ist: auf großen Skalen driftet alles auseinander ... Wenn ein paar wenige Galaxiegruppen dem nicht gehorchen, wäre diese Theorie eigentlich falsifiziert.

Ich habe oben schon geschrieben, dass ...

... die Singularitätentheoreme von Hawking und Penrose auch für nicht-homogene und -isotrope Materieverteilungen gelten.

Es ist also ausreichend, dass ein im Mittel expandierendes Universum beobachtet wird, um mittels der Singularitätentheoreme auf Urknall zurückzuschließen.

[Timm]

Ist das nicht komisch? Wie kann eine Urknalltheorie plausibel gedacht werden, wenn auf großen Skalen die Galaxiehaufen z.T. weg-, z.T. aufeinanderdriften? Das würde doch gerade gegen einen Urknall sprechen. Man stelle sich diesen Luftballon vor und man bläst ihn auf und einzelne Punkte driften NICHT weg, sondern zu anderen Punkten; dann wäre doch jedenfalls klar, dass das Luftballonmodell so nicht richtig sein kann, oder?

Dein Vermutung wäre richtig, wenn die Objekte mitbewegt wären, d.h. wenn diese das Universum isotrop sehen würden. Denn dann entfernten sie sich proportional zum Anwachsen des Skalenfaktors voneinander weg. Im Gegensatz zum idealisierten FRW-Modell gibt es im realen Universum aber als Folge der Strukturbildung gravitativ bedingte Eigenbewegungen. Galaxien bewegen sich entgegen dem Hubblefluss auch aufeinander zu, während bei Superhaufen wegen ihres großen Abstands die Expansion überwiegt.
Die Entstehung von Eigenbewegungen ist als Keim bereits im frühen Universum durch Dichteschwankungen angelegt und in keinerlei Widerspruch zum Urknall Modell. Du brauchst den Film nur rückwärts laufen lassen, dann landest du bei einem heißen Anfangszustand mit winzigen Dichteschwankungen.

[breaker]

Ich meine folgendes: Stelle dir eine Stadiontartanbahn vor und zwei Typen, A und B, mit Taschenlampe. Stell dir nun vor, beide schalten die Lampen an und laufen auf der Zielgeraden aufeinander zu und sind nur noch 10m voneinander entfernt. Doch anders als bei A kommt das Licht von B kommt aus seiner Lampe und läuft geradewegs gebogen hinter ihm und umrundet die Kurve und kommt dann (quasi von hinten) auf A zu. Für A wäre dieses Licht des B rotverschoben, weil B sich von A entfernt, eben weil es ja den Umweg macht, während de facto A und B aufeinander zu kommen. MaW: Wer Raumkrümmung postuliert, der kann mE allein aus der Rotverschiebung nicht mehr auf ein Entfernen schließen, denn er weiss ja nicht, wie sehr das Licht gekrümmt wurde.

Ich glaube, ich verstehe, was Du meinst, aber lass es mich nochmal in meinen eigenen Worten formulieren.
Wir stellen uns vor, das Universum wäre eine eindimensionale Kreislinie (der Einfachheit halber). Wir (der Beobachter B) befinden uns am Nordpol und irgendwo auf der Kreislinie befindet sich ein Stern (S), der sich auf uns zubewegt.

star.jpeg

Was sehen wir in so einer Situation? Nun, wenn wir nach rechts schauen, sehen wir einen blauverschobenen stern und wenn wir nach links schauen, sehen wir einen rotverschobenen Stern, der ansonsten genau so aussieht wie der blauverschobene. Wir würden also schließen, dass es zwei Sterne gibt, von denen einer auf uns zu kommt und der andere sich von uns entfernt und das wäre falsch.
Insofern ist Dein Einwand also durchaus berechtigt. Wenn wir also aus der Rotverschiebung schließen wollen, dass Ojekte sich von uns entfernen, dann müssen wir diesen Einwand irgendwie entkräften.
Was kann man tun? Nunja, wie schon erwähnt, würden wir im obigen Szenario zweimal den gleichen Stern sehen. Um die Hypothese zu testen, könnten wir also am Himmel Ausschau halten nach bestimmten Sternkonstellationen, die sich wiederholen. Soweit ich weiß, gibt es Leute, die genau dies tun. Bisher scheint man allerdings noch nichts gefunden zu haben.

[tomS]

Der Einwand ist berechtigt. Es handelt sich um das sogenannte Torusuniversum. Man kann jedoch aus den Beobachtungsdaten schließen, dass wenn so ein 3-Torus vorliegt, dann deutlcih jenseits des Sichtbarkeitshorizontes.

[Pippen]

Es geht nicht darum, dass auf großen Skalen Chaos herrscht, sondern dass eindeutig ein im Mittel expandierendes Universum beobachtet wird, allenfalls mit ein paar Ausreißern.

...und wie erklärt man diese Ausreißer (wohlgemerkt wir sprechen hier über die Ausreißer auf großen Skalen, die also nicht auf lokalen Gravitationseffekten beruhen wie zB wohl bei Milchstraße und Andromeda-Nebel)? Das klingt ja so, als ob man sagen würde: Im Mittel fallen alle Gegenstände auf die Erde, allenfalls mit ein paar Ausnahmen

Zur Rotverschiebung: Interessant, dass die Erkenntnis "Rotverschiebung = Entfernung der Lichtquelle vom Lichtempfänger" an einen flachen Raum gebunden zu sein scheint. Weil nämlich, selbst wenn der Raum im Mittel flach ist, wohl lokal viele Krümmungen (massereiche Sterne/Galaxien, SL,...) das Licht immer wieder "biegen und beugen", so dass man Ende die Frage ist, ob die Rotverschiebung auf großen Skalen überhaupt eine Aussagekraft hat...wenn nicht, dann sind wir wieder beim Thema: Expansion des U., denn die beruht ausschließlich auf der Rotverschiebungsbeobachtung, oder?

[tomS]

... sondern dass eindeutig ein im Mittel expandierendes Universum beobachtet wird, allenfalls mit ein paar Ausreißern.

...und wie erklärt man diese Ausreißer

Das kosmologische Prinzip besagt nicht, dass das Universum homogen und isotrop ist, sondern dass es im Mittel homogen und isotrop ist.

Was ist an einer statistischen Gesetzmäßigkeit problematisch?

Interessant, dass die Erkenntnis "Rotverschiebung = Entfernung der Lichtquelle vom Lichtempfänger" an einen flachen Raum gebunden zu sein scheint. Weil nämlich, selbst wenn der Raum im Mittel flach ist, wohl lokal viele Krümmungen (massereiche Sterne/Galaxien, SL,...) das Licht immer wieder "biegen und beugen", so dass man Ende die Frage ist, ob die Rotverschiebung auf großen Skalen überhaupt eine Aussagekraft hat...

Rotverschiebung existiert sowohl in global flachen Räumen (im einfachsten Fall ein euklidischer Raum mit Dopplerverschiebung aufgrund relativ zueinander bewegter Objekte), als auch in global homogenen, expandierenden Räumen (kosmologische Rotverschiebung). Zudem können kleinräumige Fluktuationen zusätzlich zu weiterer gravitativer Rotverschiebung führen.

Wichtig: im Allgemeinen sind diese Effekte nicht zu trennen. Im Falle des beobachteten Universums dominiert auf großen Skalen ziemlich sicher Effekte der Expansion. Statistische Untersuchungen bestätigen das - wenn auch noch nicht absolut eindeutig.

[Pippen]

Was ist an einer statistischen Gesetzmäßigkeit problematisch?

Was würdest du sagen, wenn die Physik postulieren würde: Im Mittel fallen alle Gegenstände mit einer Masse kleiner als die der Erde auf die Erde wg. Gravitation. Sowas muss doch absolut gelten, oder? Wenn man stat. Erhebungen mit unter 100% hat, dann bieten sich ja Fehler geradezu an. Ich hätte mir vorgestellt, dass man auf großräumigen Skalen (also Supergalaxiehaufen) ausschließlich Expandionsdrifts beobachtet...und dann so rechnet: wir haben seeit 1950 x Supergalaxiecluster beobachtet und alle driften auseinander; es gibt x³ solcher Cluster, aber wenn wir schon (hintereinander) x beobachtet haben, dann ist die Wahrscheinlichkeit xyz, dass auch die restlichen sich so verhalten, ganz so als wenn man aus einer Urne 20 weisse Kugeln hintereinander zieht und insgesamt 100 drin sind; wenn aber auch nur eine schwarze darunter ist, dann können da nicht alle Kugeln weiss sind (=das ganze U. expandiert). Ok, ich gebe zu, da argumentiere ich SEHR naiv und laienhaft^^.

Wichtig: im Allgemeinen sind diese Effekte nicht zu trennen. Im Falle des beobachteten Universums dominiert auf großen Skalen ziemlich sicher Effekte der Expansion. Statistische Untersuchungen bestätigen das - wenn auch noch nicht absolut eindeutig.

Wie unterschiedet man in der Astrophysik Rotverschiebung wegen Wegbewegen einer Galaxie von uns und Rotverschiebung wegen Raumexpansion zwischen Galaxie und uns? Beide Male wäre ja das Licht gleich rotverschoben, oder? Ich verstehe, dass man alle Rotverschiebungen, bei denen c im Endeffekt größer als 300.000km/s wäre als Raumexpansionsrotverschiebung definiert, um das System konsistent zu halten, aber was ist mit den anderen Rotverschiebungen, wo beide Möglichkeiten bestünden?

[tomS]

Was ist an einer statistischen Gesetzmäßigkeit problematisch?

Was würdest du sagen, wenn die Physik postulieren würde: Im Mittel fallen alle Gegenstände mit einer Masse kleiner als die der Erde auf die Erde wg. Gravitation.

Das kosmologische Prinzip ist ein "statistisches Prinzip", kein Naturgesetz. Das hat absolut nichts miteinander zu tun.

... da argumentiere ich SEHR naiv und laienhaft^^.

Nein nein, man kann schon statistisch mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit bzw. Signifikanz argumentieren. Die Hypothese lautet, dass der Wert der Hubblekonstante mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (statistischen Signifikanz) innerhalb eines bestimmten Wertebereiches liegt

http://de.wikipedia.org/wiki/Hubble-Konstante#Messungen

Die Irrtumswahrscheinlichkeit, also die Wahrscheinlichkeit, dass H außerhalb dieses Wertebereiches liegt, kann man ebenfalls statistisch berechnen. Und man könnte sogar die Wahrscheinlichkeit berechen, dass wir in einem kontrahierenden Universum leben; wie du dir vorstellen kannst, ist die Wsk. dafür praktisch Null.

Wichtig: im Allgemeinen sind diese Effekte nicht zu trennen. Im Falle des beobachteten Universums dominieren auf großen Skalen ziemlich sicher Effekte der Expansion. Statistische Untersuchungen bestätigen das - wenn auch noch nicht absolut eindeutig.

Wie unterschiedet man in der Astrophysik Rotverschiebung wegen Wegbewegen einer Galaxie von uns und Rotverschiebung wegen Raumexpansion zwischen Galaxie und uns? Beide Male wäre ja das Licht gleich rotverschoben, oder?

Man kann auf Basis eines bestimmten Modells des Universums derartige Unterscheidungen einführen. Z.B. kann man ein global homogenes und isotropes Modell einführen, damit die kosmologische Rotverschiebung untersuchen, und dann kleinräumige Abweichungen benachbarter Galaxien als Dopplerverschiebung aufgrund von Relativbewegung interpretieren. Das ist formal künstlich und funktioniert nur unter der Annahme eines bestimmten Modells, also einer bestimmten Raumzeit. Für genügend große Skalen erscheint dieses Modell sicher geeignet, für kleinräumige Fluktuationen dagegen nicht.

Ich verstehe, dass man alle Rotverschiebungen, bei denen c im Endeffekt größer als 300.000km/s wäre als Raumexpansionsrotverschiebung definiert, um das System konsistent zu halten, aber was ist mit den anderen Rotverschiebungen, wo beide Möglichkeiten bestünden?

Das ist ein Denkfehler. Man misst immer eine Rotverschiebung z. Wenn man möchte, berechnet man daraus eine Geschwindigkeit v(z) im Sinne einer Dopplerverschiebung. Die Berechnung dieser Rotverschiebungsgeschwindigkeit liefert IMMER v(z) < c. Aber dazu muss man beachten, dass zwei Annahmen eingehen: die Interpretation von z als Dopplerverschiebung (die - wie oben diskutiert - nicht eindeutig herauspräparierbar ist); und die Annahme, es gäbe DIE Geschwindigkeit v zwischen zwei räumlich getrennten Objekten. Letzteres ist in der ART i.A. und in einem expandierenden Universum im Besonderen falsch; es gibt durchaus andere, sinnvolle Geschwindigkeitsdefinitionen, für die v > c folgt (z.B. die "Expansionsgeschwindigkeit", die man evtl. besser Expansionsrate nenne sollte); für diese anderen Geschwindigkeitsdefinitionen darf man eben einfach kein z(v) berechnen; das wäre inkonsistent, bzw. Äpfel mit Birnen vergleichen.