Sichtbares/unsichtbares Universum

[Stephen]

Hallo,

ausgehend von folgenden Annahmen
Radius gesamtes Universum: Rund 50 Milliarden Lichtjahre
Radius sichtbares Universum: Rund 15 Milliarden Lichtjahre

kommt man durch zwei simple Rechnungen zu dem Ergebnis, dass sich uns - je nach Ansatzweise - gerade mal zwischen 3 und 9 Prozent davon visuell offenbaren (Volumen- bzw. Flächenberechnung). Meine Fragen dazu:

1. Kann man rechnerisch so einfach an diese Sache herangehen?
2. Haben wir die Gesamtmassen des Universums an Hand des uns sichtbaren "nur" hochgerechnet oder ist man dabei von anderen Voraussetzungen bzw. Vermutungen ausgegangen?
3. Könnten die gravitativen Verhältnisse im unsichtbaren Bereich dafür verantwortlich sein, dass Galaxienhaufen scheinbar planlos in eine bestimmte Richtung abdriften?

Meine eigentliche Frage ("Wieso hält man sich überall im Universum für das Zentrum dessen?") hat sich also von selbst geklärt... @gravi

Gruß, Steffen

[gravi]

Aus meiner Sicht sollte das schon so gerechnet werden können. Es wird nichts dagegen sprechen.

Über die Möglichkeiten zur kosmischen Massebestimmung habe ich mal ein Kapitel verfasst:

http://www.abenteuer-universum.de/umasse.html

Was mir aber selbst noch ein wenig unklar ist: Bei solchen Berechnungen geht man stets von der leuchtenden Materie aus. Da aber Dunkle Energie und Materie den Löwenanteil ausmachen, muss die kosmische Gesamtmasse doch eigentlich viel höher angesiedelt sein. Reicht sie dann am Ende doch für ein geschlossenes Universum?
Wer hat dazu ein klärendes Wort?

Zu Deiner 3. Frage, Steffen:
Soviel ich weiß driften Galaxienhaufen in Richtungen großer Massekonzentrationen, sprich großen Superclustern. Die enthalten neben viel Materie noch viel mehr DM und wirken deshalb stark gravitativ.
Aber mit Deiner Vermutung könntest Du ebenso Recht haben. Ist vielleicht sogar eine mögliche Erklärung der beschleunigten Expansion...

Ja, jeder im Universum darf sich getrost als das Zentrum betrachten

Gruß
gravi

[Stephen]

Lieber Werner,

vielen Dank für Deine schnellen Antworten!

Bei der 3. Frage hatte ich ein wichtiges Wörtchen vergessen. Richtig muss es heißen:
3. Könnten die gravitativen Verhältnisse im unsichtbaren Bereich dafür verantwortlich sein, dass einige (weit entfernte) Galaxienhaufen scheinbar planlos in eine bestimmte Richtung abdriften?

Deinen Beitrag habe ich gelesen, muss ihn aber erst einmal verdauen

Eine - vielleicht etwas naive - Frage kann ich mir jetzt trotzdem nicht verkneifen: Wenn wir die Ausmaße des gesamten Universums kennen würden: Könnten wir dann sein Zentrum ermitteln?

PS: Die Frage, warum nur die Masse der sichtbaren Materie in die Berechnungen einfliesst, stellte sich nach der Lektüre auch mir! Zumal man den Anteil von DM/DE ja prozentgenau abzuschätzen glaubt. Außerdem sind die (10 hoch 53) kg Masse ja nur auf den sichtbaren Kosmos bezogen. Irgendwie bringt mich das wieder ins Schwanken...

Gruß, Steffen

[gravi]

Tja, mein Lieber, hinter den Sichtbarkeitshorizont kann ich leider nicht sehen

Es ist in der Tat eine nicht zu beantwortende Frage, ob sich dahinter noch große Massekonzentrationen befinden. Zumindest könnte man eine solche Behauptung sicherlich nicht einfach bestreiten.
Denkbar ist dabei allerdings auch, dass wir (z.B. nach dem ekpyrotischen Modell) gravitativ "von außen" beeinflusst werden, dass also außerhalb unseres Universums etwas anderes existiert und einen Einfluss ausübt.

Deine Frage nach dem "Zentrum" des Universums kann ich ganz leicht beantworten, auch wenn ich weder seine genauen Abmessungen kenne noch seine Topologie:

N E I N

Das Zentrum ist überall! Ich nehme an, Du bist auf der Suche nach dem "Ort des Urknalls" - der ist aber das ganze Universum.

Sieh mal, es begann doch in einem allerkleinsten Punkt, vermutlich von der Ausdehnung einer Plancklänge. Zeit und Ort waren in diesem "Quantenteilchen" bis zur Unkenntlichkeit verschmiert, existierten noch gar nicht. Jetzt bläst sich dieser winzige Punkt plötzlich zu ungeahnter Größe auf.

Und wir sitzen mitten drin, wie jedes Atom, jeder Stern und jedes Galaxie.
Stell Dir vor, Du wärst in einem Luftballon, der fast unendlich klein zusammengepresst ist. Jetzt bläst den jemand auf und Du schwebst mitten drin. Könntest Du jetzt sagen, an welcher Stelle der Ballon begann sich auszudehnen?

Das geht eben nicht, weil der gesamte Inhalt gleichzeitig begann in alle Richtungen zu streben. Dieser "Punkt des Urknalls", oder sein "Ort" dehnte sich gleichzeitig aus, daher ist jeder Punkt im Universum auch der Mittelpunkt.

Hierzu noch ein Vergleich:
Denke Dir die Erde mal als eine völlig glatte Kugel und ohne die Meere. Du kannst jetzt in jede beliebige Richtung laufen. Würdest Du an eine Grenze stoßen? Oder könntest Du einen Bezugspunkt fixieren, von dem man sagen könnte, es wäre der Mittelpunkt der Kugel?

So ähnlich verhält es sich mit der kosmischen Raumzeit. Es gibt keine Grenzen, keinen Anfang und kein Ende und schon gar keinen Mittelpunkt.

Schönen Gruß und heftiges Grübeln

Werner

[garmy]

@gravi,

nun muss ich aber auch nochmal Nachfragen.
Wenn wir über die Größe und Ausdehnung des Universums spekulieren wird sehr oft vom Radius des Universum gesprochen.
Nach meinem Verständnis braucht aber ein Gebilde einen Zentrum ein Mittelpunk um dessen Größe mit Radius beschreiben zu können.
Wie geht dies zusammen ?

Auch bei einen sich aufblähenden Luftballon kann man das Zentrum bestimmen, den Punk wo die Expansion begann. Man kann für diesen Luftballon einen Radius errechnen welcher die Ausdehnung zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt.

Wenn ich auf einer glatten Kugel stehe von der Größe der Erde habe ich keine Anhaltspunkte, soweit verstehe ich es noch.
Beobachte ich aber diese Kugel von einem Beobachtungspukt mit genügend großen Abstand, kann ich diese Kugel berechnen und dadurch ihr Zentrum den Mittelpunkt feststellen.

Nun mach ich es mal ganz verrückt

Ist diese Kugel von der Größe der Erde aus Wasser und ich wäre ein sehr intelligenter Fisch darin
Könnte ich mit den entsprechenden Hilfsmitteln das Volumen und die Masse meiner Wasserkugel errechnen und ich könnte sogar ihr Zentrum bestimmen. Wenn ich meinen Kopf aber aus dem Wasser stecke würde ich allerdings nur eine große glatte Wasserfläche zusehen bekomme und das an jeder beliebigen Stelle meiner Wasserkugel. Mit dem viel zu geringen Blickwinkel könnte ich nochnicht einmal meine Berechnungen innerhalb der Kugel überprüfen, dass ich mich in einer Kugel befinde.
Da mir auch noch jegliche Vorstellungskraft fehlt, eine Möglichkeit zu finden meine Wasserkugel von außen mit genügend Abstand zu betrachten bin ich nun ein frustrierter Fisch und komme als Ergebeniss zu einer Anschauung wie wir heute unser Universum beschreiben, nämlich UNENDLICH und GRENZENLOS.
Aber ist dies wirklich so?

[gradient]

M.E. liegt dieser "Widerspruch" darin, dass wir nicht in der Lage sind, uns einen höherdimensionalen Körper vorzustellen:
Nehmen wir an, wir würden auf der 3D-Oberfläche einer 4D-Kugel leben. Der Sichtbarkeitsradius wäre dann nur ein Ausschnitt von der 3D-Sphäre. Allerdings gäbe es auf der 3D-Oberfläche keinen Mittelpunkt, zumindest wüsste ich nicht, wo der sein sollte. Der Mittelpunkt wäre dann höchstens die Mitte der 4D-Kugel, also nicht auf der Oberfläche. Um sich das vorstellen zu können, empfiehlt es sich, alles um eine Dimension zu reduzieren.

[Stephen]

Hallo,

ich "ticke" da wahrscheinlich ähnlich wie @garmy

Ich glaube nicht, dass man dieses Phänomen mit höherdimensionalen Körpern erklären kann, weil sämtliche kosmischen Gesetze nur auf 3D abgestimmt sind. Wenn etwas mit mehr als 3 Dimensionen (die Raumzeit mal ausgeschlossen) berechnet wird, fällt das für mich in den Bereich der Stringtheorien - da wird mit 11D und mehr spekulliert. Diese 11 Dimensionen kann es - zumindest im Makrobereich - aber gar nicht geben, weil wir sonst - zum Beispiel - die Planetenbahnen nicht so genau berechnen könnten.

Ich würde mich natürlich viel zu weit aus dem Fenster lehnen, wenn ich sagen würde, dass die Annahme von 11 oder meinetwegen 27 Dimensionen völliger Quatsch sind: Ich habe nicht annähernd das nötige Grundwissen, um so eine Behauptung aufzustellen...

Aber wie gesagt - die Stringtheorien (und damit etwas anderes als ein 3-dimensionales Modell) dürften bei dieser Fragestellung auch gar keine Rolle spielen...

Gruß, Steffen

[gradient]

Aber wie gesagt - die Stringtheorien (und damit etwas anderes als ein 3-dimensionales Modell) dürften bei dieser Fragestellung auch gar keine Rolle spielen...

Tun sie auch nicht! Diese vierte Raumdimension wäre dann auch keine Extradimension, sondern die Folge eines gekrümmten 3D-Raumes. Wenn du eine Fläche so krümmst, dass daraus eine Kugel wird, hast du aus zwei Dimensionen drei gemacht. Keine "Stringserei" notwendig! Durch analoge Krümmung eines 3D-Raumes kann also ein 4D-Körper entstehen.
Übrigens: Das Gravitationsgesetz ist auch dann immer noch F~1/r², weil sich alles auf der 3D-Sphäre abspielt.

[Stephen]

aha - so langsam fällt bei mir der Groschen. Dauert bei mir manchmal extrem lange

Gruß, Steffen

[gravi]

@garmy:

Ich verstehe Deine Verständnisprobleme

Zunächst zum Weltradius:
Von unserem Standpunkt aus sehen wir in eine Richtung bis zu einer Sichtbarkeitsgrenze. Weil wir uns guten Gewissens als den Mittelpunkt des Universums betrachten können, ist die Länge dieser Sichtlinie der Weltradius.

Dummerweise hat jeder Beobachter im Universum das gleiche Recht und er wird auch den gleichen Radius bestimmen. Genau das hatte ich mit meinem Beispiel der Erkugel gemeint: Hier habe ich die vierdimensionale Raumzeit auf 2 Dimensionen reduziert (Zeit und Höhe weggelassen), um ein "Gefühl" für das Wesen der Raumzeit aufzuzeigen. Das Problem sind die fehlenden Bezugspunkte! Es gibt keinen Anfang und kein Ende, und schon gar keinen Mittelpunkt. Man kann also sagen:

Das Universum ist zwar von endlicher Ausdehnung, aber es ist grenzenlos

Damit komme ich dann auch zu Deinem Wasserplaneten:
Sicherlich kann man das Volumen berechnen, in welchem man schwimmt und aus der Dichte auf die Masse schließen.

Genau das machen die Astronomen, indem sie aus dem Weltradius und der mittleren Massendichte die kosmische Gesamtmasse berechnen.

Der Haken ist aber der Sichtbarkeitshorizont: So wie wir nicht "hinter" die Distanz blicken können, die sich durch die Expansion der Raumzeit mit Überlichtgeschwindigkeit von uns entfernt, kannst Du als Fisch nicht aus Deinem Wasserplaneten sehen. Du lebst dort mitten in der Brühe und hast nicht das Recht bzw. Vermögen, auch nur einen Blick über die Oberfläche hinaus zu werfen.

Damit ist es Dir auch versagt , eine Aussage über die Topologie des Wasserplaneten zu machen und somit ist auch keine genaue Massenangabe möglich. Man kann nur Näherungswerte angeben.

Gruß
gravi

[BauBraun]

Hallo Gravi,

Ich habe mir das mal versucht vorzustellen, die Sache mir dem Luftballon. Und ich bin dabei zu einem erstaunlichen Ergebnis gekommen (Das jetzt zu beschreiben ist echt abenteuerlich).

Durch die Ausdehnung des äußeren Ballons (Reales Universum), dehnt sich auch der innere Ballon 'Sichtbares Universum'. Allerdings verformt sich dann dieser innere Ballon zu einem eiförmigen Gebilde, es bleibt keine exakte Kugel.

Da wir ja nicht aktiv sehen (wie z.B. beim Radar), sondern passiv auf die eintrudelnden Photonen warten, könnte es da nicht möglich sein die Eiform aufzuspüren?

Grüße aus dem Mittelpukt des Universums...

BauBraun

[gravi]

Ich weiß nicht, wie Du zu der Eiform gekommen bist, lieber BauBraun.

Wir sind aber leider nicht imstande, eine konkrete Aussage über die "Form" - besser gesagt die Topologie - des Universums zu machen.

Wir haben sogar einmal überlegt (tensor, ray und ich, als es dieses Forum noch gar nicht gab), dass sogar ein Torus in Frage kommen könnte.

Was man aber sagen kann ist, dass der Kosmos sicherlich "verbeult" ist. Es gibt nämlich in manchen "Gegenden" größere Masseansammlungen als in anderen, und dort wird die Expansion durch die gravitativen Kräfte ein wenig eingebremst.

Gruß
gravi