Rotation des Universums

[gravi]

Um die Diskussion im anderen thread über die Grenze des Universums nicht zu stören, mache ich hier mal ein neues Thema auf.

Vor längerer Zeit wurde einmal (nicht hier im Forum) das Thema angesprochen, ob das Universum rotieren kann (der "olle" Gödel ging seinerzeit ja noch davon aus). Da mich diese Frage auch gerade anderweitig beschäftigt, möchte ich sie hier nochmals aufwerfen. Damals waren wohl Tensor und Ray involviert...

Also, mir wurde ganz klar gesagt, dass ein expandierender Körper/eine expandierende Raumzeit nicht rotieren können (leider habe ich das entsprechende Papier auf die Schnelle nicht finden können, in welchem der mathematische Beweis abgeleitet wird).

Ich kann das noch immer nicht so richtig glauben. Wenn ich einen Ballon in Drehung versetze, der durch einen dünnen Schlauch immer weiter mit Gas gefüllt wird, so wird doch nicht schlagartig die Rotation gestoppt werden.

Wenn ein Schwarzes Loch Materie akkretiert, so wird seine Rotation auch nicht verlangsamt (ich vernachlässige mal großzügig den mitgeschleppten Drehimpuls). Sein Horizont wird aber größer.

Oder machen wir ein anderes Experiment: Wir versetzen in einem Glas Wasser in Rotation und setzen ein Wachs hinein, das sich nicht mit dem Wasser vermischt (kennt jeder von diesen hübschen Fernsehleuchten). Dieser schwebenden und rotierenden Wachskugel setze ich ständig mehr Wachs hinzu, sie expandiert also. Hört ihre Rotation auf?

Schließlich gibt es noch das Experiment Hyper, welches, so meine ich, ab etwa 2010 gestartet wird und die Rotation des Universums vermessen soll.

Also, wer kann mir sagen, was physikalischer Blödsinn ist oder was letzten Endes zutrifft? Könnte das Universum trotz Expansion doch rotieren?

Schönen Gruß
gravi

[gradient]

Hallo gravi,

grundsätzlich gibt es ein Problem mit rotierenden Universen: Sie verstoßen gegen das kosmologische Prinzip, da man sicher einen Punkt finden kann, der andere Eigenschaften aufweist (beispielsweise die Pole auf der Erde - dort ist die Rotationsgeschwindigkeit v=0).
Oder kann man ein rotierendes Universum konstruieren, in dem alle Punkte gleichberechtigt sind? Falls ja, dann wäre es wahrscheinlich unnötig kompliziert...

[wilfried]

Lieber gravi

das ist auch ein sehr interessanter Punkt. Ich meine dazu: wir haben den Drehimpulserhaltungssatz und in der Physik auch in der Quantenphysik sehe ich keinerlei Ansätze, diesen Satz zu kippen.
Da wir überall rotierende Systeme haben: von der kleinsten Einheit der Teilchen bis hin zu größten Einheit der Galaxien muss dieser Drehimpuls folgerichtig weitergegeben werden.

Schaut man Planeten bahnen an, so rotieren die Planeten ums Zentralgestirn; das Zentralgestirn rotiert seinerseits sowie wie die Trabanten; jedes mit unterschiedlicher Rotationszahl...zunächst einmal.

Der Drehimpulserhaltungssatz sagt nun aus, dass der Gesamtdrehimpuls einies abgeschlossenen Systems konstant ist. Nehmen wir dieses System als konstant an.

Wir sehen dann, dass sich die Einzeldrehimpulse zunächst einmal deutlich unterscheiden und sich auch kein "Drehimpulsschwerpunkt" einstellt.

Dann nach genügend langer Zeit stellt sich solch ein Drehimpulsschwerpunkt ein. Soll heißen: Torkelbewegungen werden vermindert, im Grenzfall "Zeit gegen unendlich" streben diese gegen Null, die Drehmomente gleichen sich aus, was dann zu einem Gleichlauf führt, Dieser Gleichlauf zeigt sich im Erde-Mond system bereits nahezú perfekt. Die Torkelbewegung beider ist nahzu Null, der Mond zeigt uns nur eine Seite. Diese wackelt noch ein wenig hin und her. Wenn wir noch ein paar Tage zuwarten, wird auch dieses Hin und Her nicht mehr zu sehen sein. Damit ist hier der Drehimpulsausgleich abgeschlossen.

Vorsichtig: Für alle Spitzfindigen: ich vernachlässige hier schnöde Störungen von Körpern, die dieses abgeschlossene System durcheilen.

Wenn wir die Bewegung Sonne Erde, Sonne Planetne im Allgemeinen betrachten, so wird dieser Zustand auch eines tages eintreffen. Die Erde wird der Sonne stets die gleiche Seite zuwenden. Die Erdrotation hat sich so arg verlangsamt, dass ein Tag ein Jahr ist.

Schauen wir in kosmologische Sphären. Auch dort gilt das gleiche. Das System ist abgeschlossen, heißt es kommt weder ein Drehimpuls dazu, noch kommt einer weg. Das Gesamtdrehmoment ist und bleibt konstant. Da aber Rotation durch Rotation beeinflusst wird (Gravitationsbremsung) werden wir erkennen, dass sich Drehimpulse übertragen. Siehe z.B. Kollisionen von Galaxien. Haben sich Galaxien vereinigt, rotieren diese miteinander.

Nun, wann alles einmal einen "Gleichmarsch" erreicht kann ich nicht sagen. Es wird eines sehr sehr ...sehr fernen Tages zwangsläufig sein, wenn und nur wenn sich dieses System konstant verhält. Fällt alles aber wieder in sich zusammen, dann läuft diese Maschinerie rückwärts: aus nahezu gleichlaufenden Systemen werden auf Grund der sich nun signifikant zunehmenden Dichten auch die Rotationen, die Drehimpulse vergrößern.

Vergleich: Nehmt einen Drehstuhl und nehmt dem Gravi mal seinen Amboß weg (psst: nicht dem gravi verraten: der will den nur ganz klein hauen und das soll er nicht. Der braucht seine Kräfte woanders! Aber nicht weitersagen..gelle!!).

Nehmt den Amboss in eine Hand (stark geenug seit ihr doch oder?) und lasst Euch auf dem Drehstulh einen Schubs geben. Ihr rotiert. Und dann: Arm mit Amboss gerade rausstrecken. Was passiert?

Iher werdet deutlich langsamer rotieren (Wellall hat sich ausgedehnt). Dann ran mit dem Amboss an den Körper. Und dann: die Rotation nimmt ordentlich zu (Weltall fällt zusammen).

So Leute und jetzt schnell wieder den Amboss zum gravi bringen, sonst merkt der es noch am Ende, dass ich seinen Amboss verschleudert habe!! :

ps. siehe diesen Faden: "Grenzen des Universums" Seite 4. Da erzählt unser gravi, was der so in seiner Freizeit betreibt. Er haut Ambosse auf Fingerhutgröße!!!!! Auf die Idee kommt auch nur ein Chemiker!!!

Netten Gruß

Wilfried

[Maclane]

Öhm.. Mal ne ganz blöde Frage:

Wir sagen immer, das Universum hat keinen Mittelpunkt. Aber wo sollte denn dann die Rotationsachse sein, falls es rotiert?

[wilfried]

Hallo Mac

diese Frage ist gar nicht so blöde, wie sie denn klingt. Der Mittelpunkt ist immer die einfachste der Lösungen. Wir haben mit dem Weltall ein sehr dynamisches riesiges Gebilde vor sich. Dinge welche an einem Ort passieren, z.B. eine Riesen SL bildet sich, haben aber erst nach Äonen Auswirkungen "auf der anderen Seite".

Damit bleibt einem Weltall gar keine Möglichkeit einen Mittelpunkt zu bilden.

Gruß

Wilfried

[SchwarzeMaterie]

Das es dynamisch ist ja bekannt. Aber Rotattion?
Gibt es zum besagten Projekt <b>Hyper</b> eine Quelle?

Edit: Hoppsala , doch noch was gefunden:
http://sci.esa.int/science-e/www/area/i ... fareaid=46

Gruß

[gravi]

Vielen Dank für die rege Beteiligung!

Ihr habt mir da sehr gute Argumente an die Hand gegeben, das muss ich schon sagen. Eine "kosmische Rotationsachse" scheint mir schon allein bedingt durch die Relativität eines Ortes gar nicht möglich zu sein - darauf hätte ich auch selbst kommen können. Bravo, Mac!

Ja, lieber Wilfried, ich sollte den Amboss zum Abendbrot verspeisen!
Dein Beispiel war mehr als deutlich.Man muss also davon ausgehen, dass selbst bei einer lichtschnellen Rotation des ehemaligen Mikrouniversums diese durch die Expansion inzwischen völlig abgebaut ist. Gradient hat natürlich auch Recht und Dank an Thomas für den Link.

Meine Beispiele oben waren selbstverständlich an den Haaren herbeigezogen. Ich dachte jedoch, weil ich immer wieder mal auf Hinweise stoße, dass es doch rotieren soll/könnte, wäre das Thema mal eine Diskussion wert.

Der olle Gödel kann also seine Zeitmaschine einpacken (was übrigens auch schon lange auf der Homepage zu lesen ist )

Dennoch: man muss sich eine Rotation nun nicht wie die eines Kreisels vorstellen. Aber vielleicht ist doch noch ein winziger Rest an Drehbewegung übrig geblieben (falls es überhaupt je eine gab). Zu bedenken gebe ich noch, dass unser Universum nicht wie ein "normaler" Körper rotieren kann. Schließlich ist es vielleicht eine 4- dimensionale "Hyperkugel", bei der man mit unserer üblichen Geometrie nichts anfangen kann.

Gruß
gravi

[Ray Light]

Nabend zusammen,

ich stimme einerseits gradient und Mac zu - hätte zunächst genauso geantwortet. Andererseits: Wer erhebt das kosmologische Prinzip zu einem 'Naturgesetz'?

Okay, die komplette Himmelskarte der kosmischen Hintergrundstrahlung sagt uns, dass das kosmologische Prinzip ganz gut erfüllt zu sein scheint. Auch die großräumige Struktur, nämlich die räumliche Anordnung von Galaxien bestätigt das.

Das kann aber nicht für alle Zeiten der kosmischen Entwicklung gelten! Irgendwann muss doch die Homogenität und Isotropie verletzt gewesen sein, nämlich im Urknall bzw. kurz danach in der abwechselnden Struktur von Unter- und Überdichten. Wir erinnern uns: das sind die Quellen der Anisotropien in der Hintergrundstrahlung (im Bereich von Mikrokelvin!), die letztes Jahr nobelpreisprämiert wurden.

Letztendlich gilt: testen. Solange keine Beobachtung Gödels rotierenden Kosmos bestärkt, sollte man Ockham's razor folgen und das nahe liegende isotrope und homogene Universum vertreten.

Gruß,
Ray

[breaker]

Mein Gefühl sagt mir cshon von vorneherein, dass das eigentlich nicht sein kann, aber, WENN das Universum rotieren würde, könnte man denn dann nicht vielleicht die Dunkle Energie mit einer Art Zentrifugalkraft erklären?
Mit F_z = mω²r würde sie sogar linear mit dem Radius steigen.

[gravi]

Was wir, so fällt mir gerade ein, noch gar nicht berücksichtigt haben, ist die Topologie des Universums. Wenn es sich um eine 4-dimensionale Hyperkugel handeln würde, dann wäre evtl. eine Rotation in Betracht zu ziehen. Ist denn auch ein 4- dimensionaler Rotationsellipsoid denkbar?

Doch wenn wir es mit dem Trichteruniversum zu tun haben, um welche Achse rotiert es dann? Ach ja, wir können gar keine Rotationsachse bestimmen.

Ich meine nun aber, all diese Gedanken kann man getrost verwerfen. Wissen wir doch, dass wir in einem flachen Kosmos mit euklidischer Geometrie leben. Da kann man eine Rotation wohl gänzlich ausschließen... ciao Gödel

Gruß
gravi

[Maclane]

Ist denn auch ein 4- dimensionaler Rotationsellipsoid denkbar?

Oh, du meinst einen 4-dimensionalen Football, der von einem göttlichen Quarterback Richtung Endzone geworfen wird? Der Gedanke gefällt mir ausgesprochen gut.

Ich meine nun aber, all diese Gedanken kann man getrost verwerfen. Wissen wir doch, dass wir in einem flachen Kosmos mit euklidischer Geometrie leben. Da kann man eine Rotation wohl gänzlich ausschließen... ciao Gödel

Naja, ginge ja auch mit nem Torus, fällt mir ein. Da kann das Universum rotieren und die Rotationsachse könnte außerhalb des Universums liegen - ganz symmetrisch durch die Mitte oder auch asymmetrisch, wie ein Hoolahoop-Reifen.
Nur wie wollte man das nachweisen?

Gruß Mac

[gradient]

Naja, ginge ja auch mit nem Torus, fällt mir ein.

Eben! Ein 4D-Donut ist doch viel besser als ein 4D-Football
Aber im Ernst: Das mit dem Torus ist eine gute Idee! Interessanterweise hat ein Torus nämlich die Krümmung Null, ist also mit den Beobachtungen vereinbar.

[wilfried]

Liebe Freunde

Kurt Gödel hat mit seinen Unvollständigkeitsarbeiten einiges geleistet. Seine Theorien haben Dinge angestossen, die wir bei uns in der Ingenieur Elektronik immer wieder gerne oder bwevorzugt anwenden:
die diophantischen Gleichungen.
Das sind Polynome mit integer (ganzzahlig) Koeffizienten.

Durchgeführt, aber basierend auf Arbeiten Gödels hat dies Chaitin:

http://de.wikipedia.org/wiki/Gregory_Chaitin

Netten Gruß

Wilfried

[gravi]

Mit "ciao Gödel" meinte ich dessen Vorstellung von einem rotierenden All und damit seiner "Zeitmaschine".

Der Donut wäre mir auch sympathischer. Aber schmeckt ein 4-D- Donut besser als ein 4- D- Football?

Gruß
gravi

[Maclane]

Ach gravi, das Universum ist doch nicht dafür da, dass du dran rumknabberst.

Und abgesehen davon... Wir wissen so wenig, da könnte sogar Stephen King recht haben und in Wahrheit hat "die Schildkröte" das Universum ausge... äh.. ausgespuckt, weil sie Bauchschmerzen hatte. Da will ich mir über den Geschmack eigentlich gar keine weiteren Gedanken mehr machen. Ähm.. nee, wirklich nicht.

Also halten wir uns an Ray, nehmen uns Ockham's Rasierapparat und sagen uns, wer keinen Fensterplatz hat, soll auch nicht erzählen, was "draußen" los ist.

Gruss Mac

[gravi]

Okay, ich halte ja schon die Klappe

Gruß
gravi

[derNeugierige]

Guten abend,

Ich kann mich irgendwie nicht mit der Vorstellung, das Universum könne keinen Mittelpunkt bilden, anfreunden. Es muss doch in diesem Moment einen Mittelpunkt, Schwerpunkt haben. Wenn man das Universum in diesem Augeblick von oben abfotografieren könnte, hätte man ein geometrisches Gebilde(Kreis, etc. Wobei welche Form hat das Universum eigentlich in Bezug darauf, dass es flach ist?)
Und sowas hat ja immer ein Zentrum oder einen Schwerpunkt. Wenn das Universum rotieren sollte muss es jawohl eine Rotationsachse besitzen.

Schwarze Löcher, Sterne, Planeten etc. rotieren (fast) immer. Diese übertragen ja durch frame dragging ihren Drehimpuls auf die Raumzeit, sodass der Raum zu rotieren beginnt, bei "normalen" Objekte eben nicht so stark, aber dafür bei SLs, wenn diese rotieren, umso stärker. Führt das nicht dazu, dass die raumzeit, das Universum, zu rotieren beginnt? Oder sind die Effekte zu klein dafür, oder gleichen sich die Drehimpulse wieder aus?


Viele Grüße
Chris

[breaker]

Hm, ich frage mich gerade, warum das Universum eigentlich rotieren soll. Gibt es denn irgendetwas, das es beim Urknall in Rotation versetzt haben könnte?
Wenns darauf keine Hinweise gibt, bräuchte man sich ja gar nicht die Mühe zu machen, sich die Frage zu stellen.

[gravi]

@Frank:

Man kommt sicherlich zur Annahme eines rotierenden Universums, weil es ja einmal in seiner "Kindheit" ein Quantenobjekt war. Quantenobjekte wie die Elementarteilchen haben nun von Natur aus einen Spin, also einen quantifizierten Drehimpuls, der sie kennzeichnet. Also kann man auch die Schlussfolgerung ziehen, dass auch das Universum einmal einen solchen Spin besaß. Eine Rotation wird aber schnell durch die Expansion aufgehoben worden sein.

@Chris:
Wie gerade gesagt, das All war einmal ein Quantenobjekt. Solche aber unterliegen u.a. der Unschärferelation, d.h. alles auf dieser Ebene ist schon mal völlig verschwommen, unscharf, nicht exakt lokalisierbar/definierbar.
Nun stell Dir vor, Du hockst inmitten eines solchen Objekts. Wie willst Du eine Mitte festlegen, sprich eine Rotationsachse? Wohin Du auch siehst bist Du nur von purer Energie umgeben (obwohl Du gar nicht weit sehen kannst).

Nun expandiert das Teil, sogar mit Überlichtgeschwindigkeit und bläht sich auf bis zur heutigen Größe. Nun sage mir einmal, wie Du einen "Mittelpunkt" festlegen willst ohne einen absoluten Bezugspunkt. Ich nenne dazu wieder das Analogon der völlig glatten, kugelförmigen Erde. Versuch mal, einen "Mittelpunkt" auf der Oberfläche festzulegen. Das gelingt genauso wenig, als wenn Du versuchen würdest an eine Grenze zu stoßen. Es gibt auf einer Kugeloberfläche keine Grenze und keinen Mittelpunkt!

So, das musst Du nun nur noch auf die 4- dimensionale Raumzeit übertragen. Stell Dir das All als eine 4- dim. Hyperkugel vor, und Du befindest Dich auf der 3- dim. Oberfläche. Nun wünsche ich viel Erfolg bei der Suche nach dem Mittelpunkt...

Das ist ebenso wie die häufig gestellte Frage nach dem Ort des Urknalls. Die beantworte ich jetzt hier nicht, es steht in meinen "Interessanten Fragen" genug darüber

Das All von außen zu betrachten wird auch ein wenig schwierig. Erstens können wir die "Oberfläche" unserer Hyperkugel nicht verlassen, und zweitens wissen wir heute, dass die Geometrie des Kosmos euklidisch ist. Das Universum ist also flach. Du kannst es Dir vorstellen wie ein Blatt Papier, das in alle Richtungen unendlich ausgedehnt ist. Dann fotografier mal schön...

Gruß
gravi

[breaker]

Zum Mittelpunkt:
Wenn man davon ausgeht, dass es unendlich ist, kann es überhaupt keinen Mittelpunkt geben.
Ich meine, wie würde man am sinnvollsten das Wort Mittelpunkt definieren?
Vielleicht so: "Der Punkt, der von jedem Punkt am Rand die gleiche Entfernung hat."
...oder so ähnlich...
So, das würde bedeuten, man braucht einen Rand, um überhaupt einen Mittelpunkt festlegen zu können. Wenn das Universum unendlich groß ist (oder man diese Kugelfläche da hat), dann hat man keinen Rand und somit auch keinen Mittelpunkt.
q.e.d.

[gravi]

Ja, Frank, das sehe ich auch so.

Allerdings ist noch längst nicht klar, ob das All nun endlich oder unendlich ist.
Doch wie ich schon sagte, man versuche auf einer 3- dim. Kugeloberfläche einen Mittelpunkt zu finden. Schwere Sache ist das...

Einen Rand kann man sowieso nicht definieren, das wäre wiederum wie eine Grenze auf einer Kugeloberfläche oder einer unendlich großen 2-D euklidischen Fläche.

Das Universum könnte auch ebenso gut ein Torus sein, dann würde eine "Rotationsachse" irgendwo - vielleicht in einem Hyperraum - liegen, der uns auch wieder nicht zugänglich ist.

Ich glaube, wir sollten erst mal einfachere Probleme lösen, wie z.B. "wie werde ich in einem Jahr Millionär"...

Gruß
gravi