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THEMA: Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums"

Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 00:08 #64732

Hey ihr Lieben da draussen im Kosmos,
ich bin ein riesen Fan dieses Kanals und möchte das gern in den Kosmos hinausschrein!!! DAAAAANKE Josef & Friends!!!! Und ich glaube wir sind uns alle einig, dass der letzte Beitrag zu "Von Aristoteles zur Stringtheorie" (Folge 55) wieder richtig klasse war und in fast jedem von uns einfach diese Neugierde geweckt hat, zu wissen, was denn damals nach dem Urknall wirklich ganz genau passiert ist. Leider scheitere ich da schon an ganz grundlegenden Dingen und würde mich riesig freuen, wenn mich mal jemand zu Seite nimmt und mein Denken geraderückt - bitte allgemeinverständlich falls das geht... Vielen vielen Dank!

(1) THEMA ROTVERSCHIEBUNG UND MATERIE/ENERGIE: Wenn das Licht während anhaltender Ausdehnung des Universums aus dichteren in dünnerer Bereiche messbar Energie verliert, müsste sich dann nicht dieser Effekt auch auf der Zeitskala, also in der Rotverschiebung von fernen Galaxien als ein "zusätzlicher Beitrag" jendseits des von Hubble entdeckten Zusammenhangs bemerkbar machen? Ich stelle mir das so vor, dass ja zur etwaigen Zeit der Entstehung der kosmischen Hintergrundstrahlung, etwa 400000 Jahre nach dem Urknall, die Materiedichte um ein zich-faches grösser war. Dadurch würde ja die Ausdehnung des Universums nicht nur eine durch die gleichmässige Ausdehnung hervorgerufene "Hubble-artige" Rotverschiebung erfahren, sondern auch eine art (exponentiell oder 1/t) abfallende Rotverschiebung, durch das Verlassen des Lichtes des tiefen Potentialtopfes, den die hohe Materie-/Energiedichte des frühen Universums verursacht hat. Ich habe schon einmal den Begriff "Gravitationsrotverschiebung" in einem älteren Beitrag gehört und könnte mir vorstellen, dass ich evtl. von diesem Effekt rede. Würde die Messung, die die Grundlage der Dunklen-Energie-Hypothese bildet (also exponentiell ansteigende Rotverschiebung bei sehr grossen Entfernungen) nicht genau so aussehen, wie die Gravitationsverschiebung des frühen Universums?

(2) An dieser Stelle eine damit verknüpfte Frage: Ich habe generelle Denkprobleme wenn es um die Dunkle Energie Hypothese geht und brauche eure Hilfe. Wenn wir einmal von anderen Hinweisen zur Dunklen Energie absehen, warum muss denn generell aus der Beobachtung einer über den linearen Zusammenhang hinausgehenden Rotverschiebung weit entfernter Objekte eine beschleunigte Ausdehnung des Universums folgen? Ist dieser Schluss nicht generell gleichwertig gegenüber dem Schluss, dass sich das Universum (nahe am Urknall) zunächst mit grösserer Geschwindigkeit ausgedehnt hat, die mit der Zeit abfiel und sich heute bei der aktuellen Ausdehnungsrate stabilisiert hat? In meiner beschränkten Vorstellung würde dieses Szenario auf der Zeitachse so aussehen:
- Vor 10 Mrd Jahren: Zum Beobachter nahe Galaxien haben durch eine aktuell sehr hohe Ausdehnungsrate des Universums eine stärkere Rotverschiebung als heute die nahen Galaxien haben.
- Vor 5 Mrd Jahren: Ein Beobachter sieht nahe Galaxien duch Abklingen der Ausdehnungsgeschwindigkeit ein klein wenig geringer Rotverschoben als oben beschrieben. Schaut er sich im Teleskop ferne Galaxien vor 5 Mrd Jahren an, erscheinen diese ein wenig röter als eine lineare Ausdehnung erklärt
- Heute: Nahe Galaxien erscheinen durch die nun nahezu konstante Ausdehnungsrate ähnlich rotverschoben wie für den Betrachter zum obigen Zeitpunkt. Durch das Teleskop sieht der Betrachter zurück in die Zeit von vor 5 Mrd. Jahren. Er würde, wie schon der letzte Betrachter einen dezenten Beitrag an nicht-linearer Rotverschiebung erkennen. Schaut er nun Galaxien vor 10 Mrd Jahren an (also die die ganz weit weg sind) würde er die verstärkte Zunahme der Rotverschiebung (durch die damals höhre Ausdehnungsrate) sehen. Und er könnte dann (in diesem Gedankenspiel) fälschigerweise schlussfolgern, dass sich sein Universum beschleunigt ausdehnt, obwohl es doch nur damals "noch schneller" war.

(3) THEMA ORANGEN-GROSSES UNIVERSUM: Die nun folgende Frage ist für mich ganz furchtbar, weil mir bewusst wird, wie wenig ich das alles verstanden habe, wo sich doch der Josef so viel Mühe gegeben hat, es uns zu erklären:
In dem sehr schönen Beitrag wird von dem Universum als "Orangen-gross" etwa zum Zeitpunkt nach der Inflationsperiode gesprochen. Ich habe oft auch anderen Beiträgen schon ähnliches gehört, wie "als das Universum so gross wie ein Atomkern war...". Nun weiss ich aber auch wiederum aus wieder anderen Beiträgen, dass Wissenschaftler davon ausgehen, dass unser derzeitiges Universum höchwahrscheinlich unendlich gross ist.

Wie geht das? Ist die Geschichte mit der "Orange" oder dem "Atomkern" nicht wörtlich zu nehmen und eher eine Metapher für "unglaublich Energie-dicht"? Ich kann mir kein Universum vorstellen, das nach der Inflationsperiode, als ja eine näherungsweise LINEARE Ausdehnung folgte, von einer Orange bis heute zur Unendlichkeit angewachsen ist. Warum tut es das - das ist unverschämt? In meiner fehlerhaften Logik, würde schon die Aussage "Nach der Inflation war das Universum Orangen-gross" implizieren, dass es heute nicht unendlich gross sein kann. Vielen vielen Dank an jeden, der mir das simpel erklären / richtigstellen kann.

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 03:32 #64739

Hallo Männie,

Das ist sehr viel auf einmal. Auf einen Punkt will ich eingehen:

Männie schrieb: (1) THEMA ROTVERSCHIEBUNG UND MATERIE/ENERGIE: Wenn das Licht während anhaltender Ausdehnung des Universums aus dichteren in dünnerer Bereiche messbar Energie verliert, müsste sich dann nicht dieser Effekt auch auf der Zeitskala, also in der Rotverschiebung von fernen Galaxien als ein "zusätzlicher Beitrag" jendseits des von Hubble entdeckten Zusammenhangs bemerkbar machen?


Wieso zusätzlich? Dieser Energieverlust ist die Rotverschiebung.
Es gibt noch einen weiteren Energieverlust der sich in der Intensität bemerkbar macht; das heist der Anzahl Photonen die uns erreichen.
Das heist a) es erreichen uns weniger Photonen wegen der "Verdünnung" und b) sind diese ins Rote verschoben wegen der Expansion.

Deshalb geht die Strahlungsdichte auch mit a-4 in die Formel zum Hubbleparameter ein während die Materiedichte (baryonisch und dunkel) nur mit a-3 eingeht.

PS: a ist der Skalenfaktor mit dem die Ausdehnung des Univerums beschrieben wird mit a=1 für heute.

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 04:37 #64741

Hallo Merilix,

vielen Dank für deine Nachricht! Ich bin mir nicht sicher ob wir nicht aneinander vorbei reden. Und sorry für meinen langen Text. Eigentlich sind meine Kernfragen kurz, ich wollte nur genau schreiben was ich meine, damit wir eben nicht aneinander vorbeireten. Natürlich gehe ich voll mit, dass bei der Ausbreitung des Universum die Intensität des Lichtes drastisch abfällt. Aber von Intensitäten wollte ich eigentlich nicht sprechen. Für den wahrsheinlichen Fall, dass ich den Josef falsch verstanden habe, hab ich nochmal "Gravitationsrotverschiebung" gegooglet. Da finde ich bei Wiki folgendes:

„Photonen, die von einer gravitativen Masse aufsteigen, werden weniger energiereich. Dieser Energieverlust ist als Rotverschiebung bekannt, da Photonen im sichtbaren Spektrum mehr rot erscheinen. Analog, wenn Photonen in einem Gravitationsfeld fallen, werden sie energiereicher und weisen eine Blauverschiebung auf. … Dabei sei angemerkt, dass die Größe des Effektes der Rotverschiebung (Blauverschiebung) keine Funktion des Abstrahl- oder Empfangswinkels des Photons ist, sie hängt nur davon ab, wieweit das Photon im Potentialfeld radial aufgestiegen (gefallen) ist.“

– R. J. Nemiroff: Gravitational Principles and Mathematics. In: American Journal of Physics. 61, (1993), S. 619

In meiner Logik ist dieser Effekt doch komplett unabhängig von der Rotverschiebung die "Hubble-Style", durch die zunehmenden Relativgeschwindigkeiten im Universum hervorgerufen wird, die die Ausdehnung der Raumzeit verursacht. Müsste nicht ein ZUSÄTZLICHER Beitrag an Rotverschiebung alleine dadurch entstehen, dass das Licht, welches uns heute vom Mikrowellenhintergrund von vor 13.8 MRD Jahren erreicht, damals in einem viel tieferen Gravitationspotenzial (wegen der höheren Energiedichte) gewesen ist? Denn genau so verstehe ich das Wiki Zitat: Licht kommt aus tiefem Gravitationspotenzial heraus, verliert deswegen Energie und wird deswegen auf der Energieachse nach (unten) rot verschoben. (Intensitäten hin oder her...)

Oder was ist da los? Warum passiert das nicht?

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 13:11 #64761

Es ist richtig, dass das Gravitationspotential in den meisten Rechnungen des Universums nicht auftaucht.
Gehen wir von der heutigen Dichte von ρm = 4u/m³ = 6.642e-27 kg/m³ aus, dann ergibt sich beim Faktor z=1089≈1000 eine damalige Dichte von
ρm = 4e+9u/m³ = 6.642e-18 kg/m³
und für die CMBR haben wir heute ρ=4,645e-31 kg/m³ wären damals also mit z⁴
ρr = 4,645e-19 kg/m³
Beides ergibt keinen nennenswerten Betrag. Maßgeblich wäre sogar nur der Unterschied zwischen damals und heute. Schwieriger ist es, das Potential richtig zu berechnen, da hierfür das gesamte Universum damals bzw heute zu berücksichtigen wäre. Man müßte wohl die Hubblesphäre berechnen und dann die Innere Lösung einer homogenen Vollkugel anwenden.
ΦK = G(-3R²)ρ·2π/3

Mit dem heutigen Hubbleradius R=c/H° ergibt sich ein heutiger Wert
Φ = -51863969750388744 m²/s²
was offensichtlich absurd ist, es fehlt auch die Berücksichtigung von Λ mit
-ρ° = p°/c² = -Λ/κ = -8,642e-27 kg/m³ < -ρm
Und selbst diese Differenz führt dann rechnerisch zu einem absurden positiven Potential von +15616973727909890 m²/s²

Es wird also ziemlich kompliziert, und für den damaligen Wert müßte man noch den damaligen Parameter H ausrechnen, was allein schon ziemlich schwierig ist.

Es bleibt aber zu bezweifeln, ob das alles dann Einfluss auf die Rotverschiebung hätte, da bin ich mir gar nicht sicher. Die Strahlung muss sich ja nicht aus dem Potential "herauskämpfen", das Potential ändert sich ja nur einfach. Die Strahlung wird quasi von der Expansion "getragen".
Folgende Benutzer bedankten sich: Männie

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 14:41 #64766

Vielen vielen Dank ra-raisch! Auch wenn es ne Menge Formeln für mich waren, hat mir das schonmal sehr weitergeholfen vielen Dank! Interessant fand ich auch deine Erklärung mit dem Licht, das "von der Expansion getragen wird", welch poetisches Bild! :)
Ich hab in Beiträgen zur Relativitätstheorie den guten Josef und Onkel Harald immer so verstanden, dass in einer Einstein'schen Raumzeit die Zeitachse wirklich vollkommen gleichwertig zu einer Raumachse zu sehen ist. Bedeutet das dann nicht, dass ich beim Herunterfallen in einen Potenzialtopf (mit der Zeit) Energie gewinne = mich blau-verschiebe und beim hinaufklettern analog Energie verliere = rot-verschiebe?! So wie es auch sein muss, wenn man ein Potenzial im Raum durchquert?

Mir ist aufgefallen, dass du hier sehr aktiv dabei bist, anderen ver(w)irrten Seelen, wie mir, bei ihren Fragen weiterzuhelfen. Das finde ich sehr löblich und möchte dir vorab erstmal dafür meinen Respekt aussprechen. Vllt kannst du mir ja auch mit den zwei anderen Fragen ganz oben, also (2) und (3) weiterhelfen? Gerade die (3) nervt mich doch schon ganz besonders... :(

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 14:54 #64768

Männie schrieb: (1)
Bedeutet das dann nicht, dass ich beim Herunterfallen in einen Potenzialtopf (mit der Zeit) Energie gewinne = mich blau-verschiebe und beim hinaufklettern analog Energie verliere = rot-verschiebe?! So wie es auch sein muss, wenn man ein Potenzial im Raum durchquert?

Naja....das wird manchmal so drargestellt und ist aus subjektiver Sicht auch korrekt. Aber objektiv gesehen ändert sich die Energie nicht sondern sie verwandelt sich nur. Beim blauverschobenen Licht ist die Energie im tiefen Potential einfach mehr "wert" weil alle anderen Objekte weniger Energie besitzen, wenn sie die frei gewordene Bindungsenergie bereits abgegeben haben.

Männie schrieb: Mir ist aufgefallen, dass du hier sehr aktiv dabei bist, anderen ver(w)irrten Seelen, wie mir, bei ihren Fragen weiterzuhelfen. Das finde ich sehr löblich und möchte dir vorab erstmal dafür meinen Respekt aussprechen.

Danke, genau das macht mir eben Spaß. Es ist natürlich auch immer eine Herausforderung zuerst die Frage zu verstehen und dann den Knackpunkt zu finden. Die Erklärung ist dann eher der beschwerliche Teil.

Männie schrieb: Vllt kannst du mir ja auch mit den zwei anderen Fragen ganz oben, also (2) und (3) weiterhelfen? Gerade die (3) nervt mich doch schon ganz besonders... :(

Ja gut, sehe ich mir gleich an, ich wollte eins nach dem anderen.

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 15:02 #64770

Männie schrieb: (3)
Ich habe oft auch anderen Beiträgen schon ähnliches gehört, wie "als das Universum so gross wie ein Atomkern war...". Nun weiss ich aber auch wiederum aus wieder anderen Beiträgen, dass Wissenschaftler davon ausgehen, dass unser derzeitiges Universum höchwahrscheinlich unendlich gross ist.

Die Größe des Universums ist eine sehr schwierige Frage. Meist wird davon ausgegangen, dass es unendlich groß ist, beim Ballonmodell oder beim Urknall unterstellt man oft, dass es aus einem Planckvolumen heraus gewachsen ist. Beides widerspricht sich nicht unbedingt, meine ich. Aber die anschauliche Variante beschränkt sich auf das sichtbare Universum und dessen Größenentwickling.

Ein messbarer Unterschied würde in der Krümmung des Universums liegen, die aber unmessbar klein ist, also mit Null angenommen wird, was einem flachen unendlich großen Universum entsprechen würde. Bei einer auch nur geringen Krümmung könnte das Universum zwar randlos aber in der konvexen Variante nicht unendlich groß sein, wie die Erdoberfläche zwar randlos aber endlich ist.

Es gab nun eine Messung mit einem Wert K < 0, was einer geringen konvexen Krümmung entsprechen würde. Ich habe dazu in dem entsprechenden Thread ein paar Rechnungen angestellt. Das ist aber noch sehr spekulativ, denke ich.

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 15:10 #64771

Männie schrieb: (2)
warum muss denn generell aus der Beobachtung einer über den linearen Zusammenhang hinausgehenden Rotverschiebung weit entfernter Objekte eine beschleunigte Ausdehnung des Universums folgen? Ist dieser Schluss nicht generell gleichwertig gegenüber dem Schluss, dass sich das Universum (nahe am Urknall) zunächst mit grösserer Geschwindigkeit ausgedehnt hat, die mit der Zeit abfiel und sich heute bei der aktuellen Ausdehnungsrate stabilisiert hat? I

Nein, beide Varianten haben damit nichts zu tun. Die Rotverschiebung nach dem Hubblegesetz geht von einer konstanten Expansion aus und nicht von einer veränderten.

Die beschleunigte Expansion ergibt sich daraus, dass ferne Galaxien gefunden wurden, die für ihre Rezessionsgeschwindigkeit zu nah sind. Dies sieht nun auf den ersten Blick so aus, als ob die Expansion sich verlangsamen würde, weil die fernen Galaxien ja anscheinend vor langer Zeit schneller waren als es ihrer Entfernung entsprechen würde. Tatsächlich ist es aber so, dass bei einer früher schnelleren Expansion die Entfernungen zu groß sein müßten, wenn sich die Expansion peu a peu verlangsamt.

Ob die Entfernungsmessungen jedoch richtig waren, wird derzeit infolge einer relativ neuen Veröffentlichung diskutiert, dazu hatten wir auch einen Thread.

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Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 22:07 #64809

Männie schrieb: In meiner fehlerhaften Logik, würde schon die Aussage "Nach der Inflation war das Universum Orangen-gross" implizieren, dass es heute nicht unendlich gross sein kann.

Ich gehe davon aus das damit die Größe des prinzipiell beobachtbaren Universums gemeint ist. Dies würde dann nur einen winzigen Teil des gesamten Universums ausmachen,

assume good faith

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assume good faith

Fragen zum Beitrag "Alter und Inhalt des Universums" 01 02. 2020 23:40 #64815

Merilix schrieb:

Männie schrieb: In meiner fehlerhaften Logik, würde schon die Aussage "Nach der Inflation war das Universum Orangen-gross" implizieren, dass es heute nicht unendlich gross sein kann.

Ich gehe davon aus das damit die Größe des prinzipiell beobachtbaren Universums gemeint ist. Dies würde dann nur einen winzigen Teil des gesamten Universums ausmachen,


Ja, das ist die gängige Interpretation.

The truth is often what we make of it; you heard what you wanted to hear, believed what you wanted to believe.

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