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Gestalt des Universums 15 07. 2020 11:38 #72962

Was ich nicht verstehe:
Wenn wir in die Tiefen des Universums blicken, sehen wir auch in der Zeit zurück und das in jede Richtung. Nun scheint es so das jene Bereiche, die am weitesten zurück liegen auch am weitesten voneinander entfernt sind, obwohl ja der Kosmos da viel kleiner war. Wie kommt es zu diesem Widerspruch. Von unserem Standpunkt aus könne wir 13mrd Lichtjahre in jede Richtung zurückschauen. Objekte die annähernd am gleichen Ort sein müssten, scheinen mitunter 26 mrd Lichtjahren voneinander entfernt. Wie muß ich meine Ansicht korrigieren, wo ist mein Denkfehler, bzw wie erklärt das die Astrophysik. Ich freue mich auf Antworten.

Ich hab da noch eine Frage dazu:
können wir theoretisch das ganze ursprüungliche Universum sehen, wenn wir in alle Richtungen 13,8 mrd Jahre zurückschauen. Also scheinen da theoretisch irgendwo auch die Ursprünge unserer Milchstraße auf, denn irgendwo müssten die ja auch vor 13,8 mrd zu finden sein. Ich hoffe die Idee oder die Problematik die meiner Frage zugrunde liegt ist erkennbar.

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Gestalt des Universums 15 07. 2020 15:48 #72977

Das ist das merkwürdige bei der Winkeldurchmesserentfernung

wiki de.wikipedia.org/wiki/Entfernungsma%C3%9F
Hierbei fällt auf, dass die Winkeldurchmesserdistanz keine monotone Funktion der Rotverschiebung ist, sondern für z = 1,6 ein Maximum aufweist, um danach wieder kleiner zu werden. Dies bedeutet, dass dasselbe Objekt für wachsende Rotverschiebungen immer kleiner erscheint, bei z = 1,6 ein Minimum erreicht, und für größere Entfernungen dem Beobachter wieder größer erscheint.

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Gestalt des Universums 15 07. 2020 23:35 #72996

Tarkovsky schrieb: Was ich nicht verstehe:


hab mir darüber auch schon öfters den kopf zerbrochen :unsure:

in einem anderen Thread schrieb ich mal dazu:

Zum grübeln brachte mich die Tatsache, dass wir zwar die Freiheit haben in alle Raumrichtungen ( Dimensionen) zu blicken, aber egal wohin wir am Himmel blicken, wir blicken immer in Richtung des Ursprungs, also dorthin wo das Speichern der Informationen über das was bisher in diesem Universum passiert ist begann ( irgendwie doch nur in eine Richtung :S ). In ein Gebiet also, das nach heutigem Verständnis viel kleiner war, da das Universum ja inzwischen enorm expandierte. Trotzdem aber nimmt genau dieses kleinst mögliche Raumgebiet ( Nähe des Beobachtungshorizontes) von unserem oder jedem anderen Beobachtungsstandort im Universum die größtmögliche Kugeloberfläche einer von innen heraus betrachteteten Hemisphäre ein.
Geometrisch ist das für mich ein Paradoxon.

Dazu erhielt ich mal die Antwort: Du darfst dir das Universum nicht als Kugel vorstellen!
Nur, diese Antwort half mir auch nicht weiter.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 01:12 #72997

Brooder schrieb: In ein Gebiet also, das nach heutigem Verständnis viel kleiner war, da das Universum ja inzwischen enorm expandierte.

Naja so ist das auch wieder nicht. Das was wir da sehen, war damals schon auch sehr weit weg. Das Licht hat eben bis heute gebraucht, um den Weg zu bewältigen, der natürlich währenddessen enorm gewachsen ist, und zwar deutlich mehr als nur die Lichtlaufzeit vermuten läßt.
Brooder schrieb: Dazu erhielt ich mal die Antwort: Du darfst dir das Universum nicht als Kugel vorstellen!
Nur, diese Antwort half mir auch nicht weiter.

Das was wir da sehen, war damals natürlich genauso kugelförmig um unseren heutigen Standort herum.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 09:51 #72999

Brooder schrieb: Dazu erhielt ich mal die Antwort: Du darfst dir das Universum nicht als Kugel vorstellen!
Nur, diese Antwort half mir auch nicht weiter.


Ich denke der springende Punkt ist, dass dieser Bereich damals das gesamte Universum umfasst hat. Das Universum wird seither größer, aber da dieser Bereich damals das gesamte Universum umfasst hat, ist er auch jetzt noch überall. Wie man so schön sagt: Der Urknall war überall. Die Photonen von damals sind im gesamten Universum gleichmäßig verteilt. Wenn jemand von uns aus gesehen einige Milliarden Lichtjahre entfernt ist, dann sieht er ebenfalls Hintergrundstrahlung, und zwar mit seiner Position als Mittelpunkt.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 11:02 #73001

Eines kann man wohl sagen:

Wenn das Universum unendlich groß ist, wird man immer eine Hintergrundstrahlung in immer größerer Entfernung sehen. Da die Kugel der Sender mit r² wächst und die Leistung ebenfalls mit 1/r² abfällt, bleibt also die empfangene Photonendichte konstant. Die Expansion hat darauf keinen Einfluss.

Wenn das Universum endlich und damals (viel) kleiner gewesen wäre, als man es heute (vergrößert) sieht, dann müßte die Hintergrundstrahlung ganz genauso in immer größerer Entfernung zu sehen sein, ggf nach mehreren Umrundungen des Universums. Da die Kugel der Sender eine Kleinkugel in der gekrümmten Sphäre bildet, müßte also die Photonendichte der Hintergrundstrahlung immer sinus-periodisch zunehmen und wieder abnehmen. Die Periode T=1/f wird aber sicherlich viele Milliarden Jahre groß sein, (und mit der Expansion wachsen), so dass man eine Veränderung der Dichte gar nicht messen kann.

EDIT: Das dürfte sich wieder ausgleichen und somit keine Schwankung der Intensität verursachen.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 15:50 #73013

Ich habe mal ein schematisches GIF erstellt, in dem die "pulsierende" CMBR dargestellt wird, falls das Universum endlich ist. Die Farbe soll die Dichte der Photonen darstellen, vom "Nordpol" aus betrachtet. Es sieht aber von jedem Punkt im Universum gesehen genauso aus. Dies ist ohne Expansion dargestellt. Die dargestellte Strahlung wandert von Süden nach Norden. Der gegenläufige Fluss ist nicht dargestellt.

EDIT: Das dürfte aber ein Fehlschluss gewesen sein.

Die Expansion hätte dann noch zusätzlich Einfluss auf die Frequenz der Photonen und die Frequenz der Dichteänderung, sowie auf die Flussdichte der Photonen.




EDIT: Zumindest kann man die Färbung als Zeichen der Maßstabsverzerrung so in der Grafik belassen.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 16:59 #73015

ra-raisch schrieb: Ich habe mal ein schematisches GIF erstellt, in dem die pulsierende CMBR dargestellt wird, falls das Universum endlich ist.


Was wäre denn bei unendlich anders?

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 18:03 #73019

Arrakai schrieb:
ra-raisch schrieb: Ich habe mal ein schematisches GIF erstellt, in dem die pulsierende CMBR dargestellt wird, falls das Universum endlich ist.


Was wäre denn bei unendlich anders?

Nicht pulsierend, sondern konstant, (wenn man die Expansion wegläßt).

EDIT: Jedoch das Pulsieren ist wohl ein Fehlschluss gewesen.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 18:57 #73026

Ich habe bislang nicht verstanden, wo in einem endlichen Universum eine unterschiedliche Konzentration von Hintergrundphotonen herkommen sollte.

Da die Hintergrundstrahlung aus dem gesamten damaligen Universum stammt und (Annahme) überall mit (etwa) gleicher Intensität in alle Richtungen abgestrahlt wurde, würde ich erwarten, dass zu jedem Zeitpunkt an jedem Punkt des Universums eine (etwa) gleiche Konzentration an Hintergrundphotonen auftritt. Sonst müssten doch Raumpunkte gegenüber anderen irgendwie ausgezeichnet sein.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 19:59 #73029

Brooder schrieb: Trotzdem aber nimmt genau dieses kleinst mögliche Raumgebiet ( Nähe des Beobachtungshorizontes) von unserem oder jedem anderen Beobachtungsstandort im Universum die größtmögliche Kugeloberfläche einer von innen heraus betrachteteten Hemisphäre ein.
Geometrisch ist das für mich ein Paradoxon.

Dazu erhielt ich mal die Antwort: Du darfst dir das Universum nicht als Kugel vorstellen!
Nur, diese Antwort half mir auch nicht weiter.

"Kugel" ist garnicht so verkehrt wenn man damit den Beobachtungshorizont meint ;)
Das Paradoxon ist keins bzw. ist das leicht zu erklären am Beispiel der Hintergrundstrahlung CMBR.

1) Wir sind uns sicher alle einig: das weiteste das wir sehen können ist die Quelle der CMBR mit einer Lichtentfernung von ca. 13,8 Mrd Lichtjahren, die Entfernung die das Licht zu uns zurücklegen musste. Alles andere was wir sehen (Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen) ist näher im Sinne der Lichtentfernung.

2) Wir blicken auf die Innenseite einer Kugel die zum Zeitpunkt als das Licht ausgesandt (sprich zuletzt gestreut) wurde einen Radius von ca. 42 Mio Lichtjahren hattte; mit uns im Zentrum (damals gabs natürlich noch keine Milchstraße/Sonne/Erde aber den Ort wo diese später entstehen sollten)

3) Das Universum expandierte anfangs noch sehr schnell später langsamer; eben so das das Licht der CMBR 13,8 Mrd Jahre brauchte die Anfangs nur 42 Mio Lichtjahre zu uns zu überbrücken.

4) Man kann ausrechnen das die Region des Universums aus der die CMBR uns heute erreicht heute ca. 46 Mrd. Lichtjahre entfernt ist; wovon wir allerdings nichts sehen können weil das Licht dort gerade erst ausgesandt uns wegen der Expansion nie erreichen wird.

Damit hätten wir ganz nebenbei drei verschiedene Entfernungsbegriffe benutzt:
a) die Laufzeitentfernung (engl.: light travel time distance)
b) die mitbewegte Entfernung (engl.: comoving distance)
c) die Winkeldurchmesserdistanz (engl.: angular diameter distance)
Letzteres entspricht in etwa der Emissionsentfernung (also der Entfernung zu uns zur Zeit der Emission) l und heist Winkeldurchmesserdistanz weil die Abbildung eines ausgedehnten Objekts winkeltreu ist und uns so groß am Himmel erscheint wie es der Entfernung zum Emissionszeitpunkt entsprochen hätte. zumindest annähernd)

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 20:55 #73036

Merilix schrieb.
Kugel" ist garnicht so verkehrt wenn man damit den Beobachtungshorizont meint ;)


Wenn man es nicht nur als räumliche Kugel, sondern auch als zeitliche Kugel betrachtet ( denn nichts, was wir dort sehen, existiert noch so, auch wenn es erst jetzt mit uns in Kausalität tritt).
Schwer ist es halt, die Vergangenheit in ein verständliches geometrisches Konstrukt zu bringen. :unsure:
Und wenn man es versucht, dann ist es nur lokal, vom Standpunkt des jeweiligen Beobachter möglich.
Die tasächlichen Jetztzustände sämtlicher Objekte im Univerum sind uns unzugänglich, aber sie existieren bereits.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 21:11 #73039

Brooder schrieb: Schwer ist es halt, die Vergangenheit in ein verständliches geometrisches Konstrukt zu bringen. :unsure:
Und wenn man es versucht, dann ist es nur lokal, vom Standpunkt des jeweiligen Beobachter möglich.

Jo, ist nicht ganz einfach. Ich versuchs gern mit nem Analogon zu erklären (wieder CMBR)

Angenommen man befände sich in einem Raum voller Nebel Sichtweite 0.
Plötzlich, von einem Moment auf den anderen lichtet sich der Nebel in ganzen Raum gleichzeitig.
Was sieht man 10 ns später?
Licht kommt in 10ns 3 Meter weit.

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Gestalt des Universums 16 07. 2020 22:32 #73046

ClausS schrieb: Ich habe bislang nicht verstanden, wo in einem endlichen Universum eine unterschiedliche Konzentration von Hintergrundphotonen herkommen sollte.

Da die Hintergrundstrahlung aus dem gesamten damaligen Universum stammt und (Annahme) überall mit (etwa) gleicher Intensität in alle Richtungen abgestrahlt wurde, würde ich erwarten, dass zu jedem Zeitpunkt an jedem Punkt des Universums eine (etwa) gleiche Konzentration an Hintergrundphotonen auftritt. Sonst müssten doch Raumpunkte gegenüber anderen irgendwie ausgezeichnet sein.

Das liegt daran, dass ein endliches Universum nicht kugelförmig ist sondern wie die Erdoberfläche gekrümmt.

Stell Dir vor, dass auf der Erdoberfläche überall gleichzeitig ein Blitz ausgelöst wird, der sich an der Erdoberfläche entlang bewegt.
Die Blickrichtung ist in allen Richtungen immer ein Großkreis, und man sieht immer Quellen gleichzeitig, die auf einem Kleinkreis (Breitenkreise parallel zum Äquator) sitzen

Dann sieht man zB vom Nordpol beobachtet aus allen Richtungen die Blitze über längere Zeit auf sich zukommen. Sobald man die Blitze vom Äquator sieht, verkleinert sich der Kleinkreis, auf dem die Quellen sitzen, bis man den Südpol sieht, von dem nur ein einziger Blitz (in allen Richtungen derselbe) zu sehen ist. Danach sieht man die Blitze, die den Südpol überquert haben und die Intensität nimmt wieder zu....

Genau das habe ich in der Animation dargestellt.....versucht darzustellen.

Es klingt ziemlich paradox, aber spätestens, wenn man nur den einzigen Blitz vom Südpol sieht, muss es ja ziemlich dunkel sein. Ja klingt logisch, ich hatte mich zu sehr auf die Richtung verlassen.

Oder sollte die Summe der Blitze vom Äquator auch nicht heller sein? Jeder einzelne verteilt sich dabei ja auch auf einen Äquatorkreis von seinem Ursprung aus gesehen. Dann würde sich die Helligkeit der Summe wieder auf die Helligkeit eines einzigen Blitzes ausgleichen....hm. Ja klingt logischer, ich hatte mich zu sehr auf die Richtung verlassen. Schade.

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Gestalt des Universums 17 07. 2020 16:31 #73073

Nordpol und Südpol sind auf der Erdkugel nur durch die Erdrotation ausgezeichnet. Ohne die Erdrotation sind das zwei völlig normale Punkte auf der Erdkugel, die sich durch nichts vom Rest unterscheiden.

Da in dem Gedankenexperiment mit den Blitzen die Erdrotation keine Rolle spielt, müssten am Nordpol und am Südpol genau so viele und genau so helle Blitze zu sehen sein, wie an jedem anderen Punkt der Erdkugel auch.

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Gestalt des Universums 17 07. 2020 20:47 #73093

ra-raisch schrieb: Dann sieht man zB vom Nordpol beobachtet aus allen Richtungen die Blitze über längere Zeit auf sich zukommen. Sobald man die Blitze vom Äquator sieht, verkleinert sich der Kleinkreis, auf dem die Quellen sitzen, bis man den Südpol sieht, von dem nur ein einziger Blitz (in allen Richtungen derselbe) zu sehen ist. Danach sieht man die Blitze, die den Südpol überquert haben und die Intensität nimmt wieder zu.


Wie ClausS schon schrieb ist es egal ist von welchem Punkt aus du beobachtest, Da ist keiner ausgezeicnet.
Allerdings setzt deine Interpretation voraus das du bereits weist das du auf einer Kugeloberfläche bist. Wäre das am Intensitätsverlauf irgendwie ablesbar?
Wie stehts eigentlich mit Intensität / Entfernung? Gilt im Gedankenexperiment 1/r² oder nur 1/r?

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Gestalt des Universums 18 07. 2020 00:23 #73118

Merilix schrieb: Gilt im Gedankenexperiment 1/r² oder nur 1/r?

Wie ich zwischenzeitlich schon geschrieben habe, hat sich das Problem aufgelöst, weil eben die Verdünnung des Lichts von einem Punkt immer genau der Menge an sichtbaren Lichtpunkten entspricht.

Das hatte ich zuerst nicht berücksichtigt, weil ich zuerst einmal die Geometrie skizzieren wollte, und dachte, dass die Krümmung einen entsprechenden Effekt haben könnte. Aber wie gesagt, gleicht sich der Krümmungseffekt hinsichtlich der Gesamthelligkeit genau selber aus.

Was bleibt ist einzig der sich mit der Entfernung=Zeit ändernde Verzerrungsfaktor.

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Gestalt des Universums 21 07. 2020 14:12 #73344

Ich hoffe, das passt hier dazu, sonst bitte löschen.

Wäre es nicht eine Möglichkeit mehr über die Expansion und Größe des Universums zu erfahren indem man die entferntesten Objekte, die man kennt, beobachtet? Irgendwann dürfte uns ihr Licht nicht mehr erreichen, da sich der Raum dazwischen mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Sie müssten also nach und nach verschwinden? Oder sehen wir mit unseren Teleskopen nicht bis an den Horizont?

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Gestalt des Universums 21 07. 2020 20:50 #73358

In der Tat werden "wir" zukünftig weniger Galaxien sehen können. Das Wort zukünftig ist auf einen sehr langen Zeitraum bezogen. Daher ist es sehr unwahrscheinlich, dass irgend ein Objekt während seiner Beobachtungszeit aus der Sichtlinie gerät.

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Gestalt des Universums 21 07. 2020 21:28 #73360

Brody schrieb: Ich hoffe, das passt hier dazu, sonst bitte löschen.

Wäre es nicht eine Möglichkeit mehr über die Expansion und Größe des Universums zu erfahren indem man die entferntesten Objekte, die man kennt, beobachtet? Irgendwann dürfte uns ihr Licht nicht mehr erreichen, da sich der Raum dazwischen mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Sie müssten also nach und nach verschwinden?


Ich denke das wird nicht passieren. Vielmehr wird deren Licht eine immer stärkere Rotverschiebung erfahren und weil Rotverschiebung auch Zeitdilatation bedeutet werden wir die immer mehr in Zeitlupe sehen.

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Gestalt des Universums 21 07. 2020 21:49 #73363

Richtig, kosmische "Zeitdilatation"
t' = t/(1+z) beobachtete Zeit.
Je näher ein Objekt dem Horizont kommt, desto größer wird z und desto langsamer bewegt es sich. Allerdings bleibt es nicht stehen, meine ich.

EDIT:
Um es klarzustellen, meine ich natürlich das, was wir sehen.

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Gestalt des Universums 23 07. 2020 17:00 #73475

Willkommen in einem geozentrischen Weltbild :woohoo: :woohoo:

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Gestalt des Universums 23 07. 2020 19:30 #73515

borgi64er schrieb: Willkommen in einem geozentrischen Weltbild :woohoo: :woohoo:


Wie meinst du das?

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Gestalt des Universums 23 07. 2020 19:38 #73518

borgi64er schrieb: Willkommen in einem geozentrischen Weltbild :woohoo: :woohoo:

Nicht geozentrisch sondern egozentrisch. Jeder Beobachter ist von seinem Standpunkt aus Mittelpunkt dieses Weltbilds, egal wo er ist. Hier oder 46 Mrd Lichtjahre von Hier entfernt spielt keine Rolle.

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Gestalt des Universums 27 07. 2020 15:52 #73793

Ich finde zur Größe des Universums keine für mich befriedigende Antwort. Selbst auf der Wikipedia sind sich die deutsche und englische Version nicht ganz einig. Jetzt gehe ich davon aus, dass man das halt einfach nicht genau weiß. Ich nehme an (bitte korrigiert mich bei meinen Fehlern, ich bin der Ober-Laie und freue mich über jede Berichtigung), die Zahlen, die wir haben, kommen aus der Beobachtung, kombiniert mit der Theorie. Zum Beispiel nimmt man die am weitesten entferntesten Lichtpunkte (sprich die ältesten Photonen nach der Hintergrundstrahlung, die hereinkommen), und rechnet anhand der Rotverschiebung aus, wie weit das Objekt mittlerweile weg sein muss. Wenn man das in ein paar Richtungen macht, kann zumindest ungefähr bestimmen, wie groß das für uns sichtbare (es könnten ja auch Objekte außerhalb unserer Sichtweite sein) Universum ist.
Mein Problem damit ist, dass ja selbst die äußersten Lichtquellen (auch wenn wir alle sehen könnten) bei weitem nicht die äußersten Dinge des Universums sind. Zum Universum gehört schließlich alles, nicht nur Galaxien, Sterne und so weiter - was ist mit zum Beispiel mit Photonen, Neutrinos und was sonst noch durch die Leere saust. Das Licht der für uns äußerste Lichtquelle hat ja in den 13 Mrd Jahren, die es zu uns gebraucht hat, in die entgegengesetzte Richtung genau so viel Weg zurückgelegt, wie in unsere.
UDFy-38135539 ist 30,3 Mrd Lichtjahre entfernt. Dann muss der Rand des Universum in diese Richtung mindestens 60,6 Mrd Lichtjahre weit weg sein.

Würde sich der Raum nicht ausdehnen (sondern wäre einfach unveränderlich und groß genug) hätte das Universum nach dieser Logik einen Durchmesser von etwa 27,62 Mrd Lichtjahren. Wenn man weiß, wie alt es ist, weiß man auch wie groß es ist, weil Lichtgeschwindigkeit konstant ist und nichts schneller als das Licht. Würde man den Hubbleparameter vom Urknall bis heute kennen, könnte man diese 27,62 Lichtjahre auf die gegenwärtige Größe aufblasen und hätte dann einen ziemlich guten Wert (zumindest theoretisch, weil experimentell überprüfen lässt es sich ja nicht) für die aktuelle Größe des Universums.

Neben einer allgemeinen Bitte meine Fehler zu berichtigen hätte ich noch eine konkrete Frage:
Wie kommt man nun wirklich auf die Zahlen, die man derzeit zur Größe des Universums findet?

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Gestalt des Universums 27 07. 2020 16:31 #73795

Zunächst einmal muss man unterscheiden zwischen der Größe des Universums und die Größe des sichtbaren Universums.

Die Größe des Universums kennen wir nicht, wir wissen nicht einmal sicher, ob es räumlich endlich oder unendlich groß ist.

Bei der Größe des sichtbaren Universums stellt sich die Frage, was wir genau darunter verstehen. Die entferntesten Objekte, die wir sehen, sehen wir in gut 13 Milliarden Jahren Vergangenheit. Was ist dann die Größe, wie weit diese Objekte heute von uns entfernt sind?

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Gestalt des Universums 27 07. 2020 19:08 #73798

Brody schrieb: UDFy-38135539 ist 30,3 Mrd Lichtjahre entfernt. Dann muss der Rand des Universum in diese Richtung mindestens 60,6 Mrd Lichtjahre weit weg sein.

In Ergänzung zu ClausS

Vorab: 30,3 Mrd ly ist wohl die rechnerische heutige Entfernung?
wiki: Damit ist sie mit einem derzeitigen Abstand von 30,3 Milliarden Lichtjahren eines der am weitesten entfernten bekannten Objekte im Universum

Du scheinst davon auszugehen, dass das Licht, das in der Gegenrichtung weggeschickt wurde, die Mindestgröße des Universums beschreiben könnte.

Sofern das Universum flach und unendlich groß ist, stellt sich diese Frage gar nicht. Sofern das Universum aber gekrümmt und endlich ist, könnte dieses Licht auf der "anderen Seite" zu sehen sei, dann wäre der Radius des Universums nicht so groß, wie Du rechnest. Allerdings würde dieses Licht erst später bei uns eintreffen, sofern dieser Weg länger ist. Oder Das Licht kommt sowieso schon von der "anderen Seite" und das Universum wäre sogar kleiner als D = 2 x 30,3 Mrd ly, was wir aber wohl anhand der zu geringen Krümmung ausschließen können.
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