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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Ist das Universum leicht gekrümmt?


Bauhof
19.09.13, 10:41
Hallo zusammen,

verschiedene neue Messungen zeigen, dass das Universum als Ganzes doch nicht flach, sondern leicht gekrümmt sein könnte:

Das Universum als Ganzes könnte, anders als bisher angenommen, leicht gekrümmt sein. So ließen sich die beobachteten Muster im kosmischen Mikrowellenhintergrund erklären, schreiben Andrew Liddle von der University of Edinburgh und seine Kollegin Martina Cortês von der Universität Lissabon.

Zitat aus: Ist das Universum leicht gekrümmt? (http://www.spektrum.de/alias/kosmologie/ist-das-universum-leicht-gekruemmt/1207698?etcc_cmp=SDW&etcc_med=Newsletter&fb=Heute&etcc_tar=Brand)

M.f.G. Eugen Bauhof

Eyk van Bommel
19.09.13, 12:51
Zitat aus dem Link
In Wahrheit sei das Universum jedoch "offen", es soll also
Offen: Räumlich = mit Rand ? und damit kein KP?

Gruß
EvB

Bauhof
19.09.13, 13:35
Zitat aus dem Link

Offen: Räumlich = mit Rand ? und damit kein KP?

Gruß
EvB

Hallo Eyck,

1. Ich weiß nicht genau was mit "offen" gemeint ist. Ich interpretiere es mal mit "grenzenlos". Bisher verstand ich z.B. das hyperbolische Modell als ein offenes Universum.

2. Was bedeutet deine Abkürzung "KP"? Das war lange Zeit die Abkürzung für "kommunistische Partei". In Einige wichtige Abkürzungen (http://www.quanten.de/forum/showthread.php5?t=11)ist es auch nicht zu finden.

3. Bitte nicht mit kurzen Schlagworten und Abkürzungen operieren, sondern verständliche deutsche Sätze bilden. Soviel Zeit muss sein, sonst können wir es lassen.

M.f.G. Eugen Bauhof

Ich
19.09.13, 16:16
Mit "offen" meinen sie hier "negativ gekrümmt", also hyperbolisch. Nach wie vor unendlich groß, ohne Rand.

Eyk van Bommel
19.09.13, 16:32
Zu 1: Ja grenzenlos - aber räumlich oder zeitlich. Es ist wohl räumlich gemeint. "Offenes Universum" beschreibt aber ja eigentlich die "zeitliche Dimension".
Bisher verstand ich z.B. das hyperbolische Modell als ein offenes Universum.
Auch hier bezieht sich offen/grenzenlos auf die Zeit! Denn eine Sattelfläche ist/kann ja auch ein Ausschnitt aus einem Torus sein indem das Universum selbst räumlich geschlossenen ist und sich grenzenlos ausbreitet.

Aber das soll hier nicht weiter diskutiert werden.

zu 2: Entschudligung wegen KP (ich hatte mir noch gedacht – schreibe es aus) aber wir hatten es gerade erst in der Form als Abkürzung.

KP für kosmologisches Prinzip: Das eben doch nur in einem randlosen – räumlich geschlossenen – Universum Sinn macht?

Gruß
EvB

Timm
19.09.13, 16:39
verschiedene neue Messungen zeigen, dass das Universum als Ganzes doch nicht flach, sondern leicht gekrümmt sein könnte:




http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/hintergrund-kosmologie/weltraumteleskop-planck-erste-ergebnisse/1189953
Die erste Beobachtung ist die erstaunliche und durch Planck genauer bestätigte Flachheit des Raums. Eigentlich sollte dessen Krümmung gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie zunehmen. Wenn der Raum heute jedoch flach erscheint, so muss er früher noch viel flacher gewesensein. Nur während einer inflationären Phase können Unebenheiten so weit ausgebügelt werden, dass heute nichts mehr davon übrig ist.

Man kann diese oder jene persönliche Meinung haben. Genau wird man's wohl nie wissen. Die Möglichkeiten den CMB zu erforschen, sind mit Planck nahezu ausgereizt.

Mainstream scheint "flach" zu sein.

Gruß, Timm

JoAx
19.09.13, 17:21
Offen: Räumlich = mit Rand ?


Nein. Offen => kein Big Crunch, kein Gegenteil des Big Bangs.

JoAx
19.09.13, 17:43
Timm, unter Unebenheiten versteht man gewöhnlich "lokale" Abweichungen von der ansonsten ebenen "Oberfläche" - "Schlaglöcher", "Hügel (-chen)". Meint man unter "Unebenheit" an der von dir zitierter Stelle solche "lokale" Unebenheiten, oder doch die globale "Unebenheit"/globale Krümmung? Was meinst du?

Timm
19.09.13, 18:23
Timm, unter Unebenheiten versteht man gewöhnlich "lokale" Abweichungen von der ansonsten ebenen "Oberfläche" - "Schlaglöcher", "Hügel (-chen)". Meint man unter "Unebenheit" an der von dir zitierter Stelle solche "lokale" Unebenheiten, oder doch die globale "Unebenheit"/globale Krümmung? Was meinst du?
Das ist mir auch aufgefallen, Johann. Es ist im Kontext mißverständlich. An der Stelle meinen die Autoren das Homogenitätsproblem.
Vorher sprechen sie das Flachheitsproblem an und spielen darauf an, daß nach den Friedmann Gleichungen sich Omega während der Expansion immer weiter vom Wert 1 entfernt (sofern er beim Urknall nicht exakt 1 war). So steht's auch in "Der Quantenkosmos", Claus Kiefer. Ich frage mich allerdings, ob das unter Einbeziehung der Dunklen Energie noch wirklich gilt. Vielleicht kann 'Ich' dazu was sagen.

Gruß, Timm

JoAx
19.09.13, 19:07
Es ist im Kontext mißverständlich. An der Stelle meinen die Autoren das Homogenitätsproblem.


Etwas weiter nachgegrübelt, denke ich, dass die Aussage für beide Arten der Krümmungen gültig sein müsste. Homogenitätsproblem gehört zu der lokalen Art. Wie es mit der globalen Krümmung ausschaut, klären wir mit Eugen im anderen Thread, denke ich. :)

Timm
19.09.13, 19:58
Etwas weiter nachgegrübelt, denke ich, dass die Aussage für beide Arten der Krümmungen gültig sein müsste. Homogenitätsproblem gehört zu der lokalen Art. Wie es mit der globalen Krümmung ausschaut, klären wir mit Eugen im anderen Thread, denke ich. :)
Globale Krümmung kenne ich nicht.
Aus dem Verhältnis aktuelle/kritische Krümmung resultiert die lokale räumliche Krümmung, die überall denselben Wert hat. Global meint Topologie, also wegen des Kosmologischen Primzips konstante Krümmung.

Homogenitätsproblem meint Glättung, nicht Krümmung. Wenn Du den bayrischen Wald auseinander ziehst, ist er glatt.

Gruß, Timm

Ich
20.09.13, 13:27
Vorher sprechen sie das Flachheitsproblem an und spielen darauf an, daß nach den Friedmann Gleichungen sich Omega während der Expansion immer weiter vom Wert 1 entfernt (sofern er beim Urknall nicht exakt 1 war). So steht's auch in "Der Quantenkosmos", Claus Kiefer. Ich frage mich allerdings, ob das unter Einbeziehung der Dunklen Energie noch wirklich gilt. Vielleicht kann 'Ich' dazu was sagen.


Dunkle Energie "zieht den Raum glatt". Wenn nur DE vorliegt und sonst nichts, ist der FRW-Raum flach. Wenn's noch was anderes gibt, dann wird das im Laufe der Zeit "wegverdünnt", und der Raum wird wieder annähernd flach, wenn er es vorher auch nicht war.

Das ist einfach die Miniaturausgabe der Inflation, wo das alles viel schneller und bei wesentlich höherer Energiedichte erfolgt ist.

Timm
21.09.13, 19:46
Dunkle Energie "zieht den Raum glatt". Wenn nur DE vorliegt und sonst nichts, ist der FRW-Raum flach.
Wenn ich es richtig erinnere ist die Interpretation der Dunklen Energie als Kosmologische Konstante mit dem Lambda-CDM Modell vereinbar.

Mit "zieht den Raum glatt" meinst Du aber nicht die gegenwärtig existierenden Inhomogenitäten (Galaxienhaufen ...) ?

Ich bleibe mal bei der Kosmologischen Konstante. Wenn deren Energiedichte die totale Energiedichte ist und gleich der kritischen Dichte ist, dann ist der FRW-Raum flach. In diesem Fall ist Lambda = 3H². Aber ist denn das zwingend so? Die Kosmologische Konstante kann doch wohl irgendeinen Wert haben.

Ich
21.09.13, 23:15
Mit "zieht den Raum glatt" meinst Du aber nicht die gegenwärtig existierenden Inhomogenitäten (Galaxienhaufen ...) ?Da bleibt's beim Versuch, gebundene Systeme lassen sich (per definitionem) nicht auseinander- und damit flachziehen, dafür ist die Wirkung zu schwach.
In diesem Fall ist Lambda = 3H². Aber ist denn das zwingend so? Die Kosmologische Konstante kann doch wohl irgendeinen Wert haben.
Ja, und H auch. Bei exponentieller Expansion wird tatsächlich jedes "Teilchen" (also Galaxienhaufen und so) in den "Hubble Flow" gezogen, bewegt sich also früher oder später genau mit der Geschwindigkeit, die der Energiedichte der Dunklen Energie bzw. des "Inflatonfelds" entspricht. Zu jeder Energiedichte gehört genau ein Wert für H, dem alles folgen muss.

Timm
22.09.13, 15:52
Wenn nur DE vorliegt und sonst nichts, ist der FRW-Raum flach.
Das ist der Fall, wenn Vakuum Energiedichte = kritische Dichte gilt. Im Allgemeinen Fall ist aber doch k = +-1 nicht ausgeschlossen, oder?

CineX
27.09.13, 06:03
Was wären denn die Konsequenzen eines gekrümmten Universums auf unsere derzeitigen Theorien? Stelle mir die Frage, da in einem Artikel folgener Satz vorkommt:
Sie bergen das Zeug für eine Revolution unseres kosmologischen Weltbildes: Eine Reihe von Anomalien im kosmischen Mikrowellenhintergrund, welche die betreuenden Forscher der Planck-Satellitenmission vor einem halben Jahr der Öffentlichkeit präsentierten

So wie ich die Urknalltheorie verstanden habe, wird ja hier allgemein von einem Universum ausgegangen dass in alle Richtungen gleichförmig ist. Wie passt eine Krümmung in das Modell und könnte es hier Probleme geben? Leider geht der Artikel nicht auf mögliche Konsequenzen eines gekrümmten Universums ein....

Ich
27.09.13, 09:28
Das ist der Fall, wenn Vakuum Energiedichte = kritische Dichte gilt. Im Allgemeinen Fall ist aber doch k = +-1 nicht ausgeschlossen, oder?
Das ist der Fall, wenn außer Vakuumenergie nichts anderes vorliegt. Dann gilt auch automatisch, dass die Vakuumenergiedichte gleich der kritischen Dichte ist.
Sobald es auch noch etwas anderes gibt, sind prinzipiell alle Krümmungsarten möglich - auch wenn die Vakuumenergiedichte gleich der kritischen Dichte ist.

Ich
27.09.13, 11:24
So wie ich die Urknalltheorie verstanden habe, wird ja hier allgemein von einem Universum ausgegangen dass in alle Richtungen gleichförmig ist. Wie passt eine Krümmung in das Modell und könnte es hier Probleme geben? Leider geht der Artikel nicht auf mögliche Konsequenzen eines gekrümmten Universums ein....
Die Abweichungen von der Gleichförmigkeit sind so klein, dass sie das Urknallszenario nicht in Frage stellen können. Dass das beobachtbare Universum früher sehr viel heißer und dichter war ("Urknall" ) und dass es seither auf das heutige Maß expandiert ist, ist mehr oder minder schon Fakt. Man kann sich kaum noch Beobachtungen vorstellen, die daran noch etwas ändern könnten.
Die Probleme entstehen erst dadurch, dass die Kosmologie mittlerweile weit über solche allgemeine Aussagen hinaus ist. Man durchaus schon Vorstellungen davon, wie groß z.B. Dichtefluktuationen sein dürften und nach welchem Muster sie verteilt sein sollen. Und sogar das hat sich exakt bestätigt - bis eben jetzt kleine Abweichungen von der Vorhersage aufgetreten sind.
Was das genau bedeutet, weiß man noch nicht. Der Ansatz, über den hier berichtet wurde, modifiziert z.B. das Inflationsszenario, aus dem diese Vorhersagen stammen.
Derartige Krümmungen
Der Punkt ist: wenn sich großräumige Ungleichmäßigkeiten im beobachteten CMB zeigen, dann kann das Universum auf diesen Skalen logischerweise nicht gleichmäßig sein.
Nun ist das Universum sowieso nicht gleichmäßig auf kleineren Skalen. Das mathematische Modell zu seiner Beschreibung gilt also von vornherein nur annähernd, als "Hintergrund" sozusagen, in den man alle Abweichungen einbaut. Wenn es auf größeren Skalen immer noch nicht gleichmäßig ist, dann ist das erst mal also kein Problem, es könnte ja auf noch größeren Skalen wieder gleichmäßig werden.
Allerdings ist die Kosmologie schon ein Stückchen weiter als
Eine gleichmäßige Krümmung ist kein Problem für das Modell an sich. Das Inflationsszenario müsste dafür angepasst werden, was unschön ist. Das ist aber genau das, was die Forscher aus dem Artikel "ausprobiert" haben.

CineX
27.09.13, 11:35
Vielen Dank für die Erklärung, dann stellt das also noch kein Problem dar :)

Ich
27.09.13, 12:57
Kommt drauf an, was du unter "Problem" verstehst. Ein Kreationist würde diese Abweichungen gleich als Beweis nehmen, dass es keinen Urknall gab und das Universum 6000 Jahre alt ist. Dem ist natürlich nicht so.

Aber man darf durchaus als Problem ansehen, wenn man da unmotiviert an irgendwelchen Schräubchen drehen muss, damit die Details auch wieder stimmen. Man will ja nicht für jede neue Entdeckung einen neuen Parameter erfinden, sondern mit möglichst wenigen Parametern möglichst viel erklären. Aber wie gesagt, es ist noch lange nicht raus, was das alles zu bedeuten hat.

CineX
27.09.13, 17:44
Nene auf die Kreationistenschiene wollte ich garnicht :D
Habe um Thema Urknall nur eben diese Homogenität im Kopf. Und dachte, dass Unregelmäßigkeiten evtl. Hinweise auf zyklische Universen sein könnten.

Ich
27.09.13, 22:00
Noch ist alles möglich. Leider gibt's nur diesen einen Himmel zum Anschauen, und es ist nicht gesagt, dass man daraus alles erfährt, was einen interessiert. Vielleicht ist die Abweichung nur Zufall.
Glaube ich aber nicht.

CineX
29.09.13, 10:10
Danke dir :) Dann ist die Theorie vom zyklischen Universum noch nicht vom Tisch?

Ich
30.09.13, 13:11
Solche Ideen kann man kaum jemals ausschließen. Wie gesagt werden die Beobachtungen immer dürftig bleiben. Man bräuchte handfeste theoretische Gründe, warum es so und so und nicht anders sein sollte. Und dazu müsste man Inflation, Dunkle Materie und Dunkle Energie verstehen, sprich: die TOE muss her. Bis dahin sind die Spekulationsmöglichkeiten fast wie in der Immobilienbranche.

CineX
30.09.13, 13:28
Vielen Dank :) Bin schon gespannt wie sich das Wissen über den Kosmos nocht entwickelt. Die Idee eines zyklischen Universums finde ich jedenfalls sehr interessant :)

amc
30.09.13, 21:17
Die Idee eines zyklischen Universums finde ich jedenfalls sehr interessant

Hi CineX,

hier mal mein einfacher Gedanke dazu...

Was ist das Universum ?

Was Alles ist, können wir nicht sagen (niemals, und grundsätzlich nicht). Wir können nur überblicken, was sich uns in irgendeiner Form offenbart und messtechnisch oder gedanklich erfassbar ist. Da wir dafür nur begrenzte Zeit zur Verfügung haben, können wir auch nur ein begrenzten Teil überblicken/erfassen. (Als Inspiration hier mal der Verweis auf den Laplacescher Dämon (http://de.wikipedia.org/wiki/Laplacescher_D%C3%A4mon))


Was ist unser Universum ?

Ein kausal und im im großen und ganzen determiniert ablaufender Prozess von materiellen Ereignissen in Raum und Zeit. Oder so ähnlich...


Was zeichnet unser Universum aus ?
Wodurch bekommt es eine Identität ?
Was identifierzt es ?

Es sind die Ereignisse, die geschehen, und die damit verbundenen, geschaffenen Informationen.


Was zeichnet ein zyklisches Universum aus ?

Ich bin der Meinung, von einem zyklischen Universum lässt sich nur sprechen, wenn haargenau jede Information, sprich alles, was passiert ist, mit dem vorhergehenden Prozess übereinstimmt. Wenn nur eine kleine Abweichung da ist, "nur ein Bit differiert", ist es nicht mehr derselbe Prozess.


Also, entweder die "ewige Wiederkehr" (woran ich nicht glaube), oder es handelt sich bei eventuellen "Nachfolgern" stets um ein anderes "Universum", um einen anderen Raum-Zeit-(Materie-)Prozess. IMHO.

Es geht immer um die Reproduktion, doch was einmal war, wird nie wieder sein.
IMHO :)


Grüße, amc

CineX
30.09.13, 21:23
Dein Beitrag regt zum Nachdenken an :)

Wobei das Thema wirklich in Richtung Philosophie geht. Denn selbst wenn das Zyklische Universum abweicht, könnte theoretisch nach ewig langer Zeit und X wiederholungen auch wieder alles gleich ablaufen^^ Also Wahrscheinlichkeit zwar ewig klein aber ungleich null. Allein der Gedanke über Unendlichkeit macht mich wuschig im Kopf^^

amc
01.10.13, 00:43
Wobei das Thema wirklich in Richtung Philosophie geht.

Ja, natürlich. Wenn wir weiter in dieser Richtung diskutieren / überlegen wollen, sollten wir auch auf das "Theorie-Forum" ausweichen.

Grüße, amc

CineX
01.10.13, 05:57
Stimmt, da hast du recht :D

ghostwhisperer
21.10.13, 13:40
Hallo!
wenn man aus der mittleren Energie-Dichte 10^-10 J/m^3 des Universums (normale Materie) eine Krümmung ableitet, ergibt sich ein Wert, der gerade umgekehrt proportional dem Quadrat des Weltalters ist. Gibt es da einen Zusammenhang?
Das verhält sich quasi, als wäre das 3d-Universum die Oberfläche einer 4d-Kugel mit dem Weltalter als Radius...

Bauhof
21.10.13, 13:43
Hallo!
wenn man aus der mittleren Energie-Dichte 10^-10 J/m^3 des Universums (normale Materie) eine Krümmung ableitet, ergibt sich ein Wert, der gerade umgekehrt proportional dem Quadrat des Weltalters ist. Gibt es da einen Zusammenhang?
Das verhält sich quasi, als wäre das 3d-Universum die Oberfläche einer 4d-Kugel mit dem Weltalter als Radius...

Hallo ghostwhisperer,

die Herleitung der Krümmung aus der mittleren Energie-Dichte würde mich interessieren. Kannst du sie herleiten?

M.f.G, Eugen Bauhof

CineX
21.10.13, 13:46
Der Zusammenhang klingt interessant :D

ghostwhisperer
21.10.13, 15:11
Ist abba ganz simpel....
Im Prinzip wird hierbei das Universum ähnlich betrachtet wie ein schwarzes Loch, bei dem der Gravitationsradius dem Alter entspricht.
zB:
K = 8pi*y*w/c^4
R = Wurzel(1/k)
Dieser Radius ist dann genau dem Weltalter 13,85MrdJ, wenn w = 2,8E-10 J/m^3
K ist hierbei die Schnittkrümmung einer Kugel vom Radius R.

Was ich auch interessant finde ist, dass Alter, Gesamtmasse, Größe und mittlere Energiedichte des Universums in Planckeinheiten ausgedrückt annähernd gleich groß sind. Setzt man sie gleich ergeben sich einfache Zusammenhänge die allerdings eine Quantisierung der ART voraussetzen.

MFG

Ich
21.10.13, 16:16
Hallo!
wenn man aus der mittleren Energie-Dichte 10^-10 J/m^3 des Universums (normale Materie) eine Krümmung ableitet, ergibt sich ein Wert, der gerade umgekehrt proportional dem Quadrat des Weltalters ist. Gibt es da einen Zusammenhang?

Nur im massedominierten, flachen, expandierenden Universum. Dort ist a~t^2/3. Mit rho~a^-3 folgt das Ergebnis.
Bei der Krümmung handelt es sich um den Radius, den ein momentan stillstehendes Universum dieser Dichte hätte.

Bei deiner anderen Formel fehlt ein Faktor 1/3.

Timm
21.10.13, 17:16
Das ist der Fall, wenn außer Vakuumenergie nichts anderes vorliegt. Dann gilt auch automatisch, dass die Vakuumenergiedichte gleich der kritischen Dichte ist.
Sobald es auch noch etwas anderes gibt, sind prinzipiell alle Krümmungsarten möglich - auch wenn die Vakuumenergiedichte gleich der kritischen Dichte ist.
Ich war verreist und hatte Deine Antwort glatt übersehen.
Und verstehe sie jetzt so: Wenn es nur Lambda gibt, ist Ω(Lambda) = 1 und damit ρ(Lambda) = ρ(krit.). Dann sind wir wohl bei de Sitter.

Dazu noch eine Überlegung. Wenn wie hier (http://de.wikipedia.org/wiki/De-Sitter-Modell) beschrieben das Universum während der Inflation gemäß de Sitter exponentiell expandierte, dann sollte es in diesem Anfangsstadium räumlich flach gewesen sein. Andererseits ebnet aber die Inflation gerade beliebige anfängliche Abweichungen (die es bei de Sitter nicht gibt) von flach mit hoher Präzision ein und löst so das Flachheitsproblem. Wie passt das zusammen?

P.S. nach Andreas Müller fällt die GUT-Ära in die Inflation, was wohl gegen de Sitter spricht, denn da sollte es nur die kosmologische Konstante geben.