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Wissenschaftstheorie und Interpretationen der Physik Runder Tisch für Physiker, Erkenntnis- und Wissenschaftstheoretiker

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  #1  
Alt 09.10.10, 20:02
Knut Hacker Knut Hacker ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 13.06.2010
Beitr?ge: 274
Standard Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Ist in diesem Quantenforum auch eine Frage zur Relativitätstheorie beziehungsweise Astrophysik zulässig? Ich probiere es einmal:

Wir können in die ferne Vergangenheit des frühen Universums schauen,da uns Licht erreicht, das bereits vor 13 Milliarden Jahren von den ersten Sternen, die längst nicht mehr bestehen, ausgesandt worden war. Wie ist das mit der Expansion des Weltalls vereinbar?
Dieses dehnt sich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, was nicht gegen die Relativitätstheorie verstößt, da nach dieser sich lediglich Gegenstände IM Raum nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können.Im Universum entfernen sich also die Gegenstände aufgrund der Expansion des Weltalls höchstens mit Lichtgeschwindigkeit. Zur Veranschaulichung mag ein Gummiband dienen. Man markiert darauf gewisse Abstände. Wenn man es schnell auseinanderzieht,wächst der Abstand zwischen den Markierungen weniger schnell.
So weit, so gut.
Das Problem ist nun, dass sich das Licht der viele Milliarden Lichtjahre entfernten Sterne schneller als das Innere des Weltraums oder zumindest genauso schnell ausgebreitet hat und daher schon längst an der Position unserer Erde vorbeigerast sein muss oder nicht erst jetzt dort eintreffen kann.Zwar erreicht es nie die Grenze des Alls, weil dieses grenzenlos ist und auch bereits beim Urknall grenzenlos war.Aber im All sind die Entfernungen begrenzt,sodass das Licht die Entfernung von der Position ihrer frühen Lichtquelle bis zu derjenigen unserer heutigen Erde auch bei Berücksichtigung der Expansion des Raumes entweder schon längst zurückgelegt haben müsste (wenn die Expansion in diesem Bereich nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit war) oder sie nie zurück legen kann (wenn die Expansion in diesem Bereich mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt ist).

Entsprechendes gilt für die Hintergrundstrahlung.

Kann mir da jemand von Euch weiterhelfen?
  #2  
Alt 09.10.10, 22:25
Jogi Jogi ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 02.05.2007
Beitr?ge: 1.880
Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Hi Knut.


Ich versuch's mal, ohne Gewähr auf Vollständigkeit und Richtigkeit.


Zitat:
Zitat von Knut Hacker Beitrag anzeigen
Wir können in die ferne Vergangenheit des frühen Universums schauen,da uns Licht erreicht, das bereits vor 13 Milliarden Jahren von den ersten Sternen, die längst nicht mehr bestehen, ausgesandt worden war. Wie ist das mit der Expansion des Weltalls vereinbar?
Dieses dehnt sich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, was nicht gegen die Relativitätstheorie verstößt, da nach dieser sich lediglich Gegenstände IM Raum nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können.
Das Universum dehnt(e) sich nicht immer und überall mit >c aus.

Aber wenn es nie eine Ausdehnung >c gegeben hätte, wäre unser Nachthimmel strahlend weiß.

Alles, was wir momentan vom Universum "sehen" kann sich im Durchschnitt nicht mit c von uns entfernt haben.

Zitat:
Im Universum entfernen sich also die Gegenstände aufgrund der Expansion des Weltalls höchstens mit Lichtgeschwindigkeit.
Wie gesagt, das gilt nur für den sichtbaren Bereich.


Zitat:
Das Problem ist nun, dass sich das Licht der viele Milliarden Lichtjahre entfernten Sterne schneller als das Innere des Weltraums oder zumindest genauso schnell ausgebreitet hat und daher schon längst an der Position unserer Erde vorbeigerast sein muss oder nicht erst jetzt dort eintreffen kann.
Das mag für Sterne gelten, die schon länger nicht mehr existieren, als ihr Licht zu uns unterwegs war.
Deshalb "sehen" wir nur ganz am Rand des sichtbaren Universums die ältesten Sterne.
Sterne, die (sichtbar) näher bei uns liegen, sind auch entsprechend jünger.
Dennoch können sie bereits erloschen sein, nur eben noch nicht länger, als die Lichtlaufzeit zu uns beträgt (Relativität der Gleichzeitigkeit beachten!).

Zitat:
Entsprechendes gilt für die Hintergrundstrahlung.
Hintergrundstrahlung erreicht uns ja eben gerade vom sichtbaren Rand, da wo aus heutiger Sicht der Urknall immer noch läuft.
Dass diese Strahlung eine Temperatur von ~2,7K aufweist, ist ein Hinweis darauf, dass wir eben immer noch nicht ganz bis in den Urknallbereich schauen können.


Aber es gibt sicher Leute hier im Forum, die dir da noch viel mehr dazu erzählen können.


Gruß Jogi
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Die Geschichte wiederholt sich, bis wir aus ihr gelernt haben.
  #3  
Alt 10.10.10, 10:38
Benutzerbild von Bauhof
Bauhof Bauhof ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von Knut Hacker Beitrag anzeigen
Das Problem ist nun, dass sich das Licht der viele Milliarden Lichtjahre entfernten Sterne schneller als das Innere des Weltraums oder zumindest genauso schnell ausgebreitet hat und daher schon längst an der Position unserer Erde vorbeigerast sein muss oder nicht erst jetzt dort eintreffen kann.Zwar erreicht es nie die Grenze des Alls, weil dieses grenzenlos ist und auch bereits beim Urknall grenzenlos war.Aber im All sind die Entfernungen begrenzt,sodass das Licht die Entfernung von der Position ihrer frühen Lichtquelle bis zu derjenigen unserer heutigen Erde auch bei Berücksichtigung der Expansion des Raumes entweder schon längst zurückgelegt haben müsste (wenn die Expansion in diesem Bereich nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit war) oder sie nie zurück legen kann (wenn die Expansion in diesem Bereich mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt ist).
Hallo Knut Hacker,

ob das Licht das Universum umrunden kann oder nicht, hängt von der Größe der Expansionsrate und der Topologie des Unversums ab.

Die Expansionsrate scheinen wir inzwischen genau zu kennen, aber die Topologie des Universums ist noch unbekannt. Dass das Universum "flach" ist, scheinen wir auch zu wissen. Aber wir wissen nicht, ob die globale Krümmung des Universums exakt Null ist oder nicht. Wenn die globale Krümmung nicht exakt Null ist, kann das Universum in sich zurückgeschlossen sein, d.h., dass der Raum zu jedem Zeitpunkt einen endlichen Inhalt aufweist.

Falls die globale Krümmung ungleich Null ist, dann bewegt sich der Krümmungswert in der Größenordnung von 1/(13 Milliarden Lichtjahre), also verschwindend klein.

M.f.G. Eugen Bauhof
__________________
Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen –
ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski

Ge?ndert von Bauhof (15.10.10 um 18:34 Uhr) Grund: Tippfehler bereinigt: Krümmungsradius --> Krümmung
  #4  
Alt 10.10.10, 20:05
Knut Hacker Knut Hacker ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 13.06.2010
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Ich bedanke mich für eure Antworten.
Ich komme noch nicht zurande.
Man spricht doch davon, dass kurz nach dem Urknall das Universum entschieden kleiner war als heute, wenngleich es auch immer unbegrenzt war. Die Entfernungen im All waren kürzer.Die Expansion bedeutet, dass von jedem Punkt des Alls aus gesehen alle beobachteten anderen Punkte vom Beobachtungspunkt wegstreben. Also waren doch der Punkt, von dem das Licht eines heute sehr entfernten Sternes (mag es ihn noch geben oder nicht) ausgesandt worden ist, demjenigen Punkt, den heute die Erde einnimmt, näher als heute. Da sich diese beiden Punkte im Zuge der Expansion – unabhängig davon, dass sie unterschiedlich stark war - mit weniger als der Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernt haben, muss doch das „alte“ Licht aus dem Frühstadium des Universums längst den Punkt, an dem sich heute die Erde befindet, passiert haben. Tatsächlich ist es aber anders: Unsere Teleskope empfangenen Licht, das in der Anfangszeit des Universums ausgesandt worden ist.
Ich habe meine Frage vor Monaten einmal im hiesigen Planetarium dem Erkenntnistheoretiker und Astrophysiker-Journalisten Rüdiger Vaas .gestellt.Er war zunächst überrascht und sagte: Ja, wir Fachleute sehen manchmal den Wald vor lauter Bäumen nicht. Dann kam er mit einer mordslangen Erklärung, dass sich das Licht ja nach allen Seiten ausbreite, es keine Topologie im Weltall gebe usw. und so fort. Ich bedankte mich artig, obwohl ich nichts verstanden hatte. Ich suche überall in Büchern herum, finde aber meine Fragestellung nirgends und daher auch keine Antwort, erst recht natürlich keine allgemeinverständliche.Vielleicht ist die Frage irgendwie zu dumm?
  #5  
Alt 10.10.10, 21:30
Jogi Jogi ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Hi Knut.

Zitat:
Zitat von Knut Hacker Beitrag anzeigen
Man spricht doch davon, dass kurz nach dem Urknall das Universum entschieden kleiner war als heute, wenngleich es auch immer unbegrenzt war. Die Entfernungen im All waren kürzer.
Seit Einstein haben wir eine Vorstellung davon, dass Raum und Zeit relativ sind.

Wenn wir ehrlich sind, haben wir keine Ahnung von den tatsächlichen Ausmaßen des Universums, wir können sie gar nicht haben, weil es sie so, absolut, nicht gibt.
Schrumpfen wir (gedanklich) unser Universum auf Apfelsinengröße (für einen aussenstehenden Beobachter), dann wird das Licht darin so langsam, dass es trotzdem 14 Mrd. Jahre vom Zentrum bis an den Rand braucht.
Für uns hier drin würde sich nichts ändern!

Zitat:
Die Expansion bedeutet, dass von jedem Punkt des Alls aus gesehen alle beobachteten anderen Punkte vom Beobachtungspunkt wegstreben. Also waren doch der Punkt, von dem das Licht eines heute sehr entfernten Sternes (mag es ihn noch geben oder nicht) ausgesandt worden ist, demjenigen Punkt, den heute die Erde einnimmt, näher als heute.
Nach diesem Expansionsmodell muß man zwischen Relativbewegungen, die durch die Raumexpansion bedingt sind, und (beschleunigungsverursachten) Relativbewegungen zwischen den Objekten darin unterscheiden.
Hätte man vor, sagen wir mal 8 Mrd. Jahren ein Seil zwischen zwei Sternen gespannt, die sich nur durch die Raumexpansion voneinander entfernen, es wäre bis heute noch nicht gerissen. Nähme man dieses Seil als Maßband, hätte sich die Distanz überhaupt nicht verändert. Nur die Dichte hätte abgenommen (sowohl die des Raumes, als auch die des Seiles, was im Grunde das Gleiche ist).
Man könnte also sagen, dass der für uns sichtbare Rand des Universums immer schon 14 Mrd. Lichtjahre von uns entfernt war (aus unserer Sicht).
Und dass er sich trotzdem mit annähernd c von uns entfernt.
Und dass uns deshalb auch immer noch das Licht von dort erreicht, wenn auch mit sehr geringer Intensität und Wellenlänge.

Zitat:
Vielleicht ist die Frage irgendwie zu dumm?
Keineswegs.
Wie du siehst, fällt es nur sehr schwer, sie intuitiv verständlich zu beantworten.


Gruß Jogi
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  #6  
Alt 10.10.10, 23:48
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Marco Polo Marco Polo ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Hallo zusammen,

ich antworte jetzt zum 2. mal. Gerade wollte ich meinen Beitrag abschicken, als ein Fenster aufging, dass ich eine PN erhalten habe. Ich klick auf o.k. und schwupps, war mein Beitrag verschwunden. Super.

Der PN-Schreiber, dessen Namen ich jetzt mal nicht nenne, darf ruhig ein schlechtes Gewissen haben.

Jetzt aber zum Thema:

Man darf sich das expandierende Universum nicht wie einen Luftballon vorstellen den man aufpustet, auch wenn man hin und wieder derartigen Vergleichen begegnet um die Raumexpansion zu veranschaulichen.

Wir reden hier von einem zumindest nach der RT vierdimensionalen Konstrukt.

Der Urknall hat nicht irgendwo innerhalb dieses vierdimensionalen Konstruktes stattgefunden. Es wäre töricht, diesen in dessen Mitte zu setzen, wie bei einer Explosion im dreidimensionalen Raum. Der Urknall war sozusagen überall.

Zur Hintergrundstrahlung: Die hat sich der Theorie nach ca. 400.000 Jahre nach dem Urknall entkoppelt. Erst zu diesem Zeitpunkt haben sich Atome gebildet und das Universum wurde durchsichtig. Eben wegen der nun deutlich abgeschwächten Wechselwirkung der Photonen mit den Atomkernen, die ja nun zusammen mit den Elektronen stabile Atome bildeteten.

So. Schon vor sagen wir mal 10 Milliarden Jahren hätten Beobachter, egal wo sie sich aufhalten, die Hintergrundstrahlung gemessen. Sie hätten aber eine andere Wellenlänge gemessen.

Mit zunehmender Expansion wird also lediglich die Wellenlänge der Hintergrundstrahlung gedehnt (sie verschiebt sich zum roten Bereich des Spektrums hin) und braucht nicht etwa länger um uns zu erreichen. Sie erreicht uns schon immer. Auch bei der Entstehung der Erde hat sie uns schon erreicht, nur eben weniger rotverschoben als jetzt.

Man darf sich die Hintergrundstrahlung nicht wie ein Ereignis im dreidimensionalen Raum unserer Alltagserfahrung vorstellen, der sich ja zudem nicht ausdehnt.

Wenn wir ins All schauen, dann blicken wir wegen der endlichen LG mit zunehmender Entfernung in eine immer weiter zurückliegende Vergangenheit.

Die Informationen (das Licht), die uns aus dieser Vergangenheit erreichen brauchen wegen der Raumexpansion jetzt nicht länger um uns zu erreichen. Sie werden nur zunehmend rotverschoben.

Besser kann ich es nicht erklären.
  #7  
Alt 11.10.10, 18:19
Knut Hacker Knut Hacker ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Jogi,Marco Polo,

die Lichtgeschwindigkeit ist doch das absolute Bezugssystem nach der Relativitätstheorie, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle, von der des Beobachters und von der Gravitation. Natürlich auch unabhängig von der Expansion des Weltalls. Diese führt lediglich dazu,, dass sich die Frequenz „verflacht“ ,als in den unsichtbaren Bereich tritt(weshalb der Nachthimmel dunkel ist) und als Hintergrundstrahlung bezeichnet wird.
Wenn wir also die Entstehung eines Sternes 800 Millionen Jahre nach dem Urknall entdecken, dann war sein (unsichtbares, aber als Infrarot- und Radiostrahlung beobachtbares) erstes Licht 13 Milliarden Jahre unterwegs und der Stern 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.
Der heutige Ort unserer Erde war damals aber dem Stern viel näher, so dass dessen erstes Licht, das sich ja mit Lichtgeschwindigkeit schneller ausdehente als das Weltrauminnere,längst an diesem Ort vorbei ist.Das kann aber nicht sein, da es uns ja erst jetzt erreicht.

Ich habe mir vorläufig folgende überschlägige Lösung zurecht gelegt:
1) Das frühe Licht wurde wegen der Expansion des Raumes in unsichtbare Frequenzbereiche „auseinandergezogen“.
2) Der „Urknall“(der bekanntlich keiner war, sondern lediglich eine Singularität; es gab keinen „Anfang“ und auch keine Explosion, da sich die Expansion nicht verringerte, sondern sich zuletzt sogar exponentiell beschleunigte) fand nicht „im Raum“, sondern „überall“ statt.
3) Das Weltall weist keine Topographie auf. Überall ist Mittelpunkt ( die „Flachheit des Raumes, von der man heute ausgeht, ist lediglich auf großräumige Skalen im Raum bezogen und besagt daher weder etwas über dessen Gestalt noch über die Krümmungen nach der ART innerhalb dieser Skalen).
Ergebnis:
Zu uns kommt daher das besagte frühe Licht nicht von einem bestimmten Ort innerhalb einer Topographie .Es ist einfach zu jedem Ort über 13 Milliarden Jahre unterwegs gewesen.
Deshalb geht man ja auch von einem absoluten, nicht lediglich relativen Alter des Weltraumes aus.
  #8  
Alt 11.10.10, 18:47
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EMI EMI ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Zitat:
Zitat von Knut Hacker Beitrag anzeigen
die Lichtgeschwindigkeit ist doch das absolute Bezugssystem nach der Relativitätstheorie, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle, von der des Beobachters und von der Gravitation.
Nein Knut Hacker,

c ist nicht unabhängig von der Gravitation. Das war sie in der SRT, da gibt es keine Gravitation.
Das hatten wir zwei Beiden doch schon mal besprochen:
http://www.quanten.de/forum/showpost...8&postcount=86
Hast Du das vergessen?

Gruß EMI
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Sollen sich auch alle schämen, die gedankenlos sich der Wunder der Wissenschaft und Technik bedienen, und nicht mehr davon geistig erfasst haben als die Kuh von der Botanik der Pflanzen, die sie mit Wohlbehagen frisst.
  #9  
Alt 11.10.10, 20:01
Knut Hacker Knut Hacker ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Hallo EMI,

wir hatten aber doch weiterdiskutiert. Schließlich hatte ich geschrieben:

Zitat:
„In seinem zusammen mit Leopold Infeld geschriebenen Buch „Die Evolution der Physik“ betont Einstein immer wieder, dass die Prämisse seiner Relativitätstheorien in dem experimentellen, mit dem „gesunden Menschenverstand“ nicht nachvollziehbaren Befund besteht:“Im leeren Raum ist die Lichtgeschwindigkeit stets konstant.Sie hängt weder von der Bewegung der Lichtquelle noch von der des Beobachters ab.“
Speziell zur ART führt er aus:“In der allgemeinen Relativitätstheorie können wir nicht wie bei der speziellen mit dem mechanischen Gerüst aus Parallelen und rechtwinklig dazu angeordneten Stäben sowie mit synchronisieren Uhren arbeiten. In einem beliebigen System lassen sich die räumlichen und zeitlichen Koordinaten eines Ereignisses nicht mehr mit festen Stäben und gleich schnell gehenden synchronisieren Uhren bestimmen, was im Inertialsystem der speziellen Rrelativitätstheorie noch möglich war. Aber auch mit unseren nichteuklidischen Stäben und ungleich gehenden Uhren können wir die Ereignisse schematisch ordnen; regelrechte Messungen mit festen Stäben und vollkommen gleich schnell gehenden und synchronisierten Uhren kann man jedoch nur in einem örtlich begrenzten Inertialsystem vornehmen. Auf ein solches kann man auch die gesamte spezielle Relativitätstheorie ohne weiteres anwenden, doch hat unser „gutes“ System eben nur lokalen Charakter; seine Inertialeigenschaften sind räumlich und zeitlich begrenzt. Selbst von unserem beliebigen System aus können wir die Ergebnisse der in einem lokalen Inertialsystem vorgenommenen Messungen vorhersagen, nur bedarf es dazu einer Kenntnis der geometrischen Beschaffenheit unseres Raum-Zeit-Kontinuums.“ “
Zitatende.

Darauf hast du nicht mehr geantwortet

Bitte verstehe mich nicht falsch. Ich möchte hier nicht recht haben, da ich mich auf diesem Gebiet zu wenig auskenne,mir insbesondere das mathematische Rüstzeug fehlt (das studium generale beim alten Fleischmann vermied die höheren Sphären der Mathematik).

Übrigens. Wie hast du das technisch geschafft, einen Link für einen Einzelbeitrag zu geben?
  #10  
Alt 12.10.10, 09:57
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JoAx JoAx ist offline
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Standard AW: Expansion des Weltalls und Lichtgeschwindigkeit

Hallo Knut Hacker!

Zitat:
Zitat von Knut Hacker Beitrag anzeigen
Der heutige Ort unserer Erde war damals aber dem Stern viel näher, so dass dessen erstes Licht, das sich ja mit Lichtgeschwindigkeit schneller ausdehente als das Weltrauminnere,längst an diesem Ort vorbei ist.
Diese Schlussfolgerung ist mir nicht verständlich.
Nehmen wir ein Gegenbeispiel. Das Licht wurde in einer Entfernung von 10 Mrd. LJ. Nach deiner Logik muss es unabhängig vom Verhalten des Raumes auch 10 Mrd. Jahre unterwegs sein. Jetzt nehmen wir an, dass sich die Entfernung in den ersten 5 Mrd. Jahre um 4 Mrd. LJ verkleinert hat. Nach meinem Verständnis hätte das Licht jetzt nur noch 1 Mrd. LJ zu überbrücken, du sagst aber, dass es immer noch 5 Mrd. Jahre unterwegs sein sollte. Wie das denn?


Gruss, Johann
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