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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 06.09.10, 08:48
Harti Harti ist offline
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Beiträge: 238
Frage Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Hallo allerseits,
ich trau mich mal meine Frage, die in einem anderen Forum unbeantwortet geblieben ist, hier zu stellen, weil hier offensichtlich viel Sachverstand versammelt ist.

Ich habe grundsätzliche Zweifel, ob es möglich ist, mit der Bewegung (Geschwindigkeit) des Lichts Feststellungen über das Universum in einer Gesamtheit, inbesondere auch sein Alter, zu treffen.

Grundlage für die Bestimmung des Mindestalters des Universums mit Hilfe der Lichtlaufzeiten ist die Geschwindigkeit (Strecke/Zeit) des Lichts.
Was ist das Bezugssystem für die Feststellung der Geschwindigkeit des Lichts, welche Strecke (Raum), welche Uhr ?
Mir ist natürlich bekannt, dass sich das Licht im Verhältnis zu jedem beliebigen Objekt (jeder beliebigen Strecke) im Universum, das als ruhend vorgestellt wird, mit der ihm eigenen Geschwindigkeit bewegt. Wenn aber jedes einzelne Objekt des Universums (jede beliebige Strecke) im Verhältnis zum bewegten Licht als ruhend vorgestellt wird (Stichwort: Blockuniversum), wie kann man dann gleichzeitig mit Hilfe des bewegten Lichts feststellen, dass sich die Objekte des Universums voneinander entfernen, also nicht ruhen.
Ich sehe darin einen Widerspruch.

Ich meine, dieses Paradoxon ist in der Weise zu lösen, dass man zwar die Bewegung des Lichts im Verhältnis zu sämtlichen Objekten des Universums als konstant betrachtet ( 2.Postulat der SRT), was ja auch experimentell bestätigt wird; aber andererseits die Folgerung zieht, dass Aussagen über das Universum in seiner Gesamtheit, also auch über sein Alter, mit Hilfe der Bewegung des Lichts nicht möglich sind, weil dies zu dem oben beschriebenen Widerspruch führt.

Festellungen über das Alter von Teilsystemen des Universums, z.B. unser Sonnensystem, die nicht auf der Lichtgeschwindigkeit beruhen, sind von diesen Überlegungen nicht betroffen und lassen Feststellungen über das Mindestalter des Universums zu.

Was ist falsch an meinen Überlegungen ?

MfG
Harti
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  #2  
Alt 06.09.10, 09:36
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
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Beiträge: 4.324
Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Willkommen Harti!

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Was ist falsch an meinen Überlegungen ?
Zunächst sollte man nicht gleich von Widersprüchen und Paradoxien reden, wenn man etwas nicht nachvollziehen kann. Insbesondere dann nicht, wenn es solche einfache Zusammenhänge betrifft, wie in diesem Fall. Wenn es da wirklich etwas widersprüchliches gäbe, dann wäre es den vielen klugen Köpfen schon sehr lange aufgefallen.

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Was ist das Bezugssystem für die Feststellung der Geschwindigkeit des Lichts, welche Strecke (Raum), welche Uhr ?
Jedes Inertialsystem stellt ein Bezugssystem mit Strecken und "einer" Uhr dar.

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Wenn aber jedes einzelne Objekt des Universums (jede beliebige Strecke) im Verhältnis zum bewegten Licht als ruhend vorgestellt wird
Das Licht stellt kein BS dar. Deswegen kann man auch nicht sagen, dass sich etwas im Verhältnis zum Licht ruht.

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
wie kann man dann gleichzeitig mit Hilfe des bewegten Lichts feststellen, dass sich die Objekte des Universums voneinander entfernen, also nicht ruhen.
Dopplereffekt. Man weiss, dass damit Sterne läuchten können, diese hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen müssen. Jedes chemische Element hat ein charackteristisches Strahlungsspektrum. Stichwort - Fraunhoferlinien. Vergleicht man diese Linien, die vom Licht eines Sterns stammen mit denen, die man auf der Erde vom (z.B.) Wasserstoff erhällt, dann stellt man fest, dass diese entweder nach Rot oder Blau verschoben sein können. Im ersten Fall heisst das, das Objekt entfernt sich, im zweiten, dass es sich nähert.

Klar so weit?


Gruss, Johann
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  #3  
Alt 06.09.10, 13:56
Benutzerbild von EMI
EMI EMI ist offline
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Ort: Dorsten
Beiträge: 2.564
Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Was ist falsch an meinen Überlegungen ?
Das ist falsch an deinen Überlegungen Harti:
Zitat:
Zitat von Harti
Grundlage für die Bestimmung des Mindestalters des Universums mit Hilfe der Lichtlaufzeiten ist die Geschwindigkeit (Strecke/Zeit) des Lichts.
Das Alter des Universums folgt aus der ART und nicht aus der SRT und der Lichtlaufzeit.
Die Rotverschiebung und die Hintergrundstrahlung bestätigen uns, das die ART damit nicht sonderlich falsch lag.

Durch einfache Rückextrapolation der gegenwärtig einwandfrei und sicher festgestellten Expansion des Universums gelangt man zu einem Zustand, in dem die gesamte Materie auf kleinstem Raum zusammengedrängt vorlag. Für diese extrem hohen Dichten sind die uns bekannten Zustandgleichungen allerdings nicht mehr anwendbar.

Es kann daher halt nicht geschlußfolgert werden, dass das Universum zu Beginn durch einen Urknall eines "mathematischen Punktes" entstanden sei.
Es kann auch nicht gefolgert werden, dass das gesamte kosmische Geschehen mit dem Beginn der Expansion auch erst begonnen hätte.

Die gegenwärtig beobachtete Expansion ist möglicherweise nur ein Zwischenstadium, dem eine Kontraktion folgen könnte, so das auch ein pulsierendes Universum denkbar wäre. Auch ist die Möglichkeit offen, dass sich die Expansion nicht auf das gesamte Universum erstreckt, sondern eventuell nur auf den gegenwärtig überschaubaren Teil.

Das alles ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass es vom jetzigen Standpunkt aus einen "Anfang" gegeben hat, in dem es das heutige Universum in der uns bekannten Form noch nicht existierte.

Von diesem "Anfang" bis Heute, das ist halt das so genannte Universumsalter, rund 15 Mrd. Jahre.

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.
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  #4  
Alt 06.09.10, 14:30
Harti Harti ist offline
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Registriert seit: 06.09.2010
Beiträge: 238
Beitrag AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Hallo JoAx,

leider weiss ich noch nicht, wie man zitiert, lern ich aber noch.

Ist ein Inertialsystem nicht ein vollkommen kräftefreies und damit idealisiertes Bezugssystem, das man im Rahmen der SRT zugrunde legt und in der Wirklichkeit allenfalls näherungsweise bei frei fallenden Körpern findet ?

Wenn man nicht sagen kann, dass etwas im Verhältnis zum bewegten Licht ruht, wie will man dann die Bewegung (Geschwindigkeit) des Lichts denken ?
Bewegung ist doch nur als Gegensatz zu Ruhe denkbar ? Bei der theoretischen (mathematischen) Darstellung der Lichtbewegung brauche ich doch auch immer ein als ruhend vorgestelltes Koordinatensystem (Bezugssystem), in Form eines zumindest einfachen Weg/Zeitdiagramms.

Liefert der Dopplereffekt (Rotverschiebung), der durch die Veränderung der Wellenlängen und der Frequenz verursacht wird, nicht lediglich Informationen darüber, ob sich ein Objekt entfernt oder nähert; während die Lichtlaufzeit (Frequenz X Wellenlänge) und damit die Geschwindigkeit des Lichts konstant bleibt ?

Wenn man sich die Bewegung(Geschwindigkeit) des Lichts ohne Bezug auf konkrete Objekte (Strecken) des Universums vorstellt, hat man nach meiner Meinung unausgesprochen den absoluten Raum und die absolute Zeit der Newtonschen Mechanik wiederbelebt.

Dein Argument, man dürfe sich die Bewegung des Lichts nicht im Verhältnis zu einem konkreten (als ruhend gedachten) Objekt des Universums vorstellen, überzeugt mich daher nicht so richtig.

MfG
Harti
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  #5  
Alt 06.09.10, 15:12
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
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Registriert seit: 05.03.2009
Beiträge: 4.324
Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Hallo Harti!

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
leider weiss ich noch nicht, wie man zitiert, lern ich aber noch.
Schau hier rein:
http://www.quanten.de/forum/showthread.php5?t=1575

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Ist ein Inertialsystem nicht ein vollkommen kräftefreies und damit idealisiertes Bezugssystem, das man im Rahmen der SRT zugrunde legt und in der Wirklichkeit allenfalls näherungsweise bei frei fallenden Körpern findet ?
Das Wort vollkommen kannst du streichen. Entweder bewegt sich etwas kräftefrei oder nicht. Kräftefrei bedeutet dabei, dass die resultierende Kraft Null ist. An sich kommt das IS nicht aus der SRT, das ist auch bei Newton so. Grundsätzlich wird Bewegung auf andere materielle Objekte bezogen:

- Du bewegst dich relativ zur Erde
- --- zum Baum
- --- zur Sonne
...

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Wenn man nicht sagen kann, dass etwas im Verhältnis zum bewegten Licht ruht,
Wie soll man das verstehen? Es ruht dann etwas, wenn sich relative Lage nicht ändert. Wie soll es bewerkstelligt werden, dass sich deine relative Lage relativ zum Licht nicht ändert?
Oder meinst du - im Gegensatz?

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Bei der theoretischen (mathematischen) Darstellung der Lichtbewegung brauche ich doch auch immer ein als ruhend vorgestelltes Koordinatensystem (Bezugssystem), in Form eines zumindest einfachen Weg/Zeitdiagramms.
Da musst du etwas ausführlicher werden, was du damit meinst.

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Liefert der Dopplereffekt (Rotverschiebung), der durch die Veränderung der Wellenlängen und der Frequenz verursacht wird, nicht lediglich Informationen darüber, ob sich ein Objekt entfernt oder nähert;
Du hast ja geschrieben:

Zitat:
Zitat von Harti
wie kann man dann gleichzeitig mit Hilfe des bewegten Lichts feststellen, dass sich die Objekte des Universums voneinander entfernen, also nicht ruhen.
und lediglich darauf habe ich geantwortet. Ja, die Rotverschiebung der Frequenz/Wellenlänge (nicht und, beide hängen fest zusammen, man kann nicht nur eines der beiden ändern und das andere unberührt lassen) des Lichtes liefert die Info darüber, ob sich etwas entfern oder nähert.

Zitat:
Zitat von Harti
Wenn man sich die Bewegung(Geschwindigkeit) des Lichts ohne Bezug auf konkrete Objekte (Strecken) des Universums vorstellt,
Das habe ich nicht gesagt.

Zitat:
Zitat von Harti
Dein Argument, man dürfe sich die Bewegung des Lichts nicht im Verhältnis zu einem konkreten (als ruhend gedachten) Objekt des Universums vorstellen, überzeugt mich daher nicht so richtig.
Und das schon gar nicht.


Gruss, Johann
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  #6  
Alt 06.09.10, 20:05
Timm Timm ist offline
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Registriert seit: 26.03.2009
Ort: Weinstraße, Rheinld.Pfalz
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Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Ich habe grundsätzliche Zweifel, ob es möglich ist, mit der Bewegung (Geschwindigkeit) des Lichts Feststellungen über das Universum in einer Gesamtheit, inbesondere auch sein Alter, zu treffen.

Grundlage für die Bestimmung des Mindestalters des Universums mit Hilfe der Lichtlaufzeiten ist die Geschwindigkeit (Strecke/Zeit) des Lichts.
Was ist das Bezugssystem für die Feststellung der Geschwindigkeit des Lichts, welche Strecke (Raum), welche Uhr ?
Das Alter des Universums wird üblicherweise aus der Hubble-Konstante abgeleitet. Diese gibt an, wie schnell das Universum expandiert, sodaß man durch Zurückrechnung auf dessen Alter schließen kann. Der derzeitige Wert liegt bei 13,7 Milliarden Jahren.
Die Hubble-Konstante erhält man, indem man die kosmologische Rotverschiebung (nicht zu verwechseln mit der Doppler-Rotverschiebung) vieler unterschiedlich weit entfernter Galaxien mit deren geschätzter Entfernung kombiniert. Die Rotverschiebung ist Folge der expansionsbedingten Dehnung der Lichtwellenlänge auf dem Weg zu uns.

Gruß, Timm
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #7  
Alt 07.09.10, 10:07
Harti Harti ist offline
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Registriert seit: 06.09.2010
Beiträge: 238
Beitrag AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Hallo zusammen,
vielen Dank für Eure Erklärungen. Meine ursprüngliche Annahme, die Lichtgeschwindigkeit in Verbindung mit einer "geschätzten" Entfernung der entferntesten, sichtbaren Himmelsobjekte sei die Grundlage für die Altersbestimmung des Universums, war offensichtlich falsch.
Die von mir angesprochene grundsätzliche Frage, ob man mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit Aussagen über das Universum in seiner Gesamtheit machen kann ohne in Widersprüche zu geraten, mag dahinstehen.
Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Die Hubble-Konstante erhält man, indem man die kosmologische Rotverschiebung (nicht zu verwechseln mit der Doppler-Rotverschiebung) vieler unterschiedlich weit entfernter Galaxien mit deren geschätzter Entfernung kombiniert.
Ich nehme an, dass in der kosmologischen Rotverschiebung Gravitationseinflüsse berücksichtigt werden. Wie zuverlässig ist dann aber die Altersbestimmung des Universums, wenn man nur sehr wenig darüber weiss, in welchem Maß das gemessene Licht Gravitationsfelder ( Stichwort: Dunkle Materie) durchlaufen hat.

Ich gehe mal davon aus, dass diese geänderte Fragestellung noch zum Thema passt.

MfG
Harti
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  #8  
Alt 07.09.10, 11:58
Sion Sion ist offline
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Beiträge: 32
Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Ich nehme an, dass in der kosmologischen Rotverschiebung Gravitationseinflüsse berücksichtigt werden. Wie zuverlässig ist dann aber die Altersbestimmung des Universums, wenn man nur sehr wenig darüber weiss, in welchem Maß das gemessene Licht Gravitationsfelder ( Stichwort: Dunkle Materie) durchlaufen hat.
Das Licht mag gekrümmt werden, wenn es etwaige Gravitationsfelder durchquert, aber es "verliert" nicht an Frequenz. Da hat die Energieerhaltung was dagegen.
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  #9  
Alt 07.09.10, 13:29
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Zitat:
Zitat von Sion Beitrag anzeigen
Das Licht mag gekrümmt werden, wenn es etwaige Gravitationsfelder durchquert, aber es "verliert" nicht an Frequenz. Da hat die Energieerhaltung was dagegen.
Dieser Effekt kommt den Astrophysikern sehr gelegen.
Durch Ausnutzung des Gravitationslinseneffektes von Galaxien oder sogar von Galaxienhaufen wurde der Wert der Hubble Konstante in letzer Zeit verbessert. Das Licht solcher besonders weit entfernter Hintergrundgalaxien wäre ohne diesen "Verstärkungdeffekt" spektroskopisch nicht mehr analysierbar.

http://www.ita.uni-heidelberg.de/res.../index_gr.html
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  #10  
Alt 07.09.10, 16:40
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EMI EMI ist offline
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Standard AW: Alter des Universums mit Lichtlaufzeit bestimmbar ?

Zitat:
Zitat von Harti Beitrag anzeigen
Meine ursprüngliche Annahme, die Lichtgeschwindigkeit in Verbindung mit einer "geschätzten" Entfernung der entferntesten, sichtbaren Himmelsobjekte sei die Grundlage für die Altersbestimmung des Universums, war offensichtlich falsch.
Genau Harti,

es ist heute völlig gesichert, dass sich der übersehbare Teil des Universums in einer Expansionsbewegung befindet.
Diese Expansion konnte aus der ART mehrere Jahre vor deren Entdeckung verhergesagt werden.
DE SITTER und nach ihm LEMAITREE zeigten auf, dass es außer der statischen Lösung auch nicht statische Lösungen der Feldgleichungen der ART gibt.
EDDINGTON und FRIEDMAN zeigten weiter, dass ein statisches Universum nicht stabil ist und sich der Krümmungsradius R mit der Zeit ändert.

Dieses nichtstatische Universumsmodell bekam durch die Beobachtungen von SLIPHER, HUBBLE und HUMASON eine wesentliche Stütze.
Diese beobachteten eine relative Wellenlängenänderung Δλ/λ zum roten Ende gegenüber der selben Linien auf der Erde.
Diese Rotverschiebung nimmt mit wachsender Entfernung zu.
Daraus folgt nun, mit Deutung dieser Beobachtung als Doppler-Effekt, dass die Geschwindigkeit der beobachteten Objekte um so größer wird, je weiter sie sich entfernen.

Diese Geschwindigkeit v berechnet sich aus der beobachteten relativen Wellenlängenänderung Δλ/λ wie folgt:

[1] v = c Δλ/λ , bei Δλ/λ<<1

trägt man diese "Fluchtgeschwindigkeit" v über der Entfernung dieser Objekte auf, ergo v=f(r), ergibt sich eine Gerade:

[2] v = Hr

Hier ist H der Anstieg der Geraden besser bekannt als Hubble-Koeffizient (Hubble-Konstante ist nicht gerechtfertigt, da sich H zeitlich ändert).

Derzeit (1990 Hubble-Teleskop) wird er mit:

H=2,43 * 10^-18 1/s angegeben.

Für eine Beobachtung Δλ/λ=1 würde sich aus der klassischen Beziehung [1] v=c und damit aus [2]:

[3] c = HR

ergeben.

Mit [3] folgt als Universumsradius:

R=c/H ≈ 10^20 m

Der Radius dieses Universumsmodells würde sich alle 10^10 Jahre verdoppeln.
Es lässt sich nun auch ein "Universumsalter" T angeben, da mit R≈ct und mit [3] nunmehr folgt:

t ≈ T = 1/H ≈ 4*10^17 s ≈ 13 Mrd Jahre

Diese Altersangabe steht in überraschend guter Übereinstimmung mit anderen empirischen Befunden.
Das Alter der Welt heisst nicht, dass das Universum vor rund 10^10 Jahren noch nicht existierte.
Das Alter der Welt bezieht sich auf die Dauer des gegenwärtigen nichtstationären Zustandes (Entropie), der aus einem anderen davor liegenden hervorgegangen sein könnte.

Die in "jüngster Zeit" aufgefundenen Quasare zeigen eine Rotverschiebung z von Δλ/λ>2, so dass statt mit [1] natürlich mit der relativistischen Beziehung:

v/c = z²+2z / z²+2z+2

gerechnet werden muss.

Die heutzutage beobachteten fernsten Objekte erreichen beträchtliche Bruchteile von c womit man durch Extrapolation zum "optischen Horizont" gelangt, hinter dem keine Objekte mehr sichtbar sind.

Das alles wurde von der ART vorhergesagt und ist deshalb eine der wichtigsten Bestätigung dieser.
Damit (ART) sind auch, ganz klar, Gravitationseffekte einbezogen.

Gruß EMI
__________________
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Geändert von EMI (15.10.10 um 02:00 Uhr)
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