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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 18.03.12, 10:45
Timm Timm ist offline
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Standard Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Hi,

Als Einstieg mag dieses Zitat von Tamara Davis aus ihrem Artikel "Verliert das Universum Energie", Spektrum 11/2010, dienen:

Zitat:
Unser Bild des expandierenden Luftballons veranschaulicht zwar die Expansion ganz gut, darf aber nicht allzu wörtlich genommen werden:

Der leere Raum hat keine physikalische Realität. Wenn Galaxien sich voneinander entfernen, steht es uns darum frei, diese Relativbewegung wahlweise als "Expansion des Raums" oder als "Bewegung durch den Raum" zu betrachten.
Das ist nicht mainstream, es gibt aber durchaus einige Kosmologen, die diese Haltung teilen.

Wir hatten schon mal über die mathematische Geichwertigkeit des leeren FRW Models (Raum expandiert, ohne kosmologische Konstante!) mit dem Milne Modell (hier gilt die SRT, masselose Testpartikel bewegen sich durch den Raum) gesprochen. Zur Koordinatentransformation und Näherem dazu, s. Thesis von Davis, Chapter 4 The empty universe.

Was passiert nun, wenn Materie hinzu kommt? Die einfache Koordinatentrafo ist hinfällig, weil es die flache Minkowski Raumzeit nicht mehr gibt. Deshalb muß aber die "Bewegung durch den Raum" doch wohl nicht hinfällig sein. Demnach gäbe es zum massehaltigen FRW Modell ein gleichwertiges "kinematisches" Modell, in dem die Gravitation zu berücksichtigen ist . Angenommen das ist so. Wie kann man dann diese beiden Modelle ineinander umrechnen? Oder ist das grundsätzlich nicht möglich?

Gruß, Timm
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #2  
Alt 18.03.12, 12:57
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Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Als Einstieg mag dieses Zitat von Tamara Davis aus ihrem Artikel "Verliert das Universum Energie", Spektrum 11/2010, dienen:
Zitat:
Unser Bild des expandierenden Luftballons veranschaulicht zwar die Expansion ganz gut, darf aber nicht allzu wörtlich genommen werden: Der leere Raum hat keine physikalische Realität. Wenn Galaxien sich voneinander entfernen, steht es uns darum frei, diese Relativbewegung wahlweise als "Expansion des Raums" oder als "Bewegung durch den Raum" zu betrachten.
Hallo Timm,

der Fehler in der Überlegung von Tamara Davis begründet sich m.E. damit, dass dem leeren Raum eine physikalische Realität abgesprochen wird.

In der ART interagieren die Massen mit der Raumzeit und damit auch mit dem leeren Raum. Wenn man der Raumzeit keine physikalische Realität zuspräche, dann wäre die Beschreibung der Gravitation durch die ART eine sinnleere Illusion.

Für den Fall, dass man dem leeren Raum keine physikalische Realität zugesteht, dann kann es auch keine Bewegung 'durch den Raum' geben. Denn wie kann sich etwas durch etwas hindurchbewegen, wenn letzteres etwas physikalisch gar nicht existiert?

M.f.G. Eugen Bauhof
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ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski
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  #3  
Alt 18.03.12, 13:17
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EMI EMI ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
der Fehler in der Überlegung von Tamara Davis begründet sich m.E. damit, dass dem leeren Raum eine physikalische Realität abgesprochen wird.
Hallo Bauhof,

leeren Raum ohne Materie gibt es nicht. Raumzeit und Materie (Raum-Zeit-Materie) sind seit der ART eine Union, bedingen sich einander.

Gruß EMI

PS.: Auch die Raumzeit zwischen den Galaxien ist mit Materie "gefüllt".
Ein Universum nur aus Raumzeit ohne Materie ist keine physikalische Realität, so etwas kann es nicht geben.
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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 18.03.12, 14:05
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Hallo Eugen,

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
der Fehler in der Überlegung von Tamara Davis begründet sich m.E. damit, dass dem leeren Raum eine physikalische Realität abgesprochen wird.
Wenn sich etwas von A nach B bewegt, muß dazwischen etwas sein. Man nennt es Raum.
Was aber meint sie mit physikalischer Realität?

Ein Versuch:
Du bist in Physik beschlagen, weißt aber nichts vom Universum und dessen Entwicklung. Nun siehst Du im leeren Raum rotverschobene Objekte, je lichtschwächer desto rotverschobener. Wenn nun der Raum eine physikalische Realität hat, sollte es doch möglich sein, durch ein Experiment die Bewegung der Objekte durch den Raum oder eine Dehnung des Raums zu fasifizieren, wenn die eine Interpretation richtig, die andere aber falsch ist. Wie machst Du das?

Gruß, Timm
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  #5  
Alt 18.03.12, 16:20
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Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Nun siehst Du im leeren Raum rotverschobene Objekte, je lichtschwächer desto rotverschobener. Wenn nun der Raum eine physikalische Realität hat, sollte es doch möglich sein, durch ein Experiment die Bewegung der Objekte durch den Raum oder eine Dehnung des Raums zu fasifizieren, wenn die eine Interpretation richtig, die andere aber falsch ist. Wie machst Du das?
Hallo Timm,

ich selbst weiß das leider nicht, wie ich bei der Universum-Expansion zwischen einer Raumdehnung und einer Bewegung der Objekte im Raum unterscheiden könnte. Aber Bernulf Kanitscheider hat dazu eine Information. Er schreibt auf Seite 226 seines Buches [1]:
Zitat:
Wäre die kosmologische Rotverschiebung tatsächlich ein Geschwindigkeitseffekt und kein Expansionseffekt, so würde der Energiefluss S, der von einer Galaxie der Leuchtkraft L auf der Erde gemessen wird, nicht

S = L / [4(PI)R²(1+z)²],

sondern

S = L / [4(PI)r²(1+z)^4]

betragen.

S = Energiefluss einer Galaxie, der auf der Erde gemessen wird
L = Leuchtkraft einer Galaxie, die auf der Erde gemessen wird
PI = Kreiszahl
z = Rotverschiebung
R = kosmischer Skalenfaktor
r = vermutlich der Galaxien-Abstand zur Erde (ist im Buch nicht spezifiziert)
Kanitscheider belegt das mit folgendem Literaturhinweis:
Misner C.H. / Thorne K. / Wheeler, J.: Gravitation. San Francisco 1973.
S. 794, Exercise 29.5

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1]Kanitscheider, Bernulf
Kosmologie.
Stuttgart 1991 (2. Auflage)
ISBN=3-15-008025-8
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Hermann Minkowski

Geändert von Bauhof (18.03.12 um 16:32 Uhr) Grund: Links auf Literaturhinwesie ergänzt.
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  #6  
Alt 18.03.12, 17:53
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
ich selbst weiß das leider nicht, wie ich bei der Universum-Expansion zwischen einer Raumdehnung und einer Bewegung der Objekte im Raum unterscheiden könnte. Aber Bernulf Kanitscheider hat dazu eine Information. Er schreibt auf Seite 226 seines Buches [1]:
Interessante Info und danke für den Buch Tipp, ich habe den Kanitschneider gerade bestellt, Eugen.

Könnte mit 4pi*R² bzw. 4pi*r² die Kugeloberfläche gemeint sein, auf der sich die Galaxien befinden, die im Zentrum der Kugel beobachtet werden?
Mit dem Energiefluß als Leuchtkraft/Fläche hätte man die scheinbare Helligkeit demnach als Unterscheidungskriterium zwischen Raumdehnung und Bewegung, wenn ich das richtig verstehe. Aber müßte man denn nicht die absolute Leuchtkraft kennen? Gut, mit den Supernova Ia Standardkerzen hätte man das im Prinzip.

Gruß, Timm
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  #7  
Alt 18.03.12, 18:46
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Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Könnte mit 4pi*R² bzw. 4pi*r² die Kugeloberfläche gemeint sein, auf der sich die Galaxien befinden, die im Zentrum der Kugel beobachtet werden?
Hallo Timm,

mit R ist der kosmische Skalenfaktor gemeint.
Im Falle eines geschlossenen Universums kann er als Radius einer vierdimensionalen Kugel angesehen werden. Die dreidimensionale "Oberfläche" dieser 4-D-Kugel ist dann das Universum. Auch beim flachen oder beim hyperbolischen Universum wird der Begriff Skalenfaktor verwendet, nur kann er da nicht mehr so anschaulich interpretiert werden.

M.f.G. Eugen Bauhof

P.S.
Fall du gut englisch kannst, ist das Buch
Misner C.H. / Thorne K. / Wheeler, J.: Gravitation. San Francisco 1973.
zu empfehlen. Unter den Rezensionen ist auch eine deutschsprachige Rezension dabei:
Zitat:
Es ist ganz einfach: Dieses Werk ist das beste, was je über die allgemeine Relativitätstheorie geschrieben wurde. Es hat mir die mathematische Beschreibung von Weltmodellen ermöglicht. Den Autoren bin ich zu tiefem Dank verpflichtet.
Leider gibt es davon keine deutsche Übersetzung, sonst hätte ich dieses Buch schon lange in meinem Besitz.
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Hermann Minkowski
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  #8  
Alt 18.03.12, 21:15
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Hallo Eugen,


Wenn sich etwas von A nach B bewegt, muß dazwischen etwas sein. Man nennt es Raum.
Was aber meint sie mit physikalischer Realität?

Ein Versuch:
Du bist in Physik beschlagen, weißt aber nichts vom Universum und dessen Entwicklung. Nun siehst Du im leeren Raum rotverschobene Objekte, je lichtschwächer desto rotverschobener. Wenn nun der Raum eine physikalische Realität hat, sollte es doch möglich sein, durch ein Experiment die Bewegung der Objekte durch den Raum oder eine Dehnung des Raums zu fasifizieren, wenn die eine Interpretation richtig, die andere aber falsch ist. Wie machst Du das?

Gruß, Timm
Wenn die Rotverschiebung durch die Geschwindigkeit verursacht ist, hängt sie nur von der Quelle zum Zeitpunkt der Emission und vom Empfänger zum Zeitpunkt der Absorbtion ab. Wird sie durch die Expansion des Raumes verursacht, spielt die ganze Reisezeit eine Rolle. Das Ballonmodell führt daher zu grundsätzlich anderen Aussagen als das Geschwindigkeitsmodell.

Leider können wir die Geschwindigkeiten und Entfernungen ferner Galaxien nur definieren, wenn wir ein Modell voraussetzen. Ich habe die Zahlen nie selber studiert. Aber meines Wissens ist es so, dass das Ballonmodell besser mit den Daten übereinstimmt. Das Geschwindigkeitsmodell ist nur haltbar, wenn wir im Zentrum des Geschehens stehen. Für Beobachter, die nicht im Zentrum sind, wären die Galaxien auf der einen Seite näher beieinander als auf der anderen.
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  #9  
Alt 19.03.12, 10:00
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Hallo Eugen,

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
mit R ist der kosmische Skalenfaktor gemeint.
Du hast es jetzt bestätigt. Mein Problem ist: Wo bleibt die Vergleichbarkeit der beiden Formeln, wenn R und r etwas unterschiedliches bedeuten?

Ich hatte es zunächst so verstanden: Gegeben seien 2 Galaxien mit gleicher Rotverschiebung. Dann sollte deren scheinbare Helligkeit modellabhängig sein.

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Über den MTW habe ich schon viel Gutes gehört. Allein die befürchtete Mathematik (nicht Sprach-) -Barriere, hatte mich abgehalten, ihn zu erwerben. Aber jetzt habe ich mir den "Ruck" gegeben.

Gruß, Timm
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  #10  
Alt 19.03.12, 10:05
Ich Ich ist offline
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Standard AW: Raumdehnung vs. Bewegung durch den Raum

Hi alle,


Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Das ist nicht mainstream, es gibt aber durchaus einige Kosmologen, die diese Haltung teilen.
Da wär' ich mir gar nicht sicher, ob das nicht doch mainstream ist, zumindeste unter Kosmologen. Aber es ist ziemlich sicher (noch) nicht mainstream in der populärwissenschaftlichen Literatur. Woran Davis durchaus Mitschuld trägt mit ihren früheren Veröffentlichungen. Es war wohl das Paper von Bunn & Hogg, das sie kuriert hat. Zumindest gibt sie es als Literaturhinweis an.

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Für den Fall, dass man dem leeren Raum keine physikalische Realität zugesteht, dann kann es auch keine Bewegung 'durch den Raum' geben. Denn wie kann sich etwas durch etwas hindurchbewegen, wenn letzteres etwas physikalisch gar nicht existiert?
Die Formulierung von Davis ist vielleicht überzogen oder missverständlich. Was aber sicher richtig ist: dem leeren Raum kann an keinem Punkt eine ausgezeichnete Geschwindigkeit zugesprochen werden. Das ist das Relativitätsprinzip, das lokal ja in der ART absolut gültig ist.
Deswegen kann man auch nicht von einer "Geschwindigkeit relativ zum Raum" reden, wenn man damit irgendetwas physikalisch ausgezeichnetes meint.
Das zeigt sich daran, dass in der ART nur die Raumzeit etwas "abslutes" ist. Was "Raum" ist, kann nach Belieben definiert werden, und daher kommen auch all die vermeintlichen Widersprüche:
In der Kosmologie definiert man mitbewegte Objekte gerne als "ruhend" und damit den Raum als expandierend. Während man normalerweise zueinander ruhende Objekte als ruhend definiert, und damit den Raum als statisch (soweit möglich). Dass der große Unterschied zwischen beiden Konzepten einfach in dieser der Definition, also dem verwendeten Koordinatensystem liegt, ist vielfach unbekannt.

Zu Kanitscheider:
Zitat:
Zitat von Kanitscheider/Bauhof
Wäre die kosmologische Rotverschiebung tatsächlich ein Geschwindigkeitseffekt und kein Expansionseffekt, so würde der Energiefluss S, der von einer Galaxie der Leuchtkraft L auf der Erde gemessen wird, nicht

S = L / [4(PI)R²(1+z)²],

sondern

S = L / [4(PI)r²(1+z)^4]

betragen.

S = Energiefluss einer Galaxie, der auf der Erde gemessen wird
L = Leuchtkraft einer Galaxie, die auf der Erde gemessen wird
PI = Kreiszahl
z = Rotverschiebung
R = kosmischer Skalenfaktor
r = vermutlich der Galaxien-Abstand zur Erde (ist im Buch nicht spezifiziert)
Das ergibt keinen Sinn. Der Skalenfaktor kann nicht anstelle einer Entfernung in dieser Formel auftauchen. Das R müsste für die sog. "Angular Size Distance" zum Zeitpunkt der Lichtaussendung stehen, dann deckt sich die Formel mit der Literatur und ergibt Sinn. Bist du sicher, dass das R nicht doch etwas in die Richtung bedeutet? Und man muss auch noch wissen, was "r" bedeutet. Es geht ja genau um die Unterschiede in den Definitionen.
Ich habe MTW auch nicht daheim. Weiß jemand, was da gerechnet wird?


Zitat:
Zitat von Philipp Wehrli Beitrag anzeigen
Wenn die Rotverschiebung durch die Geschwindigkeit verursacht ist, hängt sie nur von der Quelle zum Zeitpunkt der Emission und vom Empfänger zum Zeitpunkt der Absorbtion ab. Wird sie durch die Expansion des Raumes verursacht, spielt die ganze Reisezeit eine Rolle. Das Ballonmodell führt daher zu grundsätzlich anderen Aussagen als das Geschwindigkeitsmodell.
Das ist sicher richtig. Wenn Gravitation vorhanden ist, muss man ihren Effekt auf die Rotverschiebung natürlich berücksichtigen. Wie Timm schon sagte, funktioniert eine reine "Geschwindigkeitsbetrachtung" nur im leeren Raum - oder auf kurze Distanzen.

Geändert von Ich (19.03.12 um 10:15 Uhr)
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