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Folge 56 zunehmende Expansion 05 11. 2020 17:45 #78851

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Bei der zweiten Durchsicht dieser Folge zur dunklen Energie ist mir - zugegeben etwas spät - die folgende Frage gekommen.

Wenn man in den Himmel schaut, sieht man in die Vergangenheit, in alle Richtungen gleichermaßen. Wenn dem so ist, dann ist auch die überproportionale Rotverschiebung weit entfernter Galaxien Teil der Vergangenheit. Die daraus abgeleitete zunehmende Expansion liegt demnach nicht in der Zukunft, sondern in der Vergangenheit, könnte also vermutlich Teil der Inflationsphase gewesen sein. Oder spricht etwas dagegen ?

Die Glockenkurve des Urknalls führt unsere Vorstellung m.E. in die Irre. Der Urknall liegt in der Unendlichkeit.

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Folge 56 zunehmende Expansion 05 11. 2020 18:59 #78853

Das ist alles berücksichtigt und nicht leicht zu rechnen .

Auch ist ein Irrtum das mit beschleunigter Expansion gemeint ist das es durch mehr Raum bei gleichbleibendem Expansionsfaktor eine beschleunigte Expansion gibt .

Mit beschleunigter Expansion ist gemeint das der Expansionsfaktor steigt .

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Folge 56 zunehmende Expansion 05 11. 2020 19:32 #78854

Dick schrieb:
Wenn man in den Himmel schaut, sieht man in die Vergangenheit, in alle Richtungen gleichermaßen. Wenn dem so ist, dann ist auch die überproportionale Rotverschiebung weit entfernter Galaxien Teil der Vergangenheit. Die daraus abgeleitete zunehmende Expansion liegt demnach nicht in der Zukunft, sondern in der Vergangenheit, könnte also vermutlich Teil der Inflationsphase gewesen sein.


Darüber hab ich auch schon mal gegrübelt:

Als Teil der Inflation seh ich das aber nicht, diese war viel zu extrem.
Aber, nach dem Ende der selben, hatte die Materie wohl eine viel höhere Fluchtgeschwindigkeit von einander, welche durch die Gravitation ( da sich die Materie ja sehr viel näher war ) auch stärker abgebremst wurde.
Wenn man also immer weiter in die Vergangenheit schaut ( also rückwärts), sind die am entferntesten Galaxien auch diejenigen, welche sich scheinbar am schnellsten bewegen.
Nur, ist diese Denkweise völlig intuitiv, ohne Beweis.

Dagegen spricht allerdings, dass sich die Expansion, laut Messungen, seit den letzten Jahrmilliarden wieder beschleunigen soll. Obwohl die Materie sich ja wesentlich weiter voneinander entfernt befindet und damit durch die Gravitation weniger stark abgebremst wird.

Schwieriges Thema, aber interessant.

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Folge 56 zunehmende Expansion 05 11. 2020 21:09 #78856

Dick schrieb: Wenn man in den Himmel schaut, sieht man in die Vergangenheit, in alle Richtungen gleichermaßen. Wenn dem so ist, dann ist auch die überproportionale Rotverschiebung weit entfernter Galaxien Teil der Vergangenheit. Die daraus abgeleitete zunehmende Expansion liegt demnach nicht in der Zukunft, sondern in der Vergangenheit, könnte also vermutlich Teil der Inflationsphase gewesen sein. Oder spricht etwas dagegen ?


Schon alleine die Zeit. Die Inflationsphase war spätestens 10-30 Sekunden nach dem Urknall beendet. Die Galaxien, die wir sehen, sind (deutlich) älter als 380000 Jahre. Somit kann das eine mit dem anderen nichts zu tun haben.

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Folge 56 zunehmende Expansion 06 11. 2020 00:09 #78859

Dick schrieb: Wenn man in den Himmel schaut, sieht man in die Vergangenheit, in alle Richtungen gleichermaßen. Wenn dem so ist, dann ist auch die überproportionale Rotverschiebung weit entfernter Galaxien Teil der Vergangenheit. Die daraus abgeleitete zunehmende Expansion liegt demnach nicht in der Zukunft, sondern in der Vergangenheit, könnte also vermutlich Teil der Inflationsphase gewesen sein. Oder spricht etwas dagegen ?

So einfach betrachtet, ist das nicht zu klären.

Man geht zunächst von einem Universum ohne DE aus und kann daraus berechnen, dass die Expansion in gewisser Weise wegen der gravitativen Anziehung abnehmen muss, gebremst werden sollte.

Dazu wurde nun festgestellt, dass die beobachteten Galaxien für ihre Rezessionsgeschwindigkeit zu weit weg sind, die gesamte Kurve verläuft anders als erwartet. Daraus kann man ableiten, dass etwas die gravitative Bremsung der Expansion hindert, die DE. Dies wurde im Video angesprochen.

Hieraus kann man wieder eine neue Erwartungskurve konstruieren und findet, dass die älteren beobachteten Galaxien wiederum dafür zu hell sind, also zu nah. Daraus wurde schließlich die Schubumkehr der Expansion vor 5,4 Mrd Jahren (τw=7,7 Mrd Jahre) bei zw=0,636 bzw aw=1/(zw+1)=0,611 berechnet bzw genau genommen beobachtet. Jedenfalls gilt äw=0 bei der Schubumkehr, und ȧw≈2e-18 war damals der Minimalwert. Der Skalenfaktor a wurde also bis zu diesem Zeitpunkt immer langsamer größer und seither immer schneller.

Hinsichtlich Expansionsparameter w und Akzelerationsparameter q bin ich mir nicht ganz sicher. Ich habe mir -1/3 notiert, aber nicht sicher, welcher der beiden diesen Wert hatte. Aber da äw = 0 muss auch der Akzelerationsparameter qw = 0 und somit der Expansionsparameter ww = -1/3. Doch ja, jetzt bin ich mir sicher, man nennt den Wert w = -1/3 auch die Krümmung der Zustandsgleichung (eos).

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Folge 56 zunehmende Expansion 06 11. 2020 23:19 #78884

Dick schrieb: Wenn dem so ist, dann ist auch die überproportionale Rotverschiebung weit entfernter Galaxien Teil der Vergangenheit.

Wer sagt denn die Rotverschiebung sei für entferntere Galaxien überproportional?
Anders herum wird ein Schuh draus. Die mit SN1a bestimmte Entfernung ist größer als nach der Rotverschiebung zu erwarten.
Die Rotverschiebung entfernterer Galaxien ist also unterproportional zur Entfernung
ra-raisch schrieb: ...0,611 berechnet bzw genau genommen beobachtet.

ne nee, berechnet ist schon richtig ;)
Beobachten kann man so was nicht; beobachten kann man nur Helligkeiten und Rotverschiebung.

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Folge 56 zunehmende Expansion 07 11. 2020 11:20 #78894

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Es stimmt, ich habe mich in der Rotverschiebung geirrt. Nicht die Rotverschiebung ist bei weit entfernten Galaxien überproportional, sondern die Entfernung im Verhältnis zur Rotverschiebung ist überproportional.
Ebenso kann man die Inflation, die 380000 Jahre nach dem Urknall endete, nicht beobachten. Aber immerhin sehen wir Galaxien um die 490 Mio Jahre nach dem Urknall.

Trotzdem bleibt die Tatsache, dass wir, wenn wir in den Himmel schauen, in die Vergangenheit sehen. Ja, die Expansion hat sich vor 5,4 Mrd Jahren etwas geändert. Wenn man sich auf die Rotverschiebung bezieht, kann ich aber eine beschleunigte Expansion weit entfernter Galaxien nur vor diesem Zeitpunkt erkennen, nicht nachher.

Man muss meiner Meinung nach deutlicher zwischen der Expansionsgeschwindigkeit und der Raumexpansion unterscheiden. Wir messen mit der Rotverschiebung die Geschwindigkeit und mit der Helligkeit die Entfernung. Dabei sehen wir bei weit entfernten Galaxien in die Unendlichkeit des Universums, obwohl wir wissen, dass zum Urknall hin das Universum unendlich klein war. Der Raum verhält sich in die Vergangenheit gesehen offenbar umgekehrt proportional zur Expansionsgeschwindigkeit. Der offene Himmel und der Ursprungspunkt des Universums sollen identisch sein ? Man kann diesen Widerspruch m.E. nur auflösen, wenn man den Zusammenhang zwischen Helligkeit und Entfernung hinterfragt.

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Folge 56 zunehmende Expansion 07 11. 2020 15:07 #78897

Dick schrieb: Der offene Himmel und der Ursprungspunkt des Universums sollen identisch sein ? Man kann diesen Widerspruch m.E. nur auflösen, wenn man den Zusammenhang zwischen Helligkeit und Entfernung hinterfragt.

Es gibt keinen Widerspruch , man muss bei dem begriff Universum nur festlegen was man damit meint . Universum steht für alles was es gibt , es gibt aber sehr viel mehr als wir sehen . Wir können die Expansion bis zu einem Zeitpunkt zurückrechnen an dem alles das wir sehen können an einem Punkt vereint war , aber diese Punktsingularität ist nur das Produkt eine Mathematischen Funktion .

Das Universum kann an dem Punkt den wir Urknall nennen schon 10 Mrd. LJ oder 200.000Mrd. LJ oder unbegrenzt Groß gewesen sein können . Wir können eben nur mit dem was wir sehen und damit messen können rechnen .

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Folge 56 zunehmende Expansion 07 11. 2020 15:28 #78898

Dick schrieb: Man muss meiner Meinung nach deutlicher zwischen der Expansionsgeschwindigkeit und der Raumexpansion unterscheiden.

Deshalb ist es besser von einer Expansionsrate zu sprechen statt wie oft gehört "-Geschwindigkeit".
Die Hubble-Konstante bzw.der Hubbleparameter ist genau das, eine Expansionsrate mit der Einheit 1/Zeit.

Dick schrieb: Wir messen mit der Rotverschiebung die Geschwindigkeit und mit der Helligkeit die Entfernung.

Vorsicht... Wir messen mit der Rotverschiebung einen Expansionsfaktor; um wieviel hat sich Licht (als Welle) seit seiner Emission bis zu uns gedehnt. z=1,6 heist: Das Universum zwischen Sender dort und damals und Empfänger hier und heute hat sich um den Faktor z+1 = 2,6 vergrößert. Das ist keine definierte Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten wie beim Dopplereffekt.

Josef hat es anhand der Leuchkraftkurve von SN1a erklärt; Die Verlängerung der beobachteten Dauer des Ereignisses und die Rotverschiebung sind zwei Ausprägungen ein und desselben Effekts -- der Ausdehnung des Raumes.

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Folge 56 zunehmende Expansion 07 11. 2020 17:10 #78904

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Merilix schrieb: Vorsicht... Wir messen mit der Rotverschiebung einen Expansionsfaktor; um wieviel hat sich Licht (als Welle) seit seiner Emission bis zu uns gedehnt. : ... Die Verlängerung der beobachteten Dauer des Ereignisses und die Rotverschiebung sind zwei Ausprägungen ein und desselben Effekts -- der Ausdehnung des Raumes.

Ok, die Rotverschiebung gibt die relative Entfernungsänderung, den Expansionsfaktor, an und die Leuchtkraft (von Standardkerzen) die absolute Entfernung.
Das ändert aber nichts an dem Widerspruch, dass der Expansionsfaktor auf ein ehemals kleineres Universum hindeutet, während die überproportional geringere Leuchtkraft entfernter Galaxien auf ein ehemals (relativ) größeres Universum verweist. Bei einer Reise in die Vergangenheit würde sich das Universum öffnen, während es zum Urknall hin doch zumachen sollte.

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Folge 56 zunehmende Expansion 07 11. 2020 17:24 #78905

Dick schrieb: Dabei sehen wir bei weit entfernten Galaxien in die Unendlichkeit des Universums, obwohl wir wissen, dass zum Urknall hin das Universum unendlich klein war.


Der offene Himmel und der Ursprungspunkt des Universums sollen identisch sein ? Man kann diesen Widerspruch m.E. nur auflösen, wenn man den Zusammenhang zwischen Helligkeit und Entfernung hinterfragt.




Ganz so ist es wohl nicht, zumindest meinem Verständnis nach:


(Erstens) können wir gar nicht bis zum Urknall zurück sehen, weil das Universum erst nach ca 380000 Jahre durchsichtig wurde. Aus der Zeit sehen wir noch die kosmische Hintergrundstrahlung, die noch ein Überbleibsel des Urknall ist und scheinbar hinter allen Galaxien und aus allen Richtungen kommt. Das hört sich ja eigentlich schon wieder nach einem Widerspruch an, aber daraus schlussfolgern die die Forscher, dass


(Zweitens) alle Punkte des Universum Teil des Urknall waren. Ich gebe zu, dass das trichterförmige Modell das nicht wieder gibt. Leider habe ich jetzt noch kein anschauliches gefunden und bekomme dabei auch einen Hirnknoten.

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Folge 56 zunehmende Expansion 08 11. 2020 00:03 #78922

Dick schrieb: Ebenso kann man die Inflation, die 380000 Jahre nach dem Urknall endete, nicht beobachten.

Wie kommst Du denn auf diese seltsame Idee, die Inflation endete nach dem Modell im Alter des Universums von
τinf < 1e-32 s
spätestens aber bei
τinf < 1e-30 s

Du verwechselst die Inflation offensichtlich mit der Rekombination (p + e = H) als die Elektronen von den Protonen eingefangen werden konnten.

Dick schrieb: Der Raum verhält sich in die Vergangenheit gesehen offenbar umgekehrt proportional zur Expansionsgeschwindigkeit.

Was soll das denn sein? Was sollte denn nach Deiner Ansicht expandieren, wenn es nicht der Raum ist?

Dick schrieb: Das ändert aber nichts an dem Widerspruch, dass der Expansionsfaktor auf ein ehemals kleineres Universum hindeutet, während die überproportional geringere Leuchtkraft entfernter Galaxien auf ein ehemals (relativ) größeres Universum verweist.
.

Wieso das Universum größer gewesen sein soll verstehe ich zwar nicht.
Ich denke, jetzt verstehe ich, worauf Du hinaus willst. Es ist richtig, dass bei noch älteren Objekten die sichtbare Objektgröße wieder zunimmt, allein durch die Geometrie des Raumes. Das ist aber nicht das, was hierbei beobachtet wurde, was ich in meinem ersten Post beschrieben habe. Hier ging es nur um Rotverschiebungen von weniger bis knapp z ≈ 1. In diesen Dimensionen kommt der Effekt noch nicht zum Tragen.

Ich hatte doch ausdrücklich den Punkt der Schubumkehr bei zw = 0,636 erwähnt, und Du willst das jetzt mit zrec = 1089,92 zum Zeitpunkt der Rekombination vergleichen? Sehr verwegen.....

wiki:
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.

Dies gilt aber ohnehin nicht für die Leuchtkraftentfernung, denn hierbei wird ja nicht die Helligkeit je Pixel sondern die Gesamthelligkeit der SN betrachtet, ganz egal, wie groß (Fläche) sie erscheint.

wiki:
Die Leuchtkraftentfernung strebt hingegen gegen unendlich, das heißt, die scheinbare Helligkeit eines Objektes nimmt mit zunehmender Rotverschiebung sehr stark ab. In der Tat sinkt die Flächenhelligkeit mit L ~ (1+z)-4 = a⁴

Außerdem sind diese Zusammenhänge bekannt und werden bei der Auswertung natürlich berücksichtigt.
de.wikipedia.org/wiki/Entfernungsma%C3%9F#Anwendungsbeispiele

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Folge 56 zunehmende Expansion 08 11. 2020 10:56 #78933

Dick schrieb: Ok, die Rotverschiebung gibt die relative Entfernungsänderung, den Expansionsfaktor, an und die Leuchtkraft (von Standardkerzen) die absolute Entfernung.
Das ändert aber nichts an dem Widerspruch, dass der Expansionsfaktor auf ein ehemals kleineres Universum hindeutet, während die überproportional geringere Leuchtkraft entfernter Galaxien auf ein ehemals (relativ) größeres Universum verweist.

Das ist kein Widerspruch. Die Expansion an sich steckt ja schon im Modell drin.
Unter Annahme einer konstanten Expansionsrate ergäbe sich ein streng linearer Verlauf im (logarithmischen) Hubble-Diagramm.
Eine Abweichung davon verrät etwas über die Dynamik, die Veränderung der Expansion über die Zeit.
Es werden ja immer Galaxien unterschiedlicher Entfernung miteinander verglichen.
Ist die Rotverschiebung entfernterer Galaxien geringer als im Vergleich mit Näheren zu erwarten dann muss die Expansionsrate in der Neuzeit zugelegt haben

Dick schrieb: Bei einer Reise in die Vergangenheit würde sich das Universum öffnen, während es zum Urknall hin doch zumachen sollte.

wie kommst du darauf?
Die Hintergrundstrahlung kommt aus einer Region die zum Zeitpunkt ihrer Emission nur 42Mio Lichtjahre entfernt war. Alles was wir heute sehen war damals näher. Das schaut nicht nach "Öffnung" aus.

PS:
ca. 380000 Jahre nach dem Urknall endete die strahlungsdominierte Ära mit der Bildung von neutralen Atomen. Nicht zu verwechseln mit der Inflation.

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Folge 56 zunehmende Expansion 08 11. 2020 17:42 #78961

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Merilix schrieb: ca. 380000 Jahre nach dem Urknall endete die strahlungsdominierte Ära mit der Bildung von neutralen Atomen. Nicht zu verwechseln mit der Inflation

ra-raisch schrieb: Wie kommst Du denn auf diese seltsame Idee, die Inflation endete nach dem Modell im Alter des Universums von τinf < 1e-32 s spätestens aber bei τinf < 1e-30 s

ok, ihr habt recht. Ich habe mich durch die ungenaue Darstellung der Glockenkurve im Buch "Urknall, Weltall und das Leben" 3. Auflage S. 109 Abb. 3.1 täuschen lassen. Genauer ist die Kurve auf S. 98 Abb. 2.24 'der chronische Verlauf vom Urknall zur Rekombination'.
ra-raisch schrieb: Daraus wurde schließlich die Schubumkehr der Expansion vor 5,4 Mrd Jahren (τw=7,7 Mrd Jahre) bei zw=0,636 bzw aw=1/(zw+1)=0,611 berechnet

Merilix schrieb: Ist die Rotverschiebung entfernterer Galaxien geringer als im Vergleich mit Näheren zu erwarten dann muss die Expansionsrate in der Neuzeit zugelegt haben

Auch ok, so gesehen verstehe ich es auch.

Trotzdem bleibt mir - unabhängig von beschleunigter Expansion oder nicht - ein Verständnisproblem.

Merilix schrieb:

Dick schrieb: wie kommst du darauf?
Die Hintergrundstrahlung kommt aus einer Region die zum Zeitpunkt ihrer Emission nur 42Mio Lichtjahre entfernt war. Alles was wir heute sehen war damals näher. Das schaut nicht nach "Öffnung" aus.

Wenn ich in den Weltraum schaue, wird der Raum je weiter ich schaue um so größer ( das Kugelvolumen wächst mit dem Radius). Wenn ich andererseits nur daran denke, dass ich auf der Zeitskala in die Vergangenheit schaue, müßte der Raum / das Universum in Richtung Urknall immer kleiner werden. Da ich beides gleichzeitig mache, stoße ich auf einen Widerspruch.

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Folge 56 zunehmende Expansion 08 11. 2020 18:18 #78966

Dick schrieb: ( das Kugelvolumen wächst mit dem Radius)

Wenn wir "Pech" haben, dann sieht das nur so aus und wir sehen das Gleiche mehrfach.

Man geht aber davon aus, dass das Universum um ein Vielfaches größer ist als das, was wir sehen können. (auf Grund der geringen Krümmung mindestens das Sechsfache)

Die Teile des Universums, die wir in der CMBR sehen, können wir nie in ihrer späteren Gestalt sehen, weil sie in Zukunft aus dem Gesichtsfeld entschwinden werden. Zunächst wird das Gesichtsfeld (Horizont) zwar noch ein kleines bisschen größer werden, wir können also diese Regionen noch eine zeitlang beobachten, aber keine Milliarden Jahre lang mehr. Der Ursprung der CMBR befindet sich fast am Rand des Gesichtsfeldes. Demnach wird die CMBR eines Tages verebben und unsichtbar werden.
T → 0, f → 0, E=f·h → 0

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Folge 56 zunehmende Expansion 08 11. 2020 18:30 #78968

Dick schrieb: Wenn ich in den Weltraum schaue, wird der Raum je weiter ich schaue um so größer ( das Kugelvolumen wächst mit dem Radius).

Ach darauf läufts hinaus...
Das Kugelvolumen wächst mit dem Radius der Lichtentfernung? Woher weist du das? Alles was du siehst ist eine Projektion dessen was uns heute an Licht erreicht auf die 2D-Kugeloberfläche die wir Himmel nennen können.

Aus gutem Grund werden die Größen von Objekten nicht in Lichtjahren sondern in Winkelgrad angegeben. Die Winkeldurchmesserentfernung (DA für Angular Diameter Distance) ist eine wichtige Größe in der Kosmologie.

Beispiel aus unserer unmittelbaren Umgebung:
Sowohl der Mond als auch die Sonne haben beide eine Größe von etwa 0,5°. Aus den bekannten Entfernungen lässt sich die wahre Größe berechnen... und umgedreht.
Die Objekte erscheinen uns so groß wie es der Entfernung zum Zeitpunkt der Emission des Lichts und iher tatsächlichen Größe entspricht. Das gilt, weil die Abbildung am Himmel winkeltreu ist, auch für sehr weit entfernte Galaxien oder die "Flecken" in der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Die Galaxie GNz11, die afaik weiteste Galaxie ca. 13,3 Mrd Jahre Lichtentfernung aus einer Zeit 414 Mio Jahre nach dem Urknall erscheint uns so groß als wäre sie nur DA=2.66 Mrd. Lichtjahre entfernt. Tatsächlich war das damals in etwa die Entfernung zu unserer Position.

Falls die Entfernung etwas "weit" anmutet weil ich oben von 42 Mio Lichtjahren für die Hintergrundstrahlung sprach: Die Expansion ging am Ende der strahlungsdominierten Ära stark zurück. Das ist der "Knick" in der Glocke den du irrtümlich für das Ende der Inflation gehalten hast. Die Region der Hintergrundstrahlung entfernte sich damals noch mit ca. 35c; Das Licht von dort konnte uns aber gerade so wieder einholen und brauchte dafür 13,8 Mrd Jahre...

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 10:42 #79012

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Merilix schrieb: Alles was du siehst ist eine Projektion dessen was uns heute an Licht erreicht auf die 2D-Kugeloberfläche die wir Himmel nennen können.

Ok, die Galaxien waren damals also nicht so weit entfernt, aber das Licht brauchte sehr lange bis es uns erreichte, weil es die Raumexpansion wie einen Gegenwind überwinden mußte. Das klingt plausibel. Demnach schauen wir auch heute noch nicht in die Unendlichkeit, sondern erfassen nur den 'Nahfeldbereich'.

Mich stören dennoch drei Punkte an diesem Bild.

1. Expandieren tut der Raum zwischen den Galaxien. Damals gab es wenig Raum. Deshalb muss die Expansionsrate kleiner gewesen sein als heute und sie muss sich exponentiell entwickelt haben. Tatsächlich aber war sie die letzten 5 Mrd Jahre konstant.

2. Es gab in den Entwicklungsphasen des Universums verschiedene Expansionsraten. Demnach kann man aus der Hubble-Konstante nicht auf das Alter des Universums schließen.

3. Diese Geschichte sagt mehr über unseren Erkenntnishorizont aus, der demnach anscheinend konstant bei 13,8 Mrd Jahren liegt, sich also nicht ausweitet, als über das Universum selbst. Von Letzterem wissen wir nur, dass uns der Raum ständig entgleitet, ohne dass wir wissen, woher er denn eigentlich kommt.

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 12:37 #79014

Man kann anhand der Daten die Expansionsraten zu verschiedenen Zeitpunkten ermitteln und damit zurückrechnen.

Der Hubble Parameter bestimmt die Fluchtgeschwindigkeit einer entfernten Galaxie nur zusammen mit ihrer Entfernung. Dies bedeutet, dass ein zeitlich konstanter Hubble Parameter dazu führt, dass die Fluchtgeschwindigkeit einer entfernten Galaxie exponentiell zunimmt.

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 18:13 #79035

Dick schrieb: 1. Expandieren tut der Raum zwischen den Galaxien. Damals gab es wenig Raum. Deshalb muss die Expansionsrate kleiner gewesen sein als heute und sie muss sich exponentiell entwickelt haben. Tatsächlich aber war sie die letzten 5 Mrd Jahre konstant.

Hier verwechselst Du die exponentielle Expansion (Zinseszinseffekt) mit der absoluten Expansion (fast konstant).

Die absolute Expansion ergibt sich aus dem Hubbleparameter, der seit dem Urknall (mit Ausnahme der Inflation) sinkt. Er wird einen endgültigen Wert
H = ²(Λ / 3)c = 1,8054e-18 1/s
annehmen, wenn das Universum so weit expandiert ist, dass es bis auf die Vakuumenergie frei von Energie ist.

Die exponentielle Expansion ergibt sich aus H·a, also zwischen zwei mitbewegten Punkten, unter Berücksichtigung, dass diese umso schneller expandieren je weiter sie absolut voneinander entfernt sind.

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 19:43 #79041

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c * z = H * d
Mit dem Abstand d nimmt die 'Fluchtgeschwindigkeit' / Expansionsrate zu. Das ist mir schon klar.
Das gilt für den leeren, expandierenden Raum, aber damals war der Raum nicht so leer wie heute. Durch die höhere Massendichte, meine ich, müsste die Expansion abgeschwächt gewesen sein.

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 19:56 #79045

Zu Frage 2 noch folgendes:

Dick schrieb: Es gab in den Entwicklungsphasen des Universums verschiedene Expansionsraten. Demnach kann man aus der Hubble-Konstante nicht auf das Alter des Universums schließen.

Teilweise richtig. Deshalb ist 1/H0 = 14.41 Mrd. Jahre als Weltalter auch falsch.
Man muss über die Entwicklung des Hubbleparameters mit der Zeit integrieren um auf die 13.8 Mrd Jahre zu kommen.

Andererseits ist die relativ geringe Abweichung ein gutes Indiz dafür das die Hubblekonstante 1) sich über lange Zeit nur relativ wenig geändert hat.

(1) Anmerkung: Ich schreibe hier Hubblekonstante weil meines Wissens der üblicherweise verwendete Hubbleparameter noch mit dem Skalenfaktor a skaliert ist. Hoffe es ist trotzdem klar was gemeint ist)


Dick schrieb: Durch die höhere Massendichte, meine ich, müsste die Expansion abgeschwächt gewesen sein.

Das ist eine mögliche und diskutierte Erklärung für die beschleunigte Expansion -- sie war früher durch die größere Massendichte stärker gebremst.

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Folge 56 zunehmende Expansion 09 11. 2020 20:05 #79046

Dick schrieb: c * z = H * d
Mit dem Abstand d nimmt die 'Fluchtgeschwindigkeit' / Expansionsrate zu. Das ist mir schon klar.
Das gilt für den leeren, expandierenden Raum, aber damals war der Raum nicht so leer wie heute. Durch die höhere Massendichte, meine ich, müsste die Expansion abgeschwächt gewesen sein.

Die Überlegung verstehe ich, aber das Gegenteil ist der Fall. Wäre es so wie Du meinst, hätte das Universum längst im Big Crunch geendet..

Die derzeitige Expansion ist noch ein Rest des Schwungs des Urknalls. Die Expansion wurde seither durch die Gravitation abgeschwächt.

Dies hat sich auch durch die Schubumkehr vor 5,4 Mrd Jahren nicht geändert.
Seither verlangsamt sich lediglich diese Abschwächung, während diese Bremsung der Expansion vorher (zwar immer langsamer) aber doch stärker wurde. (jedes dieser Wörter ist eine weitere Ableitung nach der Zeit, also nicht verwirren lassen).

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Folge 56 zunehmende Expansion 10 11. 2020 11:22 #79068

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ra-raisch schrieb: Die Expansion wurde seither durch die Gravitation abgeschwächt.

Was wird da eigentlich abgeschwächt ? Der Materieimpuls vom Urknall kann es nicht sein, denn das würde dem Bild vom aufgehenden Kuchen widersprechen. Also expandiert der Raum. Den Zusammenhang zwischen Materie und Raum liefert Einstein. Die Frage ist nur, entsteht dort neuer Raum oder wird der vorhandene Raum gedehnt ?

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Folge 56 zunehmende Expansion 10 11. 2020 13:28 #79073

Dick schrieb: Was wird da eigentlich abgeschwächt ? Der Materieimpuls vom Urknall kann es nicht sein, denn das würde dem Bild vom aufgehenden Kuchen widersprechen.

Nein es widerspricht nicht. Es ist nicht der Kuchen, der treibt sondern es ist der Schwung des Urknall. In heutiger Zeit kannst Du dies an der Materie (Galaxienhaufen) festmachen. Es ist kein Luftdruck im Inneren des Ballonmodells sondern die Objekte auf der Ballonhülle haben diesen Schwung. Wodurch dieser beim Urknall entstanden ist, ebenso wie bei der Inflation, ist unbekannt. Für die Inflation wird ein Inflatonfeld angenommen.

Dick schrieb: Die Frage ist nur, entsteht dort neuer Raum oder wird der vorhandene Raum gedehnt ?

Das ist das gleiche, denn "Raum" ist nur der Zwischenraum und das Vakuum (DE) entsteht von selbst.

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 13:01 #79126

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ra-raisch schrieb: Es ist kein Luftdruck im Inneren des Ballonmodells sondern die Objekte auf der Ballonhülle haben diesen Schwung.

Das Modell funktioniert auf der Oberfläche ganz gut, aber nicht in radialer Richtung. Ein Anfangsimpuls hat eine Richtung, die wir im Universum aber nicht feststellen können.
ra-raisch schrieb: Das ist das gleiche, denn "Raum" ist nur der Zwischenraum und das Vakuum (DE) entsteht von selbst.

Sind Raum und Vakuum gleich ?

Merilix schrieb: Die Galaxie GNz11, die afaik weiteste Galaxie ca. 13,3 Mrd Jahre Lichtentfernung aus einer Zeit 414 Mio Jahre nach dem Urknall erscheint uns so groß als wäre sie nur DA=2.66 Mrd. Lichtjahre entfernt. Tatsächlich war das damals in etwa die Entfernung zu unserer Position.

Warum erreicht uns das Licht dieser Galaxie erst heute ? Die relative Geschwindigkeit war doch wegen des geringen Abstands nach Hubbel nur ca 20 % der Lichtgeschwindigkeit (wenn ich mich nicht irre).

Merilix schrieb: Teilweise richtig. Deshalb ist 1/H0 = 14.41 Mrd. Jahre als Weltalter auch falsch.
Man muss über die Entwicklung des Hubbleparameters mit der Zeit integrieren um auf die 13.8 Mrd Jahre zu kommen.

Ist es Zufall, dass unser Erkenntnishorizont gerade so groß, dass er dem Alter des Universums entspricht ?

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 13:46 #79127

ra-raisch schrieb:

Dick schrieb: Die Frage ist nur, entsteht dort neuer Raum oder wird der vorhandene Raum gedehnt ?

Das ist das gleiche, denn "Raum" ist nur der Zwischenraum und das Vakuum (DE) entsteht von selbst.


Nein, ist es nicht. Wenn du Raum als Zwischenraum und Vakuum als selbst entstehend definierst, dann hast du dich bereits auf "neuer Raum" festgelegt. (Was auch die sinnvollere Alternative ist.)

Falls der Raum "gedehnt" würde, dann müsste man ihm Eigenschaften zusprechen, die über einen reinen Zwischenraum hinausgehen. Eine Dehnung ist bspw. mit einem Elastizitätsmodul verbunden. Außerdem könnte man dann auch argumentieren, dass das im Raum enthaltene Vakuum - das effektiv ja nur eine spezielle Feldkonfiguration ist, nämlich die mit der kleinstmöglichen Energie - sich dann ausdünnen müsste.

Dick schrieb:

ra-raisch schrieb: Es ist kein Luftdruck im Inneren des Ballonmodells sondern die Objekte auf der Ballonhülle haben diesen Schwung.

Das Modell funktioniert auf der Oberfläche ganz gut, aber nicht in radialer Richtung. Ein Anfangsimpuls hat eine Richtung, die wir im Universum aber nicht feststellen können.


Die Oberfläche des Ballons ist in diesem Bild der gesamte Raum, dann halt nur zweidimensional. Um im Bild zu bleiben und dabei einen dreidimensionalen Raum mit allen bekannten Richtungen zu erhalten, muss die Oberfläche dann als Sphäre (S³) einer Hyperkugel (oder eines Hypertorus) betrachtet werden.

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 14:45 #79128

Arrakai schrieb:
Falls der Raum "gedehnt" würde, dann müsste man ihm Eigenschaften zusprechen, die über einen reinen Zwischenraum hinausgehen.

Du sagst, der Raum wird nicht gedehnt, sonst müsste man ihm Eigenschaften zusprechen. Es entsteht ein neuer Raum. OK, das ist klar.

Außerdem könnte man dann auch argumentieren, dass das im Raum enthaltene Vakuum - das effektiv ja nur eine spezielle Feldkonfiguration ist, nämlich die mit der kleinstmöglichen Energie - sich dann ausdünnen müsste.

Entfernte Galaxien beschleunigen sich relativ zu uns nicht deshalb, weil diese Galaxien von sich aus beschleunigen, sondern weil sie vom neu-entstehenden Raum angeschoben werden. Damit der neu-entstehende Raum Galaxien anschieben kann, muss er Kraft aufwenden. Wenn aber der neu entstandene Raum lediglich eine spezielle Feldkonfiguration ist, nämlich die mit der kleinstmöglichen Energie, wie kann dann dieser neue Raum Kraft auf eine Galaxie ausüben. Dieser neue Raum beinhaltet ja bereits die kleinstmögliche Energie. Würde dieser neue Raum eine Kraft anwenden, dann würde sich diese Energie ausdünnen, kann sie aber nicht, weil sie bereits die kleinstmögliche ist.

Kannst du das aufklären?

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 15:44 #79129

Dick schrieb: Sind Raum und Vakuum gleich ?

Praktisch schon...solange der Raum ansonsten leer ist.
Arrakai schrieb: Wenn du Raum als Zwischenraum und Vakuum als selbst entstehend definierst, dann hast du dich bereits auf "neuer Raum" festgelegt. (Was auch die sinnvollere Alternative ist.)

Praktisch schon, ja.
Aber man sieht es weder dem Raum noch dem Vakuum an, ob man sich durch den Raum bewegt (Abstandsvergrößerung) oder sich der Raum vergrößert (Expansion).

Dick schrieb: Das Modell funktioniert auf der Oberfläche ganz gut, aber nicht in radialer Richtung. Ein Anfangsimpuls hat eine Richtung, die wir im Universum aber nicht feststellen können.

Wie Arrakai sagte, ist der Ballon ja nur ein zweidimensionales Modell für den dreidimensionalen Raum. Der Schwung ist in diesem Fall in der vierten Dimension (keine für uns erfassbare Raumdimension) gerichtet und dehnt die 3-Sphäre (S³) des 4-Balls (B⁴) wie die Luft den Ballon aufbläht und die Oberfläche des Ballons dehnt. Beim Ballonmodell ist der Innenraum auch nicht aus der Oberfläche heraus zugänglich.
badhofer schrieb: wie kann dann dieser neue Raum Kraft auf eine Galaxie ausüben.

Wir hatten das doch schon öfter im Forum:
Das Vakuum beinhaltet Vakuumenergie, die einen negativen (anziehenden) Druck ausübt. Dies ebntspricht wiederum einer negativen Energie, die dreifach so stark gravitativ abstoßend wirkt wie die Energie gravitativ anziehend wirkt. Per Saldo wirkt da Vakuum daher gravitativ abstoßend. So ist zumindest die gängige Theorie ΛCDM.

Allerdings erklärt diese Kraft nicht die Expansion sondern diese wird seit dem Urknall bzw seit der Inflation und immer noch durch die Gravitation der sonstigen im Universum vorhandenen Masse und Energie gravitativ gebremst.

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 15:47 #79130

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Arrakai schrieb: Falls der Raum "gedehnt" würde, dann müsste man ihm Eigenschaften zusprechen, die über einen reinen Zwischenraum hinausgehen. Eine Dehnung ist bspw. mit einem Elastizitätsmodul verbunden. Außerdem könnte man dann auch argumentieren, dass das im Raum enthaltene Vakuum - das effektiv ja nur eine spezielle Feldkonfiguration ist, nämlich die mit der kleinstmöglichen Energie - sich dann ausdünnen müsste.

Einen Elastititätsmodul braucht man nicht, sondern einen gravitationsabhängigen Radius. Dieser könnte z.B. der Beziehung \( \dot r = H * r \) folgen. Das ist Hubbel, also nichts Neues.
'Ausdünnen' des Raumes trifft es besser als 'Dehnen', weil damit der nahtlose Übergang zum Vakuum beschrieben ist.
Arrakai schrieb: Die Oberfläche des Ballons ist in diesem Bild der gesamte Raum, dann halt nur zweidimensional. .

Das Bild trifft genauso auf das Dehnungsmodell zu.
badhofer schrieb: wie kann dann dieser neue Raum Kraft auf eine Galaxie ausüben.

Das tut er nicht. Die Galaxien werden nicht beschleunigt.
Man muss m.E. besser zwischen Raum und Vakuum unterscheiden. Raum ist gravitationsabhängig, Vakuum nicht. Wie soll demnach aus Vakuum Raum entstehen ?

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Folge 56 zunehmende Expansion 11 11. 2020 15:52 #79131

Dick schrieb:

badhofer schrieb: wie kann dann dieser neue Raum Kraft auf eine Galaxie ausüben.

Das tut er nicht. Die Galaxien werden nicht beschleunigt.
Man muss m.E. besser zwischen Raum und Vakuum unterscheiden. Raum ist gravitationsabhängig, Vakuum nicht. Wie soll demnach aus Vakuum Raum entstehen ?

Ich würde da schon auch gerne zwischen Raum und Vakuum unterscheiden, aber es läuft immer wieder darauf hinaus, dass es praktisch dasselbe ist.

Allerdings beruhen die Friedmanngleichungen allein auf der gravitativen Wirkung auf die Materie etc im Raum des Universums. Allein die gleichmäßige Wirkung im gesamten Universum rechtfertigt am Ende, von der Expansion des Raumes zu sprechen.

Wie gesagt ist es im Ballonmodell eine reale Expansion des Raumes, der dort immer endlich ist. Doch ist das Ballonmodell nicht Teil des Standardmodells sondern nur ein theoretischer Zusatz.

Bei einem unendlichen Universum ist es hingegen dasselbe, ob nur Inhalt des Universums räumlich expandiert oder der Raum. Speziell das Verhalten des Lichtes wird am einfachsten durch eine Expansion des Raumes dargestellt.

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