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THEMA: Expandierende Raumzeit

Expandierende Raumzeit 29 Apr 2016 10:59 #5812

Thomas schrieb: Man kann zeigen, dass das Universum die ersten 8 Mrd Jahre gebremst expandierte und seit knapp 6 Mrd. Jahre beschleunigt expandiert.
Und das wiederum stimmt überraschend gut mit den Supernova 1A Beobachtungen überein.
Grüße
Thomas


Dennoch bleibt die spannende Frage: WARUM erfolgte nach den ersten 8 Milliarden Jahren die beschleunigte Ausdehnung?

Was hat sich da verändert an den Grundbedingungen?

Hat sich überhaupt etwas verändert? Und wenn nein, warum dann diese Beschleunigung?

Haben wir es hier mit einer dem Raum eigenen Eigenschaft zu tun? Gibt es gar keine "Dunkle Energie"?

Gibt es doch ein "Außen", in das sich der Raum ausdehnt? Hat dieses "Außen" nachdem es 8 Miliarden Jahre der Ausdehnungstendenz unseres Universums standgehalten hatte, dann plötzlich nachgegeben, so dass unser Universum sozusagen den nun freien "Außenraum" bestrebt ist, auszufüllen?

Ach, ich sehe gerade, ich schreibe Quatsch, alles haltlose Spekulationen. Aber so lange wir nichts definitives Wissen, müssen wir halt spekulieren und verwerfen. Vielleicht ist ja doch irgendwann die richtige Idee dabei.


Grüße
Udo

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Expandierende Raumzeit 29 Apr 2016 21:49 #5836

Hallo Thomas,
erst mal vielen Dank für deine Ausführungen. Siehst du es jetzt also auch so, dass innerhalb einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens die Raumzeit zwar auch der allgemeinen Expansion unterworfen ist (Triebkraft DE), aber eben durch die gravitativen Wirkungen von DM, Materie und Energie in retardierter Form in Vergleich zu den Voids?
Es wäre schon mal interessant zu wissen, wieweit dann unsere Galaxis mit ihren 100000 Lj an Längsausdehnung von der Hubblekonstante mit ihren ca. 70km pro MParc und Sek. bei ihrer Ausdehnung von diesem Wert nach unten abweicht. Aus einigen Beiträgen weiter oben könnte man ja schließen, dass es innerhalb der Galaxis keine Raumexpansion gäbe oder die Raumzeit sogar schrumpfen würde. Mein Verständnis bisher war immer, dass es auch innerhalb der Galaxis - wenn auch verzögert im Vergleich zu Leerräumen oder Voids - eine Expansion der Raumzeit gibt. Schaut man natürlich punktuell auf ein so massereiches Gebilde wie die Sonne, dann dürfte dort die Verzögerung schon beträchlich sein. Aber selbst dort müsste es noch eine Expansion geben, sonst könnte eines fernen Tages ein möglicher Big Rip nicht die Raumzeit zerreißen, wenn dort noch massereiche Objekte vorhanden sind. Und wie steht es mit den schwarzen Löchern? Sie müssen wohl wirklich erst gemäß der Hawkings-Strahlung verdampft sein, bevor ein möglicher Big Rip die gesamte Raumzeit zerreißen könnte. Oder würde er auch ein schwarzes Loch, sprich die Raumzeit dort zerfetzen?
Noch eine Anmerkung zur Flachheit des Alls, auf die du auch eingegangen bist. Da ist mein Stand, dass wir uns über die Flachheit nicht zu wundern brauchen, da sie eine Folge der Inflation gleich nach dem Urknall ist. Egal, welche Krümmung das All auf großer kosmischer Skala immer hatte, die Inflation hat gleichsam alles flach gebügelt.
Vielleicht hast du noch Antworten auf die von mir aufgeworfenen Fragen. Ich für meinen Teil merke, dass ich an Grenzen stoße. Je mehr ich versuche mir da Klarheit zu verschaffen, um so mehr neue Fragen tauchen auf. Da wirkt es sich halt auch als Nachteil aus, dass ich als Laie mich immer nur populärwissenschaftlich mit der Thematik befasst habe und es auch weiter so machen werde, ohne die komplizierte Mathematik zu bemühen, da dahinter steckt. Deshalb kann ich auch mit diesen Friedmann-Gleichungen nicht wirklich etwas anfangen, kenne sie nur dem Namen nach.
Grüße Josef

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Expandierende Raumzeit 29 Apr 2016 23:23 #5841

Hallo Josef,
Deine Frage zielt darauf, wie macht es denn die Materie und die Dunkle Materie, die Expansion, sprich, die Expansionsenergie (DE) punktuell zu beeinflussen. Darauf habe ich auch keine Antwort, da ich nicht weiß, wie denn die DE und die raumzeitkrümmenden Eigenschaften der M und der DM miteinander wechselwirken.
Deshalb kann man berechtigt die Frage stellen, wie verhält sich die Hubblekonstante innerhalb von Galaxienhaufen oder eben auf weit größeren Skalen? Gibt es dazu überhaupt beobachtbare Hinweise. Keine Ahnung!
Man müsste die Spektren der Galaxien eines Galaxienhaufens genau analysieren und schauen, ob sie eine gravitative Rot- und Blauverschiebung zeigen. Das würde wiederum Hinweise liefern, ob hier die Hubblekonstante dieser Abhängigkeit folgt.
Das würde dann einen Zusammenhang liefern zwischen der allgemeinen Expansion und der Beeinflussung durch lokale Massenansammlungen.
Ich kenne dazu keine Publikation und habe auch keine Hinweise, ob das schon mal jemand versucht hat, weder theoretisch noch experimentell.
Hat dazu jemand mehr Wissen? Frage an Alle.
Grüße
Thomas
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Expandierende Raumzeit 03 Mai 2016 12:16 #5919

Wenn ich so die vielen qualifizierten Beiträge zu diesem Thema lese, scheint mit immer mehr, dass den ganzen Denkmodellen zu Gravitation, Raumkrümmung, Ausdehnung der Raumzeit, DM und DE etc. irgendwie ein Bindeglied fehlt. Die beobachteten Phänomene müssen in einem Zusammenhang stehen, den wir noch nicht verstehen. Aber es ist ja auch ein hoher Anspruch zu versuchen, mit unserem kleinen Geist das große Universum zu verstehen.
Vielleicht könnte uns eine Weiterentwicklung der allg. Relativitätstheorie weiterbringen - aber ob wir das noch erleben...?

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Expandierende Raumzeit 09 Mai 2016 12:07 #6047

Ich habe gerade das Buch von Lesch und Gaßner zu Ende gelesen und finde, es ist eines der besten (populär-)wissenschaftlichen Bücher, die ich kenne. Trotz der anschaulichen Darstellung kosmologischer Zusammenhänge sind bei mir allerdings nicht wenige Fragen offen geblieben und einige davon beziehen sich auf die beschleunigte Expansion der Raumzeit und die dunkle Energie. Vielleicht gibt es ja hier im Forum den Sachverstand, sie zu beantworten:

1. Die Dichte der dunklen Energie, so habe ich verstanden, sei pro Kubikmeter konstant. Wenn also neuer Raum durch die Expansion entsteht, nimmt auch die Menge an dunkler Energie im Universum zu. Sie verdünnt sich - im Gegensatz zur Materie - nicht. Das heißt: die Energie des Universums wächst beständig an. Wieso verstößt das nicht gegen den Energieerhaltungssatz?

2. Aus der Äquivalenz von Masse und Energie (E=mc²) ergibt sich, dass die dunkle Energie auch der Gravitation unterworfen sein muss. Nun habe ich gehört, die dunkle Energie sei negativ, das entspricht einer negativen Masse. Heißt das, die Triebfeder der beschleunigten Expansion ist Antigravitation?

3. Was hat eigentlich die erste beschleunigte Ausdehnungsphase des Universum - die sogenannte Inflation - ausgelöst? Dunkle Energie (als Eigenschaft des Raumes (bzw. kosmologische Konstante) kann es nicht gewesen sein, davon gab es noch viel zu wenig.
Ich habe gerade bei Wikipedia nachgeschlagen und dort steht, es habe sich in der winzigen Zeitspanne, als noch alle Kräfte in einer Kraft vereint waren (GUT-Kraft), ein skalares Feld aufgebaut mit einem negativen Druck. Da Druck = Kraft pro Fläche = Energie pro Volumen ist, müsste zu dieser kurzen Zeit nach dem Urknall eine unvorstellbare Menge negativer Energie entstanden sein. Wo ist die hin (s. Energie-Erhaltungssatz)?

Ich weiß, dass man darüber nur spekulieren kann. Trotzdem wundert es mich, denn ich sehe in beiden Phasen der beschleunigten Ausdehnung Widersprüche zu den Gesetzen der Physik. Diese müssen aufgelöst worden sein, denn sonst wäre die Theorie schnell in sich zusammengebrochen, aber ich habe weder im Buch noch in den Videos Antworten dazu gefunden. Vielleicht weiß die einer von Ihnen?

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Expandierende Raumzeit 09 Mai 2016 18:12 #6051

Hallo Rolander,

also ich bin selber nur interessierter Laie. Mein Stand zu deinen Fragen ist folgender:

1) Da man ohnehin fast nichts über DE weiß, dürfte auch die Frage nach der Energieerhaltung nicht zu beantworten sein. In der Stringtheorie gibt es die hochspekulative Annahme, dass unsere "Brane" Energie aus einer anderen Brane (ein anderes Universum) bezieht. Wie gesagt, hochspekulativ wie die ganze Stringtheorie.

2) Das fasse ich auch in etwa so auf. Zumindest muss man der DE antigravitive Wirkung unterstellen. Da ihre Dichte pro Raumvolumen gleich bleibt, aber bei zunehmender Expansion die übrige normale Energie und Materie, wohl auch die dunkle, immer mehr ausgedünnt wird, könnte das die Erklärung für die beschleunigte Expansion sein.

3) Als die Urkraft zerfiel und sich erst die Gravitationskraft und dann die starke Kernkraft abspalteten, wurde eine ungeheure Energie freigesetzt. Es entstand, so habe ich mal in einem Sonderheft über den Urknall von GEO gelesen, das sogenannte Inflatonfeld. Die Schwerkraft wirkte auf diese Inflatonen abstoßend, wodurch die Inflation getrieben wurde. Anschließend zerfielen diese Inflatonen in den uns mehr oder weniger bekannten Teilchenzoo, der sich größtenteils wieder annihilierte, wodurch nur ein winziger Bruchteil an Materie übrigblieb (Materieüberschuß gegenüber Antimaterie). Das damalige Inflatonfeld und seine Energie müsste sich heute somit in der normalen Materie, der dunklen Materie, der normalen Energie und Strahlung (vor allem Hintergrundstrahlung) wiederfinden. Ob die heute postulierte dunkle Energie zum Teil auch damals schon im Inflatonfeld vorhanden war, weiß ich nicht oder besser: Ich kenne dazu nicht den Kenntnisstand.

Dass die ganze Inflationstheorie sich nicht mit den Gesetzen der Physik in Einklang bringen lässt, sehe ich auch so. Andererseits erklärt es aber sehr elegant folgende Beobachtungen. Ich kopiere mal aus dem Wiki-Beitrag zur Inflation kurz rein:

Die Annahme einer derartigen inflationären Expansion erscheint einerseits willkürlich, andererseits löst sie elegant mehrere größere kosmologische Probleme:

Das heute sichtbare Universum enthält überall im Wesentlichen ähnliche Strukturen. Andererseits besteht es aus Gebieten, die bei einer Standard-Expansion erst sehr spät kausal miteinander in Wechselwirkung treten konnten, da sie sich unmittelbar nach dem Urknall zunächst zu schnell voneinander entfernt haben. Die Tatsache, dass man dennoch eine hochgradige Homogenität des Universums und Isotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung beobachtet, wird daher als Horizontproblem bezeichnet und ist im Rahmen einer Standard-Expansion nicht erklärbar. Bei Existenz einer inflationären Expansion dagegen hätten alle Bereiche des heute sichtbaren Universums vor dieser Inflation bereits vorübergehend in Wechselwirkung gestanden.
Der Bereich des heute sichtbaren Universums weist keine messbare Raumkrümmung auf. Im Rahmen einer Standard-Expansion wäre dazu unmittelbar nach dem Urknall eine extrem exakte Abstimmung von Materiedichte und kinetischer Energie erforderlich gewesen, für die es keine Erklärung gibt. Für den Fall einer inflationären Expansion dagegen wäre die beobachtete Flachheit des Raumes lediglich eine Folge seiner ungeheuren Ausdehnung, da das heute sichtbare Universum nur einen winzigen Ausschnitt repräsentieren würde.
Die Inflations-Hypothese erklärt darüber hinaus die Dichtefluktuationen, aus denen die Galaxien und Galaxienhaufen hervorgegangen sind, als Folge von Quantenfluktuationen des Inflatonfeldes. Die extreme Expansion vergrößerte diese Fluktuationen auf entsprechend makroskopische Größe, was eine Standard-Expansion nicht in ausreichendem Maße hätte leisten können.
Nach gewissen Theorien sollten beim Urknall auch magnetische Monopole entstanden sein, die sich jedoch bis heute einem experimentellen Nachweis entzogen haben. Während einer inflationären Expansion hätte die Teilchenzahldichte dieser Monopole jedoch dermaßen abgenommen, dass die Wahrscheinlichkeit, im Bereich des heute sichtbaren Universums einzelne zu finden, äußerst gering wäre – in Übereinstimmung mit der experimentellen Datenlage.

de.wikipedia.org/wiki/Inflation_(Kosmologie)

Grüße Josef

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Expandierende Raumzeit 09 Mai 2016 18:19 #6052

Rolander schrieb: Ich habe gerade das Buch von Lesch und Gaßner zu Ende gelesen und finde, es ist eines der besten (populär-)wissenschaftlichen Bücher, die ich kenne. Trotz der anschaulichen Darstellung kosmologischer Zusammenhänge sind bei mir allerdings nicht wenige Fragen offen geblieben und einige davon beziehen sich auf die beschleunigte Expansion der Raumzeit und die dunkle Energie.


Dass es offene Fragen gibt, liegt aber auch daran, dass unser Wissen eben immer noch sehr lückenhaft ist, man weiß eben noch gar nicht genau, was "Dunkle Energie" und "Dunkle Materie" eigentlich ist, Prof. Dr. Gaßner hatte sogar in einem seiner letzten Videobeiträge gezweifelt, ob es überhaupt so etwas wie "Dunkle Energie" gibt, eventuell wird die gar nicht benötigt, um die beschleunigte Expansion zu erklären.

Insofern kann und darf man von diesem Buch nicht mehr erwarten, als die Wissenschaft insgesamt zu liefern imstande ist, oder, um das mal mit anderen Worten auszudrücken: Auch die Autoren des Buches selber haben noch Fragen.

1. Die Dichte der dunklen Energie, so habe ich verstanden, sei pro Kubikmeter konstant. Wenn also neuer Raum durch die Expansion entsteht, nimmt auch die Menge an dunkler Energie im Universum zu. Sie verdünnt sich - im Gegensatz zur Materie - nicht. Das heißt: die Energie des Universums wächst beständig an. Wieso verstößt das nicht gegen den Energieerhaltungssatz?


Man darf diesen Begriff "Dunkle Energie" nicht wortwörtlich nehmen, das ist nur ein Arbeitsbegriff für etwas, das man noch gar nicht kennt, aller Wahrscheinlichkeit nach handelt es sich dabei eben gerade NICHT um "Energie" in dem Sinne, ebenso wenig, wie "Dunkle Materie" irgendwas mit Materie wie wir sie kennen, zu tun haben kann.

Außerdem sind das alles nur Hypothesen, Rückschlüsse aus den Beobachtungen, zwar gut begründet, aber letztlich nicht bestätigt.

Ich weiß, es ist unbefriedigend, am Ende nun doch nicht alles genau zu wissen, wie unser Universum aufgebaut ist, es sind halt noch viele Fragen offen. Die Wissenschaftler müssen eben forschen, forschen und nochmals forschen, beobachten, messen und Auswerten, eine mühselige Klein- Klein Arbeit, aber nur so kommt man voran. Und natürlich könnte mal wieder ein Einstein, Heisenberg oder Hawking nachrücken, der ne Idee hat.


Grüße
Udo

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Expandierende Raumzeit 10 Mai 2016 10:13 #6057

@ Josef: Zuerst einmal vielen Dank für deine ausführliche Antwort.

Von der Branentheorie habe ich auch gehört. Demnach haben sich zwei schwingende Branen (parallele Universen) kurzzeitig "berührt", was den Urknall ausgelöst hat. Das würde ziemlich spekulativ erklären, wie die Erstmenge an Energie entstanden ist, die dann nach der Abkühlung des frühen Universums nach Aufspaltung der GUT in 4 Kräfte zu der Materie (inklusive der dunklen) und der Hintergrundstrahlung führte. Es würde allerdings nicht erklären, wieso sich heute noch die Energie des Universums erhöht (Zunahme der dunklen Energie durch Expansion). Es sei denn, diese Verbindung zum Paralleluniversum besteht immer noch. Der Stringtheoretiker Michio Kaku spricht sogar davon, dass unser Universum ein Baby-Universum sein könnte, dass immer noch mit einer Nabelschnur mit seinem Mutteruniversum verbunden ist (Wurmloch? Weißes Loch als Gegenpart zum schwarzen?). Die Stringtheorie ist doch ziemlich verrückt, aber auch faszinierend.

Zum Inflationfeld: Auch darüber habe ich einiges gelesen und doch bleibt vieles unklar. Deine Aussage, dass die Schwerkraft abstoßend wirkt, ist ja in etwa gleichbedeutend mit der Interpretation, die ich gelesen habe, nämlich, dass das Inflationsfeld einen negativen Druck aufgebaut hätte.

P.S. Ich bin gerade auf einen interessanten Artikel gestoßen ( Urknall ), dessen wichtigste Aussagen ich hier (hoffentlich korrekt) zusammenfasse. Dieser beantwortet einen Teil meiner Fragen, auch die zur Energieerhaltung:
1. Phase des Urknalls: In einer Zeitspanne, die kleiner als die Plankzeit ist, erzeugt eine Quantenfluktuation innerhalb der räumlichen Ausdehnung einer Planklänge Energiequanten. Diese Energiemenge entspricht aber nicht der jetzigen Energiemenge des Universums, sondern ist viel kleiner. An anderer Stelle habe ich gelesen, sie könne nur einer Masse von 10 kG entsprochen haben! Diese Menge verletzt den Energieerhaltungssatz nicht, da sie durch die Unschärferelation erlaubt (E*t > h/2Pi) ist.
2. Die Quantenfluktuation findet in einem "falschen Vakuum" statt - einem Higgsfeld - , das wegen seiner konstanten Energiedichte abstoßend wirkt. Es setzt also Antigravitation ein und der Raum expandiert. Dadurch wächst die Energie an. Mit zunehmendem Volumen baut sich eine negative Energie (oder soll man besser sagen: Energie mit umgekehrtem Vorzeichen) auf, die wir als normale Gravitationsenergie kennen und anziehend wirkt. Die Energiebilanz ist also null (bis auf die durch die Unschäreferelation erlaubte Anfangsenergie).
3. Jetzt wird es kompliziert: Durch eine Art Tunneleffekt soll sich nun irgendwo das falsche Vakuum zum echten Vakuum eine Bahn gebrochen haben. Ich nehme an, dies enttspricht dem Symmetriebruch, den Lesch und Gaßner in ihrem Buch mit dem "Sombreoro"-Potentialtopf veranschaulicht haben. Die Higgs-Energie wird hierbei frei und die Inflation stoppt. Dieser Übergang breitet sich jetzt im gesamten Universum mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus. Der jetzige "Rand des Universums" stellt die Grenze dar zwischen unserem Raum und dem noch nicht kollabierten Higgsfeld (außerhalb). Irgendwo weit draußen findet der Urknall also noch statt und entfernt sich immer weiter von uns.

Noch Fragen? Ganz schön kompliziert, das Ganze, aber der Energieerhaltungssatz wird nach dieser Vorstellung offenbar nicht verletzt. Schön!

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Expandierende Raumzeit 10 Mai 2016 10:59 #6058

@Udo:
Vielen Dank für deine ausführliche Antwort!

udogigahertz schrieb: Dass es offene Fragen gibt, liegt aber auch daran, dass unser Wissen eben immer noch sehr lückenhaft ist, man weiß eben noch gar nicht genau, was "Dunkle Energie" und "Dunkle Materie" eigentlich ist, Prof. Dr. Gaßner hatte sogar in einem seiner letzten Videobeiträge gezweifelt, ob es überhaupt so etwas wie "Dunkle Energie" gibt, eventuell wird die gar nicht benötigt, um die beschleunigte Expansion zu erklären.

Insofern kann und darf man von diesem Buch nicht mehr erwarten, als die Wissenschaft insgesamt zu liefern imstande ist, oder, um das mal mit anderen Worten auszudrücken: Auch die Autoren des Buches selber haben noch Fragen.


Vielleicht habe ich mich falsch ausgedrückt: Ich werfe den Autoren nichts vor und finde das Buch wirklich grandios. Es wäre schlicht unmöglich zu verlangen, dass die Lesch und Gaßner jede Frage ihrer Leser vorhersehen. Selbst wenn, dann würde die Beantwortung Tausende von Seiten verlangen und das Buch unlesbar machen.
Es geht auch nicht um die Fragen, die für die Wissenschaft noch offen sind, sondern um mein eigenes Nichtverständnis. Ich habe zwar vor 40 Jahren Physik studiert, dann aber einen anderen Beruf ergriffen und finde erst im Ruhestand die Zeit und die Neugier, mich wieder mit Kosmologie zu beschäftigen.
Es ist klar, dass keine Theorie oder Hypothese bestehen kann, die den Energieerhaltungssatz verletzt. Diese Frage ist für die Wissenschaftler daher sicher nicht offen, sondern sie bieten dafür bestimmt eine Lösung im Rahmen der jeweiligen kosmologischen Hypothese. Nach dieser Lösung habe ich gefragt. Ich bezweifle nicht, dass sie eine haben. Im Gegensatz zu manchen Zeitgenossen, die man so im weltweiten Netz findet, die wissenschaftliche Erkenntnisse anzweifeln und stattdessen unausgegorene eigene "Theorien" anpreisen ("Einstein is wrong" oder "the earth is flat") stehe ich mit großem Staunen vor der Erkenntnis in der Kosmologie und der Physik.

Mittlerweile habe ich - zumindest was die Inflationsphase des Universuns betrifft, eine Antwort auf die Energiebilanzfrage gefunden. Siehe dazu meine Antwort an Josef.

udogigahertz schrieb: Man darf diesen Begriff "Dunkle Energie" nicht wortwörtlich nehmen, das ist nur ein Arbeitsbegriff für etwas, das man noch gar nicht kennt, aller Wahrscheinlichkeit nach handelt es sich dabei eben gerade NICHT um "Energie" in dem Sinne, ebenso wenig, wie "Dunkle Materie" irgendwas mit Materie wie wir sie kennen, zu tun haben kann.


Interessant, daran habe ich noch gar nicht gedacht, dass die dunkle Energie vielleicht gar keine Energie im herkömmlichen Sinn sein könnte. Es gibt zwar eine Interpretation, dass es sich dabei nur um eine universelle Konstante (die kosmologische Konstante in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie) handelt. Aber selbst wenn: Der Raum wird beschleunigt auseinander getrieben, das bedingt eine Kraft und diese setzt wiederum eine Energie voraus.

udogigahertz schrieb: Außerdem sind das alles nur Hypothesen, Rückschlüsse aus den Beobachtungen, zwar gut begründet, aber letztlich nicht bestätigt.

Ich weiß, es ist unbefriedigend, am Ende nun doch nicht alles genau zu wissen, wie unser Universum aufgebaut ist, es sind halt noch viele Fragen offen. Die Wissenschaftler müssen eben forschen, forschen und nochmals forschen, beobachten, messen und Auswerten, eine mühselige Klein- Klein Arbeit, aber nur so kommt man voran. Und natürlich könnte mal wieder ein Einstein, Heisenberg oder Hawking nachrücken, der ne Idee hat.

Grüße
Udo


Ich finde es gar nicht unbefriedigend, nicht alles zu wissen - im Gegenteil. Was wären wir, wenn alle Neugier befriedigt wäre? Das Leben wäre ziemlich langweilig. Umso spannender und befriedigender finde ich es, mit ebenso neugierigen Menschen hier im Forum, die sich Gedanken machen, zu diskutieren. Dabei gewinnen wir selbst wieder ein bisschen mehr Erkenntnis und stoßen auf neue Fragen, so dass uns niemals langweilig wird.

In diesem Sinne und mit freundlichem Gruß
Roland

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Expandierende Raumzeit 10 Mai 2016 15:13 #6059

Rolander schrieb: Interessant, daran habe ich noch gar nicht gedacht, dass die dunkle Energie vielleicht gar keine Energie im herkömmlichen Sinn sein könnte. Es gibt zwar eine Interpretation, dass es sich dabei nur um eine universelle Konstante (die kosmologische Konstante in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie) handelt. Aber selbst wenn: Der Raum wird beschleunigt auseinander getrieben, das bedingt eine Kraft und diese setzt wiederum eine Energie voraus.

In diesem Sinne und mit freundlichem Gruß
Roland


Roland, nicht unbedingt wäre dazu eine Energie nötig, so lange wir dazu nichts näheres wissen, sollte man sich alle Optionen offen halten, versteift man sich in einem zu frühen Stadium der Erkenntnis auf etwas ganz bestimmtes, kommt man dann nicht weiter, sollte diese Grundannahme falsch sein.

Es kann ja auch sein (Achtung: Haltlose Spekulation!) dass der Raum sich deshalb beschleunigt ausdehnt, weil er von irgendwas sozusagen "angezogen" wird, dazu geistert sogar der Begriff: "Der große Attractor" herum, alles nur haltlose Spekulationen, gewiss, wahrscheinlich ist da nichts dahinter, aber so lange wir nichts wissen .........

Daneben könnte diese Ausdehnung auch in irgendeiner Art und Weise zu den Eigenschaften des Raumes selbst gehören, wie Länge, Breite, Höhe und die maximal mögliche Höchstgeschwindigkeit in Form der Lichtgeschwindigkeit, irgendein noch verborgener Mechanismus, den wir noch nicht erkannt haben, wirkt dort ganz ohne zusätzliche Energie, man weiß es nicht.

Des weiteren könnte ja an der einen oder anderen String-Theorie doch was dran sein, vielleicht gibt es ja sogar Multiversen, die auf noch nicht erkannte Weise in unser Universum hinein wirken, wie gesagt, alles nur haltlose Spekulationen, aber so lange man nichts anderes weiß und so lange man nicht eine andere Möglichkeit falsifiziert hat, also als "nicht richtig" erkannt und bewiesen hat, kann man eben auch diese als "möglich" ansehen. Muss man aber nicht unbedingt.

Hier, am Rande der als gesichert anzusehenden Erkenntnisse der Wissenschaft befinden wir uns in einer Weiß-Grau-Schwarz-Zone mit fließenden Übergängen, da sollte man vorsichtig sein mit absoluten Behauptungen, wie die deine, dass die Ausdehnung unbedingt eine Energie voraussetzen MUSS.

Es kann ja so sein, wie du und viele andere vermuten, aber gesichert ist das nicht.

Der jetzige "Rand des Universums" stellt die Grenze dar zwischen unserem Raum und dem noch nicht kollabierten Higgsfeld (außerhalb).


Roland, das ist falsch, es gibt keine "Grenze des Universums", das Universum ist völlig grenzenlos! Das ist gesichertes Wissen.

Es gibt auch keinen "Rand des Universums", nur eine Grenze der Sichtbarkeit, die zur Zeit bei ca. 13, 8 Milliarden Jahren liegt, was daran liegt, dass das Licht sich halt nur mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen kann und das Universum eben nicht älter ist als diese 13,8 Milliarden Jahre. In einer weiteren Milliarde von Jahren können wir dann auch 14,8 Milliarden Jahre weit schauen. Dennoch ist das Universum selbst viel größer.

Trotzdem ist das Universum natürlich nicht unendlich. Es hat auch keine Form oder Gestalt, es ist in jeder Richtung gemessen flach, es hat keine Krümmung.

Irgendwo weit draußen findet der Urknall also noch statt und entfernt sich immer weiter von uns.


Auch das stimmt nicht, wie kann etwas, das sich vor 13,8 Milliarden Jahren ereignet hat, andernorts noch andauern?

Der Urknall fand im übrigen überall statt, also hier und da und dort und ganz weit weg, WIR SIND URKNALL!

Es ist ja alles, was es heute gibt, aus diesem Urknall hervorgegangen, wie kann der dann an einem besonderen Ort verortet werden?

Grüße
Udo

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Expandierende Raumzeit 10 Mai 2016 22:51 #6062

Hallo Roland,
zu deinem Beitrag ein paar Anmerkungen:

An anderer Stelle habe ich gelesen, sie könne nur einer Masse von 10 kG entsprochen haben! Diese Menge verletzt den Energieerhaltungssatz nicht, da sie durch die Unschärferelation erlaubt (E*t > h/2Pi) ist.

Nur der Vollständigkeit halber: es muss natürlich < als h/2Pi heißen. Aber das weißt du sicher selber, man vertippt sich da schnell mal.
Ist das nicht eine ganz heikle Aussage? Welchen Sinn hat es über Zustände unterhalb der Planck-Zeit und -Länge zu spekulieren. Statt 10 kg kann ich ich jede nur denkbar große Masse bzw. Energie einsetzen und dafür die Zeit entsprechend kleiner wählen. Mathematisch bekomme ich es immer hin, sodass die Unschärferelation erfüllt ist. Aber sind solche Aussagen physikalisch noch seriös? Macht die Natur jede mathematische Kapriole mit, mag sie auch noch so mathematisch konsistent sein? Das ist eine fast schon philosophische oder wissenschaftstheoretische Frage, die ich mir in Bezug auf den Urknall schon öfter gestellt habe. Allerdings kenne ich nicht die Hintergründe, die zu dieser Aussage, die du zitierst, führten. Gerade bei der Unschärferelation lässt sich ja auch bei jeder beliebigen Ortsunschärfe die Unschärfe des Impulses groß genug wählen, dass eben die Heisenbergsche Unschärferelation erfüllt ist. Nur gerate ich dann eben in das Dilemma, dass eine so vorgestellte Materiewelle dann bereits eine so kleine de-Broglie-Wellenlänge hat, dass diese doch eigentlich kollabieren müsste, da ihr Schwarzschild-Radius dann bereits größer ist, als eben ihre de-Broglie-Wellenlänge. Übrigens zeigt sich hier der unversöhnliche Gegensatz zwischen Quantenphysik und Relativitätstheorie.
Deine Aussagen zum Higgs-Feld verwirren mich etwas. Allerdings ist mein Wissen bezüglich des Higgs-Feldes auch nur sehr oberflächlich. Ich habe mal irgendwo aufgeschnappt, dass das Higgs-Feld erst nach dem Urknall aufgebaut wurde. Den Begriff Higgs-Energie habe ich noch nirgends gelesen. Andererseits könnte man schon meinen, dass es Energie enthält, ganz analog zu einem Magnetfeld. Ob aber diese Analogie zulässig ist? Mir konnte auch hier im Forum noch nie jemand die Frage beantworten, wie Fermionen und auch manche Bosonen durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld zu ihrer Ruhemasse kommen. Wie also der Mechanismus aussehen soll. Das Higgs-Boson selber scheint daran nicht beteiligt zu sein, so heißt es immer. Es ist einfach nur das Boson, das man eben diesem skalaren Higgs-Feld zuordnen kann und angeblich in CERN nachgewiesen wurde. Verstehe ich deine Aussage richtig, wonach dann das Higgs-Feld hier bei uns bereits kollabiert sein soll und nur noch außerhalb einer für uns nicht fassbaren Grenze noch existieren soll? Wenn du es so gemeint hast, dann kann ich das nicht glauben, weil ja gerade immer behauptet wird, dass eben dieses skalare Higgs-Feld allgegenwärtig ist, die Ruhemasse verleiht und jeder Form von Beschleunigung einen Widerstand entgegensetzt, was wir als träge Masse interpretieren.
Noch eine Anmerkung zur beschleunigten Expansion: Es gibt noch die Konkurrenztheorie, dass die Expansionsgeschwindigkeit nicht im Laufe der Zeit zugenommen hat, sondern die Materie selbst über extrem große Distanzen nicht gleichmäßig verteilt ist. Wir würden dann in einem weniger dichten Raumgebiet sein und das Licht von sehr weit entfernten Quellen hätte dem zufolge Gebiete mit größerer Dichte durchlaufen. Dort expandiert der Raum langsamer, weil die höhere Dichte stärker die Expansion bremst als bei uns. Damit muss das Licht länger laufen, um auf die gleiche Rotverschiebung zu kommen. Die Beobachtungen von Riess, Perlmutter und Schmidt von Supernova 1a mit größeren Entfernungen als es die Rotverschiebungen zuerst vermuten ließen, könnten so auch erklärt werden. Allerdings hat die These wieder andere Probleme und steht im Widerspruch zu anderen Beobachtungen oder Voraussetzungen, an die ich mich leider nicht mehr erinnern kann.

Hallo Udo, auch zu dir eine Anmerkung:

Es gibt auch keinen "Rand des Universums", nur eine Grenze der Sichtbarkeit, die zur Zeit bei ca. 13, 8 Milliarden Jahren liegt, was daran liegt, dass das Licht sich halt nur mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen kann und das Universum eben nicht älter ist als diese 13,8 Milliarden Jahre. In einer weiteren Milliarde von Jahren können wir dann auch 14,8 Milliarden Jahre weit schauen. Dennoch ist das Universum selbst viel größer. Trotzdem ist das Universum natürlich nicht unendlich


Diese Aussage ist mit Sicherheit falsch! Die Grenze des beobachtbaren Universums liegt eben nicht bei ca. 14 Milliarden Jahren. Das verwechselst du mit der Lichtlaufzeit. Die kann natürlich nicht größer sein, als die Zeit, die seit dem Urknall vergangen ist. Aufgrund der Raumexpansion geht man davon aus, dass die weitesten Objekte, die wir heute beobachten können, ca 40-50 Milliarden Jahre entfernt sind. Genau kann ich es nicht sagen, da müsste ich googeln. Aber um den Dreh dürfte es liegen. Es muss so sein, denn schließlich dehnt sich der Raum mit der Hubble-Konstante von ca. 70km pro MParc und Sekunde aus. Das heißt ja auch, dass es unmöglich wäre, diese Objekte noch mit einem Lichtsignal zu erreichen, das wir jetzt losschicken. Ein Objekt das mehr als ca. 4300 MParc von uns entfernt ist, entflieht mit einer Geschwindigkeit pro Sekunde, die über der des Lichts liegt (300000 geteilt durch 70). Natürlich fliehen nicht die Objekte voneinander, sondern der Raum dazwischen dehnt sich über diese Entfernung schneller als die Lichtgeschwindigkeit aus. Je weiter entfernt, um so schneller.

Trotzdem ist das Universum natürlich nicht unendlich

Das ist eine völlig offene Fragen. Natürlich kann das Universum unendlich sein. Das ist auch kein logischer Widerspruch zur Urknalltheorie. Etwas, das unendlich groß ist, kann deswegen genauso expandieren oder schrumpfen. Denke nur an die unterschiedlich großen unendlichen Zahlenmengen, also mit unterschiedlicher Mächtigkeit, mal abzählbar, mal nicht abzählbar in der Zahlenlehre, um mal eine Analogie zur Mathematik herzustellen. Dann war das Universum auch bereits im Urknall unendlich groß. Dann würde eben jeder Punkt dieser Unendlichkeit seitdem expandieren. Diese Auffassung ist gängig und man liest sie immer wieder.

Grüße Josef

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Expandierende Raumzeit 11 Mai 2016 00:17 #6066

Josef Wolferseder schrieb:
Diese Aussage ist mit Sicherheit falsch! Die Grenze des beobachtbaren Universums liegt eben nicht bei ca. 14 Milliarden Jahren. Das verwechselst du mit der Lichtlaufzeit. Die kann natürlich nicht größer sein, als die Zeit, die seit dem Urknall vergangen ist. Aufgrund der Raumexpansion geht man davon aus, dass die weitesten Objekte, die wir heute beobachten können, ca 40-50 Milliarden Jahre entfernt sind. Genau kann ich es nicht sagen, da müsste ich googeln. Aber um den Dreh dürfte es liegen. Es muss so sein, denn schließlich dehnt sich der Raum mit der Hubble-Konstante von ca. 70km pro MParc und Sekunde aus. Das heißt ja auch, dass es unmöglich wäre, diese Objekte noch mit einem Lichtsignal zu erreichen, das wir jetzt losschicken. Ein Objekt das mehr als ca. 4300 MParc von uns entfernt ist, entflieht mit einer Geschwindigkeit pro Sekunde, die über der des Lichts liegt (300000 geteilt durch 70). Natürlich fliehen nicht die Objekte voneinander, sondern der Raum dazwischen dehnt sich über diese Entfernung schneller als die Lichtgeschwindigkeit aus. Je weiter entfernt, um so schneller.

Grüße Josef


Davon habe ich noch nie gehört, dass man Objekte beobachtet hätte, die so weit entfernt sind. Kannst du da mal Links zu nennen?

Wenn sich der Raum jenseits der Beobachtungsgrenze mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnt, wie kann denn dann das Licht zu uns gelangen? Dazu müsste dieses Licht ja schneller sein, als seine eigene Fluchtgeschwindigkeit. Oder habe ich da einen Logikfehler drin?

Natürlich kann das Universum unendlich sein.


Nein, kann es nicht, da die Ausgangsmasse/menge begrenzt war, sie war groß, aber nicht unendlich.

Das Universum ist endlich.

Es hat jedoch keine Grenzen.

Grüße
Udo

Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

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Expandierende Raumzeit 11 Mai 2016 10:05 #6067

@Udo:
Es tut mir leid, dass dieser Beitrag so lange geworden ist, aber ich muss einige Missverständnisse aufklären, und das ist gar nicht so einfach, weil ich dabei an die Grenzen unseres Anschauungsvermögens und darüber hinaus gehen muss. Ich gehe auf zwei deiner Einwürfe speziell ein.

Teil 1: Dunke Energie
Du hast eine Menge alternative Theorien zur beschleunigten Expansion vorgestellt, die keine dunkle Energie als Erklärung benötigen.

Dass es zahlreiche Theorien zur Entstehung der Welt gibt, auch dass andere, vielleicht noch nicht bekannte Mechanismen zu ihrer beschleunigten Expansion führen könnten, ist ja auch von mir unbestritten. Aber in meiner Frage, die ich in meinem ersten Beitrag gestellt habe, ging es um nur eine dieser Hypothesen, nämlich die, die meines Wissens von der Mehrzahl der Kosmologen als aussichtsreichste betrachte wird: die These von der dunklen Energie.
Wissenschaftler drücken sich im meist sehr exakt aus. Wenn sie von Energie sprechen, dann meinen sie auch Energie. Es geht mir nicht darum, ob diese These richtig ist, oder eine der anderen (zum Teil sehr spekulativen) von dir genannten, sondern darum, dass jede Theorie in sich zusammenstürzt, wenn sie falsifiziert werden kann. Die Verletzung des Energieerhaltungssatzes wäre so eine Falsifizierung. Da die Theorie von der dunklen Energie aber so populär in der Kosmologie ist, ist sie offensichtlich nicht verworfen worden. Ihre Vertreter müssen also eine Antwort auf diese Frage haben – eine Erklärung dafür, warum der Energieerhaltungssatz nicht verletzt wird, obwohl ständig neue dunkle Energie entsteht. Danach habe ich gefragt. Noch mal: Es geht mir nicht darum, ob diese oder eine andere Theorie zur kosmischen Expansion richtig ist, sondern wie dieser Widerspruch in dieser Theorie gelöst wird.

Teil 2: Größe und Grenzen des Universums:

Du schreibst:

Roland, das ist falsch, es gibt keine "Grenze des Universums", das Universum ist völlig grenzenlos! Das ist gesichertes Wissen.
Es gibt auch keinen "Rand des Universums", nur eine Grenze der Sichtbarkeit, die zur Zeit bei ca. 13, 8 Milliarden Jahren liegt, was daran liegt, dass das Licht sich halt nur mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen kann und das Universum eben nicht älter ist als diese 13,8 Milliarden Jahre. In einer weiteren Milliarde von Jahren können wir dann auch 14,8 Milliarden Jahre weit schauen. Dennoch ist das Universum selbst viel größer.
Trotzdem ist das Universum natürlich nicht unendlich. Es hat auch keine Form oder Gestalt, es ist in jeder Richtung gemessen flach, es hat keine Krümmung.


Das ist weitgehend richtig: Innerhalb unseres Universums gibt es keine Grenzen. Wir wissen aber, wie groß der Teil ist, den wir heute sehen können. Er ist weit „größer“ als der Durchmesser des Beobachtungshorizonts, denn den sehen wir, wie er vor 13,8 Milliarden Jahren war. Berücksichtigt man die Ausdehnung des Raums, wissen wir, dass manche Gebiete, die wir jetzt beobachten können, inzwischen schon mehr als 40 Milliarden Lichtjahre auseinander liegen (siehe auch Josefs Beitrag).
Ich hätte das Wort „Grenze“ in Anführungszeichen schreiben sollen, denn natürlich meinte ich nicht eine Grenze innerhalb unserer Raumzeit. Ich stimme mit dir 100% überein, dass unsere Welt keine für uns erfahrbare Grenze hat. Ich will mal versuchen, anschaulich zu erklären, was ich meine. Bitte aber nicht alles wörtlich nehmen. Es geht um die Grenzen unseres Vorstellungsvermögens, das sich außerhalb von Raum und Zeit schwer tut:

Gehen wir mal davon aus, dass die gängigste Erklärung für den Urknall stimmt (sie muss nicht stimmen, aber falls sie richtig wäre). Dann hat es „vor“ dem Urknall etwas gegeben, nämlich ein Vakuum voll von zufälligen Quantenfluktuationen. Dieses „Davor“ mag zeitlos und raumlos gewesen sein. Um es sich irgendwie trotzdem vorstellen zu können, können wir mal einen „Hyperraum“ einführen, also etwas Unendliches und Ewiges, das ganz von Quantenfluktuationen erfüllt ist. So, nun passiert etwas in diesem Hyperraum. Lesch und Gaßner beschreiben es als Symmetriebruch und Phasenübergang. Stellen wir uns mal unseren Hyperraum als unendlichen See aus destilliertem Wasser vor, dessen Temperatur unter 0 Grad Celsius liegt (falsches Vakuum). Der See befindet sich in einem höheren Energiezustand, denn er könnte Energie abgeben, indem er friert. Doch er braucht dazu einen Anstoß. Lassen wir ein Staubkorn hineinfallen. Plötzlich passiert es: Der See gefriert, aber nicht schlagartig. Die Störung breitet sich konzentrisch mit einer gewissen Geschwindigkeit aus. In dieser Analogie ist das unser Universum, das zwar für uns unbegrenzt ist, aber im Hyperraum „breitet“ sich der Phasenübergang weiter aus. Tatsächlich könnte das auch an mehreren Stellen auf dem See gleichzeitig oder nacheinander passieren. Die entstehenden Universen könnten sich durchdringen, ohne dass wir das bemerken, da keine Wechselwirkung zwischen ihnen auftritt.
In diesem Sinn ist das Wort Grenze zu verstehen: als Übergang des expandierenden Universums zu einem Hyperraum, in dem Universen entstehen. Der Hyperraum ist nicht in unserem Sinn ein Raum mit drei Dimensionen oder eine vierdimensionale Raumzeit. Er ist nur ein Gedankenkonstrukt.

In meinem letzten Posting schrieb ich ziemlich unpräzise:

Irgendwo weit draußen findet der Urknall also noch statt und entfernt sich immer weiter von uns.

Du hast darauf geantwortet:

Auch das stimmt nicht, wie kann etwas, das sich vor 13,8 Milliarden Jahren ereignet hat, andernorts noch andauern?
Der Urknall fand im übrigen überall statt, also hier und da und dort und ganz weit weg, WIR SIND URKNALL!
Es ist ja alles, was es heute gibt, aus diesem Urknall hervorgegangen, wie kann der dann an einem besonderen Ort verortet werden?

Du hast in allem recht. Ich habe mich unglücklich ausgedrückt. In unserem Universum hat der Urknall überall zeitgleich stattgefunden. Es gibt keinen Mittelpunkt und wir sind nicht der Nabel der Welt. Der Raum ist ja mit dem Urknall entstanden.
Ich meinte „weit da draußen“ natürlich nicht wörtlich. Ich zitiere mal aus dem von mir verlinkten Artikel von Dr. Bertram Köhler (ob er den augenblicklichen Interpretationsstand der Inflationstheorie richtig wiedergibt, weiß ich nicht, da müsste man mal Herrn Gaßner fragen):

Auszug:

„Die negative Gravitation des falschen Vakuums beschleunigte die Expansion des Universums exponentiell, wobei wegen der konstant bleibenden Energiedichte des Higgsfeldes die Gesamtenergie des Higgsfeldes stark anwuchs und parallel dazu sich in dem anwachsenden Volumen ein normales Gravitationsfeld mit negativer Gravitationsenergie aufbaute, so dass die Summe der Energien Null blieb. Die Beschleunigung dauerte bis zu dem Moment an, in dem durch eine Art Tunneleffekt das falsche Vakuum die Energieschwelle zum echten Vakuum an einer Stelle durchbrach. Infolge der dabei freigesetzten Energie des Higgsfeldes breitet sich dieser Übergang in einer mit nahezu Lichtgeschwindigkeit sich ausdehnenden Blase im gesamten sichtbaren Universum aus, wobei am Rande der Blase die aus dem Higgsfeld freiwerdende Energie sich in das Teilchengemisch der Urmaterie (Quarks, Elektronen, Neutrinos, Photonen, Gluonen, X(W und Z)-Partikel, Gravitonen) verwandelt und das gesamte sichtbare Universum innerhalb der Blase nahezu homogen ausfüllt. Dieser Prozess der Materiebildung dauert noch heute am Rande der Blase an, die Gravitation innerhalb der Blase aber wird positiv und beschleunigt die Expansion des Universums nicht mehr, sondern bremst diese. Da die ursprüngliche Beschleunigung der Expansion proportional zur Energiedichte des Higgsfeldes erfolgte, stimmt die Materiedichte des Universums genau mit der Massendichte überein, bei der das Universum als ganzes flach und nicht gekrümmt ist und ein späterer Gravitationskollaps gerade nicht erfolgt (kritische Massendichte). Außerhalb der Blase verbleibt das falsche Vakuum im Zustand exponentieller Ausdehnung, bis erneut irgendwo ein Tunneleffekt eintritt und ein weiteres Universum gebildet werden kann, das jedoch für immer ganz außerhalb der Sichtweite "unseres" Universums verbleibt. Bildung und Ausdehnung von weiteren Quantenfluktuationen und Entstehung bzw. Abspaltung weiterer paralleler Universen mit abweichenden Eigenschaften sind möglich.“

Wenn ich es richtig interpretiere, soll sich der Symmetriebruch vom falschen zum richtigen Vakuum mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in unserem (jetzt sichtbaren) Universum als Blase ausgedehnt haben und immer noch ausdehnen. An dieser „Blasengrenze“ wandelt sich die durch das Higgsfeld frei werdende Energie immer noch in Materie um. Das meinte ich damit, dass der Urknall „weit draußen“ immer noch stattfindet. Das für uns erfahrbare Universum mit seinen mehr als 40 Milliarden Lichtjahren „Größe“ ist endlich und grenzenlos. Es dehnt sich aber weiter aus und es findet – jedenfalls nach der beschriebenen These – immer noch ein „Urknall“ sprich Phasenübergang von der Quantenfluktuation statt.

Ob das alles stimmt, weiß natürlich niemand, aber es ist eine Hypothese, die bisher offenbar nicht widerlegt worden ist. Es kann natürlich alles ganz anders gewesen sein, das bestreite ich nicht. Aber wie gesagt. Mir geht es hier nicht darum, welche Hypothese ich für richtig halte, sondern nur darum, ob diese Urknalltheorie in sich schlüssig und widerspruchsfrei ist. Mein Einwand, sie könnte den Energieerhaltungssatz verletzten, hat der Autor jedenfalls entkräftet.

Nochmals sorry für das lange Posting. Ich hoffe, du hast bis zum Ende durchgehalten.

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Expandierende Raumzeit 11 Mai 2016 11:18 #6068

@Josef:

Du schriebst:

Nur der Vollständigkeit halber: es muss natürlich < als h/2Pi heißen.

Tatsächlich habe ich aus dem Gedächtnis die Unschärferelation nicht ganz korrekt notiert. Es muss heißen:
ΔE * Δ t ≥ h/4Pi
Die Richtung der Ungleichheit stimmt aber schon. Das Produkt ist größer oder gleich einem Mindestwert, der durch das Plancksche Wirkungsquantum bestimmt wird. Wäre es anders, dann könnte ΔE * Δ t = 0 sein und Energie und Zeit (bzw. Impuls und Ort) ließen sich beliebig genau bestimmen.

Zu meiner Aussage, das Universum könnte anfangs eine Masse von nur 10 kg haben, antwortetest du:

Ist das nicht eine ganz heikle Aussage? Welchen Sinn hat es über Zustände unterhalb der Planck-Zeit und -Länge zu spekulieren. Statt 10 kg kann ich ich jede nur denkbar große Masse bzw. Energie einsetzen und dafür die Zeit entsprechend kleiner wählen. Mathematisch bekomme ich es immer hin, sodass die Unschärferelation erfüllt ist. Aber sind solche Aussagen physikalisch noch seriös?


Natürlich kann innerhalb der Unschärferelation jede Menge Energie erzeugt werden, sofern die Zeit nur kurz genug ist. Aber 10 kg sind nicht so willkürlich, wie man glauben könnte, wenn man davon ausgeht, dass die Inflation durch ein Inflatonfeld bewirkt wurde, dessen Energiedichte konstant ist (ebenso, wie man das für die dunkle Energie annimmt, die den Raum heute beschleunigt expandieren lässt). Nach dieser Theorie würde die Energie im Universum durch die Inflation des Raums stark zunehmen. Es hat sich in dieser ersten Phase extrem stark ausgedehnt. Ich zitiere mal aus einem Artikel von scninexx.de:

Diese extreme Expansion bedeutet, dass sich eine zufällige Quantenfluktuation – 100 Trillionen mal kleiner als ein Proton - in diesen Sekundenbruchteilen bis auf eine Kugel von zehn Zentimetern Größe aufgebläht hätte.


Wenn das stimmt, kannst du dir die Volumenzunahme und damit Energiezunahme vorstellen. Und da wir die Energie des heute sichtbaren Universums aus seiner Zusammensetzung in etwa berechnen können, können wir schließen, dass es ganz zu Anfang eine sehr viel kleinere Masse hatte. Ich nehme mal an, die Theoretiker haben das durchgerechnet und herausgefunden, dass die Größenordnung der Anfangsmasse bei nur 10 kg gelegen haben könnte. Die Zahl selbst ist eigentlich nicht wichtig, sie kann auch vielleicht 1 g oder 1000 Tonnen betragen. Das wäre immer noch eine beinahe unglaubliche Erkenntnis, dass nicht alle Energie (und damit Masse) des Universums aus dem Nichts geboren wurde. Wieso das nicht den Energieerhaltungssatz verletzt? Durch den Phasenübergang sind massenhaft Elementarteilchen entstanden. Auf diese wirkt die Gravitation. Die Gravitationsenergie hebt sich mit der durch die Inflation entstandene Feldenergie auf. Die Gesamtenergie des Universums ist also Null.

Du schriebst:

Deine Aussagen zum Higgs-Feld verwirren mich etwas. Allerdings ist mein Wissen bezüglich des Higgs-Feldes auch nur sehr oberflächlich. Ich habe mal irgendwo aufgeschnappt, dass das Higgs-Feld erst nach dem Urknall aufgebaut wurde. Den Begriff Higgs-Energie habe ich noch nirgends gelesen. Andererseits könnte man schon meinen, dass es Energie enthält, ganz analog zu einem Magnetfeld. Ob aber diese Analogie zulässig ist?


Zunächst einmal gilt ganz allgemein: Ein Feld kann eine Kraft auf etwas ausüben. Dies geschieht quantenmechanisch durch ein virtuelles Austauschteilchen, das Energie überträgt. Im Fall der elektromagnetische Wechselwirkung ist es ein Photon, bei der starken Kernkraft ein Gluon, im Gravitationsfeld ein bisher noch nicht nachgewiesenes Graviton (wenn es eines Tages gelingt, die Gravitation zu quantisieren) und im Higgsfeld ist das Austauschteilchen eben ein Higgs-Boson. Jedes Feld besitzt eine Energiedichte (Energie/Volumen). Deshalb kann man schon von der Energie des Higgsfelds sprechen.

Bezüglich des Higgsfelds und dessen Einfluss auf den Urknall bin ich allerdings selbst etwas verwirrt. Hierzu habe ich Verschiedenes gelesen. Ich zitiere mal aus Wikipedia:

...Danach ist die Ursache dieser Expansion die Zustandsänderung eines skalaren Feldes mit einem extrem flachen Potential. Dieses Inflatonfeld genannte skalare Feld hat eine Zustandsgleichung mit negativem Druck. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie führt dies zu einer abstoßenden Kraft und damit zu einer Ausdehnung des Universums. Die Zustandsänderung des Feldes während der inflationären Phase ist mit einem Phasenübergang 1. Ordnung vergleichbar. Im Rahmen der großen vereinheitlichten Theorie werden die Bedingungen, unter denen der Phasenübergang auftritt, durch Higgs-Felder bestimmt.


Hier wird also sowohl ein Inflatonfeld als auch ein Higgsfeld erwähnt. Das Inflatonfeld soll für die schnelle anfängliche Expansion, das Higgsfeld für den Phasenübergang, also dem Symmetriebruch, der zur Aufspaltung der GUT-Kraft in die vier Grundkräfte und zur Entstehung der ersten Elementarteilchen führte, zuständig sein.

Weiter unten im Wikipedia-Artikel steht auch:

Durch die gigantische Ausdehnung könnte das gesamte Universum theoretisch aus einer verschwindend geringen Masse (< 10 kg) mit sehr geringer Ausdehnung entstanden sein; allerdings bedarf es aufgrund des falschen Vakuumzustands einer extrem hohen Dichte. Diese These ist allerdings hochspekulativ, gibt aber eine mögliche Erklärung unter Berücksichtigung heutiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten, auch wenn die Theorie des falschen Vakuumzustands bis heute nicht verstanden ist.

Natürlich sind das alles Spekulationen, die allerdings nicht im Widerspruch zu den physikalischen Gesetzen stehen und die jetzige Form des Universums erklären könnten.

Ich hoffe, ich konnte einige Unklarheiten beseitigen.

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Expandierende Raumzeit 11 Mai 2016 17:39 #6069

Hallo Roland und Udo,
schön, dass hier so eine interessante und tiefgründige Diskussion zustande kommt.

@Roland,
also E * t < h/4Pi (da kommt man leicht durcheinander mit reduziertem und nicht reduziertem Planckschen Wirkungsquantum) kann man schon auch so schreiben. Deshalb haben ja z.B. Photonen, die masselos sind eine unbegrenzte Reichweite, zumindest habe ich das mal so erklärt wo gelesen. Dann wird bei Masse null der Energieterm auch null und die Zeit kann beliebig lange sein, denn die linke Seite der Gleichung kann nie größer werden als die rechte.

Im Fall der elektromagnetische Wechselwirkung ist es ein Photon, bei der starken Kernkraft ein Gluon, im Gravitationsfeld ein bisher noch nicht nachgewiesenes Graviton (wenn es eines Tages gelingt, die Gravitation zu quantisieren) und im Higgsfeld ist das Austauschteilchen eben ein Higgs-Boson

Das Higgs-Boson ist nicht das Austauschteilchen. Das habe ich auch geglaubt, bis mich Dr. Gaßner in einer mail eines Besseren belehrt hat.
Originaltext Gaßner aus der mail:

Leider wird das Higgsboson gerne als Ursache für das Phänomen Masse dargestellt. Ursächlich ist allein das Higgfeld und dessen Wechselwirkung. Jedem skalaren Feld ist theoretisch ein Boson zugeordnet und das galt es am LHC zu finden um das Higgsfeld nachzuweisen. Das Higgsboson ist nicht Vermittler dieser Wechselwirkung und die Higgsmasse entsteht durch Selbstwechselwirkung mit dem Feld. Einen ausführlichen Vortrag zum Thema Higgfeld finden Sie hier.


@Udo, nun noch mal zu unserem Unendlichkeitsthema:

das Universum kann sowohl unendlich als auch endlich sein bezüglich seiner raum-zeitlichen Ausdehnung. Die Friedmann-Gleichungen lassen Spielraum, je nach Wahl der Parameter, die wir (noch) nicht alle im Detail kennen (vor allem Materie- bzw. Energiedichte).
Folgender relativ kurzer und leicht verständlicher Wiki-Beitrag bringt es auf den Punkt und fasst sehr schön zusammen, was ich darüber bisher von unterschiedlichsten Quellen in Erfahrung bringen konnte.

de.wikipedia.org/wiki/Universum

Vor allem ab dem Kapitel „Form und Volumen“ wird es bezüglich unserer hier diskutierten Fragen so richtig spannend.
Und außerdem wäre doch ein unendliches All auch philosophisch viel spannender, auch wenn es unserer eitlen menschlichen Sehnsucht nach Einmaligkeit und Besonderheit noch mal eine deftige Ohrfeige verpassen würde, quasi die vierte und schlimmste nach den bereits erfolgten Kränkungen durch Kopernikus, Darwin und Freud.
Im letzten ganz kurzen Kapitel wird ja auf die Konsequenzen eines unendlichen Raum-Zeit-Volumens hingewiesen. Trösten wir uns also damit, dass dann folgerichtig im statistischen Mittel alle 10hoch10hoch29 Meter Doppelgänger (und zwar unendlich viele, weil eben unendlich großes All) von uns über die gleichen Fragen brüten. Übrigens hat Max Tegmark, von dem diese Berechnungen stammen, ein sehr interessantes Buch verfasst: „Unser mathematisches Universum“. Ich kenne zwar nur eine Zusammenfassung, aber die Aussagen sind schwindelerregend. In einem unendlich großen All geschieht demnach alles, was aufgrund der herrschenden Gesetze physikalisch und logisch möglich ist, und zwar unendliche Male. Hält man sich das vor Augen, dann wird einem schon seltsam zumute. Das heißt auch, dass damit auf indirektem Wege eine Zeitreise zumindest in der Vorstellung möglich wäre, sowohl in unsere wirkliche als jede andere mögliche Vergangenheit als auch in jede uns nur mögliche Zukunft, natürlich nur soweit es mit den jeweiligen möglichen physikalischen Entwicklungsstadien der jeweiligen Orte, an die man reisen würde, vereinbar ist. Man müsste nur quasi ohne nennenswerten Zeitverlust eben diese weit entfernten Orte gezielt aufsuchen können, was natürlich in der Praxis nicht möglich sein dürfte, denn selbst die in der SF gerne bemühten Reisen durch Würmlöcher dürften wohl nie realisierbar sein, auch von keiner noch so hoch stehenden Intelligenz. Auch die uns Menschen in der Evolution möglicherweise nachfolgenden Transhumanisten, Cyborgs oder auch jede nur denkbare Form der künftigen künstlichen, bewussten Intelligenz dürfte sich da wohl die wie auch immer gearteten künstlichen Zähne ausbeißen (Übrigens ist das Thema Transhumanismus hochinteressant. Ich kann nur empfehlen, sich damit zu befassen. Man sollte die Anfänge dazu sehr ernst nehmen, die sich in Silicon Valley bei der Singularity University oder auch bei Google abspielen. Das ist der Öffentlichkeit, zumindest der europäischen, kaum bewusst; aber das nur nebenbei). Ein indirektes Indiz dafür, dass niemand großräumig durch das All reist, ist ja auch das Fermi-Paradoxon (Fermi im Jahre 1950: „Wenn es Aliens gäbe, warum sind sie noch nicht hier?“). Oder heute moderner formuliert: Denn wenn extrem weit entwickelte Aliens oder irgendwo wie auch immer entstandene künstliche Intelligenzen (Cyborgs) die Möglichkeit zu solchen „Reisen“ hätten, dann müsste es sie nicht nur in einem unendlich großen Universum unendliche Male geben (die physikalischen Gesetze verbieten nicht ihr Zustandekommen), sie müssten eben auch in ihrer Gesamtheit schon unendlich viele solcher „Reisen“ unternommen haben und dann doch wohl mit einer gewissen, jedoch kaum schätzbaren Wahrscheinlichkeit bereits uns entdeckt haben. Oder haben sie uns bereits entdeckt und zeigen sich uns nur nicht, wie dies die „Zoohypothese“ annimmt? Oder gibt es sie gar nicht, weil das All doch endlich ist und sich somit die Wahrscheinlichkeit wieder stark einschränkt, dass diese wie auch immer gearteten Aliens entstanden sind, sprich wir event. sogar alleine oder fast alleine in den dann doch begrenzten Weiten des Alls sind? Aber um den Gedanken abzuschließen: Also konkret eine Reise zurück an einen Ort, wo der Urknall erst kürzlich stattgefunden hat bzw. das All bereits durch die dunkle Energie so weit expandiert ist, dass alle normale Energie bzw. Materie bereits extrem verdünnt ist (Entropiemaximum), dürfte wohl selbst theoretisch nicht möglich sein, weil bereits überall die Entwicklung seit dem Urknall deutlich fortgeschritten ist bzw. sich noch nicht Richtung Entropiemaximum entwickelt hat, oder doch? Denn wenn das unendliche All doch nicht so isotrop auf extrem großen Skalen ist, wie wir meinen (vor allem bezüglich der Naturgesetze), dann wäre im Extremfall selbst da wieder die Türe offen für alle möglichen Spekulationen.
Es ist schon schwindelerregend genug, über alle möglichen Konsequenzen in unserem All, ob nun endlich oder unendlich, nachzudenken. Wenn man Max Tegmark dann auch noch in sein Gedankengebäude mit all den möglichen Multiversen folgt und auch die Viele-Welten-Theorie von Everetts Deutung der Quantenmechanik, die in den letzten Jahren zunehmend ernsthafter diskutiert wird, sich vor Augen hält, dann wird es noch abstruser. Es soll Leute geben, die beim Nachdenken über diese Fragen verrückt geworden sind.
Ich habe ja auch schon mal hier im Forum auf die Möglichkeit eines „Bolzmann-Gehirns“ hingewiesen. Diese Überlegungen, so verrückt einerseits wie auch andererseits aus Gründen der Quantenmechanik und Thermodynamik fast schon wieder naheliegend, steigern die Abstrusität noch mal auf – im Fussball würde man sagen – Champions League Niveau. Der Beitrag von Rüdiger Vaas in Bild der Wissenschaft fasst die fast schon abgründigen Gedanken zum „Bolzmann-Gehirn“ recht anschaulich zusammen.

www.bild-der-wissenschaft.de/bdw/bdwlive...p?object_id=31782104

Gäbe es dann überhaupt eine radikalere Form der Einsamkeit? Wohl gut, dass wir nie erfahren werden, wie es wirklich ist. Da wäre dann wohl die Illusion der wahren Erkenntnis, nämlich eben ein Bolzmann-Gehirn zu sein, fast schon vorzuziehen. Interessant, dass dieses Thema im Grunde uralt ist und wohl bis in die Antike oder noch weiter zurückreicht. Jetzt taucht es halt in naturwissenschaftlichem Gewande neu auf. In der Philosophie war es im deutschen Idealismus vor ca. 200 Jahren ein sehr aktuelles Thema unter dem Begriff „Solipsismus“, bekanntester Vertreter war Johann Gottlieb Fichte, von dem der Weg dann über Schellings Naturphilosophie bis hin zu Hegel führte. Aus Hegels dialektischer Entwicklung des Geistes, quasi der Höhepunkt des deutschen Idealismus in der Philosophie, machte Marx dann eben stark inspiriert von Hegel die dialektische Entwicklung der Materie bzw. der Gesellschaftsformen und glaubte, damit Hegels auf dem Kopf stehendes Kind richtig und bodenständig auf die Füße zu stellen – mit den bekannten Folgen für den Verlauf der Geschichte. Aber vielleicht hat man ja alle 10hoch10hoch29 Meter von uns entfernt die Sache etwas besser in den Griff bekommen ;)
Nun noch eine sehr persönliche Anmerkung, mögt ihr davon halten, was ihr wollt: Die vier oben von mir erwähnten Ohrfeigen für die Menschheit sind letztlich ein Segen, weil sie uns die Augen öffnen können. Klar, in Raum und Zeit und rein durch die physikalische Brille sind wir winzig und bedeutungslos. Aber dennoch ist unser Geist in der Lage tief in Wesen und Struktur der Welt, des Alls, des Ganzen einzudringen und Auslotungen vorzunehmen. So ist meine persönliche Überzeugung mittlerweile folgende: Ich sehe mich nicht als einen Verlorenen in all den Unendlichkeiten und den sich darin auftuenden Möglichkeiten, die oben anzudeuten ich versuchte, sondern als einen integralen Bestandteil eines großen kosmischen Ganzen. Alles ist in Einem, Eines ist in Allem. Aber wie gesagt, dass ist nur meine persönliche Meinung und so mancher kühle und rein naturwissenschaftlich ausgerichtete Kopf hier im Forum wird da wohl etwas die Augen verdrehen.

Übrigens Udo, noch zu deiner Frage.

Wenn sich der Raum jenseits der Beobachtungsgrenze mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnt, wie kann denn dann das Licht zu uns gelangen? Dazu müsste dieses Licht ja schneller sein, als seine eigene Fluchtgeschwindigkeit. Oder habe ich da einen Logikfehler drin?

Ja, da hast du einen Denkfehler drin. Das all dehnt sich pro MParc und Sekunde um ca. 70km aus. Denk doch einfach an den Hefezopf mit den Rosinen darin. Es ist der Teig, der sich ausdehnt. Je weiter die Rosinen voneinander entfernt sind, um so schneller bewegen sie sich auseinander, obwohl es ja der Teig ist und nicht sie selber, der expandiert. Im Universum heißt das: Ab ca. 4300 MParc pro Sek entfernen sich Objekte mit Überlichtgeschwindigkeit, weil soviel Raum schon zwischen ihnen ist, der expandiert. Das heißt dann auch, da hast du Recht, dass wir jetzt schon ab einer Grenze gewisse Objekte nicht mehr sehen können. Auch Objekte, die wir zwar jetzt noch sehen, können wir ab einer gewissen Entfernung nicht mehr mit von uns ausgesendeten Lichtsignalen erreichen. Und selbst Objekte, die wir jetzt noch sehen, werden im Laufe der Zeit immer weiter durch diesen Effekt zum Roten hin verschoben und irgendwann unsichtbar. Sie machen sich aus dem Staub, sprich aus dem beobachtbaren Raum, um es mal salopp zu sagen.
So, allmählich übertreffen wir uns mit dem Verfassen von Monstermails. Ich muss nun mal wohl wieder eine Pause einlegen, sonst kriege ich noch Ehekrach und der Hund hat auch kein Verständnis mehr, wenn sein Gassigehen ausfällt. :) :)

Also über alle unendlichen kosmischen Tiefen hinweg freundliche und humorvolle Grüße
Josef

Du musst auch im brennenden Haus deinen Frieden finden (zen-buddhistische Weisheit),...........denn alles Sein ist flammend Leid (Franz Marc)

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Du musst auch im brennenden Haus deinen Frieden finden (zen-buddhistische Weisheit),...........denn alles Sein ist flammend Leid (Franz Marc)

Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 08:48 #6070

@Josef:
Auch ich muss jetzt mal für eine Weile aussetzen, denn sonst bleibt zu viel Arbeit liegen. Ich danke euch beiden für die interessante und erhellende Diskussion. Zwei Anmerkungen nur noch:

1. Ich muss darauf noch einmal hinweisen, dass ΔE * Δt h/4Pi gilt. Das Produkt aus Energie und Zeit hat also eine untere Grenze und kann nie Null werden. Nachzulesen zum Beispiel bei Wikipedia und an 1000 anderen Stellen.
2. Dass das Higgs-Boson kein Austauschteilchen ist, wusste ich nicht. Vielen Dank für die Information.

Vielen Dank auch für deine philosophische Reise durch das Universum. Es ist schon atemberaubend, welche Möglichkeiten noch offen stehen. Es gibt ja das schöne Bild vom Wissen als expandierende Sphäre: Je größer sie wird, desto größer wird auch die abgrenzende Fläche zum Nichtwissen. Mit anderen Worten, je mehr wir wissen, desto mehr neue Fragen stellen sich uns.

Gruß
Roland

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Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 12:41 #6071

Josef Wolferseder schrieb:
@Udo, nun noch mal zu unserem Unendlichkeitsthema:

das Universum kann sowohl unendlich als auch endlich sein bezüglich seiner raum-zeitlichen Ausdehnung. Die Friedmann-Gleichungen lassen Spielraum, je nach Wahl der Parameter, die wir (noch) nicht alle im Detail kennen (vor allem Materie- bzw. Energiedichte).
Folgender relativ kurzer und leicht verständlicher Wiki-Beitrag bringt es auf den Punkt und fasst sehr schön zusammen, was ich darüber bisher von unterschiedlichsten Quellen in Erfahrung bringen konnte.

de.wikipedia.org/wiki/Universum

Vor allem ab dem Kapitel „Form und Volumen“ wird es bezüglich unserer hier diskutierten Fragen so richtig spannend.
Und außerdem wäre doch ein unendliches All auch philosophisch viel spannender, auch wenn es unserer eitlen menschlichen Sehnsucht nach Einmaligkeit und Besonderheit noch mal eine deftige Ohrfeige verpassen würde, quasi die vierte und schlimmste nach den bereits erfolgten Kränkungen durch Kopernikus, Darwin und Freud.

Josef


Josef, erst mal meine Anerkennung zu deinem Monster-Beitrag, der auch noch gut recherchiert und geschrieben ist.

Was Wikipedia betrifft, nun, dort arbeiten ja allerlei Autoren mit, die sich gegenseitig korrigieren, was dann dazu führt, dass diese Artikel leider nicht immer auf dem neuesten Stand sind UND auch alle möglichen, nennen wir sie mal: Minderheitenmeinungen, drin enthalten sind.

Der Artikel hat z. B. nicht berücksichtigt, dass man inzwischen sehr wohl aufgrund von Messungen herausgefunden hat, dass unser Universum flach ist, was natürlich Konsequenzen hat in Bezug auf die Form, bzw, die räumliche Gestalt unseres Universums: Es gibt keine. Das ist nunmal Fakt, der leider noch nicht in diesem von dir zitierten Wikipedia-Artikel Eingang gefunden hat. Wenn du mir nicht glaubst, frage mal Prof. Dr. Gaßner danach.

Wenn unser Universum also flach ist und keine Form hat, haben sich damit alle alternativen Modelle, die von einem Ellipsoid oder sonstwas ausgehen, erledigt.

Daher also nochmal:

Unser Universum ist flach!

Unser Universum hat keine Gestalt!

Unser Universum ist endlich, aber grenzenlos!

Das mit der Grenzenlosigkeit ist auch nicht etwa so zu verstehen, dass man nicht an die Grenze gelangen könnte, weil sich ja die "Ränder" (sic!) mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg bewegen, es ist so zu verstehen, wie es gemeint ist: Es gibt keine Grenzen, auch jetzt nicht.

Angenommen, wir könnten mit Überlichtgeschwindigkeit reisen und würde immer geradeaus fliegen, nie würde man an eine Grenze stoßen, nie würde man auch wieder an den Ausgangspunkt zurückkommen.

DAS ist für mich schon seltsam und unbegreiflich genug, da muss ich nicht noch Multiversen haben.


Grüße
Udo

Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

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Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 17:26 #6072

Also ich weiss nicht wie's euch geht aber ich würd gern ein Video zu dem Thema: Welche Form hat denn nun das Universum-Stand 2016, oder so ähnlich sehen.
Das scheint ja doch nicht so klar zu sein wie ich dachte. Vielleicht liest ja Herr Gassner hier mit und macht bald eins...das wär doch was?

Alex

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Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 17:52 #6073

Daß das Universum flach aber endlos sein soll, ist für mich nicht plausibel. Dann müßte die Materiemenge auch unendlich groß sein?

Ich weiß, daß alle Messungen bislang 180° Winkelsumme des Dreiecks ergeben haben, auch über riesige Distanzen. Allerdings könnte das Universum doch auch so groß (aber endlich) sein, daß die messbare Abweichung von der Winkelsumme unterhalb der Meßgenauigkeit liegt, oder?

Mir wäre jedenfalls eine vierdimensionale "Kugeloberfläche" mit endlichem Volumen und Materiemenge deutlich sympathischer und besser vorstellbar, als ein flacher, endloser Raum mit endlicher oder gar unendlicher Materiemenge.

Dies auch deshalb:

Falls es nur eine endliche Menge an Materie gibt, dann sollte es in einem flachen Raum auch eine "Randzone" geben, wo zwar nicht der Raum aufhört, aber in einer Richtung keine Materie mehr ist. Dies erscheint mir im Widerspruch dazu zu stehen, daß der Urknall überall war und ist. Würde an einem solchen Ort die Hintergrundstrahlung auch aus allen Richtungen kommen?

Bei einer "Kugeloberfläche" wäre dies kein Thema.

Ich meine, Unendlichkeiten gibt es nur in der Mathematik, nicht aber in der physikalischen Realität, weil dies zu logischen Widersprüchen führt, etwa einem unsinnigen Ergebnis bei der mittleren Dichte des gesamten Universums.

Glaube nichts, weil ein Weiser es gesagt hat. Glaube nichts, weil alle es glauben. Glaube nichts, weil es geschrieben steht. Glaube nichts, weil es als heilig gilt. Glaube nichts, weil ein anderer es glaubt. Glaube nur das, was Du selbst als wahr erkannt hast.

Buddha

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Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 21:18 #6074

Udo schrieb:

Unser Universum ist endlich, aber grenzenlos!


Udo, dann lassen wir das jetzt. Du siehst es so und ich habe meine Gründe dargestellt, weshalb ich glaube, dass die Frage, ob das All endlich oder unendlich ist, im Moment noch nicht beantwortbar ist.
Nur noch folgende Anmerkung, die ich noch anbringen möchte, dann werde ich das Ganze nicht mehr weiter kommentieren, weil ich aus meiner Sicht dann nicht mehr dazu beitragen kann:
Auch ist mein Kenntnisstand, dass die Messungen, auf die du verweist, noch immer nicht die Genauigkeit haben, um exakt sagen zu können, das All wäre absolut flach. Es stimmt allerdings, dass es aus heutiger Sicht keine allzu große Krümmung haben kann, so sie denn vorhanden ist, sprich das All wohl durch die inflationäre Phase so gedehnt wurde, dass es uns heute selbst auf extrem großen Distanzen flach erscheint. Aber selbst wenn es exakt flach ist, gilt dennoch die m.E. richtige Überlegung, wie sie der von mir verlinkte Wiki-Beitrag auf den Punkt bringt. Ich habe auch im ganzen Beitrag keinen Widerspruch zu all dem entdeckt, was ich an anderen Stellen gelesen habe.

Ist die Energiedichte exakt gleich der kritischen Dichte, ist die Geometrie des Universums flach (euklidisch). Das Gesamtvolumen eines flachen Universums ist im einfachsten Fall, wenn man einen euklidischen Raum als einfachste Topologie annimmt, unendlich. Es sind aber auch Topologien mit endlichem Rauminhalt mit einem euklidischen Universum zu vereinbaren. Beispielsweise ist ein Hypertorus als Form möglich. Auch ein flaches Universum ist wie das hyperbolische Universum offen, ein gegebenes Volumenelement dehnt sich also immer weiter aus. Seine Expansion verlangsamt sich jedoch zusehends, so dass nach unendlicher Zeit eine endliche Ausdehnung erreicht ist.


Grüße Josef

Du musst auch im brennenden Haus deinen Frieden finden (zen-buddhistische Weisheit),...........denn alles Sein ist flammend Leid (Franz Marc)

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Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 22:46 #6075

Hallo Forum
Zuerst: Absolut hohes Niveau. Mein kompliment. So ein Forum muß man auf dieser Welt erst mal finden.
Eine Ehre und Freude hier dabei zu sein.Auch wenn ich monatelang weg war.
Die Frage nach den Grenzen des Universums hat wohl fast Jeden beschäftigt seit seiner Jugend.
Ich denke, das die „Grenze des Universums“, also der äußere Rand einen unsichtbaren und fließenden Übergang darstellt. Es gibt zwei „Welten“.
1. Die innere Welt (Unser Universum) mit „aktivem erschaffenem Raum“. Das durch das Licht der Galaxien und die Expansion des Universums immer größer wird.
2. Die äußere Welt (außerhalb der Grenzlinie) mit Raum in dem das Licht der Galaxien noch nicht vorgedrungen ist. Dort herrschen die gleichen Gesetze wie im Inneren.
3. Dann noch die „unsichtbare Grenze“, die mit der Expansion und dem Licht der Galaxien stetig nach außen wandert. Auch ein Körper könnte diese Grenze verändern.
z.B. Ein Raumschiff das theoretisch mit Überlichtgeschwindigkeit diese Grenze überschreitet, eine 180 grad drehung macht und umkehrt. Allein durch den Körper des Raumschiffes wurde neuer innere Raum geschaffen (aktiver Raum, unser Universum)
Das Universum hat jetzt folgende Form. Zuerst die Grundform(Kugel oder Pfannkuchen, ist ja egal) dann an einem Rand eine kleine Beule in umgekehrter U-Form (Flugbahn des Raumschiffes)

Hör auf Stephen, ist schon mal ein guter Ansatz.

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Hör auf Stephen, ist schon mal ein guter Ansatz.

Expandierende Raumzeit 12 Mai 2016 23:03 #6076

Josef Wolferseder schrieb: Udo schrieb:

Unser Universum ist endlich, aber grenzenlos!


Udo, dann lassen wir das jetzt.

Grüße Josef


Meinetwegen.

Dieses Thema ist auch deshalb so schlecht durchzudiskutieren, weil man gleich an 2 elementare Grenzen stößt:

Einmal an die Grenze der als gesichert anzusehenden wissenschaftlichen Erkenntnisse, zum anderen stößt man aber auch an die eigenen verstandesmäßigen Grenzen, oder will hier jemand behaupten, er könne sich im Geiste ein unendliches Universum vorstellen? Oder eines ohne Grenzen, aber endlich groß? Oder eines ohne jede Form? Oder kann sich jemand ein Universum MIT einer Form vorstellen? Ein solches Universum mit Gestalt, mit Form bedingt jedoch zwangsläufig ein "Außen", ein Außerhalb, denn eine Form, welcher Gestalt auch immer, lässt sich logischerweise nur INNERHALB eines anderen Raumes vorstellen, da jeweils ein "Außen" zwingend benötigt wird.

Nach derzeitigem Wissensstand gibt es jedoch kein Außerhalb unseres Universums. Was aber unlogisch ist, denn WO fand denn der Urknall statt?

Und doch behaupten namhafte Wissenschaftler genau DAS: Der Raum, also "alles was ist" wurde erst MIT dem Urknall erschaffen. Ja, WO denn?

Man kann diese Problematik drehen und wenden wie man will: Der menschliche Verstand streikt beim "Sichvorstellen" was das Universum ist, man kann ja nicht mal die Form beschreiben ohne sich einen Knoten ins Gehirn zu machen.

Grüße
Udo

Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert

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Expandierende Raumzeit 13 Mai 2016 10:49 #6077

Zum Thema Flachheit des Universums und der daraus resultierenden Unendlichkeit:

Seine Krümmung beträgt nach neuesten Messdaten 0 ± 0,4%. Das Universum könnte also immer noch sehr, sehr schwach - also auf großen Raumskalen - gekrümmt sein. Wäre die Krümmung positiv, dann würde das ein endliches Universum ergeben, dessen Form man sich als Sphäre in einem vierdimensionalen Hyperraum vorstellen kann. Die Größe müsste aber mindestens 250mal der Größe des sichtbaren Universums entsprechen, also grob 50 Milliarden Lichtjahre mal 250 = 12500 Milliarden Lichtjahre. Selbst wenn wir die Messgenauigkeit immer weiter erhöhen, könnten wir nie ein zwar unvorstellbar großes, aber endliches Universum ausschließen.

Eine wunderbare Zusammenfassung aller Erkenntnisse über die Expansion des Universums gibt es auf dem Youtube-Kanal PBS-Space Time, allerdings auf (gut verständlichem) Englisch und recht anspruchsvoll. Der Link, den ich unten angebe, bezieht sich auf das bisher letzte Video zu dieser Frage. Darunter sind die Links zu den ersten drei Folgen angegeben. Bitte diese zuerst anschauen, sonst versteht ihr nur Bahnhof:
PBS Space Time Videos zur Expansion

Zu meiner Frage, wieso die ständige Erschaffung von dunkler Energie nicht den Energieerhaltungssatz verletzt (interessant, dass dieser Einwand niemand hier zu stören scheint), habe ich auch einige Antworten gefunden. Manche waren ziemlich konstruiert, aber es gibt auch eine ganz einfache:

Der Energieerhaltungssatz gilt nur in einem geschlossenen System, das zeitinvariant ist!
Zeitinvarianz bedeutet, man kann ein Experiment zu jedem beliebigen Zeitpunkt mit dem gleichen Ergebnis wiederholen. Das Universum ist aber nicht zeitinvariant, es verändert sich ständig und damit verändern sich auch die Bedingungen, unter denen das Experiment abläuft. Nehmen wir einen Billardstoß: Der Tisch repräsentiere die gekrümmte Raumzeit. Man kann beim Stoß zwar die aktuelle Krümmung mit einberechnen, sodass der Ball eine Kurve beschreibt und trifft, wenn sich die Krümmung aber mit der Zeit verändert und man das Experiment mit den gleichen Stoßparametern wiederholt, wird die Kugel nicht treffen.
Auch in einem flachen Universum ändert sich die Krümmung der Raumzeit, allein schon durch die immer weitere Verdünnung der Materie. Das Universum ist als nicht zeitinvariant.
Der Energieerhaltungssatz gilt deshalb gar nicht in ihm.
Das ist natürlich keine anschauliche, sondern rein theoretische Erklärung. Wir fragen uns trotzdem, wieso Energie aus dem Nichts kommen kann. Aber das ganze Universum und seine Entstehung durch den Urknall ist ja ein Beispiel dafür.

Ein anderes Argument ist: Sollte das Universum tatsächlich unendlich sein, wie es seine Flachheit nahelegt, dann wäre seine Gesamtenergie gar nicht definiert. Ob ein unendlich großes Universum, selbst wenn es zeitinvariant wäre, ein abgeschlossenes System sein kann, ist aber wahrscheinlich eher eine philosophische Frage.

Und dann fällt mir sogar selbst ein Argument ein für Leute, die (wie ich) nur schwer damit leben können, dass Energie aus dem Nichts entsteht:
Die dunkle Energie wird in Einsteins Gleichungen ja durch eine kosmologische Konstante beschrieben. Wenn es sich tatsächlich um eine Konstante handelt, dann ist die Energiedichte der dunklen Energie in jedem Raumvolumen gleich, und da immer mehr Raum durch Expansion entsteht, würde das zu einem ungebremsten Anstieg der dunklen Energie selbst in unserem beobachtbaren Universum führen. Gleichzeitig nimmt aber die Energiedichte des durch Materie und Strahlung erfüllten Universum ab: Die Materie verdünnt sich immer weiter, wird irgendwann sogar zerstrahlen. Dann bleiben nur noch Photonen übrig. Deren Wellenlänge wird immer weiter gestreckt, das heißt: auch die Strahlungsenergie wird immer geringer. Das materielle Universum stirbt einen Kältetod, wenn alle Energie aufgebraucht ist.
Spätestens ab da kann die Abnahme der Masse- und Strahlunsgenergie nicht mehr das Anwachsen der dunklen Energie kompensieren. Die dunkle Energie würde bis in alle Ewigkeit und ins Unermessliche ansteigen. Vielleicht käme es auch zum Big Rip, also dem Zerreißen der Raumzeit.
Was aber, wenn die kosmologische Konstante gar nicht konstant ist? Was ist, wenn sie ganz langsam abnimmt? Dann wäre die Geschichte des Universums nichts anderes als eine Umwandlung von Masse-/Strahlungsenergie in dunkle Energie. Wenn eines Tages keine Masse und Strahlung mehr existiert, hätte auch die kosmologische Variable (Konstante kann man dann ja nicht mehr sagen) den Wert Null erreicht. Das Universum bestünde dann aus dunkler Energie, deren Menge der Größe der Strahlungsenergie unmittelbar nach dem Urknall entspräche! Vielleicht kehrt sich der Prozess ja dann um (ja, ich weiß: eine völlig unhalt- und unbegründbare Spekulation). Aber vielleicht doch nicht so unhaltbar? Es gibt neue Forschungsergebnisse und Lösungen der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die nahelegen, dass es mit der beschleunigten Expansion in ein paar Milliarden Jahre zu Ende sein könnte, dann würde das Universum sich wieder zusammenziehen und auf einen Big Crunch zusteuern. Nette Aussichten, aber auch nicht schlimmer als der Kältetod.

Es würde mich interessieren, was ihr darüber denkt. Haltet ihr das für möglich?
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Expandierende Raumzeit 13 Mai 2016 18:21 #6078

Hallo gravitationistalles,

also deine Thesen mit innen und außen und Beulen durch Raumschiffe klingen - um es ganz offen zu sagen - mehr nach SF als nach seriösen kosmologischen Spekulationen. Aber wenn du da eine ernstzunehmende Quelle hast, dann lass es uns wissen.

Hallo Udo,
mit deiner Zusammenfassung sprichst du mir aus der Seele. Ich habe es mittlerweile schon aufgegeben, mir da so was wie endlich und grenzenlos und ohne außen oder eben unendlich, das nie aufhört, vorzustellen. Ich habe mal - weil eben auch verunsichert - gestern sogar noch unter "Kontakt" mal eine Anfrage an die Profis gestellt, ob vielleicht mal einer einen Einzeiler hier absetzen kann, wie der aktuelle Stand zu endlich/unendlich innerhalb der Zunft der professionellen Kosmologen nun ist.

Hallo Roland,
klasse, wie du das zusammengefasst hast. Schön, dass du nun auch wieder Zeit hast. Der Info-Austausch hier mit euch macht mir großen Spaß und ich lerne viel dazu.
Also, dass die Krümmung nun schon auf plus/minus 0,4% festgemacht werden konnte, war mir neu. Dann ist die Info in dem Wiki-Link mit 2% doch schon veraltet. Unglaublich, was sich in kürzester Zeit so tut.
Die von dir vorgeschlagenen Links werde ich mir jetzt an den arbeitsfreien Tagen mal ansehen. Ich bin schon gespannt.
Zu deinem Text foglende Anmerkungen:
Also das mit der Zeitinvarianz in Bezug auf Energieerhaltung war mir ganz neu.

Das materielle Universum stirbt einen Kältetod, wenn alle Energie aufgebraucht ist.
Spätestens ab da kann die Abnahme der Masse- und Strahlunsgenergie nicht mehr das Anwachsen der dunklen Energie kompensieren

Entschuldige die Spitzfindigkeit, aber du sprichst zwar davor von abnehmender Energiedichte der normalen Energie, dann aber von Abnahme der Energie im alternden und expandierenden Universum. Sicher meinst du aber nur die Abnahme der Energiedichte, da letztlich die vorhandene Energie einfach mit der Zeit übergeht in extrem langwellige Strahlung, wie du das ja selber schon beschreibst, oder? Ich merke, mit mir geht der Korintenkacker wohl wieder durch :ohmy:

Was aber, wenn die kosmologische Konstante gar nicht konstant ist? Was ist, wenn sie ganz langsam abnimmt? Dann wäre die Geschichte des Universums nichts anderes als eine Umwandlung von Masse-/Strahlungsenergie in dunkle Energie. Wenn eines Tages keine Masse und Strahlung mehr existiert, hätte auch die kosmologische Variable (Konstante kann man dann ja nicht mehr sagen) den Wert Null erreicht. Das Universum bestünde dann aus dunkler Energie, deren Menge der Größe der Strahlungsenergie unmittelbar nach dem Urknall entspräche!

Mit diesen Aussagen komme ich nicht klar. Aber vielleicht habe ich da selber den Knoten drin. Muss man nicht streng trennen zwischen dieser ominösen dunklen Energie und der übrigen Energie? Wenn die kosmologische Konstante abnehmen sollte, dann heißt das doch nur, dass die Energiedichte der dunklen Energie auch abnimmt. Warum sollte sich daraus eine Umwandlung von Masse-/Strahlungsenergie in dunkle Energie ergeben? Durch die Expansion des Universums, ob nun beschleunigt, gleichmäßig oder sogar verlangsamt nimmt doch nur die Energiedichte der normalen Energie/Materie und wohl auch der dunklen Materie ab. Sicher, ab einem gewissen Expansionsgrad und vergangener Zeit wird es nur noch extrem langwellige Photonen geben, also im Grunde auch eine Form der dunklen Energie, weil eben so langwellig. Aber das hat ja nichts im Geringsten mit der dunklen Energie zu tun, die für die Expansion verantwortlich ist. Und selbst wenn die normale Energie/Materie in dunkle Energie verwandelt werden würde, dann könnte doch nie wieder am Ende die gleiche Energiemenge vorliegen wie unmittelbar im oder nach dem Urknall, da die dunkle Energie mit der Expansion doch zunimmt. Und woher sie kommt, fragen wir uns doch schon ohnehin die ganze Zeit. Gerade dir macht doch mit Recht die scheinbare Verletzung des E-Erhaltungssatzes Kopfzerbrechen. So weiß ich nicht recht, wie du das alles meinst. Vielleicht habe ich aber da auch eine gravierende Wissenslücke.

Zur Frage, woher die dunkle Energie kommt, habe ich in Spektrum d. Wissenschaft aus der Ausgabe vom Feb. 08 was gefunden. Dort wird mit der Stringtheorie argumentiert. Ich zitiere mal nur den einen markanten Satz: "Der Stringtheorie zufolge besitzt der Raum neun Dimensionen, durch die sich zahlreiche Paralleluniversen bewegen. Stoßen zwei von ihnen zusammen oder verformen sich die zusätzlichen Raumdimensionen, könnte dies unser eigenes Universum zu beschleunigter Expansion anregen." Das würde im Klartext bedeuten, dass die dunkle Energie vermittels dieses Hyperraumes (der sogenannte Calabi-Yau-Raum) aus einem Paralleluniversum, einer anderen Brane in der Terminologie der Stringtheorie, stammt und in unser Universum "gepumpt" wird. Natürlich, das ist extrem spekulativ, aber immerhin wäre der Energieerhaltungssatz gerettet. Am Rande: Das erinnert schon auch irgendwie an die Epizyklen des geozentrischen Weltbildes. :(

Vielleicht käme es auch zum Big Rip, also dem Zerreißen der Raumzeit.


Tja, wie wird das Ende aussehen? Diese Frage interessiert mich auch sehr. Ich habe dazu schon mal zum Thema "Unendlichkeit des Alls" versucht, einen groben Überblick zu geben bezgl dessen, was ich da so weiß. Es handelt sich um Beitrag mit Nr. 5874 vom 1. Mai. Udo müsste ihn kennen, da er auch in der Diskussion war.
Der Auszug über die möglichen Enden:

Das All dehnt sich dabei immer weiter aus, die DE übernimmt die Kontrolle. Das All erleidet den Kältetod, andere nennen das Gleiche auch den Wärmetod. Aber die Expansion erfolgt eben nicht beschleunigt.
Eine kurze und sehr leicht verständliche Beschreibung der 3 möglichen Szenarien Bip Crunch, Bip Rip und Big Whimper (oder auch Big Chill) gibt folgender Link:
www.drillingsraum.de/room-universe_end/ende_universum.html

Leider oder interessanterweise gibt es noch weitere denkbare Szenarien:

Big Freeze:
Wenn die DE schneller zunimmt, als das Universum expandiert. Dann nimmt die DE, also die Dichte im All irgendwann einen unendlich großen Wert an. Das All wird dann buchstäblich immer zähflüssiger. Nichts kann sich am Ende mehr bewegen, alles wird zu "Beton" und "friert" ein.

Big Splat:
Das wäre ein Szenario aus der Stringtheorie. Unser Universum existiert auf einer vierdimensionalen Bran, die sich durch einen Raum mit noch mehr Dimensionen bewegt, quasi wie ein Blatt Papier, das durch ein Klassenzimmer flattert. Stößt nun unsere Bran mit einer anderen zusammen, dann vernichten sie sich gegenseitig. Sie stürzen in einem Big Crunch zusammen. Womöglich folgt dann wieder ein neuer Urknall.

Big Brake:
Ebenfalls eine bizarre Theorie. Dabei würden Tachyonen, die sich theoretisch mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen, eine entscheidende Rolle spielen. Nach einer Zeit der Expansion sorgen die Tachyonen über einen komplexen Mechanismus für eine radikale Abbremsung der Expansion. Sie hört abrupt auf. Danach würde sich das All wieder zusammenziehen und in einem Big Crunch enden.


Aber nun weiter mit Anmerkungen zu deinem Text, Roland.

Vielleicht kehrt sich der Prozess ja dann um (ja, ich weiß: eine völlig unhalt- und unbegründbare Spekulation). Aber vielleicht doch nicht so unhaltbar?


Habt ihr eigentlich schon mal von dem Modell der "Konformen Zyklischen Kosmologie" von Roger Penrose gehört. Er ist ein Schwergewicht in der Kosmologie, ein brillianter Denker.
Wenn sich alles aufgelöst hat am Ende der Zeit und die Expansion extrem weit fortgeschritten ist, dann entsteht aus dem leeren Raum alles neu. Durch eine sogenannte konforme Umskalierung startet das All neu durch. Dadurch kann Penrose auch erklären, warum der Urknall so speziell war und eine so extrem geringe Entropie besaß. Penrose hat auch einen Vorschlag gemacht, wie man seine Theorie nachprüfen könnte.
Ich kopiere mal aus dem Link unten die Stelle rein:

Penrose hat berechnet, dass die Gravitationswellen aus dem letzten Äon vor unserem Urknall charakteristische Abdrücke in die Hintergrundstrahlung hinterlassen haben müssten: Kreise in den Zyklen der Zeit, die man aus den Rauchzeichen des Urknalls herauslesen könnte. Penrose veranschaulicht das so: „Wir würden eine Überlagerung von kreisförmigen Mustern an der Himmelssphäre erkennen, die den Wellen auf der Oberfläche eines Teichs nach einem Regenschauer ähneln."


Und hier der Link, aus dem das Zitat oben stammt. Es handelt sich um einen Artikel von Rüdiger Vaas in Bild der Wissenschaft über den Ansatz von Penrose.

www.wissenschaft.de/archiv/-/journal_con...Wiederkehr-der-Zeit/

Von Penrose gibt es dazu auch das Buch "Zyklen der Zeit" auf deutsch. Das habe ich aber nicht gelesen. Es wird sonst uferlos.

PS: Passt zwar nicht direkt zu unserem Thema, nur indirekt. Hat von euch schon jemand eine halbwegs vernünftige Erklärung gehört oder gelesen, warum eigentlich die dunkle Materie, die sich angeblich wie ein Halo um die Galaxien legt, nicht längst schon kollabiert ist und in einem schwarzen Loch verschwunden ist. Warum frage ich mich das? Nun, weil es doch immer heißt, dass die DM nur gravitativ wirkt und sonst in keinster Weise. Was aber nur gravitativ wirkt, keine elektromagnetische Kraft kennt, sprich Elektronenhüllen, die sich abstoßen können, müsste doch nach hinlänglich langer Zeit wohl oder übel in einem schwarzen Loch verschwinden. Oder muss man da doch eine kinetische Energie annehmen, die in der DM steckt und den Kollaps verhindert. Aber wie soll man sich das vorstellen ohne abstoßende Kräfte zwischen den wie auch immer gearteten DM "Atomen". Wahrscheinlich ist diese Frage aufgrund des mangelnden Wissens über die DM nicht beantwortbar. Lohnt es sich hier, ein neues Thema im Forum zu eröffnen? Ich fürchte, es käme nach meinen Recherchen bisher in der Sache nur wenig raus, oder?

So, der nächste Monsterbeitrag ist fertig. Hat aber richtig Spaß gemacht. Außerdem ist das Wetter draußen (Südostbayern) dermaßen schlecht, das nicht mal mein Hund mir beleidigt ist, dass er nicht rauskam. :P :P

Grüße Josef

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Expandierende Raumzeit 13 Mai 2016 20:28 #6079

Rolander schrieb: Es würde mich interessieren, was ihr darüber denkt. Haltet ihr das für möglich?


Möglich ist alles.

Wir wissen halt noch viel zu wenig von allem.

Dort, wo Wissen aufhört, fängt eben die Spekulation an, man macht sich eben so seine Gedanken. Erlaubt ist bis zum Beweis des Gegenteils eigentlich alles.

Mehr kann man dazu eigentlich nicht sagen, ohne explizit für oder gegen ein bestimmtes Modell zu argumentieren.

Was wissen wir denn sicher vom Universum bzw. was kann man als "großen Konsenz" ansehen? (Von abstrusen Spinnertheorien mal abgesehen)

1. Alles deutet darauf hin, dass es einen sogenannten "Urknall" gegeben haben muss, seit dem dehnt sich unser Universum stetig aus, die Ausdehnung erfolgt sogar zunehmend beschleunigt.

2. Alle Messungen deuten darauf hin, dass unser Universum "flach" ist in jede Richtung, wobei es tendenziell so ist, dass sich mit jeder feineren Messung die Flachheit verstärkt, die Messungenauigkeiten werden zunehmend weniger, wobei sich immer mehr herausstellt, dass der Raum wirklich flach zu sein scheint. Meine Prognose: Irgendwann wird man die Flachheit auf die x-te Nachkommastelle exakt bei 180° messen können. Für Anhänger eines gekrümmten Raumes wird der Spielraum zunehmend enger. Wie gesagt: Meine Prognose.

3. Das Alter des Universums beträgt ca. 13,8 Milliarden Jahre.

4. Das Universum ist jedoch viel größer, wir können eben nur so weit "schauen", wie uns das Licht auch erreicht.

5. Jenseits der Grenze der Sichtbarkeit (nicht zu verwechseln mit einer eventuellen, hypothetischen Grenze des Universums!) dehnt sich der Raum mit Überlichtgeschwindigkeit aus, was jedoch kein Widerspruch zur RT ist, denn der Raum selbst darf das, sich mit ÜLG ausdehnen. Außerdem ist alles relativ.

6. In unserem Universum kann die LG nicht überschritten werden.

Gibt es darüber hinaus noch weitere "Fixpunkte des aktuellen Standes der Wissenschaft"? Also das, was man als ziemlich gesichert ansehen kann?

Denn alles darüber hinausgehende, etwa die Form/Formlosigkeit, Größe Endlichkeit/Unendlichkeit des Universums, Vorhandensein von Strings/Branen usw. sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt reine Spekulationen.


Das, was ich persönlich bis jetzt aus diversen Aussagen, Videobeiträgen usw. von namhaften Wissenschaftlern wie Herrn Gaßner, Lesch und anderen gehört habe, erweitert das oben angegebene Standardwissen, das jedoch noch nicht allgemein anerkannt ist, um folgende Dinge:

A. Unser Universum ist endlich in jeder Hinsicht, sowohl zeitlich als auch räumlich, es ist also NICHT unendlich.

B. Unser Universum hat keine Krümmung, auch nicht auf sehr, sehr großen Skalen, es ist flach.

C. Daraus folgt, dass es auch keinerlei Form haben kann, es ist keine Kugel, hat also keinen Radius und keinen Durchmesser (nicht zu verwechseln mit dem Rand der Sichtbarkeit).

D. Es gibt kein Außerhalb des Universums, was die Formlosigkeit des Universums bedingt.

E. Was vor dem Urknall war, können wir aus Prinzip nicht wissen.

F. Es ist zwar endlich, hat aber keine Grenzen, es gibt keinen Rand, bis zu dem die Raumzeit sozusagen vorgedrungen ist und dahinter ist ........ etwas anderes. SO ist es NICHT. Wenn es so wäre, gäbe es ja ein Außerhalb unseres Universums. Der Raum wird ja miterschaffen.

Gerade der letzte Punkt ist wohl am schwersten zu verdauen (ich kann das ja auch nicht), weil man sich so etwas beim besten Willen nicht vorstellen kann. Und doch muss es so sein, denn könnte es ja wirklich das "Gasthaus am Ende des Universums" geben, oder es gäbe dort Schilder: "Achtung, Sie verlassen jetzt das Universum, halten Sie ihre Ausweispapiere bereit!"


Grüße
Udo

Das Verzichtbare ist nutzlos. J.F. Hingeklammert
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Expandierende Raumzeit 15 Mai 2016 14:11 #6102

Rolander schrieb:

Der Energieerhaltungssatz gilt nur in einem geschlossenen System, das zeitinvariant ist!


Zwei Dinge wollte ich noch anfügen an die Antwort von udogigahertz:
1.) Vorsicht. Die Invarianz gegenüber Zeittranformation IST der Energieerhaltungssatz (siehe Nöther-Theorem)
2.) Der Betrag der Gesamtenergie ist eine Frage des Bezugssystems. Einfaches Beispiel: Welche kinetische Energie hat ein ruhender Massepunkt? Null? Wie würden Sie die Frage beantworten wenn Sie den Massepunkt aus einem fahrenden Zug beobachten?
Ergo: Welches Bezugssystem wählen Sie bei Ihren Überlegungen zur expandierenden Raumzeit?
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Expandierende Raumzeit 20 Mai 2016 10:57 #6276

Lieber Herr Gaßner , herzlichen Glückwunsch zu Geburtstag!

Als interessierter Laie habe ich mir zum Thema einen kleinen Überblick verschafft.

Wie in der Physik üblich, hat sich unser heutiges Weltmodell – beginnend mit Einsteins ART - aus dem Wechselspiel von Theorie und Beobachtungen entwickelt.

Ich verzichte im Folgenden weitgehend auf Formeln, Gleichungen und Mathematik und fasse kurz zusammen.


1. Beobachtungen legen nahe, dass das Universum auf großen Skalen isotrop und homogen ist. Diese Homogenität und Isotropie wird durch das kosmologische Prinzip für das Universum postuliert.
2. Es gibt eine Familie von Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen, so dass eine Schar von mitbewegten Beobachtern die gleiche Geschichte des Universums sehen (Isotropie).
3. Die Form dieser sogenannten Friedmann- Lemaitre Weltmodelle ist charakterisiert durch die Dichteparameter der Materie ΩM und der Energie ΩΛ (kosmologische Konstante). (Für die Ableitung dieser Weltmodelle wurde wegen Isotropie und Homogenität ein „mit Flüssigkeit gefülltes Universum“ angenommen, also der Energie-Impuls-Tensor einer Flüssigkeit verwendet.) Die Summe der Dichteparameter beträgt ΩM + ΩΛ = 1 , wenn das Universum nicht gekrümmt ist, also „flach“ ist. Es hat dann genau die sogenannte „kritische Dichte“. Der Dichteparameter der Strahlung ist heute sehr klein und kann in unserer Epoche vernachlässigt werden. Die Größe des Universums wird durch die Hubble Konstante Ho charakterisiert. Diese sogenannten kosmologischen Parameter bestimmen die Expansionsrate des Universums als Funktion der Zeit.
4. Der Skalenfaktor der Expansion R(t) – nicht die Galaxien „fliegen voneinander weg“, sondern der Raum selbst expandiert – ist eine bis heute monoton ansteigende Funktion der Zeit. Früher war das Universum dichter und heißer. Es muss einen Zeitpunkt gegeben haben, wo R = 0 war (Urknall).
5. Die Rotverschiebung ist keine Doppler-Rotverschiebung, sondern eine Eigenschaft der expandierenden Raum-Zeit.
6. Der Betrag der Dichteparameter und die Flachheit des Universums ergeben sich am Genauesten aus der Messung und Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die Werte aus der kürzlich erfolgten Satellitenmessung mittels „Plank“ sind folgende: ΩM = 0,317 und ΩΛ = 0,683
7. Ca. 380 000 Jahre nach dem Urknall wurde das bis dahin vorhandene Plasma neutral, worauf die heute meßbare Hintergrundstrahlung (CMB) freigesetzt werden konnte. Plasmaphysik versteht die Verhältnisse von „damals“ im Einzelnen. Die sehr kleinen Fluktuationen der CMB sind durch akustische Wellen im Plasma verursacht. Es handelt sich dabei um Schwingungen der baryonischen Materie im Potentialtopf der Dunklen Materie. Der Hauptpeak der nach Kugelflächen Funktionen entwickelten Fluktuationen liegt am Firnament bei ca. 1 Grad liegen, was auf Basis von geometrischen Überlegungen nur der Fall sein kann, wenn unser Universum „flach“ ist. Aus der Analyse der Amplituden der Peaks läßt sich das Verhältnis von baryonischer zu dunkler Materie ausrechnen.
8. Mit diesen gemessenen Werten sieht die zeitliche Entwicklung der Expansion, dies ist der Skalenfaktor R(t) unsres Universums nach dem Friedmann- Lemaitre Weltmodell (und der Robertson-Walker-Metrik), wie folgt aus: Am Anfang hat R eine „ordentliche“ Steigung (Verursacher: Urknall). Anschließend nimmt die Steigung von R(t) ab. Für diese Abbremsung dominiert zunächst die „gravitative Wirkung“ der Strahlung, später die der Materie. Vor einigen Milliarden (ca. 6) Jahren ergab sich ein Wendepunkt. Die Expansionsgeschwindigkeit nimmt seither wieder zu. (Der Lambdaterm ΩΛ beginnt zu dominieren.) Deswegen wird das Universum auch in Zukunft beschleunigt expandieren.
9. Experimentell Befunde (Rotverschiebung weit entfernter Supernovae) scheinen diese Theorie zu bestätigen.
10. Die Annahme einer inflationären Phase unmittelbar nach dem Urknall (extreme Ausdehnung in extrem kurzer Zeit) „behebt“ unter anderem die beiden größten Problem des oben geschilderten Modells, nämlich das Horizont- und das Flachheitsproblem.
11. Fazit: Wir glauben heute an das sogenannte Λ-CDM-Modell.

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein
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Expandierende Raumzeit 21 Mai 2016 11:05 #6309

Josef M. Gaßner schrieb: Rolander schrieb:

Der Energieerhaltungssatz gilt nur in einem geschlossenen System, das zeitinvariant ist!


Zwei Dinge wollte ich noch anfügen an die Antwort von udogigahertz:
1.) Vorsicht. Die Invarianz gegenüber Zeittranformation IST der Energieerhaltungssatz (siehe Nöther-Theorem)
2.) Der Betrag der Gesamtenergie ist eine Frage des Bezugssystems. Einfaches Beispiel: Welche kinetische Energie hat ein ruhender Massepunkt? Null? Wie würden Sie die Frage beantworten wenn Sie den Massepunkt aus einem fahrenden Zug beobachten?
Ergo: Welches Bezugssystem wählen Sie bei Ihren Überlegungen zur expandierenden Raumzeit?


Vielen Dank Herr Gaßner, ich verstehe, was sie meinen. Nachträglich wünsche ich Ihnen auch alles Gute zum Geburtstag.
Ihr Buch ist das beste "populär"-wissenschaftliche Werk, das ich in den vergangenen 20 Jahren gelesen habe. Ich ziehe meinen Hut!

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Expandierende Raumzeit 06 Jun 2016 09:27 #6656

Noch folgende drei Bemerkungen zu meinem obigen Beitrag.

Für die erste Bemerkung wäre ein Kommentar eines wirklichen Experten (vielleicht Josef Gaßner selbst?) hilfreich.

Erstens
Die Friedmann Energiegleichung beschreibt die Expansionsrate des Universums in Abhängigkeit von der Gesamtenergie. Von Einstein bei seinen Feldgleichungen in die Welt gesetzt, taucht der Labda-Term hier natürlich auch auf und wird nun als konstante Vakuumenergiedichte interpretiert.
Leitet man aus dieser Energiegleichung die Beschleunigungsgleichung her, so erhält der (in Newtonsche Interpretation) vom Gravitationspotential herrührende Term ein negatives Vorzeichen (Abbremsung) und der von der Vakuumenergie herrührende Term ein positives Vorzeichen (Beschleunigung). Dies ist im Wesentlichen dem Umstand geschuldet, dass das Gravitationspotential eine 1/r - Abhängigkeit aufweist, wogegen das durch den Lambda Term repräsentierte Potential mit r² wächst.

Ausgehend von der Friedmannschen Energiegleichung sind die Vorzeichen in der Beschleunigungsgleichung also Ergebnis reiner Mathematik, woraus sich Abbremsung und Beschleunigung ergeben. Dabei wird nur beim gravitativen Term in klassischer Weise Gebrauch vom 1. Hauptsatz der Thermodynamik gemacht, nämlich über die Strömungsgleichung, wenn die gravitativ wirkende Strahlung des ganz jungen Universums mit einbezogen wird. Zur Ableitung der beschleunigenden Wirkung der Vakuumenergie konstanter Dichte benötigt man den 1.Hauptsatz nicht.

Mir ist das recht. Für mich liegt kein physikalischer Erkenntnisgewinn in der Anwendung des 1. Hauptsatzes auf die konstante Vakuumenergiedichte, wodurch dann natürlich promt ein negativer Druck geliefert wird. „Negativer Druck“ verwirrt mich eher. Worin sollte die physikalische Motivation zur Anwendung des 1. Hauptsatzes liegen?

Zweitens
Das Flachheitsproblem ist nicht so die Frage, ob die kritische Dichte heute mehr oder weniger nahe bei eins liegt. Damit der totale Dichteparameter heute von der Größenordnung eins sein kann (also z.B. Zwischen 0,1 und 2 ), muss er kurz nach dem Urknall ultraextrem genau nahe bei 1 gelegen haben. Man kann sich den Mechanismus für eine solche hochgenaue Feinabstimmung nicht vorstellen. Da schafft die Inflationstheorie Abhilfe.
Oder sind Multiversen wahrscheinlicher, wobei unseres nur zufällig lebensfreundlich ist?

Drittens
Thema "Einsteins Eselei"
Wahrscheinlich, ich spekuliere, bezeichnete Einstein später seine Lamba-Konstante nicht nur deshalb als "Eselei", weil die Hubble Messungen bekannt wurden, sondern weil offensichtlich wurde, dass das räumlich-zeitliche Verhalten der zugehörigen Beschleunigung nicht zum räumlich-zeitlichen Verhalten der Gravitation passt und aus diesem Grund seiner ursprüngliche Intension niemals gerecht werden konnte. Diese Erkenntnis dürfte dem Physiker Einstein wirklich „weh“ getan haben.
Wo kann man die diesbezüglichen historischen Tatsachen genauer nachlesen?

Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein

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Leicht beieinander wohnen die Gedanken. Doch hart im Raume stoßen sich die Sachen. Schiller, Wallenstein
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