Physik: Hubbles Gesetz und andere Themen

[Gala]

Ich hab mal ein Verständnisproblem.

Laut Wikipedia beträgt Hubbles Konstate etwa 74 (km/s)/Mpc. Das sind wiederum etwa 23 (km/s)/Megalichtjahr.

Wenn ich mit diesem Wert den Punkt berechne, ab dem sich der Raum mit der Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt, so komme ich auf 13 Milliarden Lichtjahre Entfernung.

Wie kann das sein ? Warum ist die Distanz, ab der die Objekte sich mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen, genau dem Alter des Weltalls ? Ist Hubbles Konstante etwa doch keine Konstante, sondern fällt mit der Zeit ? Und wenn ja, wie kann das sein - spielt hier die Bewegung des Weltalls selbst eine Rolle ?

 

[David]

Ich bin kein Physiker und kenn mich außerhalb unserers Sonnensystems auch nicht mehr mit dem Weltall aus, aber mein erster Gedanke ist:
Wenn das Universum 13 Mrd. Jahre alt ist, kann Licht ja auch nur max. 13 Mrd. Lichtjahre zurückgelegt haben, d.h. von weiter weg können wir doch überhaupt nichts sehen, und deshalb auch nur spekulieren was da passiert ?

Und wenn sich irgendwo das All schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen würde, würde man von da natürlich nie was sehen können, weil das Licht nie bei uns ankommen würde.

Irgendwie dreh ich mich ab da auch nur noch im Kreis:
Wenn sich das Universum ab einer gewissen Stelle schneller als das Licht ausdehnen kann, sieht man den Teil dahinter nicht.
Auch wenn das Universum einfach nur so größer ist als 13 Mrd. Lichtjahre wäre das Licht von da noch nicht bei uns angekommen und wir würden nichts sehen.
Dehnt es sich nur mit Lichtgeschwindigkeit aus, ist es maximal 13 Mrd. Lichtjahre groß und von dahinter kann man dann natürlich auch nichts mehr sehen, weil da nichts mehr ist.
Wie kann man das unterscheiden ?


EDIT:
"Hubble's law describes the observation in physical cosmology that the velocity at which various galaxies are receding from the earth is proportional to their distance from us."
Wenn das stimmen würde, wäre die Erde ja plötzlich doch wieder ein besonderer Punkt, sozusagen das Zentrum des Universums ?
Sollte die Kirche am Ende doch Recht gehabt haben ?
Oder ist das nur ne optische Täuschung, die einem von jedem anderen Punkt aus genauso erscheinen würde ? (Alles Andere würde mich wirklich sehr nachdenklich machen..)

 

[Maus]

@David: Hubbles Gesetz gilt für jeden Punkt im Universum. Die Erde ist da in keinerlei Hinsicht ein besonderer Punkt.

@Gala: woher kennst du denn das Alter des Weltalls? Mal abgesehen davon, dass es da unterschiedliche Meinungen dazugibt, ist es nicht ganz so falsch, das Alter über die Hubble-Konstante zu errechnen (so wie von dir dargelegt). Kleiner Schönheitsfehler ist aber auf jeden Fall, dass sich das Weltall aller Wahrscheinlichkeit nach auch für eine kurze Zeit deutlich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausgebreitet hat (Stichwort: Inflation).

btw: sehr passender Topic-Titel

 

[David]

Aber wie kann man sich das dann praktisch vorstellen ?
Wenn es für uns so aussieht, als ob die Galaxien sich unterschiedlich schnell bewegen würden, dann haben sie doch völlig unabhängig davon, wie wir selber uns bewegen, unterschiedliche Geschwindigkeiten drauf.
Und das muss dann von einem anderen Ort aus gesehen doch anders aussehen als für uns ?

 

[Ysrthgrathe]

Der Hubble-Parameter beschreibt die Rate der Expansion des Universums.
Die Hubble-Konstante beschreibt die Rate der Expansion im Moment der Messung.

Mittlerweile bezeichnet man als Hubble-Konstante nur noch den aktuellen Wert des Hubble-Parameters.
Dieser Paramter ändert sich aber mit der Zeit.
( Deshalb Parameter. Konstanten ändern sich laut Definition nicht mit der Zeit. Die Bezeichnung Hubble-Konstante ist historisch. Man dachte die Expansion wäre konstant. )

Der Kehrwert der Hubble-Konstante ist die Hubble-Zeit. Sie beträgt nach den neuesten Messungen der Hubble-Konstante (übrigens mit dem Hubble-Teleskop ) etwa 13,8 Milliarden Jahre.

Für das Alter des Universums kommt es jetzt darauf an, wie sich der Hubble-Paramter mit der Zeit verändert hat. Das wiederum hängt dann von der Geometrie des Universums, dem Gehalt des Universums an heller und dunkler Materie und vor allem vom Gehalt an dunkler Energie ab.
Materie verzögert die Expansion, dunkle Energie beschleunigt sie.

Das Alter des Universum berechnet man am genauesten mit Hilfe des WMAP Satelliten, der die Hintergrundstrahlung vermisst.
Mit diesen Daten und ner Menge Annahmen kommt man dann auf ein Alter von 13,7 Milliarden Jahren.

Als Abschätzung ist die Hubble-Konstante also verdammt gut.
Das ist aber mehr oder weniger Zufall?
Ohne dunkle Energie und Materie kommt man auf vollkommen abweichende Werte.

@David
Die Expansion des Universums kann schneller als die Lichtgeschwindigkeit sein und war das während der Phase der Inflation vielleicht auch.
Man muss also nicht den Anfang des Universums sehen können.
Außerdem scheint die Expansion beschleunigt.
Irgendwann sieht man also gar nix mehr.

Dein Problem mit der Sichtweise verstehe ich leider nicht.
Vielleicht hast die eine falsche Vorstellung von der Ausdehnung des Universum.
Es dehnt sich nicht nur an den "Rändern" aus, sondern in jedem Punkt des Universums.
So wie etwa ein Teig mit Rosinen darin, der aufgeht. Die Rosinen sind Galaxien bzw. Sonnensysteme, der Teig ist das Universum.
Stell dir vor, du bist eine Rosine und der Teig geht sehr schnell auf und ist sehr groß.

 

[Durin]

"Wie kann man sich das dann praktisch vorstellen?" hat im Streit gegen "relativistische Physik" verloren und muss jetzt immer ein Lichtjahr Abstand halten.

 

[Gala]

An der Hubble-Konstanten ist also rein gar nichts konstant, wie es scheint.

Sie hängt sowohl von der Alter des Universums als auch von der Geschwindigkeit der Raumexpansion ab. Wobei Letztere ja obendrein bekanntlich zunimmt.

(Ich hab kürzlich im Web eine wunderbare Vorlesung gefunden, in der ein Physik- oder Astronomieprofessor das wie folgt erklärt hat: Wir haben keine Ahnung, warum sich die Raumexpansion beschleunigt. Aber so sagt man das als Physiker nicht - das man keine Ahnung hat. Man sagt stattdessen, das man eben die dunkle Energie entdeckt hat ! )

Eigentlich wollte ich den Punkt berechnen, ab dem das Weltall wegen der Raumexpansion "hinter den Horizont fällt". Dieser Punkt existiert dann wohl nur wegen der Beschleunigung der Raumexpansion ?

 

[Sheera Li]

!!!

Als ich den Topic-Titel gelesen hab, dachte ich unweigerlich an: "Ist hier Weibsvolk anwesend?"

Sry, nix Konstruktives heut von mir. ^-^

 

[David]

@Ysrthgrathe:
Was bedeutet überhaupt Ausdehnung des Raums ?

Wenn ich vorher 1m³ Raum hab, und der dehnt sich aus, was hab ich dann ?
2m², also neuen Raum, in etwa so wie der Atlantik sich jedes Jahr nen paar cm ausdehnt, oder ist der 1m³ einfach "größer" als vorher ?
(Und wenn Letzteres der Fall ist, warum merken wir als rein 3-dimensionale Wesen das dann überhaupt ? )

Mein Problem mit der Ausdehnung sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten: Würde sich alles gleich schnell voneinander entfernen, sähe das natürlich von jedem Punkt in etwa gleich aus. Aber wenn sich Körper, die weiter von den Erde weg sind, (scheinbar?) schneller von uns wegbewegen, dann kann das doch unmöglich von jedem Punkt im Universum aus so sein ?

Auf was für Grundlagen beruht das Ganze eigentlich ?
Ich weiß, daß man die Rotverschiebung von entfernten (wie misst man die Entfernung überhaupt ? ) Körpern als Beleg dafür nimmt, daß diese sich entfernen, bildlich gesprochen, weil die Wellenlängen dadurch "gestreckt" werden. Aber was gibts denn sonst noch an Daten ?

@Durin:
Ich bin ja schon froh, daß wir unser Sonnensystem eh nie verlassen werden und deshalb im täglichen Leben mit der einfachen Schulbuch-Physik prima auskommen können.

@Gala:
War das zufällig der Prof. Lech ?
Der Satz könnt auf jedem Fall von ihm sein.
(Wenns mehr Physiklehrer wie den gäbe, hätten wir glaub ich weniger Probleme mit dem Nachwuchs in naturwissenschaftlichen Fächern..)

 

[Ysrthgrathe]

@Gala

An der Hubble-Konstanten ist also rein gar nichts konstant, wie es scheint.
Sie hängt sowohl von der Alter des Universums als auch von der Geschwindigkeit der Raumexpansion ab. Wobei Letztere ja obendrein bekanntlich zunimmt.

Die Hubble-Konstante ist eine streng genommen falsche Bezeichnung für ein Messergebnis einer mit der Zeit veränderlichen Größe.
Sie hängt aber nicht von der Geschwindigkeit der Raumexpansion ab.
Vielmehr ist sie ein Maß für die Rate der Expansion der Raumzeit.

Aber so sagt man das als Physiker nicht - das man keine Ahnung hat. Man sagt stattdessen, das man eben die dunkle Energie entdeckt hat!

Man versteht ebenfalls nicht, warum Supergalaxienhaufen und noch größere Strukturen zusammenhalten.
Die Gravitation der Materie wäre dafür nicht stark genug.
Jetzt gibt man aber auch nicht zu, dass man da etwas nicht versteht. Stattdessen behauptet man ganz überzeugt, dass das an einer neuen Materie, der dunklen Materie liegt. Die sieht man übrigens nicht, sonst könnte ja jemand fragen wo die denn ist.
Und geben muss es sie ja, schließlich halten die Superalaxienhaufen ja zusammen.
Woraus sie besteht, weiß man aber nicht.

Eigentlich wollte ich den Punkt berechnen, ab dem das Weltall wegen der Raumexpansion "hinter den Horizont fällt". Dieser Punkt existiert dann wohl nur wegen der Beschleunigung der Raumexpansion ?!

Nö, er existiert wegen der Raumexpansion. Selbst wenn sie nicht beschleunigt wäre.
Von unserem Standpunkt aus werden Teile des Universums unzugänglich, da sich der Raum mit einer Geschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt. Wir befinden uns also in einer Kugel mit uns als Mittelpunkt, Orte außerhalb dieser Kugel können wir nicht erreichen, da wir dann schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fliegen müssten.
Für jeden anderen Punkt lässt sich natürlich ebenfalls eine solche Blase konstruieren.
Das es einen solchen "Horizont überhaupt gibt liegt nur daran, dass sich der Raum in jedem Punkt der Raumzeit ausdehnt.
In diesem Punkt hier . und in diesem . und in diesem . und in diesen drei ...

Wie groß diese Blasen sind hängt davon ab, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
Ob dies Blasen größer, kleiner oder gleich bleiben, hängt davon ab, ob diese Ausdehnung sich beschleunigt, sich verzögert oder gleichbleibt.

@David

Was bedeutet überhaupt Ausdehnung des Raums ?

Den sich ausdehenenden Raum kann man sich als Analogon als den Teig für einen Napfkuchen vorstellen.
Im Teig sind Rosinen verteilt. Wenn die Hefe aufgeht, nimmt der Abstand zwischen den einzelnen Rosinen immer weiter zu. Die Rosinen selber dehnen sich ja aber nicht mit aus. So ist das auch mit der Raumzeit. Der Raum selbst expandiert, die Galaxien, die darin verteilt sind, bleiben aber gleich groß, weil die Schwerkraft sie zusammen hält. Es ist tatsächlich so, dass es eine Dehnung ist, und nicht das Hinzufügen von neuen Raumzeitstücken.
Die sich entfernenden Galaxien bewegen sich nicht wirklich von uns weg. Es ist die Expansion, die uns vorgaukelt, diese Objekte würden sich bewegen. Es wird einfach nur der Abstand zu ihnen immer größer. Wenn man sich diese Expansion auch wirklich als eine solche vorstellst, wird einem klar, warum das ganze für weiter entfernte Objekte immer "schneller" geht.

Ich weiß, daß man die Rotverschiebung von entfernten (wie misst man die Entfernung überhaupt ? ) Körpern als Beleg dafür nimmt, daß diese sich entfernen, bildlich gesprochen, weil die Wellenlängen dadurch "gestreckt" werden.

Die Rotverschiebung wird nicht einfach durch die Wegbewegung der Lichtquellen verursacht, sondern tatsächlich durch die Expansion des Raumes.
Die Expansion des Universums darf man nicht so verstanden, dass sich Galaxien in der Raumzeit voneinander entfernen. Die Raumzeit selbst dehnt sich aus, die Galaxien werden mitbewegt.
Eine Expansion gravitativ gebundener Objekte wie Galaxien oder Galaxienhaufen findet nicht statt. Diese sind durch ihre Eigengravitation von der Expansionsbewegung entkoppelt.
Bei Licht ist das anders. Die elektromagnetische Welle bewegt sich frei durch die sich ausdehnende Raumzeit.
Vergrößert sich die Raumzeit während der Laufzeit des Lichtes, so passiert das auch mit der Wellenlänge des Lichts.

(wie misst man die Entfernung überhaupt ? )

Durch die Rotverschiebung.

Ich bin ja schon froh, daß wir unser Sonnensystem eh nie verlassen werden und deshalb im täglichen Leben mit der einfachen Schulbuch-Physik prima auskommen können.

Na ja, GPS funktioniert nur, weil man die allgemeine Relativitätstheorie bei den Berechnungen benutzt.

 

[Durin]

Nein, GPS würde auch so funktionieren, mit einer Genauigkeit, die reichen würde um jeden Menschen mit dem Orbitalen Todesstrahl zu treffen. Ich denke, die berechnen die spezielle (nicht die allgemeine, das ist E = m*c²) Relativitätseffekte nur, um damit angeben zu können, wie genau ihre Messinstrumente sind (=so dass das eine relevante Störgröße ist, was verdammt genau ist).

 

[Ysrthgrathe]

Nö, stimmt nicht.
Zwei Sekunden googlen.
http://www.quantenwelt.de/technik/GPS/relativitaet.html

Die Atomuhren in den schnell bewegten Satelliten gehen also aufgrund des speziellen Relativität 7 Mikrosekunden pro Tag nach.

Einfluss der allgemeinen Relativitätstheorie

Noch stärker als der Einfluss der Geschwindigkeit ist der Einfluss der Schwerkraft (Gravitation) auf die Uhren der Satelliten.

Zusammengenommen gehen die Satellitenuhren etwa 38 Mikrosekunden pro Tag vor. Würde man diese Abweichung nicht berücksichtigen, so würde die Ortsmessung bereits nach einem Tag 11,4 Kilometer betragen.

Davon abgesehen hat die allgemeine Relativitätstheorie nix mit E = m*c² zu tun.

 

[David]

GPS ist eh nur für Leute, die keine Karten lesen können.

Wobei ich mir den Teil, wo die Schwerkraft den Raum krümmt, das Licht deshalb nen längeren Weg gehen muss, und wegen des absoluten Diktats der Lichtgeschwindigkeit dann eben die Zeit verschieden schnell gehen muss, damit das Licht immer gleich schnell ist, grad noch vorstellen kann. Und das kann man ja auch experimentell überprüfen, indem man Atomuhren auf verschiedenen Höhen platziert.

@Ysrthgrathe:
Moment mal: Man nimmt eine höhere Rotverschiebung bei weiter entfernten Objekten als Beleg dafür, daß sie sich schneller fortbewegen als nahe Objekte, und eben diese Entfernung misst man über die Rotverschiebung ?
Liegt das jetzt an mir, daß mir das wie nen Zirkelschluss vorkommt ?

Wie kann man denn sicher sagen, daß so eine Rotverschiebung auf weiten Distanzen nicht einfach eine normale Eigenschaft von Licht ist, dessen Ausmaß mit was ganz Anderem als der Entfernung zu tun haben kann ?

Aber den Rest kann ich mir nicht wirklich vorstellen:
Sind dann sozusagen die Kilometer innerhalb einer Galxie "kürzer" als die im leeren Raum, weil die Schwerkraft sie zusammenhält ?
Oder nehmen die Galaxien weniger Kilometer ein als vorher, wenn der Raum sich unter ihnen weg ausdehnt ?

Wenn der Raum in der Galaxie uns immer gleich groß vorkommt, der Raum dazwischen aber immer größer erscheint, dann wäre die einfachste Erklärung für mich sowieso, daß die Galaxien und wir mit ihnen einfach schrumpfen.
Vielleicht befinden wir uns ja alle schon auf dem Weg in ein schwarzes Loch..

 

[Maus]

Entfernungen misst man mit mehreren Methoden, die auf unterschiedlichen Skalen wirksam sind. Und zwar dadurch, dass sich diese Skalen überlappen. Ein paar Messmethoden: Fernrohr; Ausnutzung der Bahnparallaxe der Erde, Periode veränderlicher Sterne, Supernovae; und noch Abschätzung der Helligkeit aufgrund des Sternenspektrums unter Annahme des Standard-Diagramms für Sternentwicklung (Namen vergessen)

@David: der Physiker aus dem Fernsehen ist imho Harald Lesch (nicht Lech).

 

[Ysrthgrathe]

@ David
Zur Rotverschiebung :
Man kennt zum Beispiel das Spektrum einer bestimmten Art von Sternen.
Das Spektrum setzt sich aus Spektrallinien zusammen.
Eine Spektrallinie ist das Licht einer genau definierten Frequenz, das von einem Atom oder Molekül aufgrund eines quantenmechanischen Übergangs abgegeben oder absorbiert wird.
Man weiß genau, welcher Spektrallinie zu welchem Übergang welchen Atoms gehört.
Bei einem sehr weit entfernten Stern misst man jetzt ein bekanntes Spektrum.
Es sieht z.B. aus wie unser Sonnenspektrum.

Allerdings sind alle Spektrallinien um einen bestimmten Wert verschoben sind.
Dazu passende Übergänge von Atomen gibt es aber nicht.

Es muss sich also um den bekannten Stern handeln, bei dem irgendetwas das Spektrum verschoben hat.
Als sinnvollste Erklärung bekommt man dann die Rotverschiebung.


Die Rotverschiebung kann soweit ich weiß bei Entfernungen bis zu 5 Milliarden Lichtjahren auch durch Messungen des Gravitationslinseneffekts unabhängig bestätigt werden.
Dabei wird das Licht eines Quelle durch ein vom Betrachter aus gesehen davorliegendes Objekt, klassischerweise ein schwarzes Loch, beeinflusst.
Durch dessen Gravitationsfeld wird das Licht abgelenkt, sodass die Position der Quelle am Himmel verschoben erscheint. Auch kann ihr Bild dabei verzerrt oder sogar vervielfacht werden.
Daraus kann man dann mit Hilfe der ART unabhängig die Entfernung bestimmen.

Wie kann man denn sicher sagen, daß so eine Rotverschiebung auf weiten Distanzen nicht einfach eine normale Eigenschaft von Licht ist, dessen Ausmaß mit was ganz Anderem als der Entfernung zu tun haben kann ?

Sehr gute Überlegung.
Eine alternative Erklärung zur Rotverschiebung wäre zum Beispiel die Theorie der Lichtermüdung. Wurde bis etwa 1950 diskutiert.
Das Licht verliert auf seinem langen Weg bis zu uns Energie, ermüdet also.

Diese Theorie wurde zu Gunsten der Expansion der Raumzeit gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie aufgegeben.
Für die Expansion des Universums sprechen nämlich noch andere Indizien. Gegen die Lichtermüdung sprechen ebenfalls einige gute Gründe.


An die Rotverschiebung kann man also ohne Zirkelschlüsse glauben
Solange niemand ein besseres Erklärungsmodell findet, wogegen aber einiges spricht.


@Maus
Für sehr weit entfernte Objekte (Quasare) gibt es aber nur die Methode der Rotverschiebung, oder?
Das Diagramm heißt Hertzsprung-Russell-Diagramm.

@David

Aber den Rest kann ich mir nicht wirklich vorstellen:
Sind dann sozusagen die Kilometer innerhalb einer Galxie "kürzer" als die im leeren Raum, weil die Schwerkraft sie zusammenhält ?
Oder nehmen die Galaxien weniger Kilometer ein als vorher, wenn der Raum sich unter ihnen weg ausdehnt ?

Entfernungen messen kann man zum Beispiel mit einer Latte Holz.
Man definiert: Meine Latte Holz ist einen Meter lang.
Die Atome der Holzlatte hängen aufgrund der elektrischen Kräfte zusammen.
Elektromagnetische Kräfte sind viele viele Größenordnungen größer als z.B. die Gravitation.

Breitet sich der Raum zwischen den Atomen aus, rücken sie sofort wieder zusammen. Es wirken ja Kräfte zwischen ihnen.
Deswegen hat man eine Latte und keinen Atomhaufen.
Die Latte bleibt also genauso lang wie vorher.
Alle anderen Objekte halten ebenfalls zusammen, größere Objekte wie z.B. Galaxien(haufen) halten aufgrund der Gravitation zusammen.

Die Galaxie ist also genauso lang, wenn du deine Holzlatte mehrmals anlegst wie noch vor 5 Minuten.
Die Entfernung zu einer anderen Galaxie, die so weit weg ist, dass keine Gravitationskräfte mehr wirken, ist jetzt aber mehr Holzlattenlängen entfernt als noch vor 5 Minuten.


Noch ein anderer Ansatz, er ist aber so nicht ganz richtig:

Aus jedem Punkt wird durch die Ausdehnung eine winzig winzig winzig kleine Kugel.

Zwei Punkte im Raum die vorher einen Meter auseinander lagen, liegen jetzt nach einer Sekunde (einen Meter) + (die vielen winzig winzig winzig kleinen Kugeldurchmesser) auseinander.
Also (einen Meter) + (ein winzig winzig winzig kleines unmessbares Stück.)
Sitzen auf den beiden Punkten Neutronen, sind diese nach einer Sekunde immer noch genau einen Meter auseinander. Zwischen Ihnen wirken Kräfte.

Jetzt haben wir zwei Raumpunkte, die 5 Milliarden Lichtjahre auseinander sitzen.
Nach einer Sekunde liegen diese Punkte
(5 Milliarden Lichtjahre) + (die vielen vielen vielen vielen winzig winzig kleine Radien) auseinander.
Also (5 Milliarden Lichtjahre) + (ein paar Lichtjahre).
Sitzen auf den beiden Raumpunkten Neutronen, ändert sich nichts. Die Kräfte zwischen Ihnen spielen offensichtlich keine Rolle.

Folglich entfernen sich sehr weit entfernte Objekte viel schneller von uns als nahe Objekte.
Umso weiter weg, umso schneller die Entfernung.

Ich find den Napfkuchen als Beispiel aber schöner.
Außerdem wird mir mulmig wenn ich von der Ausdehnung von Punkten spreche.


Vielleicht kann Maus das besser erklären als ich oder mich berichtigen.

 

[Theron]

Ich hab neulich auch gesehen das sich das Universum immer weiter ausdehnt und nicht etwa langsamer, sondern immer schneller wird. Irgendwann wird der Raum zwischen den Galaxien und den Planeten und Sternen so groß sein, dass man keinen Stern mehr sieht und nur noch komplette Schwärze herrscht. Aber bis dahin gibts ja logischerweise dann eh kein Leben mehr, wenn die Sonne uns abhaut oder vorher "durch"brennt.

Son Physiklehrer wie Lesch hätte ich auch gerne gehabt, bzw. ein solchen Unterricht. Warum muss man in der Schule dämliche Formeln lernen die man normal nie wieder braucht? Es reicht doch wenn man die lernt, wenn man eine solche Sparte einschlagen will. Viel wichtiger ist das Verständnis für die ganzen Vorgänge, durch anschauliche Erklärungen, Versuche usw. Formeln kann man immer noch lernen wenn man gut in Mathe ist und Physik studieren will.

 

[Enigma]

 
"Gegen die Lichtermüdung sprechen ebenfalls einige gute Gründe."

Zum Beispiel, dass wir auch Blauverschiebung beobachten können. Meine mich zu erinnern, dass Lesch das in seinem "Müdes-Licht"-Bashing erwähnt hat.

Zu Entfernungen im All: http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-all-2000-ID1208766821237.xml

 

 

[David]

Wie würde das denn aussehen, wenn sich nicht der Raum ausdehnen würde, sondern die Objekte sich ganz normal im stabilem Raum bewegen würden ?
Gäbs dann keine Rot- oder Blauverschiebung (je nach Bewegungsrichtung) ?

@Ysrthgrathe:
An der Rotverschiebung hab ich ja auch nicht gezweifelt, mit dem Spektrum des Sonnenlichts haben wir in der Geographie ja auch viel zu tun, und bei der Erdbeobachtung ist das Spektralverhalten bestimmter Stoffe ja die Grundlage.

Aber diese Erfahrungen finden halt alle im überschaubarem Rahmen des Sonnensystems statt, da frag ich mich dann schon, ob es bei kosmischen Entfernungen nicht noch Gesetzmäßigkeiten geben könnte, die auf so kurzen Distanzen keine Rolle spielen. Wenn ich im Flugzeug fliege, muss ich mir ja auch keinen Kopf darum machen, daß bei Lichtgeschwindigkeit die Zeit stillstehen würde, sondern komm mit der vereinfachenden Annahme einer gleichmäßig verlaufenden Zeit prima aus.

Und wenn man das Ausmaß der Rotverschiebung als Beleg dafür nehmen will, daß weiter entfernte Sterne sich schneller bewegen, dann muss diese Entfernung natürlich wenigstens für einige Beispiele unabhängig von der Rotverschiebung belegbar sein, aber das scheint ja der Fall zu sein.
Sonst könnten die Sterne ja theoretisch auch alle gleich weit weg sein, und die unterschiedliche Rotverschiebung kommt von der löchrigen Frischhaltefolie, die die Aliens um unser Sonnensystem gewickelt haben.
Wenn man dann erstmal an ein paar passenden Beispielen belegt hat, daß die Rotverschiebung und die Entfernung zusammenhängen dürften, kann man das natürlich auch auf Körper ausdehnen, wo man außer der Rotverschiebung nichts mehr hat.

Wobeis dann immer noch nen weiter Weg ist, von der stärkeren Rotverschiebung bei weiterer Entfernung zu einer Ausdehnung des Raums zu kommen. Wenn Licht nen weiteren Weg zu uns genommen hat, ist es doch auch viel mehr Einflüssen (Raumkrümmungen durch Gravitation, die Zeit an sich etc.) ausgesetzt als bei einem kurzen Weg. Mit nem bisschen Kreativität würden mir da noch viel mehr Erklärungen einfallen..
Z.B. lila Energie, die gleichmäßig im All verteilt ist, und keine andere Aufgabe hat, als das Licht nach und nach rot werden zu lassen.
(Auch nicht viel schlimmer wie wenn man 96% des Raums mit dunkler Energie bzw. Materie auffüllen muss, damit die Rechnung aufgeht )

Was die Ausdehnung angeht:
Aber wenn sich der Raum unter der Holzlatte weg ausdehnt, und die sich dann sofort wieder zusammenzieht, nimmt sie doch weniger Raum als vorher ein ?
Und wenn das Lineal um denselben Faktor geschrumpft ist wie die Galaxie, misst man natürlich dieselbe Größe, aber in Wirklichkeit ist beides geschrumpft.
Und wenn ich dann mit dem kürzeren Lineal anfange den freien Raum zu vermessen, erscheint der mir natürlich größer als vorher.

@Theron:
Mein Reden, gute Lehrer müssen das alles so ausdrücken können, daß man sichs nicht nur ausrechnen, sondern auch verstehen kann. Und dafür muss man die Formeln in normale Sprache übersetzen können.
Wenn mans dann mal verstanden hat, kann man immer noch die Formeln in den PC eingeben und damit rechnen lassen.

 

[Ysrthgrathe]

Die ganz normale Rot- und Blauverschiebung aufgrund der Geschwindigkeit gibt es natürlich zusätzlich.
Das ist der Dopplereffekt. Das ist der selbe Effekt wie beim Polizeiauto, bei dem sich das Signalton des Martinshorns verändert, je nachdem ob das Auto sich nährt oder entfernt.

Die Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universum ist etwas ganz anderes. Die hat genau genommen nichts mit Bewegung zu tun, wie wir sie normalerweise verstehen. Die Entfernung nimmt zu, weil sich der Raum selbst ausdehnt.

Bei größeren Entfernungen ist diese Rotverschiebung aufgrund der Expansion sehr viel größer als Verschiebungen aufgrund des Dopplereffekts.
Daher kann man in diesem Fall den Dopplereffekt vollkommen vernachlässigen.

@Enigma
Deswegen widerlegt auch die Blauverschiebung naher Galaxien, die auf uns zukommen, meiner Meinung nach nichts.
In diesem Fall wäre der Effekt der angenommen Lichtermüdung eben noch zu klein um bemerkt zu werden, da die Galaxien zu nahe sind.

Aber diese Erfahrungen finden halt alle im überschaubarem Rahmen des Sonnensystems statt, da frag ich mich dann schon, ob es bei kosmischen Entfernungen nicht noch Gesetzmäßigkeiten geben könnte, die auf so kurzen Distanzen keine Rolle spielen.

Doch, genau. Die Expansion des Universums spielt im Sonnensystem und der Galaxie keine Rolle, bei kosmischen Entfernungen aber schon.
Das liegt daran, dass sich das Universum in jedem Punkt gleichzeitig ausdehnt.

Wobeis dann immer noch nen weiter Weg ist, von der stärkeren Rotverschiebung bei weiterer Entfernung zu einer Ausdehnung des Raums zu kommen.

Ja, ist nicht so einfach.
Die Sache mit der Lichtermüdung hat sich Planck ausgedacht und lange daran festgehalten, der war ja auch kein Depp.
Es sprechen aber noch mehrere andere Sachen für eine Ausdehnung des Universums wie die Hintergrundstrahlung usw.
Wenn man daher die Ausdehnung des Universums mal als gegeben annimmt bemerkt man:
Oh, es gibt ja eine unerklärliche Rotverschiebung.
Moment, wenn sich das Universums ausdehnt passt das ja super.
Ich brauch also keine Aliens mit roter Materie oder gelber Frischhaltefolie.
Schön, eine Annahme gespart.

Wenn Licht nen weiteren Weg zu uns genommen hat, ist es doch auch viel mehr Einflüssen (Raumkrümmungen durch Gravitation, die Zeit an sich etc.)ausgesetzt als bei einem kurzen Weg. Mit nem bisschen Kreativität würden mir da noch viel mehr Erklärungen einfallen..
Z.B. lila Energie, die gleichmäßig im All verteilt ist, und keine andere Aufgabe hat, als das Licht nach und nach rot werden zu lassen.

"Die Zeit an sich" ist die Idee der Lichtermüdung. Sonstige Erklärungen, die sich mit allen anderen Beobachtungen decken, sind schwierig zu finden.
Du würdest dir also einen Namen machen, wenn du was findest.

Deine "lila Energie" wäre ja z. B. nur der Grund für die Lichtermüdung.
Übrigens dann genau so konstruiert wie die Sache mit der dunkle Energie.
Die dunkle Energie ist der Grund für die beschleunigte Expansion des Universums. Die beschleunigte Expansion ist nicht widerlegt und entspricht den Beobachtungen.

Könnte man die Lichtermüdung also nicht widerlegen, wäre die "lila Energie" eine Idee für die Erklärung der Lichtermüdung exakt im Stil der dunklen Energie.

Was die Ausdehnung angeht:
Aber wenn sich der Raum unter der Holzlatte weg ausdehnt, und die sich dann sofort wieder zusammenzieht,

Das passiert ja nicht nacheinander, sondern gleichzeitig.

nimmt sie doch weniger Raum als vorher ein ?
Und wenn das Lineal um denselben Faktor geschrumpft ist wie die Galaxie, misst man natürlich dieselbe Größe, aber in Wirklichkeit ist beides geschrumpft.

Warum soll sie den weniger Raum einnehmen? Warum soll sie schrumpfen?
Würde sich das Universum nicht ausdehnen, würden Körper ja auch nicht schrumpfen.
Warum sollen sie ausgerechnet schrumpfen, wenn das Universum expandiert?

Laut den Naturgesetzen ist eine Holzlatte genau dann stabil, wenn dessen Atome eine gewisse Anordnung und einen gewissen Abstand haben.
Stabil bedeutet, alle Kräfte sind im Gleichgewicht.

Die Expansion des Universum ist auf diese Abstände viel viel kleiner als die Zitterbewegung der Atome aufgrund der Wärme.
Durch die Zitterbewegung der Atome schrumpft oder expandiert das Holz ja auch nicht, auch wenn zwei nebeneinander liegende Atome sich zufällig aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. Es gibt also Kräfte die das wieder ausgleichen.
Warum ist es bei der um Größenordnungen kleineren Expansion des Universums unvorstellbar, das genau das gleich passiert?

Bei kosmischen Maßstaben sind ausgleichende Kräfte aber nicht mehr wichtig, da die Raumexpansion eine Entfernung von Lichtjahren zwischen Atomen bzw. Galaxien herstellt, die vorher schon Milliarden Lichtjahre auseinander lagen.

Das liegt wie gesagt daran, dass sich das Universum in jedem Punkt gleichzeitig ausdehnt.


@ Formeln sind doof
Hier sieht man den Vorteil von Formeln in der Physik. Die Hubble-Konstante beschreibt die Rate der Expansion. Sie ist 23 (km/(s*Megalichtjahr)).

Um so länger man wartet, um so größere Entfernung zu uns nach der Expansion.
Folgt aus 1/s.
Um so weiter weg von uns, um so größere Entfernung zu uns nach der Expansion.
Folgt aus 1/Megalichtjahr.
Jetzt schaut man sich noch die Friedmanngleichungen aus der ART an und man hat alles verstanden und kann es anwenden, ohne das mein das ganze deshalb mit Worten beschreiben muss. Oder kann.

Physik wird nun mal mit Hilfe der Mathematik beschrieben. Was eine Formel anschaulich bedeutet, ist ein ganz anderes Problem und oft gar nicht zu beschreiben.
Niemand kann bei der Stringtheorie wirklich sagen, was diese Formeln in 11 Dimensionen denn bedeuten. Alle Beschreibungen müssen hier zwangsläufig falsch sein bzw. unvollständig.

Beim Universum der ART ist das auch schon zum Teil so. Ich zumindest kann mir 4-dimensional nichts vorstellen.
Wenn man z.B. jetzt sagt, Masse krümmt die 4-dim. Raumzeit, ist das auch nur eine Beschreibung die einem eigentlich genau so wenig wie die Formeln etwas sagt. Ich kann mir weder einem 4-dim Raum, geschweige denn dessen Krümmung vorstellen.

Beim der Quantenphysik kann man eine Formel aufstellen und das Ergebnis berechnen. Möchte man das dann beschreiben, muss man mit Welle-Teilchen-Dualismus, spukhafter Fernwirkung usw. die Leute verwirren. Es geht nicht einfacher. Die Formeln sind aber "einfach" und man erhält "einfach" ein Ergebnis.

Natürlich ist es wichtig, eine Vorstellung für die Formeln zu finden. Das braucht aber weder leicht noch einfach zu sein.
Bei der Schulphysik zumindest sollte es aber noch jeder Lehrer schaffen können.

 

[David]

Mag sein, daß hier das menschliche Hirn an seine Grenzen stößt, aber normalerweise sage ich erst dann, daß ich was verstanden hab, wenn ichs in einfachen Worten erklären kann.
Demnach scheint dann also Manches in der Physik nicht mehr wirklich zu verstehen, sondern nur noch zu berechnen sein.

Ich will nochmal versuchen, meinen Gedanken die Ausdehnung betreffend andersrum zu formulieren:

Die ursprüngliche Idee war ja, daß der Raum sich ab einer bestimmten Stelle mit Überlichtgeschwndigkeit ausdehnt, und wir deshalb ab da nichts mehr sehen können. Das wäre völlig klar, wenn Ausdehnung bedeuten würde, daß neue Kilometer entstehen, die das Licht erst noch zurücklegen muss. Und wenn die schneller entstehen als das Licht unterwegs ist, kommt es nie an.

Aber wenn nun gar keine neuen Kilometer entstehen, seh ich folgende Situation:
Erste Annahme: Lichtgeschwindigkeit lässt sich in Kilometer pro Sekunde messen
Zweite Annahme: Die Zahl der Kilometer bleibt gleich, sie werden nur irgendwie "länger"
Der Wiederspruch bei dieser Formulierung ist ja klar: Solange die Lichtgeschwindigkeit konstant und in KM pro Sekunde messbar ist, ist es doch eigentlich völlig egal, wie "lang" so ein Kilometer ist ?

Wenn Licht durch eine Raumkrümmung muss, wird es ja auch nicht langsamer, sondern statt dessen läuft die Zeit in der Krümmung einfach anders als außen rum, damits am Ende wieder aufgeht. Warum ist das bei der Raumausdehnung anders als bei der Raumkrümmung ?

Und unter der Annahme, das keine neuen Kilometer entstehen, kommt man doch schnell auf ein Schrumpfen:
Wenn die Entfernung zwischen 2 Galaxien in KM immer gleich bleibt, die gefühlte Entfernung aber zunimmt, dann müssen entweder die Galaxien geschrumpft sein, oder ein KM in einer Galaxie ist was Anderes (stabil) als ein KM im leeren Raum (größer werdend).

Das hatte ich ja oben schonmal gefragt:
<i>"Sind dann sozusagen die Kilometer innerhalb einer Galxie "kürzer" als die im leeren Raum, weil die Schwerkraft sie zusammenhält ?
Oder nehmen die Galaxien weniger Kilometer ein als vorher, wenn der Raum sich unter ihnen weg ausdehnt ?"</i>

EDIT:
Auch auf das Risiko hin, daß es noch komplizierter wird:
Wenn die Rotverschiebung alleine auch anders erklärbar wäre, und es sogar Galaxien gibt, die uns trotz der Raumausdehnung so schnell näher kommen, daß es eine Blauverschiebung gibt, müssen die anderen Indizien für die Raumausdehnung ja ziemlich wichtig sein.
Wie war das noch gleich nochmal ?