Grundlegendes Verständnisproblem mit der Expansion des Raumes [Archiv]

FeuerHoden

2008-04-07, 23:51:13

Hallo

Erstmal zu dem was ich bisher weiß:

Das Universum ist ca. 13-15 Mrd. Jahre alt und etwa 13-15 Mrd. Lichtjahre groß. Das ist eine direkte Konsequenz des Urknalls und der damit verbundenen Expansion des Raumes.
Wenn wir nun einen Stern betrachten der 13 Mrd. Lichtjahre entfernt ist so wissen wir dass das Licht 13 Mrd. Jahre gebraucht hat um bis zu uns zu kommen. Wir wissen also das Wir den Stern nicht so betrachten wir er jetzt ist sondern wie er von 13 Mrd. Jahren war. Und anhand der Rotverschiebung wissen wir wie schnell sich der Stern von uns weg bewegt.

Nun meine Frage:

Wenn wir heute einen Stern beobachten der VOR 13 Mrd. Jahren 13 Mrd. Lichtjahre von uns entfernt WAR, so müsste dieser Stern heute doch sehr viel weiter von uns entfernt sein und das Universum somit viel größer sein.

Was habe ich nicht verstanden?

lg
FeuerHoden

X-Force

2008-04-08, 02:04:23

"Laut der heute gängigsten Theorie ist die kosmologische Rotverschiebung kein Dopplereffekt im eigentlichen Sinne, sondern beruht auf der allgemeinen zeitlichen Zunahme von Abständen im Universum. Dies führt zu der Annahme des Urknalls, da die Abstände zwischen den Galaxien in diesem Modell zu einem endlichen Zeitpunkt in der Vergangenheit verschwinden und daher ein Zustand unendlich hoher Dichte vorliegt."

von wiki

sprich das licht ist während der reise zu uns "gestreckt" worden, durch streckung des raumes, wodruch es halt ins rote verschoben ist, wenn ich das so richtig interpretiert habe
um genau zu sein hast du vielleicht die rotverschiebung nicht verstanden

Monger

2008-04-08, 08:41:37

Hallo

Erstmal zu dem was ich bisher weiß:

Das Universum ist ca. 13-15 Mrd. Jahre alt und etwa 13-15 Mrd. Lichtjahre groß. Das ist eine direkte Konsequenz des Urknalls und der damit verbundenen Expansion des Raumes.
Nein, eben nicht!
Du nimmst hier stillschweigend an, dass sich das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Es hat sich aber vorallem in der Anfangszeit dramatisch schneller ausgedehnt, und tut es immer noch.

Das hat auch zur Folge, dass wir heute eben nicht das gesamte Universum sehen, sondern nur das was eben das Alter des Universums zulässt. Das älteste was wir beobachten können, ist das erste Licht des Universums - was derzeit halt in Form des Hintergrundrauschens bei uns ankommt.

Baalzamon

2008-04-08, 10:22:39

joe kongo

2008-04-09, 14:20:17

FeuerHoden

2008-04-09, 22:30:29

Nein, eben nicht!
Du nimmst hier stillschweigend an, dass sich das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Es hat sich aber vorallem in der Anfangszeit dramatisch schneller ausgedehnt, und tut es immer noch.

Das hat auch zur Folge, dass wir heute eben nicht das gesamte Universum sehen, sondern nur das was eben das Alter des Universums zulässt. Das älteste was wir beobachten können, ist das erste Licht des Universums - was derzeit halt in Form des Hintergrundrauschens bei uns ankommt.

Ich weiß dass sich das Universum nicht mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, kam aber durch bei Schreibweise tatsächlich so rüber.

Und das wir nicht das ganze Universum sehen können ist auch klar. Nach meinem Wissensstand waren die ersten 500.000 Jahre im Universum komplett dunkel, erst danach tauchte baryonische Materie auf.

Nur beantwortet das alles nicht meine Frage:

Stern A steht auf Position X (13 Milliarden Jahre von uns entfernt) und strahlt Photonen ab.

13 Millarden Jahre später:

Die Photonen kommen bei uns an, wir berechnen dass die Photonen von einem Stern kommen der vor 13 Milliarden Jahren 13 Milliarden Lichtjahre entfernt war.

Wo Stern heute nachdem sich das Universum 13 Milliarden Jahre lang ausgedehnt hat?

Ich hoffe Ihr versteht was ich meine.

MfG
FeuerHoden

Abdul Alhazred

2008-04-09, 22:39:02

Es wäre sogar durchaus möglich, dass es den Stern, dessen Licht Du siehst, schon lange nicht mehr gibt. ;)

Monger

2008-04-09, 22:39:05

Das mit der Rotverschiebung durch Expansion des Raums hab ich auch noch nicht kapiert. Galaxien sind "stabil", der Raum dazwischen soll sich ausdehen.
Die Wellenlänge des durchlaufenden Lichts müsste ja wieder verkürzt werden wenn es in die "stabile" Galaxie eintritt ???

Nein, der gesamte Raum dehnt sich - egal ob da gerade eine Galaxie darin liegt oder nicht. Damit dehnen sich auch die Galaxien selbst (wobei da die Schwerkraft dagegen hält), aber auch der Raum zwischen ihnen.

Wo Stern heute nachdem sich das Universum 13 Milliarden Jahre lang ausgedehnt hat?

Mit hoher Wahrscheinlichkeit deutlich weiter weg. Du vermutest da schon richtig! ;)

FeuerHoden

2008-04-09, 23:19:04

Nein, der gesamte Raum dehnt sich - egal ob da gerade eine Galaxie darin liegt oder nicht. Damit dehnen sich auch die Galaxien selbst (wobei da die Schwerkraft dagegen hält), aber auch der Raum zwischen ihnen.

Mit hoher Wahrscheinlichkeit deutlich weiter weg. Du vermutest da schon richtig! ;)

Dann stimmst du mir also zu dass das sichtbare Universum in Wirklichkeit sehr viel größer ist als wir das sehen, richtig?

Ich finde leider keinen Faktor für die Geschwindigkeit mit der sich das Universum ausdehnt, aber in allen Dokumentationen die ich bisher gesehen habe wurde von der Größe des Universums gesprochen, es wurde aber nie explizit gesagt dass die Sterne nicht mehr an ihren ursprünglichen Positionen befinden. Diese Information scheint den Populärwissenschaftlern völlig zu entgehen.

Oder kennt jemand eine Doku, ein Buch, oder irgendeine Form von Publikation die sich darauf bezieht?

Denn es wird immer gesagt dass das sichtbare Universum so und so groß ist weil die am weitesten entfernten Sterne so und so weit entfernt sind. Aber in Wirklichkeit sind die Sterne viel weiter weg, aber das wird NIE erwähnt.

MfG
FeuerHoden

beos

2008-04-10, 00:37:51

Abdul Alhazred

2008-04-10, 00:47:09

Hi FeuerHoden,

als das Universum geboren wurde war alles was wir sehen können in einem Punkt vereint. Der Urknall fand also genau da, wo Du jetzt sitzt statt und auch dort, wo der jetzt 13Milliarden Lichtjahre entfernte Stern ist.

Ergo ist von einem Punkt, der jetzt von uns 13Milliarden Lichtjahre entfernt das Licht 13Milliarden Jahre zu uns unterwegs - und nicht 26Milliarden Lichtjahre.

Äh... Nee? Das Licht das wir jetzt sehen ist von einem Stern der vor 13 Milliarden Jahren 13 Milliarden Lichtjahre entfernt war. Das Licht ist immerhin nicht "aktuell" sondern 13 Milliarden Lichtjahre alt. Das bedeutet zwar nicht, dass der Stern jetzt 26 Milliarden Lichtjahre weg ist (wie gehabt - es könnte besagten Stern gar nicht mehr geben) aber schon mit hoher Wahrscheinlichkeit weiter als 13 Milliarden Lichtjahre, ausser der Pfad des Sterns hat den Stern sogar näher gebracht (die Expansion des Universums ist ja nun mal nicht linear - und ein Stern bleibt auch nicht zwingend auf der selben Linie mit der Erde).

beos

2008-04-10, 00:53:13

Äh... Nee? Das Licht das wir jetzt sehen ist von einem Stern der vor 13 Milliarden Jahren 13 Milliarden Lichtjahre entfernt war. Das Licht ist immerhin nicht "aktuell" sondern 13 Milliarden Lichtjahre alt. Das bedeutet zwar nicht, dass der Stern jetzt 26 Milliarden Lichtjahre weg ist (wie gehabt - es könnte besagten Stern gar nicht mehr geben) aber schon mit hoher Wahrscheinlichkeit weiter als 13 Milliarden Lichtjahre, ausser der Pfad des Sterns hat den Stern sogar näher gebracht (die Expansion des Universums ist ja nun mal nicht linear - und ein Stern bleibt auch nicht zwingend auf der selben Linie mit der Erde).

Nichts anderes habe ich gesagt - deswegen steht bei mir auch ein "jetzt" und ein "Punkt" und nicht ein "vor 13M Jahren" und "ein Stern" ;)

Abdul Alhazred

2008-04-10, 01:29:02

Nichts anderes habe ich gesagt - deswegen steht bei mir auch ein "jetzt" und ein "Punkt" und nicht ein "vor 13M Jahren" und "ein Stern" ;)

Ach shit, jetzt sehe ich's. Du hast "Punkt" der "jetzt" so weit entfernt ist gemeint, nicht das der Stern jetzt noch 13 Mia. LJ entfernt wäre. Mea culpa, mea maxima culpa. :usad:

Casketizer

2008-04-10, 01:50:02

Ich habs ja neulich schon mal geschrieben.
Das SICHTBARE Universum ist durch sein Alter begrenzt, wir koennen nicht weiter sehen, als das Universum alt ist. Das GESAMTE Universum hat sich während der frühen Inflationsphase in unbekannter Größe überlichtschnell ausgedehnt, für uns ist also seine tatsächliche Grõße nicht feststellbar. Es kõnnte sein, dass es nur wenig grõßer als das sichtbare Universum ist, oder aber zu diesem im selben Verhältniss stehen wie das sichtbare Universum zu einem einzelnen Atom.

Also ja, wenn dein Beispielstern noch existiert, wird er heute deutlich weiter weg sein als 13GLJ (Gigalichtjahre).

Zur Ausdehnung des Raums.
Wenn der Raum an sich sich ausehnt, dann betrifft das absolut ALLES in ihm, also auch Atome, Lichtwellen, Galaxien, sogar wir werden "grõßer". Es ist sogar davon auszugehen das in unvorstellbar ferner Zukunft die Materie an sich zerfällt weil die Kernkräfte nicht mehr "greifen".

Wer mehr über sowas lernen will sollte sich Alex Filipenko's Videokurs "Frontiers of Astronomy" besorgen.

Abdul Alhazred

2008-04-10, 01:52:47

Also ja, wenn dein Beispielstern noch existiert, wird er heute deutlich weiter weg sein als 13GLJ (Gigalichtjahre).

IMHO wahrscheinlich aber nicht zwingend. Die Laufbahn des Sternes hätte durchaus den Stern auch näher bringen können oder zumindest nicht so weit forgetragen. Das beste Beispiel ist doch Andromeda - heute noch so weit weg, in Kürze ganz nahe (zeitlich relativ betrachtet, natürlich). Die Objekte im Universum sind ja nicht gerade statisch.

Casketizer

2008-04-10, 03:40:12

Er ging im Beispiel aber von einem sich wegbewegenden Stern aus...

Monger

2008-04-10, 09:18:16

Dann stimmst du mir also zu dass das sichtbare Universum in Wirklichkeit sehr viel größer ist als wir das sehen, richtig?

Absolut.

Ich finde leider keinen Faktor für die Geschwindigkeit mit der sich das Universum ausdehnt, aber in allen Dokumentationen die ich bisher gesehen habe wurde von der Größe des Universums gesprochen, es wurde aber nie explizit gesagt dass die Sterne nicht mehr an ihren ursprünglichen Positionen befinden. Diese Information scheint den Populärwissenschaftlern völlig zu entgehen.

Jaein. Ganz so einfach ist auch wieder nicht, aber dazu gleich mehr...

Die Gesamtgröße des Universums ist immer noch arg spekulativ. Deshalb spricht man in aller Regel auch nur vom sichtbaren Universum.
Aber wenigstens Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Universum#Form_und_Volumen) gibt einen Anhaltspunkt:

Beobachtungsdaten des Satelliten WMAP schließen nach Neil Cornish die meisten Beschreibungsmodelle des Universums, die einen Radius kleiner als 78 Milliarden Lichtjahre besitzen, aus.

Denn es wird immer gesagt dass das sichtbare Universum so und so groß ist weil die am weitesten entfernten Sterne so und so weit entfernt sind. Aber in Wirklichkeit sind die Sterne viel weiter weg, aber das wird NIE erwähnt.

Das blöde an einem relativistischen Modell ist halt, dass Realität eine Frage des Standpunkts ist. Wir können nur Ereignisse wahrnehmen, die aus unserer Sicht bereits passiert sind.
Mit Begriffen wie "in Wirklichkeit" muss man hier vorsichtig umgehen, denn von uns aus gesehen sind nunmal die Sterne genau da wo sie sind. Es gibt keine neutrale Beobachtung des Universums, indem es dann eine global gültige zeitliche Messlatte gibt.

Du kannst also nicht sagen, dass "in diesem Moment" die Sterne in Wahrheit viel weiter weg sind. Du nimmst damit stillschweigend an, dass es genau diesen zeitlichen Moment irgendwo anders auch gibt. Das kann man aber so nicht sagen - Raum und Zeit lässt sich einfach nicht isoliert voneinander betrachten.

Grestorn

2008-04-10, 10:21:14

Du kannst also nicht sagen, dass "in diesem Moment" die Sterne in Wahrheit viel weiter weg sind. Du nimmst damit stillschweigend an, dass es genau diesen zeitlichen Moment irgendwo anders auch gibt. Das kann man aber so nicht sagen - Raum und Zeit lässt sich einfach nicht isoliert voneinander betrachten.

Das ist genau der Punkt, wenn Du ihn nicht erwähnt hättest, hätte ich ein ganz ähnliches Posting geschrieben.

Das Vertrackte an Raum und Zeit ist die Subjektivität des Betrachters und die Unmöglichkeit, den Zustanz "jetzt" für einen derart großen Raum korrekt zu beschreiben. Etwas, was einem Menschen nur sehr schwer vorstellbar ist, weil sich seine Welt in einem Bereich abspielt, in dem das Licht subjektiv unendlich schnell ist.

Es gibt schöne Bücher über die Relativität von Zeit und Raum, in denen das sehr plastisch erklärt ist.

beos

2008-04-10, 11:55:20

Also - vielleicht stehe ich auf dem Schlauch - aber wenn sich:

- wie angenommen, das Universum anfangs überlichtschnell ausdehnte und wir einen Stern beobachten, der 13 Mill LJ entfernt ist könnte das Universum ja auch viel jünger sein.....

- ich nehme jetzt mal an, dass sich das Universum in einer Sekunde 4 Mill Lichtjahre ausdehnte
- dann wäre beim Beobachten des Stern in 13 Mill LJ Entfernung das Universum erst 9 Mill Jahre alt

Mein Kopf raucht gerade :uroll:

Monger

2008-04-10, 12:04:33

- ich nehme jetzt mal an, dass sich das Universum in einer Sekunde 4 Mill Lichtjahre ausdehnte
- dann wäre beim Beobachten des Stern in 13 Mill LJ Entfernung das Universum erst 9 Mill Jahre alt

Mein Kopf raucht gerade :uroll:
Den würdest du aber erst in vier Milliarden Jahren zu sehen bekommen! ;)

Ein Stern, der weiter entfernt ist als das Alter des Universums, befindet sich jenseits deines erfahrbaren Horizonts.

Juice

2008-04-10, 12:19:29

Naja ganz so einfach ist das Alles nicht, normalerweise bewegen wir uns ja viel langsamer, nur am Anfang ging alles vielleicht viel schneller. Die ersten Lichtstrahlen, die jemals ausgesendet wurden, müssten schon lange an uns vorbeigerauscht sein. Allerdings befanden sich vor 13,7 Mrd Jahren Galaxien in einer Entfernung, die vermutlich wesentlich geringer war. In diesen 13,7 Mrd Jahren hat sich nun die Erde von diesen Galaxien entfernt, wodurch das Licht auch erst nach 13,7 Mrd Jahren ankommt, und nicht schon nach 9 Mrd, obwohl die Galaxie damals vielleicht so weit entfernt war. Wo sie jetzt ist kann man natürlich nicht sehen, da das Licht ja nochn Weilchen braucht.

beos

2008-04-10, 14:25:43

Den würdest du aber erst in vier Milliarden Jahren zu sehen bekommen! ;)

Das muss Du mir bitte mal genauer erklären :)

Ein Stern, der weiter entfernt ist als das Alter des Universums, befindet sich jenseits deines erfahrbaren Horizonts.

Da sind das Universum sich ja mal schneller als das Licht ausgedehnt hat müßte das doch eigentlich funktionieren :confused:

Monger

2008-04-10, 15:06:01

Das muss Du mir bitte mal genauer erklären :)

Vereinfachen wir die Sache mal kurz. Gehen wir mal kurz davon aus, dass es einfach "Bumm" gemacht hat, und plötzlich das gesamte Universum da war, und sich jetzt auch nicht mehr ausdehnt.

Also: eine Sekunde nach der Entstehung des Universums sitzt du auf der Erde, und wunderst dich erstmal dass du da bist. Noch mehr wunderst du dich aber, dass du absolut nichts siehst: um dich herum ist es stockfinster.

Dein Wahrnehmungshorizont breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, das heißt: die ersten 8 Minuten ist es stockfinster, erst dann ploppt plötzlich die Sonne am Himmel auf. Sollte es gerade nacht sein, ist der Sternenhimmel vollkommen duster. Die ersten Planeten werden erst nach Stunden auftauchen, der restliche Sternenhimmel wird selbst nach einigen Jahrzehnten ziemlich leer aussehen.

Deshalb: ein Stern der mindestens 13,7 Millionen Lichtjahre entfernt ist, ist für dich schlicht nicht sichtbar, weil das Universum schlicht nicht alt genug dafür ist. Je nach Ausbreitungsgeschwindigkeit des Universums siehst du ihn möglicherweise sogar niemals, weil ab einer gewissen Gesamtstrecke die Expansion die Lichtgeschwindigkeit überschreitet.

beos

2008-04-10, 15:37:21

Vereinfachen wir die Sache mal kurz. Gehen wir mal kurz davon aus, dass es einfach "Bumm" gemacht hat, und plötzlich das gesamte Universum da war, und sich jetzt auch nicht mehr ausdehnt.

Also: eine Sekunde nach der Entstehung des Universums sitzt du auf der Erde, und wunderst dich erstmal dass du da bist. Noch mehr wunderst du dich aber, dass du absolut nichts siehst: um dich herum ist es stockfinster.

Dein Wahrnehmungshorizont breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, das heißt: die ersten 8 Minuten ist es stockfinster, erst dann ploppt plötzlich die Sonne am Himmel auf. Sollte es gerade nacht sein, ist der Sternenhimmel vollkommen duster. Die ersten Planeten werden erst nach Stunden auftauchen, der restliche Sternenhimmel wird selbst nach einigen Jahrzehnten ziemlich leer aussehen.

Deshalb: ein Stern der mindestens 13,7 Millionen Lichtjahre entfernt ist, ist für dich schlicht nicht sichtbar, weil das Universum schlicht nicht alt genug dafür ist. Je nach Ausbreitungsgeschwindigkeit des Universums siehst du ihn möglicherweise sogar niemals, weil ab einer gewissen Gesamtstrecke die Expansion die Lichtgeschwindigkeit überschreitet.

Hmmmm =)

Wenn das Universum sich innerhalb einer Sekunde 5 Mill LJ ausbreitete - sehe ich nach 5 Mill Jahren das Universum, wie es vor 1 Sekunde aussah und schließe daraus, dass es 5 Mill Jahre alt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Universum 5 Mill Jahre + 1 Sekunde alt - das Bild, das ich sehe zeigt mir aber das Universum wie es aussah als es 1 Sekunde alt war.

Ergo ist - denke ich das Universum wäre zu dem Zeitpunkt 5 Mill Jahre alt gewesen - obwohl es erst 1 Sekunde alt war.....das Universum ist also jünger wie ich es vermute.....oder mach ich da einen Gedankenfehler :)

Monger

2008-04-10, 15:46:38

Ergo ist - denke ich das Universum wäre zu dem Zeitpunkt 5 Mill Jahre alt gewesen - obwohl es erst 1 Sekunde alt war.....das Universum ist also jünger wie ich es vermute.....oder mach ich da einen Gedankenfehler :)
Ja, im Prinzip hast du Recht. Im Grunde ist es ja kein Blick in die Vergangenheit, sondern eben in deine Gegenwart. Für dich als Betrachter ist nunmal genau dieses Universum deine Realität.

Blöde Relativitätstheorie! :ugly:
Vor Einstein war alles noch viel einfacher!

beos

2008-04-10, 15:51:08

Ja, im Prinzip hast du Recht. Im Grunde ist es ja kein Blick in die Vergangenheit, sondern eben in deine Gegenwart. Für dich als Betrachter ist nunmal genau dieses Universum deine Realität.

Blöde Relativitätstheorie! :ugly:
Vor Einstein war alles noch viel einfacher!

Da haste' Recht - ich frag mich immer:

Wenn soviele Menschen Probleme haben, die RT zu verstehen - was für ein Mensch muss wohl Einstein gewesen sein, um diese zu entdecken und in Formel zu gießen :wink:

FeuerHoden

2008-04-10, 23:33:34

Gut, dass wir immer nur einen Blick in die Vergangenheit haben sollte allgemein klar sein. Ist ja mittlerweile auch im Fernsehen so dass man alles nur noch mit ein paar Sekunden Verzögerung bekommt (digital). Insofern sollte man versuchen mit der Denkweise vertraut zu werden.

Aber nochmal zum Universum:

Egal in welche Richtung wir (Zivilisation A) in den Himmel blicken, unser Beobachtungshorizont ist nach allen Richtungen gleich groß, nämlich ~13-15 Mrd Lichtjahre. Befände sich nun außerhalb des sichtbaren Universums eine außerirdische Zivilisation (Zivilisation B) so wären wir für die anderen auch außerhalb des Sichtbaren Universums. Eine Zivilisation die sich jedoch in der Mitte befände (Zivilisation M) wäre für uns beide Sichtbar und würde uns beide sehen (mit einer Verzögerung von ~6-7 Mrd. Jahren).
Was ist nun wenn sich jeweils ein Photon von A nach B, und B nach A bewegt und jeweils eines von M nach A und von M nach B.
Nehmen wir dazu an dass die Abstände zwischen den Zivilisationen gleich wären und sich alle 3 in einer Linie befinden. Zusätzlich gehen wir davon aus das sich auf dem direkten Weg keine großen Massen befinden welche unsere Photonen signifikant irritieren könnten.

A nach B und B nach A würden sich zeitgleich bei M treffen und aneinander vorbei fliegen. Doch die Annäherungsgeschwindigkeit der Photonen zueinander dürfte die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten. Dadurch müsste sich doch die Entfernung verdoppeln.

Das selbe müsste passieren wenn das Photon von A nach B am Photon von M nach A vorbei fliegt und ebenso beim Photon von B nach A das am Photon von M nach B vorbei fliegt. Hier müsste sich ebenfalls in beiden Fällen die Entfernung verdoppeln.

Im falle der sich voneinander entfernenden Photonen M nach A und M nach B müsste sich die Entfernung halbieren.

Verwechsle ich da grade die allgemeine mit der speziellen RT, mache ich sonst was falsch oder stimmt das tatsächlich?

MfG
FeuerHoden