Es wird wieder Zeit, ein paar Fragen zur Astronomie zu beantworten und neben den diversen kosmologischen Fragen zum Anfang von Allem ist natürlich auch das Ende immer sehr populär. Wie endet das Universum? werde ich bei meinen Vorträgen oft gefragt. Wird sich die Expansion des Alls irgendwann umkehren, so dass alles bei einem „Big Bounce“ wieder in sich zusammen stürzt? Ist das Universum zyklisch, so dass auf jeden Big Bounce wieder ein neuer Big Bang folgt? Oder dehnt sich der Weltraum immer weiter aus, bis irgendwann alles auseinander reißt („Big Rip“)? Wie sieht die ferne Zukunft unseres Kosmos tatsächlich aus?
Das war lange Zeit unklar. Ob das Universum auf ewig weiter expandiert oder die Ausdehnung sich irgendwann umkehren wird, hängt von der gesamten Menge an Masse (bzw. Energie) im Weltall ab und die kannte man nicht. Denn der expandieren Kraft, die den Raum immer weiter auseinander drängt wirkt die Gravitationskraft der Objekte im Universum entgegen, die alles wieder zusammen ziehen will. Gibt es genug davon, dann wird die Expansionsgeschwindigkeit immer langsamer und langsamer bis das All schließlich aufhört, sich auszudehnen und beginnt, in sich zusammen zu fallen. Irgendwann würde die gesamte Materie wieder auf einen kleinen Raum komprimiert werden und ein neuer Urknall könnte stattfinden. So ein zyklisches „Big Bounce“-Modell klang für viele Wissenschaftler (und Laien) ästhetisch sehr ansprechend und vermeidet außerdem die nervige Frage: Was war vor dem Urknall?.
Aber nur weil etwas schön klingt, muss es deswegen noch lange nicht wahr sein. In der Wissenschaft braucht man konkrete Beobachtungen und in den 1990er Jahren ging man daher daran, zu messen wie schnell sich das Universum ausdehnt. Man wollte vor allem wissen, wie sich die Expansion im Lauf der Zeit verändert hat. Wenn die Gravitation der Masse im Universum die Ausdehnung bremst, dann muss die Expansion in der Vergangenheit schneller erfolgt sein und nun immer langsamer werden. Das war das Ergebnis, mit dem alle gerechnet haben – beobachtet hat man dann allerdings etwas ganz anderes. Das All dehnte sich immer schneller und schneller aus. Irgendein unbekanntes Phänomen beschleunigt die Expansion des Alls und ich habe die Entdeckung dieser dunklen Energie hier ausführlicher erklärt.
Wir wissen also heute, dass es keinen Big Bounce geben wird. Das Universum wird sich in Zukunft immer weiter und weiter ausdehnen. Heute ist unser Himmel noch voller Sterne und Galaxien. Aber in ca. 100 Milliarden Jahren werden sich alle fernen Galaxien durch die Expansion des Raums so weit von uns entfernt haben, dass sie nicht mehr beobachtbar sind. Ihr Licht wird uns nicht mehr erreichen können und nur noch die Objekte der lokalen Galaxiengruppe werden von der Erde aus sichtbar sein. Natürlich ist es mehr als fraglich, dass unser Planet dann noch existiert, denn die Sonne beendet ihr Leben ja schon in knapp 6 Milliarden Jahren. In ungefähr einer Billion Jahre wird dann auch das ganze Gas aufgebraucht sein aus dem Sterne entstehen können. Ab diesem Zeitpunkt wird es im Universum keine neuen Sterne mehr geben. Ungefähr 100 Billionen Jahre in der Zukunft werden alle Sterne ausgebrannt sein. Es wird dann nur noch weiße Zwerge, Neutronensterne und schwarze Löcher geben. In etwa einer Quintillion Jahren (eine Zahl mit 30 Nullen) werden all diese Objekte entweder aus ihren Heimatgalaxien geworfen worden oder auf die supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien gestürzt sein. Es wird dann im Universum nur noch große schwarze Löcher und überall verstreute Sternenüberreste geben. In einer Sextillion Jahre (36 Nullen) werden alle Atome zerfallen sein und noch weiter in der Zukunft werden sich auch die schwarzen Löcher dank der Hawking-Strahlung aufgelöst haben. Spätestens nach 10 Septendezilliarden (106 Nullen) Jahren werden auch die größten schwarzen Löcher nicht mehr existieren.
Die großen Zahlen sind schon lange bedeutungslos und unvorstellbar geworden und ob es wirklich so abläuft, lässt sich mit dem heutigen Wissensstand auch nicht exakt sagen. Es kann sein, dass die Teilchen der Atomkerne doch nicht zerfallen und dann dauert es ein wenig länger, bevor sich die ganze Materie durch quantenmechanische Prozesse aufgelöst hat. Am Ende jedenfalls steht ein Universum, dass nur aus Elementarteilchen und Strahlung besteht, die sich in einem thermischen Gleichgewicht befinden. Alles hat die gleichen Eigenschaften und nichts geschieht mehr. Das Universum ist an seinem endgültigen Zustand angekommen und wird darin für alle Ewigkeit verharren. Das ist der Hitzetod des Universums und wir Menschen werden dann schon lange verschwunden sein.
Betrachtet man die gesamte Lebensdauer des Universums, dann dauert die Phase in der man leuchtende Sterne am Nachthimmel sehen kann und in der Leben auf Planeten möglich ist, nur einen Augenblick. Wir sollten also die Zeit in der wir leben, genießen.
Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.
Ist doch logisch, Sterne erzeugen dunkle Energie darum immer schneller denn noch werden neue Sterne geboren,, keine Sterne=Keine dunkle Energie=Big bounce .
@Phil: „Ist doch logisch, Sterne erzeugen dunkle Energie „
?? Wieso sollen Sterne dunkle Energie erzeugen?
Frage: Liegt es an der beschleunigten Expansion, dass danach tatsächlich nichts mehr passieren kann?
Mein Gedanke im Hintergrund:
Wäre das Universum eine abgeschlossene Box, würde es ziemlich bald mal zum erwähnten thermischen Gleichgewicht kommen*, aber sehr, sehr, sehr viel Zeit später, müsste es dann ja wieder „zufällig“ in einen geordneteren Zustand übergehen (vgl. Boltzmann-Hirne)
* Zweite Frage: Im Moment ist ja doch zwischen Strahlung, die hauptsächlich aus kosmischer Hintergrundstrahlung besteht, und Materie kein thermisches Gleichgewicht, da sich Strahlung ja schon ziemlich bald nach dem Urknall von der Materie abgekoppelt hat, oder nicht?
@David Müller: Ja, die Sache mit den Boltzmannhirnen wollte ich jetzt hier nicht auch noch mit rein bringen. Das sind so absurd große Zeitskalen, dass das in dem Zusammenhang nur noch verwirrend gewesen wäre.
Erstmal danke für den wieder mal tollen Artikel. Ich (Laie) habe aber 2 Anmerkungen bzw Fragen:
zum ersten: Ich kann aus dem Artikel irgendwie nicht rauslesen, was ein BIG Rip, der ja im Titel auch erwähnt wird, wäre. Ich sehe die Erklärung, was Big Bounce und Wärmetod sind, und was davon derzteit Stand der Wissenschaft ist. Aber was ein BIg Rip wäre, würde mich noch interessieren.
Zum zweiten: Ich kann mich entsinnen, zur dunklen Materie schon einiges (natürlich populärwissenschaftliches, was anderes verstehe ich ohnehin nicht) gelesen zu haben, insbesondere was die Frage betrifft, was sie nun tatsächlich „ist“.
Zur dunklen ENergie ist mir vergleichbares nicht bekannt. Da ich annehme, dass dazu aber sehr wohl Forschung betrieben wird, würde ic hmich sehr über einen diesbezüglichen Artikel in naher Zukunft freuen.
@Stefan K. „Zur dunklen ENergie ist mir vergleichbares nicht bekannt. Da ich annehme, dass dazu aber sehr wohl Forschung betrieben wird, würde ic hmich sehr über einen diesbezüglichen Artikel in naher Zukunft freuen.“
Den entsprechenden Artikel habe ich extra im Text verlinkt…
Und der „Big Rip“ ist im wesentlichen das, was dem Wärmetod vorausgeht: Alles dehnt sich immer weiter aus, bis eben nur noch einzelne Teilchen vorhanden sind und keine großen Objekte mehr.
@Stefan#4:
https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/05/was-ist-dunkle-energie/
Danke für die BIg RIp Erklärung. Und wieso ich den Link beim zweimaligen Lesen des Artikels nicht bemerkt habe, weiß ich auch nicht, entschuldigung. Aber jedenfalls danke für die rasche Antwort
@Florian
Das ist aber nach meinem Verständnis kein Big Rip. Wenn wir nur eine kosmologische Kostante haben, die sich nicht ändert, werden gravitativ und durch andere Kräfte gebundene Teilchen beieinander bleiben – wir lernen ja z.B., dass das Sonnensystem oder die Atome in unseren Körpern an der Expansion des Weltalls nicht teilnehmen. Trotzdem beschleunigt sich die Expansion des Weltalls insgesamt, da ja die bremsende gravitative Anziehung wegen der wachsenden Entfernung der Galaxien immer kleiner wird. Aber sie wird nicht beliebig groß.
Bei einem Big Rip wäre das anders. Es gibt dann nicht nur die konstante Dunkle Energie, sondern eine sogenannte „Phantomenergie“, charakterisiert durch ein Verhältnis des Drucks der Dunkeln Energie zu ihrer Dichte w < -1, die die kosmologische Konstante immer weiter ins Unermessliche ansteigen ließe, so dass am Ende alle Kräfte überwunden werden und es die Milchstraße, das Sonnensystem, Atome und Kerne zerreisst. Das wäre dann der Big Rip, das „Große Zerreissen“.
Im Moment kann man den Wert von w nicht hinreichend genau bestimmen, um zu entscheiden, ob er größer, kleiner oder gleich -1 ist, d.h. wir wissen nicht, ob uns ein Big Rip erwartet oder doch nur das Abhandenkommen der Galaxien jenseits der lokalen Gruppe.
Viellicht faltet sich das Universum einfach nur aus… wie z.B. mein Gesicht sich nach dem aufstehen entknittert 😉
naja… sorry für den Scherz 🙂 Aber früher hatte ich wirklich manchmal solche Gedanken. Ich stellte mir vor, dass das Universum sich von einem komplexen multidimensionalen Gebilde andauernd und zunehmend Richtung eines einfacheren dimensionierten Gebilde entwickelt. So ähnlich wie sich ein zerknittertes Papier oder Folie wieder entknittert. Damals war ich 17 *gg
Ich hatte mich so gefreut, dass wir irgendwann wieder im Gras liegen und in ein junges, schönes Universum voller leuchtender Sterne blicken. Und dann kommt ihr mit Eurer dunklen Energie um die Ecke.
Aber mal im Ernst, ich bekomme da ein paar Dinge nicht unter einen Hut.
Wenn das Universum *beschleunigt* expandiert, dann ist dazu (dunkle) Energie notwendig. Aber ob dunkel oder hell, die Gesamtenergie im Universum (wenn wir es als abgeschlossenes System ansehen) ist im Mittel konstant. Demnach müsste doch zumindest die Beschleunigung irgendwann aufhören. Ein Universum, dass sich mit konstanter Geschwindigkeit ausdehnt, würde das vermutlich mit höchstens Lichtgeschwindigkeit tun, oder? Denn es handelt sich doch um ein Auseinanderdriften _im_ Raum und nicht um eine Inflation, die durch den Kollaps eines Falschen Vakuums ausgelöst wird. Wenn sich aber alles, was noch vom Universum übrig ist, mit konstanter Geschwindigkeit kleiner c voneinander entfernt, dann müsste sich doch die Gravitation dieser Reste nach einer (langen) Zeit über die gesamte Größe ausgebreitet haben und die Expansion allmählich stoppen.
@schlappohr:
Nee, der Raum dehnt sich ja aus! Und das geht auch schneller als Lichtgeschwindigkeit, soweit ich weiß.
WIE ENDEST DU ?
Was ich nicht verstehe: Derzeit messen wir eine beschleunigte Bewegung, aber kann man dann darauf schließen dass dies ewig so bleibt ? Könnte das nicht auch ein globaler ‚Einschwingvorgang‘ sein, wo wir gerade den ‚Overshot‘ erleben ?
@Alderamin
Vielleicht ist das Endresultat des Big Rips ja ein homogen verteiltes etwas mit einer kleinen Entropie wie sie beim Urknall herrschte und da wär die ‚Endlosschleife‘ wieder perfekt indem sich das Universum wieder ausdehnt.
Aber irgendwie ist das doch vollkommen egal, oder ? 🙂 Mein Universum endet mit meinem Tod, ist vielleicht chauvinistisch, aber real.
@Schlappohr
Nein, die Energieerhaltung gilt nur in Inertialsystemen. Schon ein Photon verliert Energie durch die kosmologische Rotverschiebung. Siehe auch hier.
Andere Kosmologen vertreten den Standpunkt, dass die ständig wachsende Energie des Universums durch die wechselseitige Gravitation, die als potenzielle Energie negativ gewertet wird, genau kompensiert wird (mehr Abstand zwischen zwei Massen heißt, mehr kinetische Energie, wenn man sie aufeinander zufallen ließe).
Nein, denn es bewegt sich nichts im Raum, sondern der Raum selbst quillt auf, und zwar recht langsam, gerade mal mit weniger als einem zehntausendstel Millimeter pro Jahr auf einen Kilometer Strecke. Auf eine Million parsec macht das dann schon rund 70 km/s aus, auf eine Milliarde parsec 70000 km/s und auf 4,285 Milliarden parsec wäre es Lichtgeschwindigkeit. Aber wie gesagt bewegen sich die Enden einer derart langen Strecke nicht wirklich voneinander weg, sondern die Strecke dazwischen wächst aus sich heraus, und lokal eben sehr langsam mit konstanter Geschwindigkeit.
Das war im Prinzip genau das selbe wie unsere Raumexpansion, nur dramatisch viel stärker, mit einer Verdopplung einer jeden Strecke in 10^-35 s.
Eine bestimmte Geschwindigkeit in km/s kann man der Expansion übrigens nicht zuordnen, man muss dazu immer eine Bezugsentfernung mit angeben (eben bei der Hubble-Konstante 70 km/s / Mpc; die Einheit ist also eigentlich 1/s).
Nein, aus mehreren Gründen. Schon ohne dunkle Energie reichte es, wenn die Entfernung der Galaxien schneller wächst als deren Fluchtgeschwindigkeit, um das Weltall für immer expandieren zu lassen, und das tut sie für hinreichend weit voneinander entfernte Galaxien. Das Weltall müsste 3,3 mal mehr Masse enthalten (sogen. kritische Dichte), um die Galaxienflucht anhalten zu können (und da steckt die dunkle Materie schon mit drin).
Dazu kommt, dass die Dunkle Energie die Geschwindigkeit noch erhöht.
Und schließlich wird jenseits einer bestimmten Entfernung die Entfernungszunahme eben doch überlichtschnell, und Galaxien, die vorher noch in gravitativem Kontakt waren, verlieren sich irgendwann, sie rutschen hinter den jeweiligen kosmologischen Horizont.
Es gibt den Begriff der „mitbewegten Entfernung“ (comoving distance) das ist ein Entfernungsmaß, das die Expansion des Weltalls mit einbezieht, also gewissermaßen ein Maßband verwendet, das mit der Raumexpansion wächst, so dass Galaxien, die jeweils an ihrem Ort unbeweglich sind, eine feste Entfernung voneinander behalten. Alle fernen Galaxien behalten eine konstante mitbewegte Entfernung von der Milchstraße. Gemessen in mitbewegter Enfernung wird der Horizont immer kleiner (mittleres Bild, der Event Horizon schrumpft nach oben hin).
Wenn das Weltall einen Big Rip erlebt, trifft dies auch irgendwann auf die viel stärkeren anderen Grundkräfte zu. Selbst die starke Kernkraft, die die Quarks in den Nukleonen zusammenhält, wird irgendwann vom aufgrund der immer schneller werdenden Expansionsrate stetig schrumpfenden kosmologischen Horizont gekappt – die Quarks verlieren sich „aus den Augen“.
@Franz
Nein, beim Big Rip schrumpft der Ereignishorizont auf eine Singularität. Jeder Punkt wäre von jedem anderen vollkommen isoliert. Da kann man keine Schleife draus machen.
Ja, wir alle sind nur eine kurze Zeit lang unsterblich 😉
Ich finde den Satz, und auch einige andere im Artikel, etwas gewagt.
Ich bin der Meinung das es sehrwohl möglich wäre das sich die dunkle Energie in Zukunft anders entwickelt als man sich das heute vorstellt, oder vielleicht neue Effekte auftreten für die das Universum heute einfach noch nicht alt/groß genug ist. Noch dazu solange man den Mechanismus hinter der dunklen Energie noch nicht wirklich verstanden hat.
Ich bilde mir auch ein (weiss nicht mehr genau wo, evtl. SWAB) gelesen zu haben das das nicht einmal sehr unwahrscheinlich ist.
Womit ich natürlich nicht sagen will das die Aussagen im Artikel falsch sind/sein müssen. Ich finds nur besser in solchen Zusammenhängen zu sagen: „Man geht heute davon aus das…“ Oder: „Nach heutigem Wissensstand wird…“ etc.
Trotzdem wieder ein geiler Artikel! Ich freu mich das jetzt wieder täglich was von dir kommt. Hab während des Schreibwettbewerbs schon leichte Entzugserscheinungen gehabt.
„Nein, denn es bewegt sich nichts im Raum, sondern der Raum selbst quillt auf,“
ok, ich dachte, genau das wäre nicht der Fall, weil diese Art der Expansion nach dem Ende der Inflation zum Stillstand gekommen ist. Ist sie wohl nicht, nur die Ursache ist jetzt eine andere (dunkle Energie statt falschem Vakuum).
Die Sache mit dem näher rückenden Ereignishorizont ist seltsam. Was ist, wenn der EH nur noch eine Planck-Länge entfernt ist? D.h. alles, was weiter weg ist als l_P ist in keiner Weise mehr erreichbar. Außer Strings dürfte dann nichts mehr übrig sein, oder?
Ich frage mich wie das zusammenpasst mit der Eternal Inflation. Wir sitzen in einer Blase, die über alle Grenzen wächst und dabei immer schneller expandiert. Muss es dabei nicht zu Kollisionen mit den anderen Blasen kommen?
@ Franz
Mit einem Big Rip ist dieses Szenario zwar nicht verträglich, wohl aber mit einem allgemeinen Wärme- bzw. Kältetod. Und die Idee, daß ein solches altes Universum irgendwie stark an das sehr frühe erinnert, haben schon andere gehabt:
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2012/08/19/roger-penroses-zyklisches-universum/
@schlappohr
Vielleicht ist die Ursache dieselbe, nur das Energieniveau ein anderes. Unser jetziges Vakuum könnte auch „falsch“ sein, also nicht den niedrigstmöglichen Energiezustand haben.
Die Expansion bei der Inflation fand übrigens schon vor dem Übergang zum heutigen Vakuum statt, nicht erst während des Übergangs; die Transition hat lediglich die damalige Vakuumenergie als Strahlung in unserem Vakuum freigesetzt und eben die Expansion ausgebremst. Aus dieser Strahlung enstand dann unter anderem die Materie und Dunkle Materie im Universum.
Muss nicht, könnte aber. Wenn aber die Eternal Inflation im Gange ist, dann wächst der Raum zwischen zwei benachbarten Blasen mit ungeheurer Geschwindigkeit an (eben Faktor 2 in 10^-35 s), da ist eine Kollision nicht so leicht zu bewerkstelligen, wenn die Blase nur lichtschnell wächst (hier breitet sich der Zustand des neuen Vakuums von einem Startpunkt nach außen hin aus, und das geht nur mit Lichtgeschwindigkeit). Bei sehr kleinen Abständen der Blasen können sie noch kollidieren: das Licht schafft in 10^-35 s gerade mal 3*10^-27 m zurückzulegen, während die Inflation diese Strecke in der gleichen Zeit auf 6*10^-27 m anwachsen lässt; wenn die Blasen also in weniger Abstand als 1,5 E-27 m voneinander entstanden sind, dann hatten sie noch Zeit, zu kollidieren, bevor die Inflation sie für immer kausal auseinander riss).
Wenn das stimmt, was in dem von mir schon öfters verlinkten Aguirre-Artikel steht, dann wäre für uns jeder Raumzeit-Punkt außerhalb unserer Blase ein Raumzeit-Punkt vor dem Urknall bzw. vor der Transition zum normalen Vakuum. Jegliche Kollisionsspuren müsste man also in der Hintergrundstrahlung suchen, und das tut man auch.
Vor zwei, drei Wochen fand ich bei skydivephil einen Dreiteiler zum Thema, formal eine zeitlich verteilte Talkrunde, sehr unterhaltsam. Geht los mit Loop Quantum Cosmology Explained
Wieso nicht Florian. Irgendwas muss die Energie erzeugen. Aber was ist die Frage, Schwarze Löcher evtl, ich tippe aber auf Sterne. Dunkle energie als Abfallprodukt des Sternes.
gruss
@Phil: „Dunkle energie als Abfallprodukt des Sternes.“
So funktioniert Wissenschaft nicht. Man kann sich nicht einfach *irgendwas* ausdenken. WIE soll ein Stern das machen? WELCHE Prozesse führen dazu? Was in einem Stern abläuft, wissen wir ziemlich gut und wenn ein Stern nicht so funktionieren würde, wie wir das derzeit denken, würde es zwischen Theorie und Beobachtung zu Diskrepanzen kommen. Aber die gibt es nicht. Außerdem passt das ganze Konzept der dunklen Energie nicht zu einer „Produktion“ in Sternen. Dunkle Energie ist Energie die immer und überall vorhanden ist/war. Energie, die im Laufe der Zeit immer mehr wurde; also im Raum selbst stecken muss (der ja das einzige ist, dass im Laufe der Existenz des Universums immer mehr geworden ist)
@Florian:
Hätte Phil sich wenigstens auf „Dunkle Materie“ verrannt, würde er von mir sogar noch Schützenhilfe kriegen ;-).
@Phil:
Ich glaube, du verwechselst da was. Man weiss ja bis heute nicht, aus was die dunkle Materie eigentlich besteht. Aber dazu gibt es einige, durchaus plausible Ansätze. Zum Beispiel, dass Sterne sogenannte Neutralinos erzeugen, eine Sonderform der baryionischen Materie. Man konnte die Teilchen bislang noch nicht nachweisen, aber die Existenz gilt allgemein als plausibel.
Bei der Dunklen ENERGIE handelt es sich um ein ganz anderes Phänomen. Klicke einfach auf den Link in Florians Artikel und dir wird geholfen 🙂
Das ist irgendwie unbefriedigend.
Unter Universum verstehen wir doch alles, was wir im Moment beobachten können und alles, was wir vom jetzigen Moment aus zurückrechnen, in die Vergangenheit zurück-(pro)jizieren und was wir entsprechend vorausberechnen, also in die Zukunft projizieren können.
Was ist aber, wenn man mehrere, viele Universen postuliert? Und „unser“ Universum mit andern Universen irgendwie zusammenhängt und interagiert?
Klar. darüber können wir zum jetzigen Zeitpunkt noch nichts Sicheres aussagen, – ein unendlich weites Feld der Phantasie. Oder früher hätte man gesagt, dort, wo noch der reine Geist weht …
@Withold
Das genau ist es ja, was die Mulitversumstheorie (das wahrscheinlichste, was man zu dem Thema im Moment anzubieten hat) postuliert. Unser Universum mit seinen „absolut passenden“ Naturkonstanten ist ein Zufallsprodukt aus unendlichen Versuchen.
Und genauso könnte man auch die Erde sehen, auch wenn das viele hier nicht gerne hören.
Du sprichst das (starke) anthropische Prinzip an.
Ich sehe die Feinabstimmung und QT als Hinweise auf ein mögliches Multiversum und weitere Dimensionen.
Mein Standpunkt (und der war nicht immer richtig!): Der Ballon wird größer und größer bis „er“ an einer Stelle so „dünn“ wird das ein Loch an der „dünnsten“ Stelle entsteht „ein quantenripp*“ und er platzt. Und dann erfolgt das „Big Shrinking“.
*Quantenphysikalisch bedingt erfolgt der „Big Ripp“ an einer (zufälligen) Stelle im Universum und nicht wie in der ART überall gleichzeitig. Die ART berücksichtigt nicht die QM 😉
@Aveneer#28:
Da denkst Du wohl einerseits zu 2-dimensional, andererseits gehst Du fälschlicherweise davon aus, dass der Raum wie ein materielles Gebilde gedehnt wird.
Schuld ist wohl wieder einmal das doofe Gummituch 😉
@krypto
Das Gummituch ist aber auch so was von doof…
@Alderamin
Ich mag auch lieber die Kuchenanalogie im Backrohr und den Rosinen als Sterne darin. Schmeckt mir einfach besser 🙂
Und der Ausdruck ‚absolut passende Naturkonstante‘ bringt mich immer zu der Frage: Wieso hatte der letzte Lottosieger genau die Zahlen 1,5,7,12,14,26 ??
@Steffmann
Auch ich bin ein Zufallsprodukt, aber meine Eltern wussten wie es funktioniert, mich zufällig zu „produzieren“ . . . ..
Jetzt bin ich hier auf diesem Blog . . . .. ganz zufällig . . . ..
Welche Kraft treibt diesen Zufall an?-> im Universum . . . ..
In verschiedenen Beiträgen, so auch hier, lese ich, daß die Antwort auf die Frage, ob unsere Universum sich weiter ausdehnt oder sich zukünftig zusammenzieht, von der Verteilung und der Menge der Materie abhängt.
Aber es handelt sich bei der Expansion des Universums doch um die Ausdehnung des Raumes an sich, nicht um die Bewegung irgendwelcher Materie in diesem Raum. Wie kann die Ausdehnung des Raumes (des Raumes als solches) davon abhängen, was sich in diesem Raum befindet?
@Fritzchen
Das habe ich mich früher auch immer gefragt. Ich denke, man kann es folgendermaßen verstehen:
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie krümmt Masse ja die umgebende Raumzeit, also beeinflusst die Masse im Universum seine Raumzeit.
Es ist ja gerade die ART, aus der folgt, dass das Universum expandieren oder kollabieren muss. Einstein wollte das zu Beginn nicht wahrhaben und erfand die kosmologische Konstante, die das Universum genau auf einer sensiblen Balance halten sollte (was er später, nachdem die Expansion des Universums offensichtlich war, als seine größte Eselei bezeichnete). Heute haben wir wieder eine kosmologische Konstante, die Dunkle Energie, die allerdings alles andere tut als das Universum in der Schwebe zwischen Expansion und Kollaps zu halten.
Die Masse im Universum bleibt doch erhalten. Sie wird unterschiedlich verteilt, sie kann sich in Energie umwandeln, Energie wieder in Masse, aber letztlich kommt nichts dazu und fällt nichts weg. Wenn also die Krümmung der Raumzeit durch die Masse im Universum eine bestimmte Größe des Raumes erzwingt, dann sollte sich diese Größe doch überhaupt nicht ändern, oder?
Vielleicht habe ich auch eine völlig falsche Vorstellung, wie die Expansion des Raumes abläuft? Ich kann den Satz von Florian „Denn der expandieren Kraft, die den Raum immer weiter auseinander drängt wirkt die Gravitationskraft der Objekte im Universum entgegen, die alles wieder zusammen ziehen will.“ nicht in Einklang mit meiner Vorstellung bringen.
Ich stelle mir als Analogie beispielsweise ein Koordinatensystem auf einem Blatt Papier vor. In diesem Koordinatensystem befinden sich diverse Objekte (Materie). Nun schneide ich mit einer Schere durch mein Blatt Papier und zwischen die entstandenen Schnittkanten klebe ich einen Papierstreifen. Mein Koordinatensystem ist jetzt also ein Stück größer geworden. Die Objekte, die sich vorher in meinem Koordinatensystem befanden, habe sich überhaupt nicht verändert, die haben sich auch nicht bewegt, es ist lediglich neuer Raum zwischen ihnen dazugekommen.
Wie kann können die Kräfte zwischen den Objekten in meinem Koordinatensystem überhaupt Einfluß nehmen auf die Ausdehnung des Koordinatensystems? Ich habe ja nicht die Objekte irgendwie miteinander interagieren lassen, sondern den Raum an sich vergrößert.
Ich vermute, daß ich den Mechanismus, wie Raum sich vergrößert oder verkleinert, nicht so recht verstanden habe. Welche Vorstellung ist statt meines Beispiels für diese Vorgänge anschaulich? Wie muß ich mir die Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Raumes tatsächlich vorstellen?
@Fritzchen
Für die Krümmung des Universums kommt’s nicht auf die Menge der Masse an, sondern auf die Dichte, also Masse pro Volumen. Bei einer ganz bestimmten (kritischen) Dichte ist das Universum flach, bei größerer Dichte ist es positiv, bei geringerer negativ gekrümmt. Wenn die Dichte ein wenig geringer als die kritische Dichte ist, dann kann die Materie durch wechselseitige Gravitation kollabieren und die Dichte weiter erhöhen, dann ändert sich die Krümmung rasch zum Positiven. Ist sie ein wenig höher als die kritische Dichte, wird die Dichte abnehmen und die Krümmung wird schnell negativ. Das war lange ein Problem (Flachheitsproblem) bis man es mit der Inflationstheorie löste, die ein sehr exakt flaches Universum generiert, das lange die kritische Dichte erhält.
Es auch stimmt nicht, das nichts hinzukommt. Mit der Dunklen Energie kommt mit neu enstehendem Vakuum ständig Energie dazu, aber die Dichte der Dunklen Energie ist immer gleich groß, sie ist eine Konstante des Vakuums. Sie macht rund 70% der kritischen Dichte aus, der Rest ist Dunkle Materie (25%) und normale Materie (5%).
Viel mehr kann ich dazu nicht sagen, dann geht’s zu sehr an’s Eingemachte.
@Fritzchen
Aber trotzdem ziehen sich die Objekte an und „möchten“ aufeinander zu fallen. Wenn der Abstand zwischen ihnen klein ist, tun sie das auch, dann „rutschen“ sie über die Expansion hinweg und aufeinander zu (oder bleiben im Orbit umeinander). Wenn sie weit entfernt sind, ist die Kraft klein und die Expansion treibt sie schneller auseinander, als sie aufeinander zu fallen können.
Da bist Du nicht der einzige.
Zu Beitrag 37: Ich verstehe den Sprung von der Krümmung der Raumzeit zu der Ausdehnung oder dem Zusammenziehen des Raumes nicht.
Es ist ja nicht die Raumzeit, die sich ausdehnt oder zusammenzieht, sondern nur der Raum. In der Raumzeit ist ja die Zeit schon als eine Koordinatenachse eingearbeitet, die Raumzeit ist also ein starres Gebilde, das sich nicht verändert. Wenn der Raum sich innerhalb der Zeit ausdehnt oder zusammenzieht, heißt das, daß die Raumzeit trichterförmig in die eine oder andere Richtung der Zeitachse aufgebaut sein muß.
Wie passt diese Form der Raumzeit zu der Krümmung der Raumzeit an einzelnen Stücken Materie, die sich innerhalb des Raumes befinden?
Noch etwas: Wieso soll bei Dunkler Materie nicht die Masse, sondern die Dichte im Universum konstant sein? So wie ich bisher verstanden habe, besteht Dunkle Materie aus ganz normalen Elemantarteilchen. Die einzige Besonderheit ist, daß diese Elementarteilchen gegenüber den bisher bekannten Elementarteilchen keine elektromagnetische Wechselwirkung ausführen.
Also müssen doch für Dunkle Materie genau dieselbe Naturgesetze gelten wie für die Materie, die elektromagnetisch interagiert, zum Beispiel die Äquivalenz von Materie und Energie und der Energieerhaltungssatz.
Zu Beitrag 38: Natürlich können in meiner Vorstellung mit dem Papierstreifen, den ich in mein Koordinatensystem einklebe, die Objekte sich anschließend bewegen und damit auch den neu hinzugekommenen Raum bevölkern. Aber sie werden es nicht schaffen, den Papierstreifen irgendwie wieder zu entfernen.
Wenn mein Koordinatensystem sich immer weiter ausdehnt (indem ich das Papier immer wieder auftrenne und neue kleine Papierstreifen einklebe), dann können die Objekte in dem Koordinatensystem alles mögliche tun, aber sie werden den Raum nicht wieder kleiner bekommen.
Da aber Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis ist, daß die Expansion des Raums durch die Verteilung und Menge der Materie gesteuert wird, muß an meiner Vorstellung etwas falsch sein bzw. ich muß meine Vorstellung durch eine andere ersetzen. Wie?
@Florian Freistetter, letzte Zusatzfrage:
„Am Ende jedenfalls steht ein Universum, das nur aus Elementarteilchen und Strahlung besteht, die sich in einem thermischen Gleichgewicht befinden. Alles hat die gleichen Eigenschaften und nichts geschieht mehr. Das Universum ist an seinem endgültigen Zustand angekommen …“ Könnte das nicht auch die Definition „vor dem Urknall“ sein, bei dem dann durch eine Quantenfluktuation der Urknall sich ereignete und daraus alles entstand…anders gefragt ist dieses Nichts „vor“ dem Urknall überhaupt unterscheidbar vom „Nichts“ am Ende (hinsichtlich Parameter wie Temperatur, Ausdehnung…Zeit ist ja auch nur bemerkbar zB durch Veränderung von Parametern, wenn diese konstant BLEIBEN vergeht dann noch Zeit, bzw ist sie messbar wiederum wie die nicht messbare (tatsächlich nicht existente Zeit quasi „VOR“ dem Urknall?
@Fritzchen:
Nicht die DM, sondern die DE hat konstante Dichte.
Damit erübrigen sich Deine falschen Schlussfolgerungen.
Außerdem ist die Raumzeit alles andere als ein starres Gebilde. Ich rate Dir zu Einsteigerliteratur für die ART.
@Alex Gerstl:
Die Raumzeit bleibt aber.
Eine interessante Frage ist, ob unser Universum weitere „gebären“ kann.
Erstmal: Super Artikel!
Ich finde das Ganze unglaublich faszinierend, aber auch ein wenig unheimlich, was wohl mit unserem Universum in ferner ferner Zukunft passiert. Unvorstellbar, welche Kräfte da walten und in welchen Zeiträumen sich das Ganze bewegt!
Unser Universum bläht sich nicht wie ein Hefekuchen auf. Es gibt keine kosmologische Expansion, auch keine beschleunigte Expansion. Es gibt eine kosmologische Rotverschiebung und eine verstärkte kosmologische Rotverschiebung ! Alles Andere sind nur Versuche, diese kosmologische Rotverschiebung und die verstärkte kosmologische Rotverschiebung zu erklären. Keines, der bisher vorgestellten Modelle (Dunkle Energie, Entestehung neuen Raumes, Expansionsbewegung) ist stimmig und widerspruchsfrei. Insofern ist es auf dieser Grundlage also nur eine blanke Spekulation, ob unser Universum in einem Big Rip, einem Big Bounce, oder im Wärmetod endet.
Auf https://www.altenbrunn.de/URKNALL.pdf ist ein anderes Modell vorgestellt. Dort wird ein Modell vorgestellt, welches den Einsteinschen Intentionen vom statischen Universum entspricht. Dort wird die Rotverschiebung und auch die verstärkte Rotverschiebung mit der Allgemeinen Relativitätstheorie erklärt. Diese Erklärung wird auch vorgerechnet, also mathematisch belegt. Bei diesem Modell gibt es also ein zeitlich und räumlich unendliches Universum, ohne Dunkle Energie, Big Crunch, Big Rip, Big Bounce oder Wärmetod. Diese Erklärung benötigt außer der Allgemeinen Relativitätstheorie, und einem unendlichen (homogenen) Universum keine weiteren Voraussetzungen um die Rotverschiebung und die verstärkte Rotverschiebung zu erklären.
Die im angegebenen Link ladbare Schrift „Gab es den Urknall ?“ ist über 70 Seiten (A5) stark und für interessierte Laien gedacht. Sie setzt aber einige Grundkenntnisse der Mathematik voraus, eigentlich nur der Schulmathematik, wenn man Differetiale und Integrale in der Schule (im Gymnasium) hatte und sich daran erinnern kann. Diese Schrift ist daher nicht in zwei Stunden gelesen und verstanden.
Viel Spaß beim Lesen ! Mit freundlichen Grüßen
Jürgen A.
@Jürgen Altenbrunn:
Mich wundert, dass Florian Deine Werbung zulässt, zumal Du einen echt guten Score im https://math.ucr.edu/home/baez/crackpot.html
ergatterst 🙂
@krypto
Es ist keine Werbung im eigentlichen Sinn. Ich verdiene nichts daran, daß sich jeder kostenlos diese Datei herunterladen kann. Aber es ist natürlich eine Werbung dafür, sich mit Ideen zu befassen und nachzudenken. Und insofern danke ich Florian Freistetter, daß er diese Werbung zugelassen hat. Ich denke, das ist auch der Sinn von scienceblogs. Diese Idee ist viel zu umfangreich, um sie selbst hier darzulegen. Aber ich diskutiere gern sachlich darüber !
Im Übrigen verschwinden dabei auch alle Singularitäten der Relativitätstheorie. Noch ein Punkt, der Einstein sehr erfreut hätte. (Zitat: Singularitäten sind unphysikalisch.) Es gibt also keinen Ereignishorizont keinen kosmischen Zensor und auch keine Schwarzen Löcher ! Das heißt aber nicht, daß es keine kompakten Objekte, wie Neutronensterne, AGN u.s.w. gibt. Nur sind diese Objekte (außer AGNs) im allgemeinen nicht schwarz. Nur bei AGNs ist die Rotverschiebung derartig groß, daß sie schwarz erscheinen.
Ich denke, ein hoher Score dokumentiert nur ein gewisses Maß an Neuheit der Idee. Manche würden vielleich auch dazu sagen, ein gewisses Maß an Verrücktheit. Einsteins Relativitätstheorie hätte 1915 auch einen sehr hohen Score erhalten. Insofern fühle ich mich in bester Gesellschaft. Entschuldigung für diesen Vergleich !
Jürgen A.
P.S. ich bin nicht ständig online, meist nur ein- bis zweimal am Tag. Bitte entschuldigt, daß meine Antwort auch mal erst am folgenden Tag erfolgen kann
@Fritzchen
Wie krypto schon sagte ist die Raumzeit nicht starr. Wenn Masse den Raum krümmt, krümmt sie die Zeit immer gleich mit: in der Nähe von Masse vergeht die Zeit langsamer. Um eine rotierende Masse wird die Raumzeit sogar mitgezogen, in Rotation versetzt. Knapp außerhalb des Ereignishorizonts eines schnell rotierenden Schwarzen Lochs kann man dieses nicht gegen sein Rotationsrichtung umkreisen, weil einen die roterende Raumzeit in Drehrichtung mitreisst und man müsste mit mehr als Lichtgeschwindigkeit orbiten, um das schwarze Loch gegen seine Rotationsrichtung zu umkreisen.
Masse und Raum(zeit)krümmung sind untrennbar verbunden. Masse kann die Raumzeit mit sich ziehen und umgekehrt kann die Raumzeit Masse mit sich ziehen. Das ist der Unterschied zu Deinem Papierschnipsel-Experiment. Die Objekte darauf sind ein wenig wie zähe Leimtropfen, die zwar vom Papier bewegt werden, aber das Papier auch sich ziehen können (besser als Papier wäre vielleicht ein elastisches Gummituch, das kann auch wieder schrumpfen, ohne Falten zu werfen; eine rotierende Raumzeit bekommt man aber auch mit Gummi nicht dargestellt, denn irgendwann zerreisst der verdrehte Gummi; man darf die Analogie nicht überdehnen, im wahrsten Sinne des Wortes).
Erst mal ganz ohne Dunkle Energie: denke Dir, die Leimtropfen hätten anfangs einen gewissen Schwung vom Urknall her, der sie auseinander treibt, und sie ziehen das Gummituch mit sich auseinander. Gleichzeitig arbeiten sie gegen die Schwerkraft, die sie nach innen ziehen möchte. Wenn der Schwung reicht, diese zu überwinden, entfernen sie sich immer weiter voneinander, das Weltall ist offen. Werden sie hingegen irgendwann abgebremst und fallen aufeinander zu, dann zieht sich auch das Gummituch wieder zusammen, bis sich alles in einem klebrigen Klumpen vereint, dann ist das Weltall geschlossen. Genau dazwischen liegt das flache Universum, da geht die Expansionsgeschwindigkeit gegen 0, aber der Wert wird erst nach unendlicher Zeit erreicht. So waren die Modelle für die Entwicklung des Universums vor der Dunklen Energie. Auf jeden Fall sollte die Expansion langsamer werden, so erwartete man das.
Jetzt stelle man sich vor, dass sich das Tuch selbst auch noch mit konstanter Rate vergrößert, denke Dir z.B. eine Wärmeausdehnung des Gummis, oder die Oberfläche eines Riesenballons, der aufgepustet wird. Das Wachstum des Gummituchs hat einen festen Wert, soundosoviel Prozent Zunahme in einer bestimmten Zeit, in jeder Richtung. Das treibt die Objekte zusätzlich auseinander, ansonsten ändert sich nichts. Das wäre ein Analogon für die Dunkle Energie. Das Resultat ist, dass zwei entfernte Leimtropfen sich mit der Zeit nicht langsamer voneinander entfernen, sondern zunehmend schneller auseinander getrieben werden. Ein bisschen zog sie ihn (die Raumzeit), ein bisschen sank er hin (die Trägheit der Bewegung).
Plastischer kann ich’s auch nicht beschreiben. Am Ende ist die Raumzeit kein Gummituch, aber vielleicht gibt das Modell eine vage Idee davon, was sich in der Raumzeit bei der Expansion abspielt.
Was genau passiert, steht im wesentlichen in diesem Artikel, aber das ist halt das „Eingemachte“, wo auch ich dann passen muss, ich bin kein Physiker, und die ART ist nunmal auch ein wenig kompliziert, wenn man mit ihren Formeln umgehen will. Nicht umsonst widmet man ihr eigene Vorlesungen im Physikstudium.
@ Jürgen Altenbrunn:
Wenn Du der Wissenschaftswelt etwas mitzuteilen hast, reiche Deine Idee in Form eines kurzen Aufsatzes ein zum Peer Review.
Sowas in einem Blog-Kommentar zu machen, ist extrem suboptimal und da befindest Du Dich in einer Gesellschaft mit Cranks, zu denen Du Dich meiner Einschätzung nach nicht zählen möchtest.
@J.A. :
Das ist schön, daß du das denkst. Damit demonstrierst du allerdings nur, daß du nicht an einem ernsthaften Diskurs interessiert bist. Hast du die Kriterien und Punktevergabemechanismen überhaupt gelesen?
*giggl*
Wenn du wüßtest, wie alt dieses Ausweichmanöver ist. Und erst das Galileo-Gambit. Hey, das hat sogar einen eigenen (englischen) Wikipedia-Eintrag.
Aber schaun mer mal, was Einstein so für einen Crackpot-Index gehabt hätte …
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18) 10 Punkte (wenn Einstein sich für Einstein hielt oder seine Leistungen mit denen seiner selbst verglich, ist das nur recht und billig 🙂 )
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Auswertung:
30 Punkte. Also einen hohen Score nenne ich das nicht.
@Bullet: Nette Ausarbeitung; ich lache mich seit Jahren schlapp über den Index.
Übrigens ist 1) -5 Punkte…Endscore AE wäre also 20.
Wobei…18) wird multipliziert mit jedem Vorkommnis..oh.oh… 🙂
@Bullet, Krypto
Der Crank kriegt mal wieder die ganze Aufmerksamkeit, pah…
@Alderamin: dafür hast du einen schönen Gastbeitrag hingelegt. Und auch verdiente Aufmerksamkeit dafür bekommen. 🙂
@Krypto: aber hast recht: ich hab das Minus verschusselt.
@Alderamin
Bei dir muss man lange suchen um eine Unstimmigkeit zu finden, das macht keinen Spass 😉
Doch, die Raumzeit ist starr! Wenn die Raumzeit sich bewegen würde, dann müsste es ja noch eine zusätzliche Zeit geben, innerhalb derer diese Bewegung stattfindet. Tatsächlich gibt es aber doch nur eine Zeit, und diese ist in der Raumzeit bereits als eine Koordinatenachse enthalten.
Florian hat hier mal im Rahmen einer Buchbesprechung ausgeführt, daß es keinen Fluß der Zeit gibt, sondern einen Eisblock der Raumzeit:
https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/05/18/die-wirklichkeit-als-eisblock-der-gefrorene-fluss-der-zeit/
In dem Schaubild, das in diesem Blogbeitrag enthalten ist, finde ich auch meine Vorstelung von der Expansion des Universums als Trichterform der Raumzeit wieder (von mir in Beitrag 39 erwähnt). Und meine Frage ist nun: Wie kann die Materie Einfluß darauf nehmen, ob diese Trichter sich in Richtung der Zeitachse (im Bild also nach rechts) weiter aufweitet oder sich wieder auf einen Punkt der Zeitachse zusammenzieht?
@Fritzchen:
Schonmal in Betracht gezogen, dass Zeit ein lokales Phänomen ist ?
@Fritzchen:
Ok, zu billig verkauft, sehe ich ein. Was soll ich sagen, Florian hat in dem verlinkten Titel Brian Green rezensiert. Green ist zweifellos ein toller Wissenschaftler, das heisst aber nicht, dass er immer Recht hat. Und eine Rezension ist auch keine Zustimmung, sondern nur eine Zusammenfassung. Also hast du 2 Fehler gemacht:
Erstens den link Florians ungeprüft als Florians Fakt übernommen und zweitens die Quelle nicht zu überprüfen.
@Fritzchen
Die Zeit vergeht aber nun mal langsamer im Schwerefeld. Von außerhalb des Schwerefelds betrachtet. Zeit ist relativ. Nie von Zeitdilatation gehört?
Kenne ich, das ist ein Modell für den Zeitbegriff, das davon ausgeht, dass das Vergehen der Zeit nur für Beobachter innerhalb des Universums passiert, deren Wahrnehmung auf Prozessen beruht, die eben nur in einer bestimmten Bewegungsrichtung entlang der Zeitkoordinate ablaufen können (sie laufen überhaupt nur ab, wenn man sich in Richtung des Zeitpfeils bewegt). Und das Modell ist nur eine von vielen Möglichkeiten.
Dennoch vergeht für einen Beobachter im Universum die Zeit objektiv messbar, und sie vergeht nicht überall gleich schnell.
Indem sie den Raum mit sich zieht, aber das habe ich schon ausführlich oben erklärt, besser kann ich’s nicht. Vielleicht versucht es mal ein anderer.
@Steffmann
Die Quelle ist schon ok, das Blockuniversum ist voll kompatibel mit allem was wir beobachten, nur ist unser Blickwinkel ein anderer als der eines fiktiven Beobachters außerhalb des Blockuniversums. Man muss eben nur verstehen, dass ein Insasse des Blockuniversums nicht anders kann, als den Block entlang des Zeitpfeils zu durchlaufen (der eben nicht überall gleich groß ist, um Massen herum ist er verkürzt, das ist dann die Krümmung der Zeit).
Das Modell erklärt, warum es überhaupt eine bestimmte Zeitrichtung gibt, denn die meisten physikalischen Prozesse sind zeitlich symmetrisch und können in beiden Zeitrichtungen ablaufen. Aber die Entropie nicht, die nimmt in einer Richtung zu. Wenn Dein Hirn aber auf Prozessen beruht, die wachsende Entropie mit sich bringen, gibt es für Dich nur eine relevante Zeitrichtung: in Richtung wachsender Entropie.
Nach allen, was ich hier so gelesen habe, äußert sich Florian durchaus recht deutlich, wenn er mit dem Inhalt eines Buches oder eines anderen Textes, den er bespricht, nicht einverstanden ist. Ich sehe auch nicht, daß das, was Florian in anderen Blogeinträgen schreibt, den Aussagen von Brian Green irgendwo widerspricht.
Daß Zeit unterschiedlich abläuft, daß es Zeit- und Längendilatation gibt, kann ja maximal zur Folge haben, daß die Raumzeit nicht euklidisch ist, sondern daß sie eine ziemlich seltsame Metrik besitzt. Aber es kann nicht bewirken, daß die Raumzeit selbst sich bewegt.
Um eine Bewegung der Raumzeit überhaupt definieren zu können, müsste man ja eine weitere Zeit zusätzlich zu der in der Raumzeit bereits enthaltenen Zeit einführen. Außerdem würde die Möglichkeit einer Veränderung der Raumzeit ja bedeuten, daß bereits vergangene Ereignisse sich noch ändern könnten.
Vielleicht muß ich in der Erklärung in Beitrag 48 nur den Begriff „Raumzeit“ durch den Begriff „Raum“ ersetzen, und dann passt wieder alles?
@Fritzchen
https://de.wikipedia.org/wiki/Lense-Thirring-Effekt
https://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/downloads/papers/SuW10-2004-S24-31.pdf
Ja, es gibt innerhalb der Raumzeit Wirbel und Rotationen. Aber das bedeutet doch nicht, daß die Raumzeit selbst wirbelt oder rotiert. Es heißt lediglich, daß es innerhalb der Raumzeit Spirallinien gibt.
Ein Beobachter, der sich innerhalb der Raumzeit bewegt, wird wirbeln und rotieren. Der Raum bewegt sich im Laufe der Zeit. Die Raumzeit dagegen ist quasi das Protokoll, was mit dem Raum in der Vergangenheit passiert ist und was mit dem Raum in der Zukunft passieren wird. Und das ändert sich nicht, da ist die Zeit doch schon drin.
Ich denke, daß Du „Raumzeit“ sagst, wo Du in Wirklich lediglich „Raum“ meinst.
@Fritzchen
Nein, das meine ich nicht, wenn Du freundlicherweise nochmal im Lense-Thirring-Link den Eingangsparagraphen lesen würdest.
Und jetzt ist gut.
Du meinst die Bemerkung, daß der Effekt „die Raumzeit verdrillt“? Es befindet sich eine Spirallinie in der Raumzeit, das habe ich doch gerade geschrieben. Aber die Raumzeit bewegt sich nicht. Eine Wendeltreppe ist eine „verdrillte“ Treppe, aber sie bewegt sich nicht.
Innerhalb welches Zeitbegriffes soll sich die Bewegung der Raumzeit denn überhaupt abspielen? Die einzige Zeit, die wir haben, ist doch in der Raumzeit schon drin.
Ich versuche gerade, mit der in Beitrag 48 geschriebene vorzustellen (wenn ich mir statt „Raumzeit“ mal den Begriff „Raum“ denke).
Ist es denn so, daß die Ausdehnung des Universums nur dort stattfindet, wo sich Massen befinden? Findet in den Bereichen den Universums, wo die Materie große Lücken ausweist, keine Ausdehnung statt?
Es gibt ja den Hubble-Parameter, der die Ausdehnung des Universums beschreibt. Wenn der allgemein gültig sein soll, dann muß sich das Universum doch überall gleichermaßen ausdehnen, völlig unabhängig von der Verteilung der Materie.
Ich habe überlegt, ob ich mir anhand von Zahlen die Ausdehnung vorstellen kann. Der Hubble-Parameter liegt in der Größenordnung 10^-18 pro Sekunde. Die Anzahl der Sekunden pro Jahr liegt in der Größenordnung 10^7. Demnach liegt der Hubble-Parameter, bezogen auf ein Jahr, in einer Größenordnung von 10^-11. Der Durchmesser der Erde liegt in der Größenordnung 10^7 m. Demnach hätte man pro Jahr auf einer Strecke, die dem Durchmesser der Erde entspricht, ein Raumwachstum in der Größenordnung von 10^-4 m, also 0,1mm. Was bedeutet das nun für den Versuch, sich die Ausdehnung des Raumes irgendwie anschaulich vorzustellen? Und müsste man ein Raumwachstum in dieser Größenordnung nicht irgendwie lokal nachweisen können?
Ich glaube, dieses Thema zieht Trolle und Cranks an wie ein schwarzes Loch 🙂
@Fritzchen
Lokal sind elektromagnetische und gravitative Kräfte viel stärker als die Raumdehnung, deshalb merkst du nichts davon. Erst auf große Distanzen wird der Effekt sichtbar.
Stell dir zwei Personen in einem Fluss vor. Wenn sie sich an der Hand halten bleiben sie in konstantem Abstand. Lassen sie los, werden sie von der Strömung auseinandergetragen.
@Frtitzchen
Der Lense-Thirring-Effekt benennt lapidar gesagt das Phänomen, dass eine rotierende Masse alles in seiner Umgebung mitrotieren lässt, selbst den Raum und die Zeit!
Aus der Sicht eines weiter entfernten Beobachters, dessen Zeit anders (schneller) vergeht und dessen Raumzeit nicht rotiert.
Nein, die Materie zieht den Raum großräumig mit, auch dort wo große Leerräume sind (da wirkt dann die Materie drumherum). Außerdem gibt es die Dunkle Energie, die wirkt überall.
Gleichmäßig ja, aber nicht unabhängig von der der Verteilung der Materie. Die ist, hinreichend großräumig betrachtet, gleichmäßig verteilt (sie ist ja auch so nach dem Urknall aus gleichmäßig verteilter Strahlung entstanden, wie die kosmische Hintergrundstrahlung zeigt, die eine Temperatur von knapp 3 Kelvin hat, bis auf winzige Schwankungen von millionstel Kelvin; aus den kleinen Schwankungen, das sind Dichteunterschiede, entstanden später die Galaxienhaufen und Leerräume zwischen diesen). Man spricht von der Isotropie des Universums.
Franz hat das schon erklärt. Ausführlicher bei Martin Bäker.
Werden jetzt hier schon Leute, die sich bemühen zu verstehen, als Trolle oder Cranks abgewatscht oder mit „und jetzt ist gut“ nach hause geschickt?
Schade. Das, was ich bei ScienceBlogs und insbesondere hier am meisten schätze, ist, dass Leuten, die Wissen/verstehen wirklich suchen, hier auch geholfen wird.
@Fritzchen:
Die Analogie mit dem Fluss finde ich ganz anschaulich: Letztendlich läuft es vermutlich darauf hinaus, dass die bindenen Kräfte eine Bewegung verursachen, die die neu entstandene Distanz überwindet.
Nach meinem Verständnis quillt der neu entstehende Raum sozusagen an der durch andere Kräfte gebundenen Materie „vorbei“.
Inwiefern er dabei aber eine Kraft auf die gebundenen Körper ausübt, die sich gegen die Bindungskraft aufrechnen lässt, ist mir auch nicht klar (und wird mir auch durch den 10. Hinweis auf Lense-Thirring-Effekte nicht klarer…)
Gruß Hawk
@Hawk: „Werden jetzt hier schon Leute, die sich bemühen zu verstehen, als Trolle oder Cranks abgewatscht oder mit “und jetzt ist gut” nach hause geschickt?“
Nein. Aber Leute wie Carsten, die einen Kommentar nach dem anderen schreiben in dem zusammenhanglos irgendwelche wirren Gedanken über die „gute Natur“ gespammt werden (ich nehme an, du beziehst dich darauf?). Hier in dieser Kommentarabteilung bemühen sich die Leute doch redlich um ausführliche Erklärungen.
@Krypto
Du hast natürlich recht, ich halte mich definitiv nicht für einen „crank“. Ich glaube, das kommt auch schon dadurch zum Ausdruck, daß ich mich nicht hinter irgend welchen „Spezialnamen“ verberge. Ich bin natürlich auch im Kontakt mit anderen Wissenschaftlern, aber aus dem eigentlichen Wissenschaftsbetrieb bin ich schon seit vielen Jahren raus, und versuche jetzt erst wieder, ein wenig darin Fuß zu fassen. Man benötigt Zeit dazu.
Es ist auch schwer, mit manchen Wissenschaftlern zu diskutieren. Nur ein Beispiel dazu : Im Augustheft von Spektrum der Wissenschaft ist ein Artikel über Dunkle Energie von Frau Sellentin zusammen mit Herrn Prof: Bartelmann abgedruckt. Ich habe natürlich mit einem Leserbrief darauf geantwortet. Es hat bis zum 19.9. gedauert, bis sich SdW nach mehreren Rückfragen dazu geäußert hat. SdW hat mir mitgeteilt, daß sie diesen Sachverhalt nicht beurteilen können (ich hatte gar nicht darum gebeten). Der Leserbrief wurde weder im Internet noch im Heft veröffentlicht. Ich habe auch Frau Sellentin direkt angeschrieben. Sie schweigt bis heute dazu. Du siehst, Krypto, wie schwierig es sein kann, mit Wissenschaftlern zu diskutieren.
@Bullet-der-Kommentator
Du liegst falsch. Ich bin sehr wohl daran interessiert, über Dinge und Sachverhalte zu diskutieren. Ich hatte den Crackpot-Score von John Baez als Scherz aufefaßt und bin erschrocken, wie bierernst und phatasielos Du diesen Index auf Einstein anwendest. Einstein hätte dutlich mehr als 100 Punkte verdient. Allein mit Kriterium 37 hätte er schon 50 Punkte verdient. Die Relativitätstheorie war lange nicht oder nur sehr schlecht belegbar, und wurde bis in die sechziger Jahre des letzten Jahrhunderts angezweifelt. Bei Erwähnung bestimmter Namen, die erst nach Einstein richtig groß wurden, Punkte zu vergeben, ist völlig sinnlos. Da hätte man schon Newton, Maxwell, Lorentz oder Mach einsetzen müssen (Kriterium 8). Einstein hätte noch bei vielen weiteren Kriterien (2,4,5,6, ….) Punkte verdient, die man aber nur vergeben kann, wenn man die Originalveröffentlichung gelesen hat. Entschuldige bitte meine Schwärmerei für Einstein, aber der hatte ein richtig gutes Gefühl für die Natur.
@Hawk
Der Crank und Troll (#68) ist nicht Fritzchen, sondern Jürgen A.
Die Bemerkung „und jetzt ist gut“ entfuhr nach dem Schreiben diverser Romane (sag‘ nicht, ich hätte nicht versucht, es geduldig zu erklären), wo ich eigentlich alles gesagt hatte, was ich sagen konnte, und immer noch bezweifelt wurde, dass die Raumzeit sich krümmt und sogar fließen kann (den Lense-Thirring-Effekt erwähnte ich als Beispiel dafür, wie die Raumzeit fließt) und ich da wohl was anderes meinen müsse. Aus dem Frust, dass von all dem geschriebenen nichts ankommt.
Fritzchen kommt dann immer mit dem Blockuniverum, wo die Zeit ja gar nicht vergehe – was aber nur für einen externen Beobachter außerhalb des Universums gilt. Da ist die Zeit eben eine Strecke in einer zusätzlichen Raumdimension, entlang derer die Entropie zunimmt, was einem Insassen als Zeitfluss erscheint. Der für ihn objektiv messbar ist und um Massen besipielsweise eine andere Geschwindigkeit hat. Meinetwegen auch einen schraubenartigen Verlauf beim Lense-Thirring-Effekt, aber als Insasse sieht man eben keine Schraube, sondern man misst eine permanente Drehung. Das Blockuniversum tut gar nichts zur Sache, es ist nur eine Alternative zur viele-Welten-Theorie oder einer sich irgendwie entwickelnden Raumzeit mit zufälligen Ereignissen in der Quantenwelt (und was es sonst noch für Modelle gibt, die versuchen, den Zeitfluss irgendwie zu erklären).
Nochmal zum Lense-Thirring-Effekt: eine rotierende Masse (nicht nur ein Schwarzes Loch, auch die Erde) zieht bei ihrer Rotation die Raumzeit mit sich. Man kann sich in der Raumzeit beispielsweise nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, also kann man in Drehrichtung der Raumzeit relativ zu einem entfernten Beobachter schneller um die rotierende Masse kreisen als in Gegenrichtung. Masse kann die Raumzeit offenbar mit sich ziehen und damit auch die lokale Geschwindigkeit in jeder Richtung gegenüber einem entfernten Beobachter versetzen, also zieht der bewegende Raum auch irgendwie die Masse mit.
Das ist exakt dasselbe, was man bei der Spiralnebelflucht beobachtet, nur eben als lineare Bewegung. Und Fritzchens Frage ging ja darum, warum die Expansion des Raums etwas mit der Bewegung der Masse zu tun haben soll. Wenn z.B. das Weltall positiv gekrümmt wäre und am Ende wieder alle Materie zurückfallen würde, warum das den Raum beeinflussen sollte, ebenfalls wieder zu kollabieren. Eben deswegen, weil Masse auf die Raumzeit zurückwirkt.
Bei der ganzen Allgemeinen Relativitätstheorie geht es gerade darum, dass Masse den Raum krümmt und beeinflusst. Und genau auf dieser Theorie basieren die Einsteinschen Feldgleichungen für die Entwicklung des Universums, inklusive Dunkler Energie (kosmologischer Konstante).
@Florian:
Carsten? Hab ich hier im Thread nicht gefunden. Ich nahm an, Krypto’s Kommentar #68 bezieht sich auf Fritzchen, der hier zwar etwas hartnäckig aber anscheinend ehrlich bemüht, zu verstehen.
@Alderamin:
Nichts für ungut. Ich halte deine Kommentare hier (in den verschiedensten Threads) für oft genauso wertvoll, wie die Beiträge selbst. Ich fand halt nur die(frustrierte) Reaktion auf Fritzchens Fragen nicht ganz angebracht (wenn auch nach solchen Textwänden und der darin steckenden Mühe) verständlich :-)).
Gruß Hawk
@Hawk
Außerdem war’s spät… und ich hatte einen dicken Kopf wegen einer Erkältung…
@Hawk: In erster Linie bezog sich #68 auf JA, aber Fritzchen scheint auch recht beratungsresistent zu sein:
#57: „Doch, die Raumzeit ist starr!“
Für jemanden, der Fragen beantwortet haben möchte, eine etwas ungeeignete Ausdrucksweise, die bei Trollen recht beliebt ist.
Carsten ist aber ein anderes Kaliber bei
https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/10/07/impfen-meine-mama-bringt-mich-um
Ach ja. Da war doch was mit viel Gemüse, Vitaminen und Liebe, oder? 🙂
@Hawk
Ich verwende im Moment Gemüse, Hustentropfen, Paracetamol und ein Katzebo 🙂
Meine Verständnisfragen beziehen sich auf die Ausdehnung des Raumes (im Verlauf der Zeit), die Raumzeit habe ich immer ganz selbstverständlich als festes Gebilde betrachtet.
Die grundsätzlich Frage zu der Diskussion um die Raumzeit ist auch noch von keinem beantwortet worden: Wenn die Raumzeit sich tatsächlich bewegen kann, innerhalb welchen Zeitbegriffs soll sich diese Bewegung denn abspielen?
Wenn es tatsächlich noch eine zusätzliche Zeit zu der in der Raumzeit bereits enthaltenen Zeit gibt, warum nimmt man dann diese zweite Zeit nicht in die Definition der Raumzeit mit auf und hat dann schließlich eine starre Raumzeit?
@Fritzchen#80:
Lies Dich ein wenig in die SRT & ART ein, dann kannst Du Dir besser vorstellen, was mit der Raumzeit geschieht.
Ganz wichtig in dem Zusammenhang ist, dass Du Dir bei Deinen Überlegungen ständig darüber im Klaren sein musst, wo Du Dich als Beobachter „hindenkst“ 😉
Ich kenne die Relativitätstheorie, und ich kenne die Raumzeit. Aber ich lese hier in den Kommentaren das erste Mal davon, daß es zusätzlich zur Raumzeit noch eine weitere Zeit geben soll, so daß eine Bewegung der Raumzeit überhaupt definierbar ist.
Welchen Sinn soll es denn machen, bei der Definition der Raumzeit noch eine Zeit übrig zu lassen, quasi „für draußen“?
@Fritzchen
Wo genau hat wer das gesagt? Zitat bitte. Vielleicht kann man es dann richtig stellen.
Du selbst sprichst doch die ganze Zeit davon, daß die Raumzeit nicht starr wäre, sich also bewegen würde. Also sprichst Du davon, daß die Raumzeit nicht die komplett Zeit enthält, sondern es noch eine zusätzliche Zeit außerhalb der Raumzeit gibt.
@Alderamin:
Gute Besserung!
„Aber ich lese hier in den Kommentaren das erste Mal davon, daß es zusätzlich zur Raumzeit noch eine weitere Zeit geben soll, so daß eine Bewegung der Raumzeit überhaupt definierbar ist.
Wo genau hat wer das gesagt? Zitat bitte.“
Niemand nirgendwo. Das hat @Fritzchen nur irgendwo reininterpretiert.
Es ist aber auch verdammt schwer sich den ganzen Kram vorzustellen und Fritzchen wills halt (mit aller Gewalt … 🙂 ) ganz genau wissen – was völlig in Ordnung ist!
Deine erschöpfenden Ausführungen sollten eigentlich reichen um das zu verstehen.
Ausser nochmal zu betonen, dass es die Raumzeit selbst ist, die sich ausdehnt oder verdrillen kann …
(Hmmm … Wo ist eigentlich Niels wenn man ihn mal braucht?!?)
@Fritzchen:
Wenn du ein bischen mathematisches Vorstellungsvermögen mitbringst hilft dir vielleicht diese Artikel-Serie von Martin Bäker nebenan weiter:
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/01/23/raumzeitkrummung-ganz-einfach/
Er erklärt da recht anschaulich, warum man keine extra Dimension braucht um sich gekrümmte Raumzeit vorzustellen.
Konkret gehts da um Differentialgeometrie. Die ist aber der Grund, warum man das so sehen darf und muss.
Die Krümmung korrekt zu beschreiben reicht halt.
@Fritzchen:
„Also sprichst Du davon, daß die Raumzeit nicht die komplett Zeit enthält, sondern es noch eine zusätzliche Zeit außerhalb der Raumzeit gibt.“
Nein. Das anzunehmen ist eben nicht nötig.
Lies bitte mal die von mir da oben verlinkte Artikel-Serie von Martin an. Da klärt sich unter Umständen so einiges.
Keine leichte Lektüre – ich weiss – lohnt sich aber.
@Fritzchen
Ja, sie kann z.B. expandieren oder kreisen.
Nein, den Schluss ziehe ich nicht und verstehe ihn auch nicht. Ich habe nur gesagt, die Raumzeit ist alles andere als starr.
Sie hängt – die Relativitätstheorie kennst Du ja – von der Geschwindigkeit des Beobachters relativ zu einem beobachteten Objekt ab: zwei gegeneinander bewegte Beobachter sehen ihre Uhren gegenseitig(!) langsamer laufen. Sie hängt auch von der Tiefe des Schwerefeldes ab, in welchem man sich befindet: die Uhren auf den GPS-Satelliten laufen schneller als die auf der Erde, deshalb musste man sie verlangsamen, um sie mit irdischer Zeit zu synchronsieren. Um rotierende Massen zieht es die Raumzeit mit: ein Objekt, das eine rotierende Masse umkreist, kann in Richtung der Drehung schneller kreisen als in Gegenrichtung, zu der maximal möglichen Lichtgeschwindigkeit addiert sich die Drehung der Raumzeit. Entsprechendes gilt für eine entfernte Galaxie, deren Raumzeit sich schnell von uns entfernt. Aus ihrer Sicht kann sie einen Lichtstrahl in Richtung Erde oder in Gegenrichtung aussenden, für sie ist das symmetrisch. Für uns würde sich die Eigenbewegung des Raums von der Geschwindigkeit des Raums abgezogen, wenn wir ihn auf uns zukommen sehen könnten (können wir aber nicht, und wenn er dann hier ankommt, hat er unsere lokale Lichtgeschwindigkeit, als ob er von gleich nebenan käme).
Es braucht keine absolute Zeit, an der das alles gemessen wird. Jeder Beobachter hat sowieso seine eigene Zeit, die er durch Abzählen von Schwingungen eines Oszillators mit konstanter Frequenz (Pendeluhr, Quarzuhr, Atomuhr etc.) messen kann. Es gibt aber nur eine Zeitkoordinate in der Raumzeit, und alle Koordinaten werden von den Effekten der Relativitätstheorie gemeinsam verändert, deswegen kann man Raum und Zeit nicht getrennt betrachten. Eine Längenverkürzung geht beispielsweise immer auch mit einer Zeitdehnung einher.
Ich habe mathematisches Vorstellungsvermögen, und ich kann mir die Raumzeit vorstellen, auch verdrillte und gekrümmte Räume.
Woran ich mich stoße, ist die Behauptung, daß die Raumzeit nich starr wäre, sondern sich bewegen würde.
Eine Bewegung ist eine Veränderung innerhalb einer Zeit. Wer also sagt, daß die Raumzeit sich bewegen würde, sagt damit, daß es zusätzlich zur Raumzeit noch eine weitere (quasi eine externe) Zeit gibt.
Auch in dem verlinkten Artikel von Marin Bäker gibt es keine Bewegung der Raumzeit. Die Raumzeit ist gekrümmt, sie enthält seltsame Verdrehungen, und hat insgesamt ein ziemlich komische Metrik. Aber sie bewegt sich nicht!
Mal ein anderer Vergleich: Die Statistik der Geburten in der Bundesrepublik Deutschland von 1950 bis 2049. Das ist ein zweidimensionales Diagram, nach rechts geht die Zeitachse, nach oben der ermittelte Wert, in dem Diagramm stehen 100 Balken drin.
Wir, die wir jetzt in 2014 leben, kennen das vollständige Diagramm noch nicht. Aber das Diagramm existiert, und es verändert sich nicht. Zum Beispiel die Anzahl der Geburten im Jahr 2030 kennen wir noch nicht, aber es gibt diese Zahl, und diese Zahl verändert sich auch nicht. Egal, ob wir gerade in 2014 sind, oder in 1872, oder im Jahr 2208: Die Anzahl der Geburten im Jahr 2030 hat immer denselben Wert.
Dieses Diagram kann sich gar nicht verändern, denn es enthält ja bereits eine Zeitachse als eigenen Inhalt. Die Zeit ist da also schon drin, und es gibt nicht noch eine zweite Zeit außerhalb.
Genauso ist die Raumzeit: Da ist die Zeit bereits drin. Alle Argumente, die hier für eine Bewegung der Raumzeit vorgebracht werden, sind in Wirklichkeit Argumente für eine ziemlich komplizierte und mit zahlreiche Besonderheiten gesprickte Metrik der Raumzeit, also für recht verschlungene Pfade innerhalb der Raumzeit. Denn eine Bewegung der Raumzeit gibt doch schon per Definition keinen Sinn.
@Fritzchen:
„Egal, ob wir gerade in 2014 sind, oder in 1872, oder im Jahr 2208: Die Anzahl der Geburten im Jahr 2030 hat immer denselben Wert.“
Und jetzt stell dir einfach vor, der Doctor (Who?) würde mit der Tardis im Jahr 1872 landen und 32419 Kinder zeugen – etwas unrealistisch, ich weiss. Aber Hey! Es ist schliesslich der Doctor! – dann würde es plötzlich pfömp machen und das Tabellenelement für das Jahr 1872 würde ganz anders aussehen.
So ungefähr läuft das auch mit der Raumzeit. Nur das dazu niemand und nichts in der Zeit hin und her reisen muss.
Das passiert einfach andauernd.
Wieso du übrigens auf dem Begriff „Bewegung“ rumreitest verstehe ich nicht so ganz.
Da bewegt sich nichts. Es kommt Raumzeit dazu, weil sich das Universum nunmal ausdehnt.
Und beim Lense-Thirring-Effekt wird die Raumzeit verdrillt usw.
Da von „Bewegung“ zu reden ist aber irgendwie unpassend.
„Verändern“ wäre vielleicht passender, wenn man denn schon nach einem allgemeinen Begriff sucht.
Ich habe mit den Beitrag 87 noch ein paar Mal durchgelesen. Die diversen darin beschriebenen Effekte können einem dann als Argumente für eine Bewegung der Raumzeit erscheinen, wen man versucht, sich die Raumzeit als ein vierdimensionales euklidisches Koordinatensystem vorzustellen. Wenn man versucht, diese ganzen relativistischen Effekte in ein vierdimensionales euklidisches Koordinatensystem zu pressen, dann muß sich das natürlich abhängig vom Standort des Bentrachters permanent ändern, also in Bewegung sein.
Es gibt aber keinen Grund, warum man die Raumzeit auf ein vierdimensionales euklidisches Koordinatensystem projezieren soll.
Tatsächlich ist die Raumzeit einfach die Raumzeit, mit all ihren Besonderheiten. Es gibt darin keine benannten Koordinaten, keine Zeitstempel und keine Raumstempel. Statt dessen beschreibt die Reklativitätstheorie das Vorhandensein bestimmte Pfade innerhalb der Raumzeit und erlaubt uns Berechnungen über Abstände von Objekten innerhalb der Raumzeit.
Es gibt ja nach der Relativitästheorie keine allgemeingültige Gleichzeitigkeit, ich kann also nicht die Zeit festhalten und den Raum daran vorbeiziehen lassen. Und genausowenig kann ich den Wert in einer Raumdimension festhalten und die anderen Raumdimensionen und die Zeit daran vorbeiziehen lassen. Deswegen ergibt es keinen Sinn, die Raumzeit in ein vierdimensioneles euklidisches Koordinatensystem zu zwingen, um dann die relativistischen Effekte als Bewegungen dieser Raumzeit zu erklären.
Der Begriff der Raumzeit meint eben nicht dier Projektion der Raumzeit auf etwas vierdimensionales euklidisches, sondern die Raumzeit selbst, definiert alles alles, was gewesen ist und was noch kommen wird inklusive der Metrik zwischen den Punkten der Raumzeit.
Und das alles – Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft – das verändert sich nicht, das ist so wie es ist. Was sich verändern kann, ist die Sicht eines Betrachters, aber nicht das große Ganze.
Eigentlich wollte ich gar nicht über Raumzeit sprechen, dazu habe ich keine Fragen. Ich bin hierhin gekommen, um mehr über den Vorgang der Expansion des Raumes zu erfahren.
Du hast dazu zwar keine Fragen, aber ein falsches Verständnis:
Und es ist ein Unterschied, ob man die ART nur kennt oder auch noch versteht.
Dann stell doch mal Deine Fragen zur Expansion 🙂
Vielleicht sollte man sich mal erinnern, womit der Diskussionsast über die Raumzeit begonnen hat: Mit meinem Verweis auf die Buchbesprechung „Die Wirklichkeit als Eisblock“, wo die starre Raumzeit gut begründet wird.
https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/05/18/die-wirklichkeit-als-eisblock-der-gefrorene-fluss-der-zeit/
Nun werde ich hier in diesem Forum immer wieder verweisen auf andere Artikel, wo alle möglichen Besonderheiten der Raumzeit erklärt werden, aber der Eigenschaft, daß die Raumzeit starr feststeht, überhaupt nicht wiedersprochen wird. Während diese Eigenschaft in dem Buch von Brian Greene und in der dazugehörigen Besprechung von Florian explizit begründet wird.
Ich bin also im Grunde die ganze Zeit dabei, das Buch von Brian Greene und die Buchbesprechung durch Florian zu verteidigen. Das ist doch eigentlich gar nicht meine Aufgabe! Können sich nicht Brian und Florian selbst verteidigen?
Ich möchte gerne zur Expansion des Raumes zurückkomen. Denn ich suche ja ein Verständnis dafür, wie diese Expansion abläuft, wie ich mir diesen Vorgang vorzustellen habe.
Diese Expansion ist ja ein kontinuierlicher Vorgang, der permanent stattfindet. Er wird beschrieben durch den Hubble-Parameter, man kann da also schön mit rechnen, aber das gibt mir noch keine plastische Vorstellung davon.
Nun sind ja Raum und Zeit gar nicht kontinuierlich, sondern gequantelt. Es gibt keine Länge unterhalb der Planck-Länge und keine Zeit unterhalb der Planck-Zeit. Wir leben ja gar nicht in einem kontinuierlichen, sondern in einem diskreten Raum.
Nun stelle ich mir also die Expansion des Raumes so vor, daß permanent irgendwo neue Planck-Längen hinzukommen. So in der Art: Plopp, hier ein Planck-Länge hinzugekommen. Plopp, dort eine Planck-Länge hinzugekommen, undsoweiter.
Wenn man dieses Hinzukommen kleiner Längenstücke visualisieren könnte, z.B. durch kleine Lichtblitze, was würde ich dann sehe? Wäre das ein gleichartig im Raum verteiltes Flackern? Oder würde ich ganze Linien gleichzeitig aufblitzen sehen? Oder ganze Flächen? Oder irgendwelche komplizierteren Strukturen? Wenn ja, welche?
Wie kann man sich die Expansion des Raumes (aber entsprechend natürlich auch das Verschwinden von Raum, falls sich das Universum wieder zusammenziehen sollte) anschaulich vorstellen und verstehen?
@PDP10
Sicher? Bei der Expansion kommt Raum dazu, und zwar abhängig davon, wie sich die Materie darin bewegt; bei überkritischer Dichte würde die Materie den Raum auch wieder zusammenstauchen, d.h. sie zieht die Raumzeit mit sich, das würde ich schon als Bewegung bezeichnen. Auch beim Lense-Thirring Effekt wird die Raumzeit mitgezogen, „verdrillt“ hieße ja nur, um einen bestimmten Winkel verdreht. Es ändert sich aber doch das Geschwindigkeitsintervall zwischen -c und +c um einen offset (mal Gravitationsdilation) aus Sicht eines externen Beobachters, d.h. die Geschwindigkeitslimits sind von außen betrachtet nicht mehr symmetrisch zu 0. Würde ich auch als Bewegung werten. Und Gravitationswellen ändern die Raumzeit periodisch, da liegt auch eine erste Ableitung nach der Zeit vor, d.h. Bewegung. Jedenfalls ist die Raumzeit zumindest bei bewegten Massen alles andere als starr.
Kann aber auch sein, dass ich das falsch interpretiere. Ich versuche halt, mit meinen bescheidenen Grundkenntnissen diese Dinge plastisch vorstellbar zu machen; jegliches plastische Modell ist aber immer nur eine grobe Annäherung, und so tief kenne ich mich mit der RT nicht aus, dass ich mathematisch ableiten könnte, was in den einzelnen Fällen genau passiert.
@Fritzchen
Das wird so in der Schleifen-Quantengravitation angenommen, aber in der Stringtheorie ist der Raum kontinuierlich. Im ersteren Fall ist die Raumzeit so etwas wie ein Computerbildschirm mit Pixeln der Planck-Länge und Bildwiederholraten der Planckzeit. Im zweiten Fall ist die Planck-Länge wie das Auflösungsvermögen eines Teleskops, das abhängig von seinem Durchmesser eine Punktquelle (Stern) nicht beliebig scharf abbilden kann, sondern als Beugungsbild; dennoch ist das Bild nicht gepixelt und der Stern kann beliebig fein im Bild versetzt werden.
Die Expansion des Alls wird jedoch durch die ART beschrieben, und die kennt ohnehin keinen gequantelten Raum. Wir haben noch keine Theorie, die Quantentheorie und ART vereint (obige sind Kandidaten), deswegen weiß niemand genau, was da im allerkleinsten vor sich geht. Ob da beispielsweise analog zum radioaktiven Zerfall zufällig mal irgendwo ein Volumenelement im Raum aufpoppt, oder der Raum kontinuierlich wächst. Darüber sagt uns die ART nichts.
@Fritzchen #94
Dem Greene-Buch und Florians Artikel widerspreche ich überhaupt nicht (ich hab‘ das Buch selbst und viel daraus gelernt). Aber Dein Verständnis von „starr“ und „Bewegung“ ist offenbar ein anderes als meines. Du nennst die Geburtenentwicklung „starr“, weil man sie in einem Diagramm darstellen kann (dessen Zukunft man noch nicht kennt). Ich kann auch die zur Zeit t zurückgelegte Strecke eines Autos in einem „starren“ Diagramm darstellen, aber trotzdem bewegt sich doch das Auto.
Eine Bewegung ist Ableitung der Ortskoordinaten nach der Zeit. Wenn sich in einem Diagramm über der Zeitachse die Ortskoordinate ändert, ist das eine Bewegung. Wenn man die Zahl der geborenen Kinder als eine Art „Ortsvektor“ betrachtet, ist eine Änderung dieser entlang der Zeitachse eine Bewegung in der Bevölkerungszahl. Und wenn ich im Blockuniversum eine Veränderung der Orte von Objekten entlang der Zeitachse beobachte, dann bewegen sich die Objekte gemessen an der Zeitachse. Ich kann sogar die Änderung der Zeitkoordinate eines bewegten Objekts nach der Zeit eines entfernten, ruhenden Beobachter ableiten und damit eine (relative) Zeitgeschwindigkeit definieren.
Das Blockuniversum soll ja nur einen möglichen Mechanismus(auch Greene behauptet nicht, dass dies genau die einzig richtige Erklärung sei) dafür beschreiben, warum Zeit fließt. Warum wir nicht einfach die Zeit anhalten oder zurückdrehen können. Und das wird damit begründet, dass sich die Entropie in Richtung des Zeitpfeils ändert und unsere Wahrnehmung auf der Änderung der Entropie beruht. Deswegen läuft unsere Wahrnehmung automatisch entlang des Zeitpfeils. Für die Expansion des Universums ist es aber völlig Wurst, warum die Zeit fließt (oder nur zu fließen scheint), da ändern sich einfach Orte von Objekten entlang des Zeitachse, und es kommt Raum hinzu. Und der Zeitpfeil läuft nicht überall gleich schnell. Wie Wasser in einem Bach, dass an flachen Stellen und über Steinen schneller fließt und sogar Wirbel bilden kann (nur fließt die Zeit um Massen eben langsamer).
@Fritzchen
Ist au contraire nicht die Hintergrundunabhängigkeit der ART gegeben?
Belege? Ist nicht unterhalb der Planckgrößen Kontinuität angesagt und emergiert daraus nicht quasi die (diskrete) Quantelung? Und umgekehrt emergiert nicht aus der Planckgrößen Quantelung eine Makroskopische Kontinuität ( e.g. Strömungsfelder – Navier-Stokes, da ist kein Unterschied mehr zwischen „Medium“ in dem Wirbel entstehen gegenüber den Bestandteilen die verwirbelt werden – führt auch zu der Frage gibt es Raumzeit überhaupt ohne zugehöriges „(Energie-/Massen-)Objekt“? Auch Bewegungslosigkeit ist relativ. Und wie schon erwähnt wurde(vgl #87): Ohne Möglichkeit zur Zeitmessung(Oszillation) keine Zeit.)?
Äußerst gewagte These. Bspw. Branen(theorie) schwingt unser Universum (als Brane) entsprechend schnell( Zeit vergeht lokal langsamer) ergibt sich eine Vorhersage: je weiter ein Objekt von uns entfernt ist, desto schneller verschwindet es hinter dem Beobachtungshorizont….
…und dies folgt den Regeln der Unschärfe/Statistik und der Energie-/Kräfte-billanz einer Raumzeitkoordinate?
Na ja, Hintergrund ( 🙂 ) ist ja, dass Brian Green als Stringtheoretiker mögliche Begründungen für die ( gegenwärtig noch vorhandene) Hintergrundabhängigkeit (zumindest mancher, und in den Augen mancher vielversprechende) stringtheoretischer Ansätze zu geben versucht ohne dabei die ART wegzukippen… Das Modell eines Blockuniversums ist da nur ein Ansatz. Imho äußerst schwierig von bspw. einem Boltzmann-Brain Ansatz empirisch zu unterscheiden (- aber da kann ich natürlich falsch liegen?).
Wer macht den so etwas?
Wieso das denn? Räumliche Bewegung ist zeitabhängige Orständerung( bewegen „in der Zeit“). Zeitliche Bewegung (nicht Bewegung in der Zeit) ist ortsabhängige Zeitänderung und raumzeitliche Bewegung ist orts- und zeitabhängige Änderung der Raumzeitkoordinaten…(?)
Wie vereinbart sich eigentlich #80: die Raumzeit habe ich immer ganz selbstverständlich als festes Gebilde betrachtet. mit #82 Ich kenne die Relativitätstheorie, und ich kenne die Raumzeit. wenn eben genau diese Starrheit( Hintergrundabhängigkeit) in der ART aufgegeben wird eben genau gegenüber des starren Hintergrundes der Newton’schen Anschauung?
Warum sollte es dann starr sein? … e.g.→ https://arxiv.org/pdf/1001.2485v2.pdf
Disclaimer: ggfs. Falsches ist nur dem mangelndem Verständnis des Verfassers geschuldet.
Ich merk mir das mal, wo doch irgendwo im Blog-Blob in der Nähe von dem hier auch andere Leute daran zweifelten. Nicht nur MT selbst. Ich selber bin ja ein Verfechter des Ableitbarkeitskriteriums.
@Alderamin:
„Und Gravitationswellen ändern die Raumzeit periodisch, da liegt auch eine erste Ableitung nach der Zeit vor, d.h. Bewegung.“
Gutes Argument!
An Gravitationswellen hatte ich im Moment gar nicht gedacht – weil ich vor allem Fritzschens Argument seltsam fand, dass sich bei der Ausdehnung des Raums was bewegt.
Das ist dafür aber IMHO der falsche Begriff.
@Florian Freistetter:
„Das Universum ist an seinem endgültigen Zustand angekommen und wird darin für alle Ewigkeit verharren.“
Was ist in diesem Zusammenhang mit Ewigkeit gemeint? Im Sinne von unendlich?
@Ulrich: Ja, genau – im Sinne von unendlich.
Ließe sich, von diesem endgültigen Zustand aus, die Entwicklung zum Anfang beschreiben?
Hallo Alderamin, das was Du in Beitrag 98 schreibst, bestätigt genau das, was ich schon in Beitrag 64 geschrieben habe: Du schreibst „Raumzeit“, wo es eigentlich nur „Raum“ heißen müsste. Das Auto in Deinem Beispiel bewegt sich nämlich nur im Raum. In der Raumzeit dagegen ist das Auto eine starre Linie (wenn wir das Auto im Raum mal als punktförmig annehmen). Diese Linie verändert sich nicht. Diese Linie kann unterschiedlich aussehen, je nachdem, von wo wir sie betrachten. Aber es ist doch immer eine starre, unveränderliche Linie.
Und ja, eine Bewegung ist Ableitung der Ortskoordinaten nach der Zeit. Deswegen bewegen sich Objekte im Raum innerhalb der Zeit. In der Raumzeit dagegen ist diese Bewegung eine Line, und ie Raumzeit bewegt sich nicht. Denn die Zeit ist in der Raumzeit schon drin. Genauso wie es PDP-10 in Beitrag 90 schrieb: Da bewegt sich nichts. Sobald wir von Bewegung sprechen, haben wir die Raumzeit wieder in Raum und Zeit aufgetrennt.
Viel lieber aber hätte ich Antworten auf meine Fragen in Beitrrag 95: Wie kann ich mit die Ausdehnung des Raumes anschaulich vorstellen? Und die nächste Frage: Wenn die Tatsache, ob das Universum sich immer weiter ausdehnt oder sich wiede zusammenzieht, von der Verteilung der Massen im Universum abhängt, dann müsste ich ja bei einer Visualisierung der jetzt stattfindenden Expansion des Raumes auch irgendwie einen Zusammenhang zu der Verteilung derMassen erkennen können. Wie? Wie kann ich mir das plastisch vorstellen?
@Florian Freistetter:
Ließe sich, von diesem endgültigen Zustand aus, die Entwicklung zum Anfang beschreiben? Und, ganz vergessen, wie groß wäre das Universum dann?
@Fritzchen
…hatte nix mit Raumzeit zu tun, sondern damit, dass ein fließender Ablauf auch in einem „starren“ Diagramm dargestellt werden kann, als Beleg dafür, dass ein starres Blockuniversum sehr wohl eine seht dynamische Raumzeit beschreiben kann.
Weißt Du was eine Gravitationswelle ist? Die läuft durch den Raum und streckt und staucht die Raumzeit. Nicht nur den Raum, auch die Zeit, die darin mal ein wenig langsamer, mal ein wenig schneller vergeht. In einer Gravitationswelle werden Raum und Zeit bewegt, beide haben eine Ableitung nach der Zeit (der Zeit an einem Ort, wo die Welle gerade nicht ist). In der ART lassen sich Raum und Zeit nicht trennen, das ist doch gerade die Grundidee dahinter.
Ich hab’s versucht, besser kann ich’s nicht erklären. Ich gebe hier auf. Jemand anderes, anyone?
Ich fond den Hitzetod ja ästethischer als einen Nig Bounce 🙂
[…] Alles hat ein Ende nur die Wurst… Big Rip, Big Bounce und Wärmetod: Wie endet das Universum? […]
Hallo Florian,
… puh, sind das viele Kommentare, ich hoffe, meine Frage ist noch nicht gestellt worden, jedenfalls finde ich sie spontan nicht.
Du schreibst, dass – grob gesprochen – in einer Billion Jahren keine neuen Sterne mehr entstehen und in 100 Billionen Jahren dann alle Sterne verloschen sind – im Sinne von: zu weißen Zwergen, Neutronensternen, schwarzen Löchern etc. geworden sind. Aus der Differenz zwischen 1 und 100 Billionen Jahren würde ich grob eine maximale Lebensdauer von 100 Billionen Jahren für Sterne ablesen.
Dies erscheint mit doch sehr hochgegriffen und ein bisschen Nachlese (Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Lebensdauer Hauptreihensterne, Untergrenze Sternenmasse) hat mich zu der Erkenntnis geführt, dass die kleinsten Sterne mit 1/10 Sonnenmasse über 1 Billionen Jahre brennen. Das finde ich immer noch spektakulär viel, aber dennoch 2 Größenordnungen unter 100 Billionen Jahren. Habe ich etwas übersehen?
Danke und Grüße!
Stefan
@torqui:
sehr gute Frage !
Das würde mich dann auch interessieren. Könnte mir vorstellen, dass sich die Billion auf die Milchstrasse bezieht und die 100 Billionen auf das sichtbare Universum.
@torqui:
Hab, glaube ich, die Antwort gefunden.
Aber irgendwann ist dann halt Schluss mit lustig und es gibt die nicht mehr. Abgesehen davon, dass dann zwar noch neue Sterne entstehen aber mangels Aggregationsscheibe keine Planeten mehr.
Wieso Hitze und nicht Kälte tod des Universums?
Wenn doch alle Elementarteilchen so weit voneinander entfernt sind, dass sie sich nicht einmal mehr beeinflussen können – dann müßte es doch sehr kalt sein? Die dunkle Energie macht es doch nicht warm, oder? (Sonst mach ich einen Anbau und hoffe das die Heizkosten sinken. )
@Gerhard
In der Physik geht man üblicherweise von 0 Kelvin (absoluter Nullpunkt) aus. Von da aus gesehen ist es immer „warm“ und man hat einen sinnvollen Bezugspunkt.
„Kälte“ ist in der Thermodynamik nichts, womit man rechnet.
Das bedeutet, das zum Beispiel die Wärme vom Heizkörper in den Raum fließt (und nicht, das die Heizung „Kälteenergie“ aus dem Raum „absaugt“).
Falls man einen Wärmestrom vom kälteren ins wärmere Wärmebad (=irgendwas, das Wärme speichern kann) haben will, dann muss man von außen nachhelfen und Energie da reinstecken. Und man merkt, das Wort „Wärme“ kommt sehr oft vor 😉
[…] feiner und gleichmässiger darin verteilen (etwas genauer hat Florian Freistetter mein Schicksal hier beschrieben). Irgendwann in unvorstellbar ferner Zukunft wird es mich nur noch als Wärme geben, […]
Doch, bist du.
Und auch dir sei gesagt: du postest hier nicht anonym
@ #11:
Die Beschleunigung der Expansion erkläre ich mir in einem Sinnbild:
In einem Teich steigen Blasen auf. Je näher sie zur Oberfläche kommen, desto schneller steigen sie auf. Das würde nahe legen, dass ausserhalb des Weltalls erstmal „nichts“ ist. Deswegen der beschleunigende Druckausgleich.
Mein Modell berücksichtigt leider nicht das Wasser des Teichs…
Umgekehrt würde ein neues Weltall dann entstehen, wenn jemand einen Kondensationspunkt legt, der kälter als der absolute Nullpunkt liegt.
Dieses Modell (und alle anderen der Kosmologen) berücksichtigt leider nicht den „jemand“.
Allerdings könnte dies ggf geschehen, wenn zwei sich auflösende Universen aneinander vorbeischrammen und einen Wirbel erzeugen, der dann wiederum einen Unternullkondensationspunkt erzeugt.
Dies gelesen:
„Alles hat die gleichen Eigenschaften und nichts geschieht mehr.“
Und das gedacht:
Dass mir ein Astronomiker mal in einem einzigen leicht verständlichen Satz, als Nebenprodukt quasi, das Wesen des Sozialismus erklären würde…