Dehnt sich das Universum aus...? Wenn ja WOHIN?

Wissenschaft Astronomie
1

Hallo an alle…

Ich habe gestern einen Artikel von einem Englischen Physiker gelesen, in dem er zu erklären versuchte, wie sich das Universum ausdehnt. Wo doch die Ansicht herrscht, es sei „unendlich“. Dann gäbe es folglich keinen Drei dimensionalen Raum, in den es sich ausdehnen könnte. Nichts desto trotz scheint es „größer“ zu werden. Es muss also eine weitere, „4.“ Dimension geben, in die sich unser Universum ausdehnt. Der Autor bezeichnet diesen als „Hyperspace“. Was habe ich mir nun darunter vorzustellen?

Unter anderem wurde in dem Artikel ein Beispiel genannt, um die Theorie zu vereinfachen. Wenn eine Ameise auf einem Luftballon krabbelt, ist er für sie „unendlich“, da sie nirgends einen Anfang erkennen kann. Wenn dieser Ballon nun aufgeblasen wird, dehnt er sich in eine der Ameise unbekannten Dimension aus, nämlich vom Zentrum des Ballons her. Dieses kann die Ameise nicht durch „zeigen“ in eine der ihr bekannten Richtungen, vorne, hinten, rechts und links, bestimmen. Ähnlich verhalte es sich bei unserer Ansicht des Universums. Wir sehen zwar, dass es sich ausdehnt, und wir vermuten auch, dass es unendlich ist, aber wir können das Zentrum, also den Ausgangspunkt der Ausdehnung nicht durch „zeigen“ nach oben, unten, vorne, hinten, rechts oder links bestimmen.

Soweit also der Artikel. ( http://www.pbs.org/wnet/hawking/html/ask.html )

Ist hier vielleicht jemand in der Lage, diese 4. Dimension näher zu erklären…? Sie zu verstehen ist wohl nahezu unmöglich, aber vielleicht hat jemand einen Vorschlag, wie man sich dieser Theorie gedanklich nähern könnte…

mfG
Flavio

2

Hallo Flavio!

Wo doch die Ansicht herrscht, es sei „unendlich“. Dann gäbe es folglich keinen Drei dimensionalen Raum, in den
es sich ausdehnen könnte. Nichts

Wie sagte schon Einstein: Das Universum ist begrenzt, aber unendlich. Es hat eine feste Größe (so ca. 15 Milliarden Lichtjahre Durchmesser, wahrscheinlich bis zu 20 Milliarden Lichtjahre), aber es ist unendlich; man kann also nicht aus dem Universum herausgelangen, wenn man sich in der uns zugänglichen vierdimensionalen Raumzeit bewegt.
Das ist auch wieder wie mit der Ameise: Wenn sie immer und immer fort auf dem Luftballon herumwandert, wird sie irgendwann feststellen, dass es da nichts Neues mehr zu sehen gibt, dass ihr „Universum“ also begrenzt ist.
Aber sie kann auch nicht den Luftballon verlassen, denn dazu müsste sie springen oder fliegen können, sich also in der dritten Dimension bewegen. Weil sie das nicht kann, ist ihr Universum „unendlich“.

Alle Lichtstrahlen (das heißt, alle Wege durch die Raumzeit) krümmen sich in unserem Universum am „Rand“ wieder nach innen, so dass es unmöglich ist, nach „draußen“ zu gelangen.

Wenn du das Beispiel nicht gebracht hättest – ich hätte es dir auch so erklärt.
Das mit der Ameise und dem Luftballon ist, wie ich denke, die beste Analogie, weil es da auch nur um Dimensionen geht und sie auch im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie im Universum.

Unter anderem wurde in dem Artikel ein Beispiel genannt, um die Theorie zu vereinfachen. Wenn eine Ameise auf
einem Luftballon krabbelt, ist er für sie „unendlich“, da sie nirgends einen Anfang erkennen kann. Wenn dieser
Ballon nun aufgeblasen wird, dehnt er sich in eine der Ameise unbekannten Dimension aus, nämlich vom Zentrum
des Ballons her. Dieses kann die Ameise nicht durch „zeigen“ in eine der ihr bekannten Richtungen, vorne, hinten,
rechts und links, bestimmen. Ähnlich verhalte es sich bei unserer Ansicht des Universums. Wir sehen zwar, dass es
sich ausdehnt, und wir vermuten auch, dass es unendlich ist, aber wir können das Zentrum, also den Ausgangspunkt
der Ausdehnung nicht durch „zeigen“ nach oben, unten, vorne, hinten, rechts oder links bestimmen.

Soweit also der Artikel. ( http://www.pbs.org/wnet/hawking/html/ask.html )

Ist hier vielleicht jemand in der Lage, diese 4. Dimension näher zu erklären…? Sie zu verstehen ist wohl nahezu
unmöglich, aber vielleicht hat jemand einen Vorschlag, wie man sich dieser Theorie gedanklich nähern könnte…

Das mit der vierten Dimension… Da muss man immer aufpassen, was als vierte Dimension bezeichnet wird.
Hier ist die Dimension gemeint, in die das Universum „hineinexpandiert“.
Oft wird auch die Zeit als 4. Dimension bezeichnet, was allerdings mit dem „Hineinexpandieren“ gar nichts zu tun hat.

Wenn du noch was wissen willst, frag einfach.

Viele Grüße,
Nina

3

Ergänzung zu Nina
Hallo Flavio,

Nina hat es schon super erklärt, als Ergänzung noch die Anmerkung:

Was beim Luftballon die Fläche ist, ist beim Universum der Raum (die Raumzeit). Die Fläche ist in den Raum hinein gekrümmt, den die Ameise sich nicht vorstellen kann - das Universum ist in die ominöse 4. Dimension hinein gekrümmt, die wir uns nicht vorstellen können.

Klio

4

Ergänzung zu Klio
Hallo!

Nina hat es schon super erklärt, als Ergänzung noch die
Anmerkung:

Was beim Luftballon die Fläche ist, ist beim Universum der
Raum (die Raumzeit). Die Fläche ist in den Raum hinein
gekrümmt, den die Ameise sich nicht vorstellen kann - das
Universum ist in die ominöse 4. Dimension hinein gekrümmt, die
wir uns nicht vorstellen können.

Stimmt, Klio - ich hab’s in der Eile vergessen.
Das Modell vom Luftballon ist gegenüber dem Universum um zwei Dimensionen reduziert.
Die Ameise hat nur eine zweidimensionale Fläche, die in der dritten Dimension gekrümmt ist; im Universum ist aber die vierdimensionale Raumzeit in eine weitere Dimension hineingekrümmt.
Um das mit der vierten Dimension und der vierdimensionalen Raumzeit nicht durcheinanderzubringen (es gibt immerhin auch Theorien mit elf oder gar 26 Dimensionen), bezeichne ich die Dimension, in die sich die anderen krümmen, immer als „Krümmungsdimension“.

Noch eine Anmerkung: Die Ameise hat natürlich auch eine Zeit - aber diese ist logischerweise nicht gekrümmt.
Diese Analogien hinken immer ein bisschen, wenn man zu spitzfindig wird (die Ameise ist ja auch in unserer Raumzeit…)…

Viele Grüße,
Nina

5

Hallo Nina,

im aktuellen „Bild der Wissenschaft“ ist ein interessanter Bericht zur Dunklen Materie / Dunklen Energie, in dem ausgesagt wird, dass das Weltall als Ganzes eher flach / euklidisch ist. Lediglich im Bereich von Massen kommt es zu nennenswerten Kruemmungen.

Gruss, Niels

6

Hallo Niels,

ich hab das letztens schon woanders gelesen.
Das bedeutet dann ja, dass das Universum sich immer weiter ausdehnt, aber immer langsamer.

Gruß,
Nina

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

7

ich hab das letztens schon woanders gelesen.
Das bedeutet dann ja, dass das Universum sich immer weiter
ausdehnt, aber immer langsamer.

Angeblich gehts sogar immer schneller. Nur direkt nach dem Urknall verlangsamte sich die Expansion. Jetzt ueberwiegt die Dunkle Energie und es beschleunigt.

Gruss, Niels

8

Angeblich gehts sogar immer schneller. Nur direkt nach dem
Urknall verlangsamte sich die Expansion. Jetzt ueberwiegt die
Dunkle Energie und es beschleunigt.

Ja, die dunkle Energie wirkt der Gravitation entgegen.
…
Das mit dem Begriff „dunkle Energie“ finde ich nicht so gut, weil es da immer wieder Verwechslungen gibt bezüglich nicht sichtbare (aber trotzdem „normale“ Materie)/Antimaterie/eine noch andere Form der Materie und Energie (wie im Fall der Expansion; denn hier kann es sich nicht um Antimaterie handeln, da diese die gleiche Gravitation erzeugt wie die uns bekannte Materie - auch wenn man fälschlicherweise leider immer noch hin und wieder liest, durch Antimaterie könnte man Antigravitation erhalten…)

Gruß,
Nina

9

die ominöse 4. Dimension hinein gekrümmt, die
wir uns nicht vorstellen können.

Diese 4. Dimension muss gar nicht existieren, oder es koennte
unendlich viele davon geben. Sie ist nicht notwendig zur
Beschreibung des Universums und seiner Kruemmung. Diese ist
allein dadurch definiert, wie sich Entfernungen verhalten, wenn
man unterschiedliche Wege geht. Oder auch dadurch, wieweit die
Winkelsumme in einem Dreieck von 180Grad abweicht. Und eine
Ausdehnung bekommt man auch hin, wenn einfach das Licht langsamer
wird (die Metrik nachlaesst). Da alle Entfernung am Ende auf das
Licht bezogen sind, werden die Entfernungen eben groesser, aber
alle Objekte „bleiben auf ihrem Platz“.

Ciao Lutz

10

Und eine Ausdehnung bekommt man auch hin,
wenn einfach das Licht langsamer wird (die Metrik nachlaesst).
Da alle Entfernung am Ende auf das Licht bezogen sind,
werden die Entfernungen eben groesser,
aber alle Objekte „bleiben auf ihrem Platz“.

Wenn der Raum gequantelt wäre und die Größe des Raumes sich aus der Zahl der „Raumquanten“ (Planck-Länge?) ergibt, die in ihn hineinpassen, dann würde sich die Größe des Raumes verdoppeln, wenn sich die Basislänge halbiert. Nach „außen“ würde man davon nichts merken, weil derselbe Raum einfach nur immer feiner unterteilt wird.

11

…
Das mit dem Begriff „dunkle Energie“ finde ich nicht so gut,

Liebe Nina,

es heisst aber tats"achlich so - und zwar, um einen allgemeineren Begriff f"ur uns unbekannte Formen der Energie zu haben, in Anlehnung an den Begriff Dunkle Materie. Eine Form der Dunklen Energie w"are z.B. die Kosmologische Konstante Omega_Lambda, eine andere die sogenannte Quintessenz, die sich wie eine zeitlich variable Kosmologische Konstante auswirkt.
Letzte Woche war ich auf einer grossen Konferenz mit dem Titel ´´Where´s the matter? - Tracing dark and bright matter with the new generation of large-scale surveys´´. Die einhellige Meinung (die "ubrigens auch zu meinen eigenen Forschungsergebnissen passt, ich sehe also "ahnliches), ist, dass wir in einem Lambda-dominierten Universum mit sehr wenig sichtbarer und deutlich mehr Dunkler Materie wohnen, im Klartext Omega_0=0.3, Omega_Baryonen=0.02, und Omega_Lambda=0.7.

Demnach w"are das Universum unendlich, dehnt sich beschleunigt aus, und die Geometrie w"are euklidisch.