Hallo.
Ich würde gern wissen, ob ich an der Expansion des Universums teilnehme.
Wenn ich mich also hinstelle und die Hände von mir strecke, dann ist zwischen meinem rechten und linken Daumen, sagen wir mal, ein Abstand von 1600mm. Wenn ich nun lange genug so stehenbleibe, vergrößert sich dann der Abstand zwischen meinen Daumen?
Gruß
Quiquek
Hoffentlich nicht!
Ich würde gern wissen, ob ich an der Expansion des Universums
teilnehme.
Nein, das tust Du nicht. Die Kr"afte, die die Atome zusammenhalten, aus denen Du bestehst, sind sehr viel gr"osser als die Expansion des Universums. Selbst die Gravitation, die unser Sonnensystem zusammenh"alt, reicht aus, so dass es nicht an der Expansion teilnimmt. Unsere Galaxie ist ebenfalls gravitativ gebunden (man sagt ‚‘ von der Expansion abgekoppelt’’). Sogar die lokale Gruppe (die Gruppe von etwa 20 bis 30 Galaxien, der auch wir angeh"oren) ist gravitativ gebunden und somit von der Expansion abgekoppelt - Andromeda z.B. bewegt sich auf uns zu, anstatt von uns weg.
Es gibt einige Untersuchungen dar"uber, ob das (auf langfristigen Skalen, und in ganz anderen Massst"aben) nicht vielleicht doch anders ist - dann w"urden sich z.B. auch Atome mit dem Universum ausdehnen, was die Quantenmechanik "andern w"urde. Das w"are aber ein winzig kleiner Effekt, und (im Moment nicht messbar).
Nein, das tust Du nicht. Die Kr"afte, die die Atome
zusammenhalten, aus denen Du bestehst, sind sehr viel gr"osser
als die Expansion des Universums. Selbst die Gravitation, die
unser Sonnensystem zusammenh"alt, reicht aus, so dass es nicht
an der Expansion teilnimmt. Unsere Galaxie ist ebenfalls
gravitativ gebunden (man sagt ‚‘ von der Expansion
abgekoppelt’’). Sogar die lokale Gruppe (die Gruppe von etwa
20 bis 30 Galaxien, der auch wir angeh"oren) ist gravitativ
gebunden und somit von der Expansion abgekoppelt - Andromeda
z.B. bewegt sich auf uns zu, anstatt von uns weg.
Diese Antwort hatte ich befürchtet. Weil ich jetzt einiges, was ich vorher glaubte halbwegs verstanden zu haben nicht mehr verstehe.
Vielleicht könntest Du mir dann folgendes noch erklären:
Wie weit müssten zwei Körper einer bestimmten Masse (nehmen wir zweimal Erde) voneinander entfernt sein, damit die gegenseitige Anziehung ihre Wirkung verliert und sie sich aufgrund der expansion des Raumes voneinander entfernen? (Die Beiden Körper haben keine Eigenbewegung und werden nicht von der Gravitation anderer Körper beeinflusst) Bzw. gibt es einen Punkt, an dem die Gravitation sozusagen abreisst?
Es gibt einige Untersuchungen dar"uber, ob das (auf
langfristigen Skalen, und in ganz anderen Massst"aben) nicht
vielleicht doch anders ist - dann w"urden sich z.B. auch Atome
mit dem Universum ausdehnen, was die Quantenmechanik "andern
w"urde. Das w"are aber ein winzig kleiner Effekt, und (im
Moment nicht messbar).
Ja was nun? Dann würde ich ja doch expandieren. Oder ist das nur eine arg abwegige Theorie von ein paar „Spinnern“?
Diese Antwort hatte ich befürchtet. Weil ich jetzt einiges,
was ich vorher glaubte halbwegs verstanden zu haben nicht mehr
verstehe.Vielleicht könntest Du mir dann folgendes noch erklären:
Wie weit müssten zwei Körper einer bestimmten Masse (nehmen
wir zweimal Erde) voneinander entfernt sein, damit die
gegenseitige Anziehung ihre Wirkung verliert und sie sich
aufgrund der expansion des Raumes voneinander entfernen? (Die
Beiden Körper haben keine Eigenbewegung und werden nicht von
der Gravitation anderer Körper beeinflusst) Bzw. gibt es
einen Punkt, an dem die Gravitation sozusagen abreisst?
Das ist doch ganz einfach: Die Quintessenz des Universums wirkt mit einer bestimmten Kraft F1. Die Gravitation zwischen deinen beiden theoretischen Massen wirkt mit der Kraft F2. Sie fangen an auseinanderzudriften - zu expandieren - wenn F1 größer wird als F2. Da die Gravitation mit dem Quadrat mit der Entfernung ab- bzw. zunimmt ( also Quadratwurzel ) ist in „kleiner“ Distanz F2 größer. Da die Quintessenz aber ( so viel ich weiß ) ein Quantenfeld ist, das überall gleich stark antigravitiv wirkt, spielt nur die Entfernung der beiden Massen voneinander eine Rolle - die Gravitation zwischen ihnen nimmt ja schnell ab. Allerdings ist schon eine für unser Verständnis sehr große Distanz nötig, damit die Quintessenz stärker wirkt.
Florian
Das ist doch ganz einfach: Die Quintessenz des Universums
wirkt mit einer bestimmten Kraft F1. Die Gravitation zwischen
deinen beiden theoretischen Massen wirkt mit der Kraft F2. Sie
fangen an auseinanderzudriften - zu expandieren - wenn F1
größer wird als F2. Da die Gravitation mit dem Quadrat mit der
Entfernung ab- bzw. zunimmt ( also Quadratwurzel ) ist in
„kleiner“ Distanz F2 größer. Da die Quintessenz aber ( so viel
ich weiß ) ein Quantenfeld ist, das überall gleich stark
antigravitiv wirkt, spielt nur die Entfernung der beiden
Massen voneinander eine Rolle - die Gravitation zwischen ihnen
nimmt ja schnell ab. Allerdings ist schon eine für unser
Verständnis sehr große Distanz nötig, damit die Quintessenz
stärker wirkt.Florian
Ich expandiere also nur deshalb nicht, weil sich das Universum mit gleichbleibender Geschwindigkeit ausdehnt? Versteh ich das so richtig?
Denn diese Kraft (F1) ist ja dann nunmal da. Auch wenn bei geringer Entfernung die Gravitation (F2) überwiegt. Wenn also mal angenommen die Expansion plötzlich zum Stillstand käme und damit die der Gravitation entgegengesetzte Kraft (den Begriff „Quintessenz“ kannt ich bisher in dem Zusammenhang noch nicht) also nicht mehr vorhanden wäre, würde dann z.B. die Erde richtung Sonne trudeln?
Oder anders gesagt, die Gravitationkraft ist abhängig von der Expansionsgeschwindigkeit des Universums?
Wirkt sich diese Quintessenz auch auf die anderen Kräfte (elektromagnetische, starke-, schwache Kernkraft) aus?
Quiquek
P.S.: Hoffentlich nerv ich nicht mit meinen unqualifizierten Fragen.
Ich expandiere also nur deshalb nicht, weil sich das Universum
mit gleichbleibender Geschwindigkeit ausdehnt? Versteh ich das
so richtig?
Nein 
. Du expandierst deshalb nicht, weil die Kraft, mit der das Univserum expandiert ( zwar sich überall hin ausdehnt aber ) im Vergleich zur Gravitation, die dich auf der Erde hält und dem Elektromagnetismus und der starken Wechselwirkung, die dich zusammenhalten, vergleichsweise schwach ist. Das Universum dehnt sich beschleunigt aus, d.h., die Expansion wird immer schneller und immer schneller. Ich weiß jetzt leider nicht mehr woran das liegt - ich wußte es aber mal. Ich werde mal nachschlagen. Hat irgendwas mit der Vakuumenergie zu tun.
Denn diese Kraft (F1) ist ja dann nunmal da. Auch wenn bei
geringer Entfernung die Gravitation (F2) überwiegt. Wenn also
mal angenommen die Expansion plötzlich zum Stillstand käme und
damit die der Gravitation entgegengesetzte Kraft (den Begriff
„Quintessenz“ kannt ich bisher in dem Zusammenhang noch nicht)
also nicht mehr vorhanden wäre, würde dann z.B. die Erde
richtung Sonne trudeln?
Was du da beschreibst ist das ultimativ perfekt miserabel konzipierte Universum. Natürlich nicht! Das die Erde um die Sonne kreist und nicht in sie hinein stürzt, hängt damit zusammen, daß es eine Fliehkraft gibt, die der Anziehungskraft genau entgegengesetzt ist und die Erde somit auf einer ziemlich stabilen Bahn hält ( genau wie alle anderen Himmelskörper ). Dabei sei erwähnt, daß die Fliehkraft nur eine Illusion ist, die aus den anderen wirkenden Kräften zustande kommt. Die Erde hat sozusagen Impuls, der sie um die Sonne herum eiern läßt und verhindert, daß sie hineinstürzt.
Oder anders gesagt, die Gravitationkraft ist abhängig von der
Expansionsgeschwindigkeit des Universums?
Nein. Die Gravitationskraft läßt sich in physikalischen Formeln berechnen, die ich hier nicht genauer erläutern will. Es kommt in ihnen aber die Konstante G vor, die sog. Gravitationskonstante des Universums ( 6.67 * 10^-11 ). Das ist eine Naturkonstante, die sozusagen die Kraft der Gravitation definiert. Sie ist - soviel wir heute wissen - überall im Universum gleich und bleibt auch konstant. Die Expansionsgeschwindigkeit des Universums hat gar nichts damit zu tun - nicht wirklich zumindest.
Wirkt sich diese Quintessenz auch auf die anderen Kräfte
(elektromagnetische, starke-, schwache Kernkraft) aus?
Was meinst du mit auswirken? Das ist alles prinzipiell ganz einfache Kräftephysik. Ein Beispiel: Zwei Teilchen ziehen sich elektromagnetisch an. Das bedeutet, es gibt eine Kraft F, die bewirkt, daß sich die beiden aufeinander zubewegen. Natürlich kannst du es jetzt so sehen, daß die Quintessenz auf diese ( elektromagnetische ) Wechselwirkung auch einwirkt, denn die Quintessenz drückt die beiden mit einer Kraft F2 in die jeweils entgegengesetzte Richtung. Bloß das diese Kraft F2 soooooooooo klein ist, daß es absolut zu vernachlässigen ist. Insgesamt läuft es sowieso darauf hinaus, daß die EM - Teilchen mit dem Rest der örtlichen Masse ( Erde ) eine physikalische Einheit bilden. Wenn überhaupt wird also der ganze Apparat von der Quintessenz beeinflußt. Somit relativiert sich die Wirkung der Quintessenz auf die beiden EM - Teilchen sowieso.
P.S.: Hoffentlich nerv ich nicht mit meinen unqualifizierten
Fragen.
Es gibt keine unqualifizierten Fragen.
Florian
Dabei sei erwähnt, daß die Fliehkraft nur
eine Illusion ist, die aus den anderen wirkenden Kräften
zustande kommt. Die Erde hat sozusagen Impuls, der sie um die
Sonne herum eiern läßt und verhindert, daß sie hineinstürzt.
So einfach fand ich das bis jetzt nicht. Ich habe die Fliehkraft noch nicht wirklich verstanden und nun erklaerst Du sie sei einfach nur ein Resultat anderer Kraefte - die habe ich aber auch noch nicht verstanden. Kannst Du da etwas Licht in das Dunkel meiner Unwissenheit bringen?
Auch verstehe ich nicht, was „Quintessenz“ eigentlich ist. Ist es ein moderneres Wort fuer „Äther“ oder einfach nur ein Platzhalter fuer dass, was die, nach unseren physikalischen Gesetzen notwendige Gegenkraft aufnimmt, zu der Kraft die unser Universum beschleunigt ausdehnt? (wenn es so sei)
Gruss, Marcus
Hallo.
Ich würde gern wissen, ob ich an der Expansion des Universums
teilnehme.Wenn ich mich also hinstelle und die Hände von mir strecke,
dann ist zwischen meinem rechten und linken Daumen, sagen wir
mal, ein Abstand von 1600mm. Wenn ich nun lange genug so
stehenbleibe, vergrößert sich dann der Abstand zwischen meinen
Daumen?
Wenn es so wäre, könntest Du es vermutlich nicht feststellen, weil auch dein Zollstock in gleicher Weise expandieren würde.
Für den Fall, daß Du im Experiment gegenteiliges feststellst, solltest Du aber zuerst Deine Essgewohnheiten kritisch überprüfen 
Jörg
Zur Nicht - Existenz der Fliehkraft:
Wir stellen uns zunächst die Erde und Sonne als zwei gleichgroße Kreise vor, die wir von oben ( Vogelperspektive ) betrachten. Denken wir uns ein Koordinatensystem, so haben die beiden Kreise in der y - Achse zwar einen gewissen Abstand, die Mittelpunkte der beiden Kreise haben aber beide dieselbe x - Koordinate. Der untere Kreis ist die Sonne, der obere die Erde. Jetzt ist es uns also möglich, eine Vertikale durch die beiden Mittelpunkte zu zeichnen. Denken wir uns diese Gerade als einen Vektor, der nach unten - also zur Sonne hin - zeigt, haben wir die Bewegungsrichtung, die die Erde aufgrund ihrer Gravitationsanziehung bekommt. Nun hat die Erde aber einen Bewegungsimpuls, der, wenn man ihn sich als Vektor vorstellt, durch den Mittelpunkt der Erde geht und senkrecht auf unserem vertikalen Vektor steht. D.h., gäbe es keine Anziehung durch die Sonne, würde sich die Erde aufgrund der Trägheit der Masse immer nach links oder rechts bewegen - in welche Richtung man sich den Impuls denkt ist egal. Nun gibt es aber doch diese Anziehung in Form unseres vertikalen Vektors. Die Resultierende aus dem vertikalen Vektor und dem darauf senkrecht stehenden Impuls ergibt einen Vektor, der schräg nach unten zeigt. Bewegen wir die Erde auf diesem Vektor um die kleinste mögliche Einheit weiter, müssen wir uns wieder die Vertikale und den senkrechten Impuls denken und dann bekommen wir wieder einen schräg nach unten zeigenden Vektor usw. Insgesamt, wenn man es sich immer weiter vorstellt, kommt man dazu, daß die Erde um die Sonne eine Art Kreisbewegung machen muß ( es ist wohl eher eine Ellipse, weil der Impuls eben nicht ganz senkrecht steht ). Frag’ mich jetzt nicht, wo der Impuls herkommt - das ist ein Streitthema im Fachbereich. Es zeigt aber, daß die Bewegung der Erde aus der Gravitationsanziehung, dem Impuls und der Trägheit der Masse resultiert und nicht aus der Gravitationsanziehung und einer fast schon „magischen" Fliehkraft, die entgegen der Erdanziehung wirkt. Die Fliehkraft ist somit nur ein mathematisches Modell, um das System vereinfacht berechnen zu können. So etwas gibt es in der Physik oft: Z.B. ein eine Rampe herunterrollender Ball. Hier sagt man, gibt es eine Hangabtriebskraft, die parallel zur Rampe verläuft und einen zur Rampe senkrechten Vektor, den man als Normalkraft bezeichnet. In Wirklichkeit gibt es diese Kräft nicht: Sie entstehen lediglich bei der Vektorzerlegung der einzigen wirkenden Kraft: Der Gravitationsanziehung und die zeigt genau nach unten.
Zur Quintessenz:
Vor zwei Jahren ungefähr entdeckte man aufgrund der Lichtabstrahlung von Supernovae, daß sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Man erkannte, daß nur eine weitere bisher noch unbekannte Kraft dafür verantwortlich sein kann. Man bezeichnete sie als „Quintessenz des Universums". Der Begriff Quintessenz geht auf die griechische Kultur zurück: Dort glaubte man, daß es neben den bestehenden Naturelementen Erde, Feuer, Wasser und Luft noch ein fünftes gäbe, daß für den ganzen restlichen Mist verantwortlich ist. Man nannte sie Quintessenz. Bei uns ist das heute ein bißchen ähnlich J : Wir kennen Elektromagnetismus, Gravitation, starke und schwache Wechselwirkung. Hier schien man es mit einer fünften Kraft zu tun zu haben.
Die Theoretiker beschreiben die Quintessenz als ein Quantenfeld, daß aufgrund des negativen Drucks, den es hat, antigravitiv wirkt und das Universum nach außen, also außeinander drückt. Es ist sehr fein im Raum verteilt, wirkt aber anscheinend überall gleich stark. Wie es entsteht, weiß man nicht. Es ist aber KEIN Äther: Ein Äther ist immer ein Medium, das für die Übertragung von irgendetwas verantwortlich ist: Man vermutete früher, daß ein Äther die Ausbreitung von Kraftfeldern ermögliche. Die Quintessenz ist aber kein Übertragungsmedium, sondern einfach nur eine Kraft, die aus einem Kraftfeld resultiert und überall wirkt. Das ist ein Unterschied.
Ich hoffe ich konnte damit weiterhelfen.
Florian
Hallo,
Es kommt in ihnen aber die Konstante G vor, die sog.
Gravitationskonstante des Universums ( 6.67 * 10^-11 ). Das
ist eine Naturkonstante, die sozusagen die Kraft der
Gravitation definiert. Sie ist - soviel wir heute wissen -
überall im Universum gleich und bleibt auch konstant.
Wie können wir wissen, dass sie überall gleich und konstant bleibt, wenn wir sie noch nicht einmal genau bestimmen können ? Frank Stacey 6,734 +/-0.002 zu Deinen 6.672 +/- 0.003 Entweder arbeiten die Naturwissenschaftler schlampig, weil sie die falschen Ergebnisse liefern, oder sie arbeiten unwissenschaftlich/eitel, weil sie sich überschätzen und falsche Toleranzen angeben. Aber auf gar keinen Fall haben sie alle Recht und die Konstanten sind doch nicht konstant ? Welchen Grund gibt es für diese Konstanz ( ausser sich das Leben einfach zu machen) ? Wenn ich wissenschaftlich vorgehe und obige ( nur 2 ) Ergebnisse betrachte kann ich nicht Deine Behauptungen teilen. Letztendlich ist es doch nur Meinungssache, und keiner hat mehr so richtig das Rückrad, zu den Fakten zu stehen oder sie nachzuprüfen ( alles viel zu teuer ) Klingen etwas düster, meine letzten Worte, aber vielleicht kannst Du ( Florian ) ja für Aufhellung sorgen ?
fröhlicher Gruss,
Uwe P.
danke
Das war eine gute Antwort. Aus Deiner Visitenkarte entnehme ich dass Du noch Schueler bist; das finde ich wirklich erstaunlich.
Vielleicht kommt in den naechsten Tagen noch eine Nachfrage von mir, aber erstmal vielen Dank.
Marcus
Wie können wir wissen, dass sie überall gleich und konstant
bleibt, wenn wir sie noch nicht einmal genau bestimmen können
? Frank Stacey 6,734 +/-0.002 zu Deinen 6.672 +/- 0.003
Entweder arbeiten die Naturwissenschaftler schlampig, weil sie
die falschen Ergebnisse liefern, oder sie arbeiten
unwissenschaftlich/eitel, weil sie sich überschätzen und
falsche Toleranzen angeben. Aber auf gar keinen Fall haben sie
alle Recht und die Konstanten sind doch nicht konstant ?
Welchen Grund gibt es für diese Konstanz ( ausser sich das
Leben einfach zu machen) ? Wenn ich wissenschaftlich vorgehe
und obige ( nur 2 ) Ergebnisse betrachte kann ich nicht Deine
Behauptungen teilen. Letztendlich ist es doch nur
Meinungssache, und keiner hat mehr so richtig das Rückrad, zu
den Fakten zu stehen oder sie nachzuprüfen ( alles viel zu
teuer ) Klingen etwas düster, meine letzten Worte, aber
vielleicht kannst Du ( Florian ) ja für Aufhellung sorgen ?
fröhlicher Gruss,
Uwe P.
aber vielleicht kannst Du ( Florian ) ja für Aufhellung sorgen ?
Bin ich Gott.
Hast du irgendwie einen schlechten Tag, oder so?
Was glaubst du, warum ich geschrieben habe „so viel wir wissen ist sie überall konstant“. Allein die Art der Formulierung offenbart Wissenschaftlichkeit: Ich hätte ja auch einfach sagen können „, die grundsäztlich überall konstant ist“. Ich habe doch mit meiner Formulierung immer noch die Möglichkeit offen gelassen, daß sie nicht überall konstant ist.
Die Bestimmung der Konstanten ist schwierig; vor ein paar Jahren ist ein Versuch, sie genauer zu berechnen fehlgeschlagen, weil man nicht darauf geachtet hat, daß auf dem Nachbargrundstück der Rasen von Zeit zu Zeit bewässert wurde. Aber man kann doch das Verhalten von Materie mit den heutigen Möglichkeiten in weiten Teilen des Universums beobachten und nachvollziehen. Dabei kommt man zu dem Schluß, daß die Konstante wohl auch in den anderen Teilen des Universums denselben Wert hat - es wäre einfach schlicht unlogisch. Warum sollte die Konstante bei meinetwegen der dritten Nachkommastelle anfangen von „unserer“ Konstanten abzuweichen, nur weil der Ort, den wir gerade betrachten vielleicht 2 Milliarden Lichtjahre entfernt ist?! In Paralleluniversen sieht das wieder anders aus - aber die betrachten wir ja sowieso nicht.
Vielleicht genügt dir die Definition: Die Gravitationskonstante des Universums ist scheinbar so konstant wie alle anderen Naturkonstanten auch. Das schließt natürlich nicht aus, daß Naturkonstanten entgegen unserem heutigen Wissen möglicherweise ab der 2000 Nachkommastelle anfangen ständig zu fluktuieren…
Florian
Spassbold?
Wenn es so wäre, könntest Du es vermutlich nicht feststellen,
weil auch dein Zollstock in gleicher Weise expandieren würde.
Das stimmt nicht. Zollstöcke sind diesbezüglich von unserem Universum abgekoppelt. Sonst hätte man nicht feststellen können, daß sich weit entfernte Galaxien von uns entfernen. Das hat man schließlich auch mit einem Zollstock gemessen.
Für den Fall, daß Du im Experiment gegenteiliges feststellst,
solltest Du aber zuerst Deine Essgewohnheiten kritisch
überprüfen
Fehler! Nachdem ich mein Größenwachstum schon vor etlichen Jahren beendet habe, wirken sich meine Essgewohnheiten nur noch auf meine Masse aus. Der Abstand zwischen meinen Daumen an den ausgestreckten Händen bleibt davon völlig unberührt. Ich kann also essen soviel ich will, ohne das Messergebnis zu beeinflussen.
Quiquek
Wenn es so wäre, könntest Du es vermutlich nicht feststellen,
weil auch dein Zollstock in gleicher Weise expandieren würde.
Korrekt.
Das stimmt nicht. Zollstöcke sind diesbezüglich von unserem
Universum abgekoppelt. Sonst hätte man nicht feststellen
können, daß sich weit entfernte Galaxien von uns entfernen.
Das hat man schließlich auch mit einem Zollstock gemessen.
Zollstöcke bestehen auch nur aus „normaler Materie“ wie dein Körper. Die weit enfernten Galaxien mißt man über die sog. Rotverschiebung ihres Lichtes. Wie du das mit einem Zollstock machen willst, DAS ist zumindest mir ein Rätsel.
Zumindest theoretisch vorstellbar wäre aber folgendes:
Du „schaltest“ die atomaren Bindungen für eine kurze Zeit ab (in der Hoffnung, daß du nicht sofort auseinanderfällst
Durch die Expansion des Universums entfernen sich tatsächlich die Atome voneinander. Dann schaltest du die Bindungskräfte wieder ein, und alle Materie „schnappt“ wieder in die ursprüngliche Lage zurück.
Grüße,
Semjon.
Zollstöcke und Universen
Erstmal vielen Dank für die zum Teil sehr Aufschlußreichen Antworten.
Nach dem ich nun glaube das ganze einigermassen zu verstehen, hätte ich dazu nun doch noch eine Frage.
(Ich werde diese Frage stellen, obwohl sicher wieder ein paar Schlaumeier sich dazu berufen fühlen ein paar dumme Bemerkungen zu machen oder mir zu beweisen versuchen wie blöd ich doch bin.)
Also, weit entfernte Galaxien entfernen sich voneinander. Verantwortlich dafür ist die expansion des Universums.
Benachbarte Objekte (z.B. die Galaxien unserer lokalen Gruppe) sind davon abgekoppelt. Grund dafür ist die Gravitation die hierbei stärker ist als die durch die Expansion bewirkte Kraft, (Qintessenz, Vakuumenergie oder was auch immer) die der Gravitation entgegenwirkt.
Ähnlich verhält es sich auch im Mikrikosmos, wobei hier zum Teil noch andere Kräfte beteiligt sind.
Stimmt bis hierher alles?
Jetzt ist es aber doch so, daß zu irgendeinem frühen Zeitpunkt des Universums alle Materie sehr dich beisammen gewesen sein muß. Wenn man mal die Urknalltheorie als gegeben ansieht.
Müssten da nicht auch die Gravitation, Starke- und schwache Wechselwirkung, evtl. Elektromagnetismus dafür gesorgt haben, daß die, in diesem Fall gesamte Materie des Universums, von der Expansion abgekoppelt waren?
Quiquek
Lichtkegel
Hi Quiek
… ein paar dumme Bemerkungen zu machen…
warum fürchtest du das? passiert doch hier in den naturwissenschaftlichen Foren fast nie… und es ist doch gerade das Spannende, daß von Leuten, die nicht so ganz „in“ sind in diesen Wissenschaften, Fragen gestellt werden, die auch von Profis nicht ganz so einfach zu beantworten sind
ist also immer ein willkommener Anlaß, nochmal gründlich nachzudenken…
Also, weit entfernte Galaxien entfernen sich voneinander.
Verantwortlich dafür ist die expansion des Universums.
richtig
Benachbarte Objekte (z.B. die Galaxien unserer lokalen Gruppe)
sind davon abgekoppelt. Grund dafür ist die Gravitation die
hierbei stärker ist als die durch die Expansion bewirkte
Kraft…
auch richtig, aber die Expansion als solche kann eigentlich nicht als „Kraft“ bezeichnet werden. Sie bezieht sich ja auf den Raum selbst und nicht auf eine Wechselwirkung zwischen den Objekten im Raum. Auch die Gravitation wird im Grunde nur noch traditionell als „Kraft“ bezeichnet, obwohl dieser Ausdruck seit der Allgemeinen Relativitätstheorie, die die Gravitation als eine geometrische Angelegenheit der Raumzeit interpretiert, eigentlich überflüssig geworden ist.
Etwas anderes sind diese unten schon erwähnten neueren Ideen der Kosmologie (Quintessenz usw…), die versuchen, die (inzwischen kaum noch strittige) Beschleunigung der Raum-Expansion durch eine expansive Wirkung der Vakuumfluktuationen zu deuten.
Jedenfalls sind die gravitativen Wechselwirkungen in Größenordnungen, die kleiner als die Lokale Gruppe sind, von größerer Auswirkung als die Raumexpansion. Diese ist bei so (relativ) kleinen Abständen vernachlässigbar klein.
Das gilt natürlich erst recht für noch kleinere Abstände, wie z.B. in der Größenordnung des menschlichen Körpers (deine Ausgangsfrage), weil da noch die (z.B. thermischen) Eigenbewegungen der Moleküle dazukommen… und erst recht in subatomaren Abständen, wo noch quantenmechanische Eigenbewegungen dazukommen…
Jetzt ist es aber doch so, daß zu irgendeinem frühen Zeitpunkt
des Universums alle Materie sehr dich beisammen gewesen sein
muß…
Jetzt wird es spannend, denn zunächst hast du völlig recht mit der Vermutung, daß ja irgendwann das Universum so klein gewesen sein müßte, daß jedenfalls die (attraktiven und repulsiven) Bewegungen der Körper infolge der bekannten vier Wechselwirkungen stärker gewesen sein könnten als jede Expansionsbewegung, so daß die Expansion dadurch aufgehalten hätte werden können/müssen.
Das ist allerdings nicht der Fall. Und zwar aus folgenden Gründen:
Nehmen wir ein bestimmtes Stadium der Universumsentwicklung (nach dem sog. Standartmodell) als Beispiel. Als das Universum ein Alter von 10-12 sec hatte, war sein „Durchmesser“ ca. 1 m. Die Reichweite der Wechselwirkungen sind nun sehr unterschiedlich: Die „starke“ WW hat eine Reichweite von 10-14 m, sie fällt also für die Frage weg. Ebenso die „schwache“ WW mit einer noch geringeren Reichweite von 10-17 m. Die elektromagnetische und die gravitative WW haben unendliche Reichweite und kommen daher für deine Frage in Betracht.
Nun können Wirkungen sich aber nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. In einem (4-dimensionalen) Raum-Zeit-Diagramm, in dem ein gegebener Punkt P0 im Nullpunkt liegt, liegen alle Punkte, die von P0 aus mit v = c (also mit Lichtgeschwindigkeit) erreichbar sind, auf einem (4-dimensionalen) Kegel (der sog. „Lichtkegel“), und alle Punkte, die auch mit v ≤ c erreichbar sind, liegen innerhalb dieses Kegels. Man sagt dann, sie liegen „zeitartig“ zu P0. Alle Punkte, die außerhalb dieses Lichtkegels liegen (man sagt, die „raumartig“ zu P0 liegen), sind mit P0 nicht kausal verbunden - es gibt keine Wechselwirkung zwischen ihnen und P0.
Nun braucht in einem 1m großen Universum das Licht 3.3*10-9 sec, um das Unversum zu durchqueren. Da das Universum aber erst 10-12 sec alt ist, können lichtschnelle Wirkungen maximal einen Radius von 3*10-4 m erreichen. Das bedeutet, daß alle Punkte, die von einem Punkt aus weiter als 3*10-4 m entfernt sind, „raumartig“ zu ihm liegen, also außerhalb seines Lichtkegels. Daher sind bei einem 1 m großen Universum alle Abstände > 0.3 mm kausal entkoppelt. Und wenn eine Wirkung nach 3.3*10-9 sec endlich den „Rand“ dieses Universums erreicht hat, ist es bereits um das 3300-fache älter geworden und sein Radius entsprechend größer…
Deshalb konnte die Gravitation (oder andere unendlich-reichweitigen „Kräfte“) der Expansion nie entgegenwirken…
hilft das etwas weiter?
Gruß
Metapher
hilft das etwas weiter?
Und ob das hilft. Danke, das war einleuchtend einfach und sogar für mich nachvollziehbar erklärt.
Hi Quiek
… ein paar dumme Bemerkungen zu machen…
warum fürchtest du das? passiert doch hier in den
naturwissenschaftlichen Foren fast nie… und es ist doch
gerade das Spannende, daß von Leuten, die nicht so ganz „in“
sind in diesen Wissenschaften, Fragen gestellt werden, die
auch von Profis nicht ganz so einfach zu beantworten sindist also immer ein willkommener Anlaß, nochmal gründlich
nachzudenken…Also, weit entfernte Galaxien entfernen sich voneinander.
Verantwortlich dafür ist die expansion des Universums.richtig
Benachbarte Objekte (z.B. die Galaxien unserer lokalen Gruppe)
sind davon abgekoppelt. Grund dafür ist die Gravitation die
hierbei stärker ist als die durch die Expansion bewirkte
Kraft…auch richtig, aber die Expansion als solche kann eigentlich
nicht als „Kraft“ bezeichnet werden. Sie bezieht sich ja auf
den Raum selbst und nicht auf eine Wechselwirkung zwischen den
Objekten im Raum. Auch die Gravitation wird im Grunde
nur noch traditionell als „Kraft“ bezeichnet, obwohl dieser
Ausdruck seit der Allgemeinen Relativitätstheorie, die die
Gravitation als eine geometrische Angelegenheit der Raumzeit
interpretiert, eigentlich überflüssig geworden ist.Etwas anderes sind diese unten schon erwähnten neueren Ideen
der Kosmologie (Quintessenz usw…), die versuchen, die
(inzwischen kaum noch strittige) Beschleunigung der
Raum-Expansion durch eine expansive Wirkung der
Vakuumfluktuationen zu deuten.Jedenfalls sind die gravitativen Wechselwirkungen in
Größenordnungen, die kleiner als die Lokale Gruppe sind, von
größerer Auswirkung als die Raumexpansion. Diese ist bei so
(relativ) kleinen Abständen vernachlässigbar klein.Das gilt natürlich erst recht für noch kleinere Abstände, wie
z.B. in der Größenordnung des menschlichen Körpers (deine
Ausgangsfrage), weil da noch die (z.B. thermischen)
Eigenbewegungen der Moleküle dazukommen… und erst recht in
subatomaren Abständen, wo noch quantenmechanische
Eigenbewegungen dazukommen…Jetzt ist es aber doch so, daß zu irgendeinem frühen Zeitpunkt
des Universums alle Materie sehr dich beisammen gewesen sein
muß…Jetzt wird es spannend, denn zunächst hast du völlig recht mit
der Vermutung, daß ja irgendwann das Universum so klein
gewesen sein müßte, daß jedenfalls die (attraktiven und
repulsiven) Bewegungen der Körper infolge der bekannten vier
Wechselwirkungen stärker gewesen sein könnten als jede
Expansionsbewegung, so daß die Expansion dadurch aufgehalten
hätte werden können/müssen.Das ist allerdings nicht der Fall. Und zwar aus folgenden
Gründen:Nehmen wir ein bestimmtes Stadium der Universumsentwicklung
(nach dem sog. Standartmodell) als Beispiel. Als das Universum
ein Alter von 10-12 sec hatte, war sein
„Durchmesser“ ca. 1 m.
?? relativ zu ws eigentlich, gab es damals schon Zollstöcke??
Die Reichweite der Wechselwirkungen
sind nun sehr unterschiedlich: Die „starke“ WW hat eine
Reichweite von 10-14 m, sie fällt also für die
Frage weg. Ebenso die „schwache“ WW mit einer noch geringeren
Reichweite von 10-17 m. Die elektromagnetische und
die gravitative WW haben unendliche Reichweite und kommen
daher für deine Frage in Betracht.Nun können Wirkungen sich aber nur mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten.
Bist du dir da sicher? Kannst du es anhand der Gravitation belegen?
In einem (4-dimensionalen) Raum-Zeit-Diagramm, in
dem ein gegebener Punkt P0 im Nullpunkt liegt,
liegen alle Punkte, die von P0 aus mit v = c (also
mit Lichtgeschwindigkeit) erreichbar sind, auf einem
(4-dimensionalen) Kegel (der sog. „Lichtkegel“), und alle
Punkte, die auch mit v ≤ c erreichbar sind, liegen
innerhalb dieses Kegels. Man sagt dann, sie liegen „zeitartig“
zu P0. Alle Punkte, die außerhalb dieses
Lichtkegels liegen (man sagt, die „raumartig“ zu P0
liegen), sind mit P0 nicht kausal verbunden - es
gibt keine Wechselwirkung zwischen ihnen und P0.Nun braucht in einem 1m großen Universum das Licht
3.3*10-9 sec, um das Unversum zu durchqueren. Da
das Universum aber erst 10-12 sec alt ist, können
lichtschnelle Wirkungen maximal einen Radius von
3*10-4 m erreichen. Das bedeutet, daß alle Punkte,
die von einem Punkt aus weiter als 3*10-4 m
entfernt sind, „raumartig“ zu ihm liegen, also außerhalb
seines Lichtkegels. Daher sind bei einem 1 m großen Universum
alle Abstände > 0.3 mm kausal entkoppelt. Und wenn eine
Wirkung nach 3.3*10-9 sec endlich den „Rand“ dieses
Universums erreicht hat, ist es bereits um das 3300-fache
älter geworden und sein Radius entsprechend größer…Deshalb konnte die Gravitation (oder andere
unendlich-reichweitigen „Kräfte“) der Expansion nie
entgegenwirken…
Ich bringe immerwieder mein murmelmodell an, anhand dessen sich eigentlich sehr anschaulich die Gravitation vorstellen lassen könnte ( ist nicht bewiesen, aber auch nicht von der Hand zu weisen, daß Gravitation nur auf Stoßprozessen beruht).
Moment mal
Hallo Metapher
Ich habe mir das ganze noch einmal durch den Kopf gehen lassen und bin dabei auf ein Problem gestossen. Scheinbar habe ich da irgendwo einen Denkfehler.
Nach deinem Beispiel müsste sich das Universum ja mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen bzw. irgendwann im frühen Stadium einmal mit Lichtgeschwindigkeit ausgedehnt haben. Sonst hätte die Gravitationswirkung doch irgendwann den ganzen Raum erfasst. Ja, es müsste sogar so sein, daß sich das Universum in einer ganz frühen Phase einmal, zumindest ganz kurz, mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat. Na, und das sollte ja eigentlich nicht gehen.
Könntest Du mir sagen, wo ich hier einen Fehler mache? Nachdem ich auf dieses Problem gestossen bin, komm ich mit deiner, anfangs für so einleuchtend gehaltenen Erklärung nicht mehr zurecht.
Die einzige Erklärung die ich mir hier vorstellen kann ist die, daß die Gravitation erst etwas später entstanden ist. Also mit einer jkleinen Zeitverzögerung zum Urknall.
Gruß
Quiquek
Nun können Wirkungen sich aber nur mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten. In einem (4-dimensionalen) Raum-Zeit-Diagramm, in
dem ein gegebener Punkt P0 im Nullpunkt liegt,
liegen alle Punkte, die von P0 aus mit v = c (also
mit Lichtgeschwindigkeit) erreichbar sind, auf einem
(4-dimensionalen) Kegel (der sog. „Lichtkegel“), und alle
Punkte, die auch mit v ? c erreichbar sind, liegen
innerhalb dieses Kegels. Man sagt dann, sie liegen „zeitartig“
zu P0. Alle Punkte, die außerhalb dieses
Lichtkegels liegen (man sagt, die „raumartig“ zu P0
liegen), sind mit P0 nicht kausal verbunden - es
gibt keine Wechselwirkung zwischen ihnen und P0.Nun braucht in einem 1m großen Universum das Licht
3.3*10-9 sec, um das Unversum zu durchqueren. Da
das Universum aber erst 10-12 sec alt ist, können
lichtschnelle Wirkungen maximal einen Radius von
3*10-4 m erreichen. Das bedeutet, daß alle Punkte,
die von einem Punkt aus weiter als 3*10-4 m
entfernt sind, „raumartig“ zu ihm liegen, also außerhalb
seines Lichtkegels. Daher sind bei einem 1 m großen Universum
alle Abstände > 0.3 mm kausal entkoppelt. Und wenn eine
Wirkung nach 3.3*10-9 sec endlich den „Rand“ dieses
Universums erreicht hat, ist es bereits um das 3300-fache
älter geworden und sein Radius entsprechend größer…Deshalb konnte die Gravitation (oder andere
unendlich-reichweitigen „Kräfte“) der Expansion nie
entgegenwirken…hilft das etwas weiter?
Gruß
Metapher
Ja, es müsste sogar so sein, daß sich das
Universum in einer ganz frühen Phase einmal, zumindest ganz
kurz, mit mehr als Lichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat.
Das war auch der Fall. Während der Inflationsphase hat sich der Raum mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit ausgedehnt. Das ist allerdings nicht der Grund dafür, daß das Universum nicht sofort unter seiner eigenen Last kollabiert ist. Wenn das Universum leicht genug ist, dann kann sich die Expansion übrigens wieder auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigen.
Die einzige Erklärung die ich mir hier vorstellen kann ist
die, daß die Gravitation erst etwas später entstanden ist.
Das ist die Lösung. Als die Urkraft in Gravitation und GUT-Kraft zerfiel hatte das Universum bereits ein endliches Volumen, welches von er Kraftwirkung auch nur in endlicher Zeit erfaßt werden konnte. Weil die Ausdehung fast mit Lichtgeschwindigkeit verlief, konnte die Gravitation auch nie das gesamte Universum erfassen.