Ist der Urknall ein wiederkehrender Zyklus?
Hallo Leute,
entschuldigt den langen Text, aber erst ist leider nötig um zu beschreiben, was ich meine.
Ich habe mal eine ähnliche Frage gestellt, habe seit dem aber noch mal genauer nachgedacht und kam zur Erkenntnis, dass unserer Urknall möglicherweise nicht so einzigartig ist, wie er beschrieben wird, brauche aber Fachkundige, die das eventuell untermauern oder auch als völligen Blödsinn abtun (ist ja auch eine Erkenntnis :P). Ich versuche mal zu erklären, wie ich zu meiner Erkenntnis gekommen bin:
Zuerst störte mich die Theorie um die "Dunkle Energie" so dermaßen, dass ich es einfach nicht hinnehmen will, dass etwas existieren soll, was wir weder nachweisen noch richtig beschreiben können. Ich vermute, dass es nichts weiter ist als Gravitation. Soweit ich weiß ist aktueller Kenntnisstand, dass Gravitation sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, mit unbegrenzter Reichweite aber mit abnehmender Stärke umso weiter es sich vom Objekt entfernt ist, von dem diese Gravitation ausgeht. Wenn man sich die Gravitation so anguckt, dann wirkt sie überall im Universum, Newton fällt der Apfel auf die Fontanelle, der Mond dreht sich um die Erde, die Erde um die Sonne, die Sonne um die supermassereichen schwarzen Löcher im Zentrum der Milchstraße...und die Milchstraße? Sie scheint ihre systematische Rotation um ein massereicheres Objekt noch nicht gefunden zu haben, genauso wie wohl alle Galaxien im beobachtbaren Universum, aber anscheinend bewegen sich die Galaxien ja - zumindest voneinander weg und das immer rapider (wenn man Hubble glauben mag, was ich jetzt mal tue).
Erstes Stichwort ist das "beobachtete Universum". Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Also können wir maximal 13,8 Milliarden Lichtjahre weit sehen. Da das Licht aber quasi in alle Richtungen strahlt, müsste man ja 27,4 Milliarden Lichtjahre weit sehen können, um von einem Ende zum Anderen gucken zu können (obwohl es ja nicht das räumliche Ende sein muss, sondern "nur" das optisch sichtbare).
Jetzt kommt hinzu die „Expansion des Universums“. Naja soweit ich es verstehe, wurde lediglich beobachtet, dass Galaxien aus dem beobachteten Universum sich immer rapider voneinander entfernen. Der Abstand zwischen den Galaxien wird also größer. Daher kam die Erkenntnis, dass das aber eher langsamer passieren müsste und ab einer gewissen Zeit sogar die Galaxien sich aufeinander zubewegen müssten, damit sich die gesamte Masse des Universums irgendwo wieder konzentriert, aber ist es wirklich so? Galaxien können sich ja genauso gut voneinander entfernen, wenn sich ein Objekt schneller bewegt als das andere, obwohl sie sich gesamt betrachtet in dieselbe Richtung bewegen. Und genau hier liegt mein Problem: Wieso soll Dunkle Energie dafür sorgen?
Hier mal kurz Schnitt - ich muss leider in einem Kommentar weiterschreiben, da der Platz nicht ausreicht.
9 Antworten
Hallo Lynx77,
also ich finde es toll, wie viele Gedanken Du Dir zum Thema gemacht hast. Leider muss ich ein paar Deiner Vorstellungen korrigieren. Damit es etwas übersichtlicher wird, mache ich das nicht in einem ewig langem Antworttext, sondern gliedere ihn auch in mehrere Kommentare, ja?
Witzigerweise muss ich hinten anfangen, bei Deiner Hypothese:
Alle Galaxien bewegen sich also nach und nach zu diesem hypermassereichen Objekt (was sich ja im nicht beobachteten Universum gebildet hat, möglicherweise auch erst nach und nach). Dieses Objekt nimmt stetig an Masse zu, somit auch an Gravitationskraft. Das heißt, dass das noch zusätzlich beschreiben könnte, das Galaxien sich immer schneller voneinander entfernen. Irgendwann sammelst sich die gesamte Masse des Universums an diesem Punkt.
Deine Idee - ich sage es jetzt mal mit eigenen Worten - ist ein gigantischer gravitativer Attraktor außerhalb des beobachtbaren Universums. Du deutest die beschleunigten Bewegungen der Galaxien über die Anziehungskraft dieser angenommenen Masse.
Und das passt leider nicht zu den Beobachtungsdaten, sorry.
Gäbe es irgendwo außerhalb des beobachtbaren Universums eine solch gigantische Masse. die alles anzieht, dann hätte die Bewegung der Galaxien, die wir beobachten eine Vorzugsrichtung - eben in Richtung dieser großen Masse.
Tatsächlich beobachten wir aber eine Bewegung aller Galaxien radial nach außen. Und zwar umso schneller, je weiter sie von uns weg sind. Es gibt keine Vorzugsrichtung. Alles bewegt sich geradewegs von uns weg. Das kriegst Du mit Deinem Modell nicht hin.
Aber das ist nocht nicht alles: Die Entfernungszunahme zu den weit entferntesten Objekten entspricht einem Mehrfachen der Lichtgeschwindigkeit.
Auch das kriegst Du mit Deinem Modell nicht hin, denn als massebehaftete Objekte können sich Galaxien nur mit weniger als Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen.
Wäre das, was wir beobachten also tatsächlich eine Eigenbewegung der Galaxien, könnte keine von ihnen mehr als Lichtgeschwindigkeit relativ zu uns erreichen. Wie gesagt: Tatsächlich messen wir für etliche ein Vielfaches der Lichtgeschwindigkeit.
Die Erklärung liegt in der Expansion des Raumes selbst: Die Galaxien entfernen sich von uns, weil zwischen uns und ihnen ständig neue Raumzeit entsteht. Stellt Dir eine lange Straße vor, die man wie ein Gummiband dehnt. Du und ein Freund stehen an den beiden Enden dieser langen Straße. Selbst wenn Ihr stehen bleibt, entfernt Ihr Euch voneinander.
Diese Ausdehnung des Raumes liefert auch genau das Bild der sich radial auseinander bewegenden Galaxien, so wie wir es beobachten: So, als wären wir im Zentrum der Fluchtbewegung.
Nur: Das ist kein Zufall: Wenn der Raum sich nach allen Richtungen ausdehnt, sieht es automatisch von jedem einzelnen Punkt so aus, als würden alle anderen Objekte radial nach außen fliegen.
Die Vorstellung, dass der Raum sich ausdehnt, liefert also im Gegensatz zu Deinem Modell ganz zwanglos genau das, was wir beobachten:
-
eine radiale Bewegung nach außen (denn es sieht von jedem Punkt so aus)
-
eine Entfernungszunahme zu entfernten Galaxien, denn die Expansionsrate des Raumes unterliegt im Gegensatz zu einer Bewegung durch den Raum nicht der Begrenzung dr Speziellen Relativitätstheorie: Sowohl wir als auch die entferntesten Galaxien bewegen sich selbst mit Unterlichtgeschwindigkeit. Die Entfernungszunahme kommt durch die Raumentstehung.
Und noch etwas: Das Modell der Expansion des Universums - also des Raumes selbst(!) macht eine Vorhersage, wenn man es mathematisch sauber durchrechnet:
Wenn wir in der Zeit zurückkehren kommen wir eben zu jenem heißen und dichten Anfangszustand, den Physiker "Urknall" nennen. Und die Rechnung sagt: Diesen heißen dichten Anfangszustand kann man sehen: In einer gleichmäßig aus allen Richtungen kommenden Hintergrundstrahlung, die heute auf unter 4 Kelvin abgekühlt ist.
Diese Vorhersage wurde 1964 von Penzias und Wilson mit der Entdeckung der 2,7 Kelvin Hintergrundstrahlung erstmals bestätigt. Das heißt wir haben hier eine unabhängig von den ursprünglichen Überlegungen vorliegende Bestätigung der Vorhersagen des Urknallmodells als Raumexpansion. Und wir haben ein weiteres Problem Deines Modelles, das den inzwischen bestens gesicherten Mikrowellenhintergrund des Universums nicht erklären kann.
Damit haben wir 3 unabhängige Beobachtungsdaten, die nicht zu Deinem Modell passen, zur Expansion des Universums aber bestens. Physiker wirst Du also nicht überzeugen können mit Deinen Überlegungen. Sorry.
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So, jetzt kurz zum "beobachtbaren Universum":
Erstes Stichwort ist das "beobachtete Universum". Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Also können wir maximal 13,8 Milliarden Lichtjahre weit sehen. Da das Licht aber quasi in alle Richtungen strahlt, müsste man ja 27,4 Milliarden Lichtjahre weit sehen können, um von einem Ende zum Anderen gucken zu können (obwohl es ja nicht das räumliche Ende sein muss, sondern "nur" das optisch sichtbare).
Das ist so nicht richtig. Gerade weil der Raum expandiert, ist das beobachtbare Universum erheblich größer als "Alter mal Lichtgeschwindigkeit".
Das beobachtbare Universum hat einen Radius von über 46 Milliarden Lichtjahren, so dass der Durchmesser des beobachtbaren Universums etwa 93 Milliarden Lichtjahren beträgt.
Und richtig: Über Vermessung bestimmter Eigenschaften des Raumes wissen wir, dass das Universum als Ganzes mindestens erheblich viel größer sein muss als das beobachtbare Universum. Möglicherweise ist es sogar unendlich groß.
Ein sehr schönes Video, das das sehr schön erklärt, finde ich dieses hier:
https://www.youtube.com/watch?v=XBr4GkRnY04
--------- Fortsetzung folgt --------
Ist der Urknall ein einmaliges Ereignis?
Über Deine Vorstellung der sehr großen Masse sage ich jetzt nicht viel, nur:
im Kern sollte dann eine Art Plasma entstehen (wo Quark-Teilchen sich frei bewegen können). Im Zentrum eines Schwarzen Loches ist das aller Voraussicht nach ähnlich und genauso würde es natürlich auch kommen, wenn die Gravitation noch mehr zunimmt. Dieses Plasma vermuten wir auch zu Beginn des Urknalls
Nein, nicht ganz.
Wir wissen nicht, wie es im Innern eines Schwarzen Loches aussieht. Die Situation beim Urknall wird aber in den physikalischen Modellen anders beschrieben. Beim Urknall existiert kein "Quark-Plasma", einfach weil es überhaupt noch keine Elementarteilchen gibt. Es gibt nur Strahlung und vereinheitlichte physikalische Kräfte, die über mehrere Phasenübergänge in die heutigen Kräfte "ausfrieren". Das ist eine andere Situation als beim SL.
Trotzdem - und ich möchte betonen, dass wir hier den Bereich des gesicherten (also durch Beobachtungen gestützten) Wissens verlassen und uns in den Bereich der hypothetisch diskutierten Modelle begeben - trotzdem diskutieren einige Physiker, ob ein "Urknall" alles andere ist als ein einzigartiges Ereignis. In den Rechenmodellen, die den Urknall als eine Art Phasenübergang im Quantenschaum beschreiben, kommt durchaus heraus, dass ein Urknall nicht höchst ungewöhnlich, sondern quasi unvermeidbar ist, wenn "Zeit" keine Rolle spielt - weil sie als solche nicht existiert.
Ich möchte es bei dieser spekulativen Andeutung aber belassen und verweise lieber auf den Podcast von Florian Freistetter, der in den Folgen 69 ... 74 den Urknall und die Multiversenhypothesen sehr gut zusammengefasst hat:
http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/sternengeschichten/
(Bitte beachte: Diese Folgen hat er gemacht, um den damals scheinbar vorliegenden direkten Nachweis der Inflation zu erklären. Diese Messungen sind mittlerweile als Nachweis der Inflation zurückgenommen. Ein direkter Nachweis steht also noch aus. Das heißt aber nicht, dass die hier vorgestellten Szenarien vom Tisch sind, sie sind lediglich noch nicht nachgewiesen.)
Viele Grüße
Man, schade das Kommentare auf bestimmte Kommentare nicht direkt unter diesen stehen, sondern immger ganz unten landen :/
Also sorgt quasi der expandierende Raum dafür, dass Lichtgeschwindigkeit schneller sein kann als sie eigentlich ist. Ist das richtig?
Und eine Sache noch: Wenn der Raum immer größer wird und Graviation eigentlich dafür sorgt, dass sie sich zusammenzieht und sogar schließt - wie bei einem schwarzen Loch, dann würde ja eine Ausdehnung dafür sorgen, dass die Masse bzw. die Gravitation gesamt gesehen abnimmt. Ist das der Ansatz für Dunkle Energie? Quasi als Gegenspieler der Gravitation?
Edit: Die ganzen Videos werde ich mir bei Gelegenheit mal ansehen. Danke dafür :)
Hallo Lynx77,
Wie kann Hubble erkennen, dass die Galaxien nicht in eine Richtung wandern?
Bewegungen kann man immer nur relativ zu anderen Objekten messen. Im leeren Weltraum gibt es keinen Bezugspunkt.
Wenn Du in der Mitte von 2 Freunden stehst und dann drehen sich die beiden um und gehen geradewegs weg von Dir - dann laufen die beiden in entgegengesetzte Richtungen, nicht wahr?
Und genau das ist es, was bei den Galaxien gemessen wurde: Sie bewegen sich von uns aus gesehen radial (das heißt sternförmig) nach außen, in alle Richtungen. Und zwar umso schneller, je weiter sie weg sind.
Also sorgt quasi der expandierende Raum dafür, dass Lichtgeschwindigkeit schneller sein kann als sie eigentlich ist. Ist das richtig?
Naja, die Lichtgeschwindigkeit ist immer gleich schnell.
Aber die weitest entfernten Galaxien entfernen sich mit mehrfacher Lichtgeschwindigkeit. Und ja, dieser Eindruck entsteht von uns aus gesehen dadurch, dass zwischen und und dort das Universum expandiert. Die entfernten Galaxien fliegen nicht so schnell durch den Raum, das könnten sie nicht.
Und eine Sache noch: Wenn der Raum immer größer wird und Graviation eigentlich dafür sorgt, dass sie sich zusammenzieht und sogar schließt - wie bei einem schwarzen Loch, dann würde ja eine Ausdehnung dafür sorgen, dass die Masse bzw. die Gravitation gesamt gesehen abnimmt. Ist das der Ansatz für Dunkle Energie? Quasi als Gegenspieler der Gravitation?
Ich bin mir jetzt nicht ganz sicher, ob ich das richtig verstanden hab' was Du meinst.
Richtig ist, dass die Galaxien, wenn sie nahe genug beisammen sind, durchaus die Gravitation der nächsten spüren und eigentlich dorthin "fallen" würden.
Tun sie sogar. Unsere Milchstraße "fällt" in Richtung des Shapley-Superhaufens. Nur nimmt die Entfernung dorthin trotzdem zu, weil die Expansionsrate des Raumes höher ist. Wir werden ihn nie erreichen.
Der Ansatz für die Dunkle Energie ist, dass wir beobachten, dass die Expansion des Universums heute schneller erfolgt als noch vor einigen Milliraden Jahren. Und das geht nur dann, wenn es etwas im Universum gibt, was die Expansion weiter antreibt, ihr neuen Schwung gibt.
Wir wissen nicht, was das ist. Es hat den "Arbeitstitel" Dunkle Energie bekommen.
Grüße
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenschaum
Das liefert eine Idee, woher das "Etwas" kommen könnte. Der Rest besteht aus Überlegungen bezüglich der menschlichen Erkenntnisfähigkeit.
Das Alter des Universums ist m.M.n. eine grobe Schätzung, da man weiter bisher nicht sehen kann. Es wäre also theoretisch auch möglich, dass es ein paar hunderte Mrd. Jahre älter ist. Wenn man in der Physik manche Dinge nicht beweisen kann, dann werden Theorien aufgestellt, die so lange gelten, bis sie entweder widerlegt, oder bewiesen sind. die bekanntesten Theorien sind dunkle Energie und dunkle Materie. Diese erklären zumindest das, was man eben weder beweisen, noch mit den herkömmlichen Mitteln erklären kann. Grundsätzlich würde ich auch eher von Gravitation ausgehen, aber dann müsste es irgendwo eine Quelle geben, die tatsächlich alles in Bewegung hält. Das ist, zumindest derzeit, so nicht wirklich nachweisbar.
Ich beschäftige mich derzeit nicht mit solchen Dingen. Tatsache ist doch, dass solche Theorien erst bewiesen werden können, wenn wir den Einflussbereich unserer Sonne, bzw. unserer Galaxie verlassen können. Und davon sind wir sowas von weit entfernt. Voyager 1 ist gerade mal aus dem Solarsystem heraus, wenn überhaupt, denn auch da streiten die Gelehrten. Wir werden also ziemlich sicher zu unseren Lebzeiten keinen direkten Beweis erhalten. Damit müssen wir dann wohl erstmal leben.
Das Alter des Universums ist m.M.n. eine grobe Schätzung
Nein. Das Alter des Universums ist ein aus verschiedenen unabhängigen Methodenvoneinander bestimmter übereinstimmender Messwert. (Präzisionsmessungen durch das Weltraumteleskop Planck / Extrapolation von der momentanen Expansionsgeschwindigkeit des Universums / Gravitationslinseneffekt / Infrarot- Messungen der Cepheiden-Distanzskala)
Ein Spielraum von "paar hunderte Mrd. Jahre" ist da vom Tisch, sorry.
Wenn man in der Physik manche Dinge nicht beweisen kann, dann werden Theorien aufgestellt,
Nein, so funktioniert Wissenschaft nicht.
Wissenschaft beweist nie, sie widerlegt Hypothesen, die nicht zur Beobachtung passen.
Was Wissenschaft ist, erklären 2 Physiker hier in diesem Radiobeitrag:
http://www.gwup.org/images/stories/audio/lora-gwup-5-naturwissenschaft.mp3
Grüße
Hey Lynx77, mir geht es genauso wie dir, die Sache mit der Dunklen Materie/Energie verstehe ich auch nicht. Wie genau soll sie unsere Umgebung beeinflussen? Aus was besteht sie? Wo genau befindet sie sich? Warum lässt sie sich nicht direkt messen? Man muss dabei Bedenken, dass selbst die besten Wissenschaftler noch wenig Ahnung von dem Modell haben, was heißt, dass wir uns noch etwas gedulden müssen um die Antworten zu erhalten. Vielleicht hast du ja Recht, die Theorie könnte sich eines Tages als falsch erweisen und durch ein besseres Modell ersetzt werden. Momentan deutet jedoch alles darauf hin, dass sich das Universum seit dem Urknall mit beschleunigender Geschwindigkeit ausdehnt und damit logischerweise der Raum "wächst". Ich finde allerdings auch deine Theorie, in der du behauptest ein extrem massereiches Objekt ziehe alle Materie im Universum an, sehr interessant und wohl überlegt. Nur lässt sich eine solch einheitliche Bewegung der Gestirne nicht beobachten. Man müsste erkennen können, dass sich einige Galaxien mit größerer und einige mit kleiner Geschwindigkeit auf das "Zentrum" zubewegen, was man, von unserem Standpunkt aus, als Ausdehnung des Raumes interpretieren würde. Es wären jedoch auch große Supercluster zu beobachten, die sich, genau wie besonders massereiche Galaxien auf einen bestimmten Punkt zubewegen. Dies wurde jedoch, nach meinem Wissensstand nicht beobachtet. Doch wie gesagt, sollte man in den nächsten Jahrzehnten Beweise für deine Theorie finden, würde man das alte Modell verwerfen und unser Verständnis vom Universum revolutionieren. Es gibt übrigens bereits heute Physiker, die Vermuten, dass das sich ausdehnende Universum irgendwann in sich zusammenfallen und eine Art Singularität bilden könnte, um anschließend zu einem neuen Urknall zu führen. Also eine Art "Reset Funktion". Genau wie du es postuliert hast, ist es damit vorstellbar, dass sich das Universum in einer Dauerschleife befindet, die nie endet. Vielen Dank für die tolle Frage, ich befasse mich wirklich gern mit Astro-/ Theoretischer Physik. Lass uns doch in den Kommentaren weiter diskutieren :D
PS: Das beobachtbare Universum hat mittlerweile einen Durchmesser von 46,6 Milliarden Lichtjahren, weil sich der Raum seit dem Urknall ausgedehnt hat :)
Hee danke für die gute Antwort. Dann gibt es ja noch ausreichend Diskussionsstoff :)
Wie misst man eigentlich den wachsenden Raum? Die Raumgröße ist ja rein optisch nicht sichtbar, optisch können wir ja nur anhand von Licht erkennen, dass dort Raum ist bzw. spüren es anhand der Gravitation. Vielleicht ist die Info, dass das beobachtbare Universum 46,6 Milliarden Lichtjahre groß ist, damit recht zusammenhägend.
Dann müsste ja der sich ausdehnende Raum Licht schneller werden lassen als Lichtgeschwindigkeit, wenn wir "so weit gucken können", oder?
Hallo nochmal :D Also, zu deiner Frage, das der Raum wächst kann man nicht direkt beobachten, aber man weiß, dass sich Galaxien voneinander entfernen. Würde der Raum nicht expandieren, würden die Gestirne am Rand des Universums zusammenstoßen. Also muss sich der Raum ausdehnen. Übrigens, der Grund dafür, dass das beobachtbare Universum einen Durchmesser von 46,6 Milliarden Lichtjahren besitzt, ist nicht, dass die Lichtgeschwindigkeit sich verändert. Es ist ganz einfach. Ein Beispiel: Vor ca. 13,5 Milliarden Jahren emmitierte ein Stern ein Photon. Dieses sehen wir heute auf der Erde, was bedeutet, dass der Stern vor 13,5 Milliarden Jahren genau 13,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt war. Da sich aber seit dem der Raum ausgedehnt hat ist er nun nicht mehr in der Ausgangsposition, sondern weiter von der Erde entfernt. Berechnet man nun die beschleunigte Geschwindigkeit der Expansion, kommt man auf eine momentane Entfernung von ca. 46 Milliarden Lichtjahren (ja, der Raum dehnt sich mit Überlichtgeschwindigkeit aus).
Liebe Grüße
Hallo, ok vieles ist ja schon gesagt, aber auch die Galaxien bilden ein noch nicht weiter verstandenes Gespinst von Galaxienhaufen, und noch größeren Clusterhaufen, sie scheinen alle miteinander verbunden zu sein, insofern, ist auch eine Galaxie nur ein Teil des Ganzen....Es ist sieht, wie die Verbindungen im menschlichen Gehirne, also wie ein Nervengeflecht, das ganze hat System, freilich in ganz anderen Dimensionen....Liebe Grüße
Wow danke für die Antwort. Die regt auch gleich weiter zum Nachdenken an.
Was ich nicht verstehe: Wie kann Hubble erkennen, dass die Galaxien nicht in eine Richtung wandern? Ist das nicht eine Frage der Perspektive? Das Teleskop "guckt" doch von unseren System aus auf anderen Galaxien und erkennt die zunehmende Entfernung, oder nicht?
Nehmen wir an es ist tatsächlich so, dass der - ich nenne es mal "schwarze Raum" zwischen den Galaxien zunimmt - quasi das Nichts. Wenn ich mir den Raum jetzt in viele Würfel einteile, dann entstehen ja nicht neue Würfel (also zusätzlicher Raum), sondern diese Würfel werden einfach größer (der Raum dehnt sich), oder? So zumindest hab ich das mit dem Gummiband verstand. Vergleichbar mit menschlichen Zellen beim Muskelaufbau. Da gibt es auch keine neuen, sie vergrößern sich einfach nur...naja expandieren passt schon :P