Frage von Pfadfinder16, 36

Kann man die Gesamtmasse des Universums ermitteln. Folglich Big Chill oder Big Crunch?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von pflanzengott, 26

Hallo Pfadfinder16,

die Wissenschaft, die sich mit den theoretischen Fragen über die Entwicklung und Dynamik des Universums befasst, heisst Kosmologie. Die Kosmologie existiert, als allgemein unabhängiges Themenfeld seit einigen Jahrzehnten, und wurde in Bezug auf ihre Arbeiten, vor einiger Zeit durch zwei wichtige Begriffe erweitert: Dunkle Energie und Dunkle Materie.

In der Kosmologie stellt sich heraus, dass die zeitliche und dynamische Entwicklung eines Universums mit den Friedmann-Lemaitre-Gleichungen beschrieben werden kann. Diese Gleichungen sind partielle Differenzialgleichungen, die aus den Einsteinschen Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie herleitbar sind.

Aus den FL-Gleichungen kann man schließlich ablesen, dass die Entwicklung eines Universums in eine einfache Bedingung übergeführt werden kann, die nur anhand der Dichte Aufschluss über das weitere Expansionsverhalten gibt. Dazu etwas Vorarbeit!

Das Verhältnis von Masse zu pro Volumen ist in der Physik die Dichte. Abhängig von der Dichte, gibt es in einem Universum unterschiedliche Möglichkeiten der Entwicklung. In der Kosmologie führt man nun einen Begriff der sogenannten kritischen Dichte ein, die beschreibt, wann die Expansionsgeschwindigkeit eines Universums in der Unendlichkeit den Wert 0 erreicht. In unserem Kosmos ergibt sich diese kritische Dichte zu 9,7*10^-27 kg/m³.

Entscheidend für den Expansionsverlauf eines leeren Universums ist nun, das Verhältnis von der tatsächlichen Dichte, die in einem Universum beobachtet wird und der kritischen Dichte. Dieses Verhältnis kennzeichnet man in der Kosmologie mit dem Buchstaben Omega. Für gewisse Werte des Parameters Omega stellen sich nun unterschiedliche Lösungen für das Expansionsverhalten ein.

Wird Omega kleiner als 1, liegt die Dichte des Universums unterhalb der kritischen Dichte und es hat eine offene Form. Man sagt auch hyperbolisch gekrümmte Fläche dazu. Die Expansion eines offenen Universums wird bis in die Ewigkeit hinein fortgesetzt.

Ist die Dichte in einem Universum gleich der kritischen Dichte, so ist das Universum flach. Die Expansion eines flachen Universums wächst zeitlich an und erreicht erst in der Unendlichkeit wieder den Wert 0. 

Schließlich kann es auch sein, dass die Dichte eines Universums größer als die kritische Dichte ist. In diesem Fall besäße das Universum die Form einer Kugel und wäre geschlossen. In diesem Universum ist das Expansionsverhalten besonders interessant. Die Expansion wächst zunächst auf einen Maximalwert an und kehrt dann ihre Richtung um. Ein geschlossenes Universum ist somit gekennzeichnet von einer zyklischen Aufeinanderfolge von Kontraktion und Expansion (Big-Crunch).

Um zu wissen, wie sich unser Universum zeitlich entwickelt, müssen wir also wissen in welchem Verhältnis die kritische Dichte zur tatsächlichen Dichte steht. Wir müssen den Wert von Omega kennen und dafür bereits eine Vorahnung haben, was in unserem Kosmos alles Einfluss auf den Dichteparameter hat.

Es stellt sich heraus, dass sowohl Masse, wie Strahlung als auch Energie einen unterschiedlich starken Einfluss auf den Dichteparameter haben. Die sichtbare baryonische Gesamtmasse im Kosmos, kann auf einfache Weise elementar abgeschätzt werden.

Im Prinzip braucht man in einem bestimmten Raumvolumen nur die Anzahl der auffindbaren Massen abzählen. Diese Zahl multipliziert mit dem Mittelwert einer Masse im Volumen ergibt dann die in diesem Raumbereich konzentrierte Massendichte. Da das kosmologische Prinzip gilt und das Universum auf großen Skalen weitestgehend homogen verteilt ist, kann man das gleiche Vorhaben mit anderen Raumvolumina nachrechnen und so alle Raumvolumina numerisch aufaddieren. Man kommt so auf einen Wert von 0,3.

Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung zeigten letztlich, dass unser Universum flach ist, und deswegen der Dichteparameter Omega gleich 1 sein muss. Die fehlenden 70% des Massenhaushaltes werden mit einer ominösen Substanz der Dunklen Energie erklärt, die wie in den FL-Gleichungen zu erkennen ist, einen zunehmend dominierenden Einfluss über das Universum gewinnt und die Expansion zeitlich verstärkt. Mit sehr großer Wahrscheinlichkeit wird sich unser Universum dabei bis in alle Ewigkeiten ausdehnen, wobei die letzten Strukturen durch das Anwachsen der Dunklen Energie in einigen Billionen Jahren zerstört werden. Von dort an ist der Kosmos nur noch ein riesiger leerer Raum aus Vakuumenergie. Wie es letztlich kommt, weiss aber keiner mit Sicherheit!

Lg Nikolai



Kommentar von Astroknoedel2 ,

Bis jetzt die einzige richtige Antwort. Echt Klasse !  

Kommentar von pflanzengott ,

Danke :)

Kommentar von Abahatchi ,

Wir haben allen Grund zu der Annahme, dasz wir dem kosmischen Prinzip unterliegen. Bedeutet, dasz das Ende des für uns sichtbaren Bereiches des Universums nicht das eigentlich Ende ist, sondern das Universum tatsächlich gänzlich unendlich ist. 

Somit wäre die Summe der Masse gleich unendlich. Die ebene Raumgeometrie ist ein starkes Indiz, dasz dem so ist.

Grusz Abahatchi

Antwort
von mlgneumann, 34

Nein, das kann man nicht. Man kann nur durch statistische Daten, wie z. B. die Verteilung der Elemente, Schätzungen anstellen, da man das ganze Universum nie als ganzes überblicken kann.

Antwort
von Pennyman20, 30

Nein kann man nicht da das Universum (wie ich es denke ) unendlich groß ist.

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