Frage von zigasis, 183

Wenn sich das Universum ausdehnt, in welchem Raum dehnt es sich aus?

Es gibt ein Experiment mit einem Luftballon, welcher das Universum darstellen soll. Der Luftballon dehnt sich aus. Doch der Luftballon befindet sich ja in einem Raum (Zimmer). Wo dehnt sich das Universum aus?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von NutzlosAlpha, 83

Das Ballonmodell ist insofern schlecht, als dass es die Leute (und jetzt auch dich) dazu verleitet zu glauben, dass es sich irgendwo reindehnt. Ursprünglich war es zur Veranschaulichung des eigentlichen Sachverhalts gedacht, nämlich dass die Abstände zwischen den Galaxien (die auf der zweidimensionalen Oberfläche des Ballons aufgemalt sein würden), mit zunehmender Zeit immer größer werden.

Im Ballonmodell ist der Raum nämlich nur die Oberfläche des Ballons, welche in dieser Analogie zweidimensional ist. Die Zeit ist in diesem Modell die Achse zum Zentrum des Ballons. Wenn der Ballon nur schwach aufgepustet ist, ist die Oberfläche nicht weit vom Zentrum, pustet man ihn dann stärker auf, entfernt sich die Oberfläche vom Zentrum.

Je mehr man aufpustet, desto ferner ist die Oberfläche vom Zentrum, gleichzeitig wird aber auch die Oberfläche immer größer. Punkte, die im unaufgepustetem Zustand nahe beieinander lagen, sind nun viel weiter entfernt. Das ist in dieser Analogie die Expansion des Raumes.

Falls dir das zu undurchschaubar ist und du noch immer nicht verstehst, wie das mit der Expansion im Universum abläuft - macht nix. Viel einfacher ist es, den tatsächlichen Sachverhalt zu schildern.

Die metrische Expansion des Raumes ist, wie der Name schon sagt, die schlichte Veränderung der Metrik. Das bedeutet im Prinzip nur, dass da, wo bereits Raum ist, neuer Raum ensteht. Du hast also eine gewisse Strecke zwischen Punkten und nachdem eine Zeit vergangen ist, hat sich die Strecke verändert - sie ist länger geworden.

Nicht die Punkte haben sich bewegt, sondern es ist neuer Raum entstanden, aufgrund der simplen Tatsache, dass da bereits Raum war. Je mehr Raum vorhanden ist, desto mehr Raum kann auch entstehen. Deswegen scheinen sich ferne Galaxien schneller von uns fortzubewegen als nahe, denn zwischen ihnen und uns kann mehr neuer Raum entstehen als zwischen uns und der nahen Galaxie.

Die Rate mit der das geschieht beträgt ca. 68 km/s/Mpc, das heißt, auf ungefähr 3,26 Millionen Lichtjahren entstehen 68 km neuer Raum pro Sekunde.

Die Frage, wo es sich hineindehnt, erübrigt sich damit, weil sie einer falschen Vorstellung entspricht. Das Universum ist so gesehen schon "das ganze Ding", die 4 Dimensionen der Raumzeit sind das, was das Universum so gesehen ausmacht. Und der Raum wird mit zunehmender Zeit "immer mehr".

Man sollte hier nicht den Fehler machen und davon ausgehen, dass sich der Raum irgendwo hineindehnt (auch wenn dies nicht pauschal ausgeschlossen werden kann), sondern ihn als Eigenschaft (Attribut) des Universums ansehen.

Kommentar von prohaska2 ,

Im Ballonmodell ist der Raum nämlich nur die Oberfläche des Ballons

Na, passt doch. Die Haut unseres vierdimensionalen Ballons ist halt dreidimensional.

Man sollte hier nicht den Fehler machen und davon ausgehen, dass sich der Raum irgendwo hineindehnt

Zwischen den 26 Dimensionen der Stringtheorie ist 'ne ganze Menge Platz.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Danke für den Stern!

LG, NA

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie, Physik, Universum, 27

GrüßHallo zigasis,

bevor man fragt, in welchen Raum sich das Universum ausdehnt, muss man erst mal fragen, ob die physikalischen Modelle denn überhaupt sagen, dass sich das Universum in einen Raum hinein ausdehnt. Und das tun sie nicht...

"Expansion des Universums" meint, dass sich der Raum im Universum dehnt, dass die Entfernungen im Universum zunehmen, weil neue Raumzeit im Universum entsteht. Das ist eine Aussage, die über ein "außerhalb" keinerlei Aussage macht oder ein "außerhalb" überhaupt voraussetzt. Das Universum breitet sich in sich selbst aus.

Wie schon geschrieben wurde: Beim Ballonmodell ist nicht der runde Ballon gemeint, es ist nur die Oberfläche gemeint. Wir stellen uns in diesem Modell vor, wir würden in der Ballonoberfläche leben; unser Universum wäre 2-dimensional, es gäbe kein "oben" oder "unten". Mit diesen Begriffen könnten wir in unserem "Flachland-Universum" genauso wenig anfangen, wie wir hier mit den Richtungen gnorpf und kniri...

Das Ballonmodell dient nur der Veranschaulichung, dass man von jedem beliebigen Punkt im "Ballonflächenuniversum" nun die Beobachtung macht, dass sich andere Punkte der Ballonoberfläche von uns umso schneller entfernen, je weiter sie weg sind, wenn der Flächeninhalt der Ballonfläche ansteigt. Mehr nicht.

Die Aussage, dass das Universum expandiert, weil im Universum neue Raumzeit entsteht, macht keine Aussage, ob unser Universum endlich groß und in sich geschlossen ist (wie das "Ballonflächenuniversum") oder ob es flach und unendlich groß ist oder ob es doch eine wie auch immer geartete Grenze gibt (die wir niemals sehen oder erreichen könnten, da die Expansion ja überlichtschnell ist.)

Brian Greene hat das hier einmal sehr schön erklärt: http://www.worldsciencefestival.com/2011/11/ask_brian_green_what_is_the_universe...

Oder wenn Du es Dir lieber in einem kleinen Video anschauen willst:

Grüße

Antwort
von visionbrasil, 7

Also ich denke am besten (für unsere begrenzte Sicht) könnte man es so erklären:

Man stelle sich 2 Dimensionales Leben vor. Also lebende Personen auf einem Blatt Papier. Sie können nach links und rechts, nach oben und unten schauen aber nie nach vorne und nach hinten. Sie werden also nie den Zeichner sehen oder hören. Und er wird auch nie verstehen was 3 Dimensionen sind denn die 3. Dimension gibt es für sie nicht.

Nun das 3D Universum. Es ist ein Luftballon der sich ausdehnt. Für unseren Verstand auf 2D reduziert leben wir auf der (platten) Oberfläche. Wir können uns nur auf dieser bewegen. Ein "im" oder "aussen" des Ballons gibt es für uns nicht. Und deshalb werden wir auch nie an eine "Mauer" stossen wenn wir das "Ende" des Universums suchen wollten. Denn wir bewegen uns immer nur auf der Oberfläche des Ballons. Fliegen wir also immer "geradeaus", dann kommen wir unweigerlich irgendwann wieder am Ausgangspunkt an - wie auf der Erde.

Antwort
von Ysosy, 19

Unsere Physik basiert auf die uns bekannten Eigenschaften von Raum, Zeit, Energie... . Welche Eigenschaften außerhalb (das was vor dem Urknall da war) unseres Universums vorhanden sind, kann unsere Physik nicht erklären oder beschreiben. Da wir nicht Wissen was dort ist.


Einfach mal ein Paar Millionen Jahre warten, dann finden wir das schon heraus.

Antwort
von Spirit528, 75

Tja. Das ist eine interessante Frage und da gibt es zwei Möglichkeiten.

- das Universum ist zwar unendlich, doch der äußerste existierende Raum - schier unmöglich einen wissenschaftlichen Nachweis zu erbringen. Wie könnte man an den Rand von etwas gelangen, das unendlich ist? Und wie würde man dann nachweisen dass es der äußerste Raum ist? Würde man die Hülle durchbohren? Wie soll das gehen? Und was würde dann passieren? Aus welchem Material bestünde solch eine "Hülle" überhaupt?
- das Universum befindet sich in einem weiteren Raum - diesen kann man z.B. Multiversum nennen - noch unmöglicher dies wissenschaftlich nachzuweisen, doch einfach sich vorzustellen...

Doch: worin befindet sich dann das Multiversum? Würde es nicht ebenso unendlich weiter gehen? Die Unendlichkeit in der Unendlichkeit in der Unendlichkeit in...

Oder: gilt das Universum als unendlich, weil man bisher einfach noch nicht das Ende fand?

Kommentar von grtgrt ,

Wer von einem unendlich großen Universum spricht, meint damit ein Universum, in dem es zu jeder positiven ganzen Zahl N Orte gibt, die mindestens N Lichtjahre voneinander entfernt sind.

Aber selbst wenn unser Universum diese Eigenschaft nicht hätte - dann also nur endlich groß wäre - würde das nicht bedeuten, dass es ein Ende hätte (auch die Erdoberfläche ist endlich groß, hat aber weder Ende noch Rand).

Kommentar von prohaska2 ,

Das mit dem unendlichen Universum haben wir schon hinter uns. Es hat nur einfach keine Grenzen - wir können also nicht raus.

Kommentar von Spirit528 ,

Woher wissen wir, dass es keine Grenzen hat?

Kommentar von prohaska2 ,

Tja, da haben wir einen Streitpunkt. Ich hätte wohl "vermutlich" einfügen sollen.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Wenn es welche hätte, wäre das Relativitätsprinzip verletzt, weil du ein absolutes Bezugssystem hättest. Deswegen kann das nicht sein.

Davon mal abgesehen wäre es auch nicht logisch. Wenn der Raum irgendwo aufhört, was ist dann dahinter? Aber wenn man nach einem "dahinter" fragt, fragt man automatisch nach einem Raum. Also ist hinter der Grenze des Raumes wieder Raum? Aber wenn hier Raum ist, und da Raum ist, dann gibt es gar keine Grenze, weil auf beiden Seite einfach nur Raum ist. Das ergibt keinen Sinn.

Kommentar von zigasis ,

Danke für die vielen Antworten. Ich möchte kurz zusammenfassen; In der modernen Physik geht man also davon aus, dass  das Universum unendlichen groß ist und somit keine Grenzen hat?

Kommentar von prohaska2 ,

Die Unendlichkeit in der Unendlichkeit in der Unendlichkeit in...

Erinnert ein wenig an die Galaxie in Orions Band. Guckstdu Men in Black 1.

Kommentar von Spirit528 ,

Ja. Genau so kann man sich das vorstellen.

Antwort
von Eselspur, 63

Der Raum dehnt sich mit aus.

Kommentar von Maxwell0 ,

Nein.

Kommentar von prohaska2 ,

Streng genommen entsteht neuer Raum.

Antwort
von Maxwell0, 59

Es dehnt sich einfach im Raum aus. Ohne Raum könnte sich unser Universum nicht ausdehnen. Von daher finde ich den Satz ,,der Raum dehnt sich aus" schwachsinnig. 

LG

Kommentar von Eselspur ,

Es ist deine Entscheidung, das schwachsinnig zu finden, das du nicht verstehst. Ohne Materie gibt es keinen Raum. 

Kommentar von ThomasJNewton ,

Der erste Satz findet meine uneingeschränkte Zustimmung.

Der zweite läuft mach meinem Empfinden etwas auf das Machsche Prinzip raus.
Und ist wohl nicht etwas, was man so als Fakt rausschleudert.

Antwort
von Waldemar2, 66

In den Hyperraum.

Antwort
von FooBar1, 80

In dem Raum der vor dem urknall da war

Antwort
von Freshestmango, 45

Das ist eine sehr gute Frage, die unser Physiklehrer auch nicht beantworten konnte.

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