Inwiefern hat die Gravitationskraft mit der Expansion des Universums zu tun?
Von Newton gibt es ja diesen Gravitationsgesetz "Je kleiner der Abstand der Massen ist, desto größer ist die Gravitationskraft zwischen den Massen".
Aber ich verstehe nicht, inwiefern es Einfluss auf die Expansion des Universums hat. Ich weiß das aufgrund einer Energie (Dunklere Energie) das Universum sich schneller ausbreitet als sie es sollte.
Man sagt ja, dass wenn sich Massen z.B Galaxien sich gegenseitig anziehen, desto größer wird dann die Gravitationskraft zwischen denen etc.. aber ich verstehe nicht wirklich wie genau es ein einfluss hat auf die Expansion bzw. ich kann es mir nicht wirklich bildlich vorstellen.
Kann wer helfen? Danke im vorraus
5 Antworten
Die Hypothese lautet, dass die Dunkle Energie das Universum expandieren lässt und die Gravitation der darin befindlichen Massen diesen Vorgang bremst. Da aber niemand weiß, was diese Dunkle Energie ist, kann man sich das auch nicht vorstellen.
Die Gravitation wirkt dem entgegen. Das Universum dehnt sich aus aber die Gravitation hält Galaxien etc zusammen.
Gravitation ist ein bremsender Faktor, während die Dunkle Energie ein beschleunigender Faktor ist. Für das Verstehen der Expansion versteht man praktischerweise zunächst die...
Hubblekonstante
Unter der Annahme einer linearen Ausdehnung des Universums ist der Skalenfaktor a(t) =D(t)/D0 einer beliebigen Distanz D und der Distanz D0 zum Zeitpunkt t0 im Universum linear abhängig von der Zeit t:
a = da/dt*t (1) mit einer Ausdehnungsgeschwindigkeit
da/dt = H*a (2)
Der Faktor H ist die Hubblekonstante (die besser Hubbleparameter heißen sollte, weil sie nicht konstant ist - in der Tat folgt aus einer linearen Ausdehnung konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit da/dt und damit H = 1/t mit 2 in 1 eingesetzt), hat beim Urknall eine Polstelle und nimmt seitdem ab, wird aber nie null.
Kosmologischer Horizont
Objekte in der Entfernung r entfernen sich mit der Geschwindigkeit v(r) = Hr von uns. Man kann nun mit der Lichtgeschwindigkeit c einen Radius rH = c/H definieren, der Hubbleradius genannt wird. Für r = rH ist die Geschwindigkeit v(rH) = c, d.h. theoretisch entfernen sich Objekte in dieser Entfernung mit Lichtgeschwindigkeit von uns (die Spezielle Relativitätstheorie gilt nur lokal und wird dadurch nicht verletzt), und man könnte meinen, dass man dann diese Objekte nie mehr sehen kann, weil ihr Licht nicht gegen die Expansionsgeschwindigkeit ankommt, aber:
1. Licht direkt hinter rH kann es, einmal ausgesandt, mit der Zeit innerhalb von rH schaffen und uns letztlich doch erreichen - die korrekte Rechnung beinhaltet eine Integration der Bewegung mitbewegter Koordinaten und des Lichtsignals von t0 bis unendlich und führt hier zu weit - außerdem...
2. ist die o.g. Annahme der linearen Ausdehnung falsch. Die Ausdehnung unterliegt bremsenden und beschleunigenden Einflüssen (zB die Massendichte einschl. dunkler Materie vs. dunkle Energie), deren Stärke nicht zeitlich konstant war oder sein wird. In Abhängigkeit von diesen Einflüssen kann der Kosmologische Horizont sich bei vorwiegender Bremsung weiter ausdehnen und mehr Objekte sichtbar machen, oder bei vorwiegender Beschleunigung schrumpfen und mehr Objekte verbergen.
Aus diesen beiden Gründen liegt der Kosmologische Horizont nicht beim Hubbleradius, sondern nach aktuellem Stand etwas dahinter (etwa 16 Mrd LJ statt 13,4 Mrd LJ). Mit weiterer Ausdehnung des Universums und sinkender Massendichte könnte die Beschleunigung gewinnen - dann würde der Hubbleparameter auf einen konstanten Wert sinken: die Lösung für die Differentialgleichung da/dt = const*a ist dann eine exponentielle Ausdehnung, die den Kosmologischen Horizont schließlich bis auf gravitativ direkt gebundene Strukturen schrumpfen ließe, und die Reste der Vereinigung aus Milchstraße und NGC224 wären allein in der Dunkelheit.
Partikelhorizont.
Wo aber sind die fernsten Objekte, die wir jetzt schon sehen, wirklich? Als ihr Licht ausgesandt wurde, dh kurz nachdem das Universum transparent wurde, waren sie nur einige Mio LJ entfernt. Während ihr Licht im Raum zu uns unterwegs war, bewegte sich dieser Raum aber mit der Expansionsgeschwindigkeit von uns weg und verlängerte die Reisezeit des Lichtes (und seine Wellenlänge), bis das Licht schließlich hier ankam; inzwischen haben sich die damals aussendenden Objekte bis zum sog. Partikelhorizont entfernt (ca 46 Mrd LJ), also weit hinter dem Kosmologischen Horizont.
Die Gravitationskraft ist ja die Kraft die der Ausdehnugn des universums schlichtweg entgegen wirkt.
Du kannst dir das so vorstellen:
2 Objekte bewegen sich ja aufgrund der gravitation aufeinander zu.
Nun wird aber durch die ausdehnung des Raumes die strecke zwischen den objekten mehr. Und wenn dies so schnell passiert wie sich beide Objekte aufeinander zubewegen. Dann ändert sich der abstand gar nicht.
Passiert das langsamer als die Objekte sich aufeinander zubewegen. Dann bewegen sie sich zwar langsamer aufeinander zu. (Brauchen halt länger bis sie sich treffen.) Aber von der Ausdehnung ist nichts mehr zu Spüren was diese beiden objekte betrifft.
geschieht das schneller als die beiden Objekte sich aufeinander zu bewegen. Dann entfernen sie sich voneinander.
Gäbe es die gravitationskraft nicht. Würde sich so gesehen alles von einander wegbewegen. Was nicht durch andere kräfte zusammengehalten wird.
Die Gravitation ist quasi das Gegenstück zur expansiven Kraft des Universums, sie wirkt der Expansion also entgegen. Ohne Gravitation gäbe es nichts im Universum, da sich ohne Gravitation keine Materie verdichten kann, und auch das Universum selbst gäbe es nicht. Die expansive Kraft des Universums hat (bezogen auf das gesamte Universum) die Oberhand, aber innerhalb von Galaxiehaufen, Galaxien, Sternenhaufen, Sternensystemen usw. hat die Gravitation klar die Oberhand, daher können sich z.B. auch Galaxien innerhalb eines Galaxiehaufens einander annähren und vereinen.