Warum wirkt die Expansion?

6 Antworten

Die Expansion ist etwas das gemessen wurde.

Das hat Herr Hubble recht unkonventionell entdeckt indem der durch ein paar Punkte eine Linie zog, durch er eigentlich gar keine Linie hätte ziehen sollen. Am Ende hatte er recht, das Universum scheint zu expandieren.

Nach dem man das gemerkt hat, kam man zum Schluss, das ein Universum das expandiert, gestern eben kleiner war vor Milliarden Jahren auch mal ganz klein - zunächst ging man von Atomgrösse aus.
So ist natürlich die Begründung -des Universum expandiert aufgrund des Urknalls- etwas problematisch, weil man das eine vom anderen theoretisch abgeleitet hat.
Nichtsdestotrotz ist die Urknall-Theorie bisher experimentell nicht widerlegbar und wird damit als wahrscheinlich angenommen.

Die hier erwähnte dunkle Energie hat damit zunächst erst mal gar nichts zu tun gehabt.
Die kam erst ins Spiel nachdem man gemerkt hat, das die Expansion sich beschleunigt. Eine beschleunigte Expansion passt weder zum Urknall noch zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Damit wurde eine unbekannte Macht als Ursache der Beschleunigung postuliert - die den Namen dunkle Energie trägt.

Woher ich das weiß:Berufserfahrung – Studium/Beruf

es gibt kein Warum. Um die Expansion des Universums (die vermutlich gemeint ist) zu verstehen, versteht man am besten zuerst 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) = H*r 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.

Sie wirkt letztlich, weil die Gravitation als Gegenkraft die expansive Kraft nicht ausreichend kompensieren kann, bezogen auf das gesamte Universum. Innerhalb großer Strukturen wie z.B. Galaxiehaufen dominiert aber klar die Gravitation. Als Grund für die beschleunigte Expansion wird oft die dunkle Energie genannt, die aber letztlich hypothetisch ist.

Weil du Luft in den Ballon pustest. Oder weil sich Zellen vermehren. Oder oder oder.

Ich lehne es ab, Zusammenhänge erst aus den "Themen zur Frage" zu erschließen, zumal die jeder ändern kann.

Soweit ich weiß, gibt es mehrere Theorien. Einmal eine "dunkle Energie", aber niemand weiß, wie man sich das vorstellen soll und einmal, dass ständig neuer Raum entsteht, der alles auseinander schiebt.