Wie funkioniert das Universum?

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Hallo Batista2198,

Wie funktioniert das Universum ?

Nach den Gesetzen der Physik... ;-) Übrigens der beste Grund, Physiker zu werden...

Das Universum soll 90 Milliarden Lichtjahre im Durchmesser haben, wie funktioniert das bei einem Universum welches erst einmal (ungefähr) 14 Milliarden Jahre alt ist ?

Das beobachtbare Universum hat einen Durchmesser von etwas über 90 Milliarden Lichtjahren. Über die unbeobachtbaren Teile können wir nichts sagen.

Heißt es, dass sich das Universum mit Überlichtgeschwindigkeit ausgebreitet hat ?

Nicht nur hat... sehr weit entfernte Galaxien entfernen sich auch heute von uns mit Zuwachsraten der Entfernung, die über der Lichtgeschwindigkeit liegen.

Und außerdem beschleunigt die Ausdehnung des Universums wohl auch noch.

Manche denken, dass sich das Universum nur unmittelbar nach dem Urknall in der (hypothetisch etwa 10^-32 Sekunden nach dem Urknall liegenden) "inflationären Phase" so schnell ausgedehnt hat. Aber tatächlich entsprechen die Rotverschiebungen, die wir von weit entfernten Galaxien messen Werten über der Lichtgeschwindigkeit.

Mein Wissensstand ist so, dass sich Nichts mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen kann. Das sind die vorgegeben Naturgesetze, die das Universum mitbringt.

Das ist eine zu sehr vereinfachte Darstellung von Einsteins Aussagen in der Speziellen Relativitätstheorie. So sehr vereinfacht, dass es nicht mehr stimmt.

Die Spezielle Relativitätstheorie sagt genauer: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine obere Grenzgeschwindigkeit für die Bewegung von Massen und Informationen durch den Raum.

Bei allen Vorgängen aber, bei denen weder Massen durch den sie umgebenden Raum flitzen, noch Information übertragen wird, liegt kein Verstoß gegen dieses Naturgesetz vor. Und deshalb geht da sogar einiges:

  • Winkelgeschwindigkeiten können schneller als c werden. Hättest Du einen extrem starken Laser, dann könntest Du damit herumwedeln und in großer Entfernung von Dir ändert der Lichtpunkt mit Überlichtgeschwindigkeit seine Position. Du könntest z.B. den Laserpunkt auf dem Mond mit Überlichtgeschwindigkeit herumwandern lassen, wenn Du auf der Erde "wedelst". Zwischen den überstrichenen Punkten der Mondoberfläche wird keine Information übertragen - und deshalb ist das kein Verstoß gegen die Lichtgeschwindigkeit als Obergrenze
  • Beim quantenmechanischen Tunneleffekt können Teile von Wellenpaketen die Tunnelbarriere schneller als c überwinden. Auch kein Verstoß gegen Einsteins Regel, weil der Trick hier beim Unterschied von Gruppengeschwindigkeit und Phasengeschwindigkeit liegt und auch hier keine Informationsübertragung vorliegt.
  • Und eben auch: Weit entfernte Galaxien entfernen sich von uns mit Überlichtgeschwindigkeit. Das ist kein Verstoß gegen die Lichtgeschwindigkeitsobergrenze, weil sowohl wir als auch die entfernte Galaxie relativ zu unserer Umgebung ruhen. Die Fluchtbewegung kommt durch die Entstehung neuer Raumzeit zwischen uns und dort zustande.

Letzteres ist der Trick: Mit der Ausdehnung des Universums ist gemeint, dass zwischen uns und einer weit entfernten Galaxie etwas passiert: Mit einer bestimmten Rate - dem Hubble-Parameter - entsteht neue Raumzeit. Und zwar etwa 70 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec. Ein Megaparsec sind etwas über 3 Millionen Lichtjahren. Ist ein Objekt von uns also 1 Megaparsec weg, dann ist es 1 Sekunde später allein wegen der Raumausdehnung 70 Kilometer weiter weg. (Eigenbewegungen vergessen wir mal). War es 2 Megaparsec weit weg, sind es 1 Sekunde später 140 Kilometer mehr... und so fort... und ab einigen tausend Megaparsec addiert sich dieser Effekt auf Werte, die über der Lichtgeschwindigkeit liegen.

Es ist also ein Additionseffekt und keine Bewegung massebehafteter Objekte durch den Raum, der da zur Überlichtgeschwindigkeit führt. Und genau deshalb ist es auch kein Verstoß gegen den guten alten Einstein und seine Spezielle Relativitätstheorie.

Ich hätte da noch 2 kurze YouTube-Videos, in denen das schön erklärt wird, vielleicht schaust Du sie Dir mal an?

https://www.youtube.com/watch?v=XBr4GkRnY04

https://www.youtube.com/watch?v=myjaVI7_6Is

Aber wie entsteht diese Raumzeit oder Materie oder überhaupt Etwas im Nichts ?

Materie entsteht heute im Universum nicht mehr neu... die Bildung von Wasserstoff und Helium als Ausgangsstoffe war wenige Minuten nach dem Urknall abgeschlossen. (Stichwort primordiale Nukleosynthese) In Sternen werden lediglich diese leichten Elemente in schwerere umgewandelt. Wie die Ausdehnung der Raumzeit genau funktioniert und was sie antreibt, ist nicht verstanden; auch nicht, was dazu führt, dass die Expansion beschleunigt. (Stichwort Dunkle Energie)

Ich verstehe den Schritt von Nichts zur Galaxy nicht.

Meinst Du damit den Urknall? Du weißt, dass es bis zur Bildung der ersten Galaxien da aber ein sehr weiter Weg von einigen hundert Millionen Jahren war?

"Nichts" bedeutet beim Urknall in der Physik vor allem, dass wir wegen der Festlegung unserer physikalischen Naturgesetze im Urknall nichts von unserer Physik darüberhinaus als sicher voraussetzen können und die Modelle spekulativen bzw. hypothetischen Charakter haben... zumal wir sie eben nicht einmal durch direkte Beobachtung testen können, sondern nur indirekt, indem wir schauen, ob sie ein Universum liefern, das zu unseren Beobachtungen passt.

Ich habe hier einmal in einer älteren Antwort etwas dazu geschrieben:

https://www.gutefrage.net/frage/gibt-es-sowas-wie-eine-aera-zwischen-vor-dem-urknall-und-waehrend-des-urknall

Dort gibt es auch einen Link zu einem Vortrag von Josef Gaßner zu einem der gängigen Modelle. Wenn Du lieber Harald Lesch zuhörst, kannst Du Dir diesen Vortrag hier anhören:

https://www.youtube.com/watch?v=k7P8XYM2jd4&t=1s

Und was ist das Nichts ? Ist außerhalb des Universum wirklich Nichts ? Keine Materie, keine Raumzeit, absolut gar Nichts ?

Damit es hier nicht zu lang wird, verweise ich jetzt hier einmal an eine etwas ältere Antwort von mir.

https://www.gutefrage.net/frage/was-ist-der-rand-des-universums

So in etwa ganz kurz: Das Universum ist definiert als "alles"... entsprechend macht ein "außen" in der Physik wenig Sinn. Mit der Ausdehnung des Universums ist auch nicht gemeint, dass sich das Universum gleich einer Blase "in etwas hinein" schiebt... sondern eben dass im Universum der Raum größer wird. Das Universum dehnt sich in sich selbst aus... und dazu braucht es eben gar kein "außen".

Grüße

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik, Schwerpunkt Geo-/Astrophysik, FAU

Wow.

Ob du mir glaubst oder nicht, aber ich sitze mit offenem Mund vor dem Rechner und breche in mich innerlich zusammen, weil mich das überwältigt.

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Wenn das Universum sich selbst expandiert.
Wieso geht man dann von den 90 Milliarden Lichtjahren Durchmesser aus ?
Wenn das Universum der Raum ist, wieso ist der Raum dann endlich ?
Was ist eigentlich ein Raum ? Wenn ich mit mehrfacher Überlichtgeschwindigkeit in eine Richtung reise, wo komme ich dann am Ende raus ? Ist das keine Grenze, was treffe ich da an ?

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@Batista2198
Wenn das Universum der Raum ist, wieso ist der Raum dann endlich ?

Vorsicht: Wir wissen nicht, ob das Universum endlich oder unendlich groß ist.

90 Milliarden Lichtjahre groß ist der Durchmesser des beobachtbaren Universums. Das beobachtbare Universum ist der Teil des Universums, aus dem uns Licht seit dem Urknall erreichen konnte. Weil das Universum nur endlich alt ist und die Lichtgeschwindigkeit endlich groß, ist auch das beobachtbare Universum endlich groß...und dahinter sind die Teile des Universums, die für uns unbeobachtbar sind.

Über das unbeobachtbare Universum wissen wir nichts. Auch nicht, ob es endlich oder unendlich groß ist.

Ich habe das hier

https://www.gutefrage.net/frage/wieso-nimmt-man-an-dass-das-universum-unendlich-ist

mal etwas genauer erklärt und auch ein kleines Video verlinkt, in dem das nett erklärt ist.

Wieso geht man dann von den 90 Milliarden Lichtjahren Durchmesser aus ?

Wie gesagt: für das beobachtbare Universum... und da ist es eine Messgröße.

Die Grenze des mit optischen Mitteln beobachtbaren Universums stellt die kosmische Hintergrundstrahlung dar, der kosmische Mikrowellenhintergrund.

Das ist das erste Licht, das sich im Universum ausbreiten konnte... und zwar etwa 380 000 Jahre nach dem Urknall. Vorher war das Universum zu heiß und Elektronen konnten sich noch nicht stabil mit den Atomkernen verbinden. Freie Elektronen verhindern aber die Ausbreitung von LIcht... "Durchsichtig" wurde das Universum also erst, als die freien Elektronen weg waren - verbunden mit den Atomkernen zu neutralen Atomen.

Die Entfernung derart weit entfernter Objekte bestimmt man über die kosmologische Rotverschiebung. Und da hat die kosmische Hintergrundstahlung eben den höchsten Wert, der in eine Entfernung von (heute) über 40 Milliarden Lichtjahren umgerechnet wird.

Grüße

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1) Der Durchmesser des Universums selbst ist ungewiss. Wir wissen nur dass das beobachtbare Universum einen Durchmesser von 90 Mrd. Lichtjahre hat. Ja das Universum dehnt sich bis heute mit Überlichtgeschwindigkeit aus. Dafür wird eine seltsame Energie verantwortlich gemacht "die Dunkle Energie". Diese Energie beschleunigt das Universum mit seiner Ausdehnung mit 63,8km/s pro 3 Mio. Lichtjahre. Die Galaxien selbst haben sich deswegen von uns entfernt und sind jetzt viel weiter weg als am Anfang. Die Regel das sich nichts mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen gilt nur für Masse im Universum aber nicht für den Universum selbst.

2) Diese Frage kann man nicht beantworten. Zumindest nicht wie das Universum entstanden ist. Wir wissen aber was es von Energie zu Galaxien gekommen ist: 10^-35 Sekunden nach dem Urknall begann die Inflation (eine plötzlich Beschleunigung der Ausdehnung des Universums). 10^-33 Sekunden nach dem Urknall hörte die Inflation wieder auf und Energie wurde zu Masse (Energie=Masse). Es war so heiß dass es keine Stabile Teilchen gab. Sie sind direkt wieder Zerfallen. Materie bekam die Oberhand über Antimaterie. 10^-12 Sekunden nach dem Urknall hat sich das Universum so weit abgekühlt dass die Teilchen stabil wurden. 10^-9 Sekunden nach dem Urknall waren die vier Grundkräfte gebildet worden. 10^-6 Sekunden nach dem Urknall vereinten sich Quarks zu Protonen, Neutronen und andere Teilchen. Eine Sekunde nach dem Urknall bildeten sich Helium-, Deuteritum- und Lithiumatomkerne. Erst 380.000 Jahre nach dem Urknall begannen die Elektronen um den Atomkern zu kreisen. 100 Mio Jahre nach dem Urknall formten sich die ersten Sterne. Schwarze Löcher wurden immer größer und zogen Sterne und Gas in den Orbit. 400 Mio Jahre nach den Urknall ist darauf hin die erste Galaxie entstanden.

Woher ich das weiß:eigene Erfahrung

Ich finde deine Gedanken sind die philosophischsten welche ich hier gelesen habe.

Solcherlei Gedanken habe ich auch.

Soll der ganze Kram mit den Sternen nun alles sein?

Der Ausweg bietet sich an, die Raumzeit als die Erscheinung höherer Dimensionen zu sehen.

Wenn die Erscheinungen der Materie als Übereinkunft von allen Bewußtseinen gesehen wird könnte das Universum kein Anfang oder Ende haben.

Deine Berechnungen basieren auf deiner Vorstellung das über c nichts möglich ist.

Es gibt Experimente geistiger Natur welche Überlichtgeschwindigkeit nahelegt. Synchronizität ist die höchste Steigerung von Schnelligkeit.

Es gibt die These das ALLES miteinander verschränkt ist.

Es ist wahrscheinlich das, auf Grund von festgefahrenen Überzeugungen, die Materie sich unseren Vorstellungen fügt.

Es ist wahrscheinlich das Materie als unveränderliche Substanz nicht existiert und in Wahrheit eine Ausformung geistiger Dimensionen ist welcher wir auch angehören.

Sich zu fragen wie groß das Universum ist kann vielleicht von uns nicht beantwortet werden weil wir die Schöpfer selbst sind.

Die Frage welche ich mir stelle ist die Frage nach weisem Verhalten.

Ist es weise Andere vor jedem Unglück zu bewahren? So können Andere nicht eigene Erfahrungen machen um sich zu entwickeln.

Liebe ist die Alles verbindende Kraft.

Es gibt nichts als LIEBE.

Stets zu versuchen das Getrennte zu vereinen ist keine schlechte Vorstellung.

Es ist möglich sein Verhalten in diesem Sinn zu wählen und so Ruhe, Frieden und Stille zu erfahren. Harmonie und Liebe können gefühlt werden.

Mir gelingt es auch nicht stets. Ach, das macht nichts.

Wer Großes im Kleinen sieht wird das Staunen nicht verlernen und so mit Gnade Erhabenheit fühlen können.

Die Dimensionen welche sich wirklich lohnen sind geistiger Natur.

Ich wünsche dir Schrödingers Katze.

Es gibt die These das ALLES miteinander verschränkt ist. Es ist wahrscheinlich das, auf Grund von festgefahrenen Überzeugungen, die Materie sich unseren Vorstellungen fügt.

Aber nur in der Esoterik, NICHT in der Physik.

Nein, auch nicht in der Quantenphysik...

Wie's richtig ist, findest Du hier:

http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/04/09/quantenmechanik-die-beliebtesten-phrasen-und-was-dahinter-steckt/

https://www.youtube.com/watch?v=RavR29kXUGw

Was Du da erzählst, das ist nicht Quantenphysik, das ist Quantenschwurbel: Falschdarstellung von Physik, um esoterische Behauptungen wissenschaftlicher klingen zu lassen. Dem Physiker zieht es dabei die Schuhe aus...

Ich wünsche dir Schrödingers Katze.

Ich wünsche Dir ein Physikbuch und eine verschmuste Katze.

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Ich muß nicht Recht haben. Ich sage meine Meinung und jeder kann ablehnen oder annehmen was er möchte. Von Quantenphysik habe ich mit keinem Wort geredet. Wird ein quantenspezifisches Experiment vom Wissenschaftler beobachtet resultieren daraus immer Materie bezogene Ergebnisse. Bei nichtbeobachteten Experimenten resultiert eher ein Ergebniss welches auf Strahlung oder Wellen rückschließen läßt. Somit ist bewiesen das der Geist des Menschen eine starke Auswirkung auf Erscheinungsformen hat. Es ist unbeabsichtigt bewiesen. Zudem finde ich es etwas seltsam das meinen Auslegungen manchmal so viel Frust und sogar Zorn entgegengebracht wird. Nichts desto Trotz wünsche ich dir die besten Gefühle und viel Spaß an der Freude mit deinen Mitmenschen. Auch du Uteausmünchen

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@gforler
Ich muß nicht Recht haben. Ich sage meine Meinung

Die Aussagen der Quantenphysik sind keine Meinungsfragen.

Von Quantenphysik habe ich mit keinem Wort geredet.

Verschränkung ("Es gibt die These das ALLES miteinander verschränkt ist.") und Schrödingers Katze haben natüüüüüürlich gar nichts mit Quantenphysik zu tun. Alles klar... Ähnlichkeiten sind rein zufällig und gäntlich unbeabsichtigt von Dir...

Wird ein quantenspezifisches Experiment vom Wissenschaftler beobachtet resultieren daraus immer Materie bezogene Ergebnisse. Bei nichtbeobachteten Experimenten resultiert eher ein Ergebniss welches auf Strahlung oder Wellen rückschließen läßt. Somit ist bewiesen das der Geist des Menschen eine starke Auswirkung auf Erscheinungsformen hat

Die Aussage zu den Experimenten ist genauso falsch wie die Beschreibung der Verschränkung in Deiner Antwort. Siehe meine Links.

Hast Du eine Quelle für diese unsäglichen Behauptungen?

Zudem finde ich es etwas seltsam das meinen Auslegungen manchmal so viel Frust und sogar Zorn entgegengebracht wird.

Och, ich weise da ganz emotionslos darauf hin, dass Deine Antwort falsch ist, keine Sorge. Aber mal im Ernst: Ist es wirklich so schwer nachzuvollziehen, wenn es Physiker nervt, dass ihr Fachgebiet von allen möglichen Esoterikschwurblern missbraucht wird?

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du bist also eine Physikerin. Gut. Nun beginne ich dir nicht mehr zu glauben. Das die Quantenmechanik hochrangige Physiker Aussagen machen läßt welche eher aus dem Mund eines Geistlichen kommen sollten ist auch Nichtphysikern aufgefallen. Dir Belege zu googeln halte ich für unsinnig. Nun gut. Du bist halt ein wenig von hinten schräg aut Anti- gebürstet und bringst in deine Kritik stets etwas nicht Genantes ein. Esoterikschwurbler kratzen doch eine echte Physikerin nicht die Bohne. Werde froh und schön und tollerant.

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@gforler
Du bist halt ein wenig von hinten schräg aut Anti- gebürstet und bringst in deine Kritik stets etwas nicht Genantes ein.

Du hast die Verschränkung und andere Fachausdrücke genannt.

Beleidigungen ersetzen halt keine Argumente.

Ich rate Dir dringend, endlich mal die beiden Links, die ich im ersten Kommentar eingehängt habe, auch einmal zu lesen. Dann weißt Du, dass die Physik die von Dir gemachten Behauptungen nicht stützt. Auch die Quantenphysik nicht.

Toleranz ist ein wichtiges gesellschaftliches Gut. Man sollte es nicht missbrauchen, Unsinn und falsche Behauptungen gegen sachliche und fachliche Kritik zu immunisieren.

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So genau weiß das die Physik nicht, wg. der Dunklen Materie und Dunklen Energie.
Vom Elektromagnetismus weiß man ein Bisschen, von der Schwerkraft fast nichts.

Der Treiber schlecht hin ist die Wärmeenergie, die seit dem Urknall wirkt.
Jener ist das eine Ende, vor eta 13,8 Milliarden Jahre.
Vom anderen Ende weiß die Physik nichts.
Vereinfacht wg. dem Formel 1 Effekt.
Der Zuschauer sitzt auf einer Tribüne und hört einen lauter werdenden inernalischen Krach, der Boliden die ihm entgegenkommen.
Sind die vorbei gesegelt wird der Krach leiser.
Nennt sich Rotlichtverschiebung (Doppeleffekt).

Nur werden die Boliden nicht langsamer, nur der Schall trägt nicht soweit, bis zum Standort des Beobachters.

Aus selbigem Grund sind "wir" nicht in der Lage die Ränder des Universums zu "sehen" oder zu erreichen.
Zudm wirken noch eine Reihe von Teilchen, von denen zuweilen nur bekannt ist, dass e sie geben musss, aber noch nicht entdeckt sind.
Das Bekannteste ist das Higgs-Boson.
Neuere Antworten werden aus der Quantenphysik erwartet.

In der Antwort stimmt ja gar nichts.

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Ich kapier nicht worauf du hinaus willst.
Kannst du es nicht einfach irgendwie normal beschreiben ?

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@Batista2198

Der Rums passierte vor 13,8 Milliarden Jahren.
Zu diesem Zeipunkt war es schlicht äußert heiß.
Als es dann rumste wurde die gesamte existierende Energie im Hieb freigesetzt.
Siehe oben Wärmenergie.
Heute ist das Universum noch 2 Kelvin "warm" (minus 271 Grad Celsius), weshalb es weiterhin expandiert.

Schlappe 8 Milliarden Jahre später entstand unsere Sonne, die Erde nochmal 500 Jahre später.
Relativ statisch hier in der Galaxie stationiert.
Während das Universum weiter expandiert.
Wir haben hier unseren Tribünenplatz, den Ort von dem aus wir das Drumeherum beobachten.
Während sich die "Ränder" weiterhin von uns entfernen.
Nun die Kiste mit dem Licht.
Alles was uns "begegenet", sprich das was wir "sehen" kommt mit Lichtgeschwindigkeit daher.
Entsprechend kann das Licht uns nicht schneller erreichen, als die die Expansion weiter voranschreitet.

Im Ergebnis ist das was wir sehen schlichter Schnee von gestern.
Was am jeweiligen Ort aktuell ist, "sehen" wir nicht.

Beispiel Eta Carinae, schlappe 7500 Lichtjahre entfernt.
Das was wir "sehen" ist bereits 7500 Jahre alt.
Wenn das Dings rumst und seinen Gammablitz in Richtung Erde entsendet, wird es das Letzte sein was wir jemals sehen werden.
Das kann bereits vor 5000 Jahren oder vor 1.000 Jahren geschehen sein. Wir wissen es nicht.

Ist der Blitz bereits unterwegs, können wir eine Blaulichtverschiebung messen.
Siehe Formel 1 Effekt, der Krach der lauter wird.
Entfernt sich ein Licht von uns messen wir eine Rotlichtverschiebung.

Im Ergebnis weiß die Physik bislang vielleicht 5% und eben 95% genau nicht.

So spricht die Theorie eben von einen Urknall, a) ohne, dass es ein Knall (Krach) gewesen ist, sondern pars pro toto leise und b) "gesehen" hat ihn noch niemand.
Dem Umstand nach, weil die Physik erst bis eine halbe
Sekunde nach dem Urknall "sehen" kann. Es fehlen noch um 500 Millionen Lichtjahre.

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@Batista2198

Lass dir lieber keine Physik von jemandem Erklären, der nicht weiß was der Dopplereffekt ist. ;-)

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