Wieso ist das Universum flach?

10 Antworten

Hallo psychonautik,

"flach" meint umgangssprachlich eine platte Fläche wie die Oberseite eines Tisches. Mit dem "flachen Universum" ist etwas ganz anderes gemeint.

Nämlich eine euklidische Geometrie.

Öps. Vermutlich auch nicht verständlicher, eh? ;-)

Fangen wir doch wieder bei einer Fläche an, weil es da anschaulicher ist.

Du kannst Dir bestimmt vorstellen, ein Dreieck auf ein Blatt Papier zu malen. Wahrscheinlich hast Du auch einmal in der Schule gelernt, dass die Winkelsumme in Deinem Dreieck jetzt 180° ist. In der Geometrie nennen wir das "euklidische Geometrie".

Jetzt stellst Du Dir als nächstes vor, Du würdest auf einen Ball (also auf eine Kugeloberfläche) ein Dreieck malen. Die Winkelsumme in diesem Dreieck ist aber überraschenderweise größer als 180°. Und das liegt daran, dass auf einer nach außen gewölbten Kugeloberfläche andere geometrische Eigenschaften gelten als auf einem flachen Blatt Papier.

Würdest Du ein Dreieck auf eine Sattelfläche malen, würdest Du messen, dass die Winkelsumme im Dreieck kleiner ist als 180°... und auch hier hängt das eben mit der veränderten Geometrie zusammen.

Soweit, so verständlich, nehme ich an.

Nun kann man auch im 3-dimensionalen Raum die Winkelsumme in Dreiecken messen. Zum Beispiel bilden Sonne, Mond und Erde ein Dreieck. Man könnte sich aber auch 3 beliebige Galaxien im Universum als Eckpunkte solcher im Raum liegenden Dreiecke denken.

Und wenn wir da die Winkelsumme messen, kommt mit bestmöglicher Messgenauigkeit raus, dass die Winkelsumme 180° ist. Das heißt, dass wir in einem Raum leben, der durch die euklidische Geometrie beschrieben wird.

Das ist eben nicht selbstverständlich. Auch wenn wir uns als dreidimensionale Lebewesen "Krümmungen dreidimensionaler Räume" nicht vorstellen können, so kann man sie doch genauso problemlos mathematisch beschreiben... und unser Universum hätte im Prinzip auch jeder dieser anderen Geometrien unterliegen können.

Die Aussage, das Universum sei "flach" ist nichts als die Hypothese, dass unser Raum überall dieser euklidischen Geometrie gehorcht, die wir hier bei uns messen. Das muss im Prinzip nicht so sein: Unsere Messgenauigkeit könnte zu klein sein, um eine seeeeehr winzige Abweichung von der euklidischen Geometrie nachzuweisen. Und außerhalb des beobachtbaren Universums können andere Verhältnisse herrschen.

Ungefähr klar?

Falls nicht habe ich noch was zu lesen für Dich:

1) Unterhaltsam: http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Deutch/DAS_GEOMETRIKON.pdf

2) Richtig Physik: https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_t04.html#topol

Grüße

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

Vielen Dank das war wirklich extrem verständlich. Kannst du beschreiben wie man sich dann aber in etwa die Form des Universums vorstellen könnte und wieso es überhaupt zu dieser form kommt? Ich hatte es so verstanden, dass die Form dadurch zu Stande kommt, dass sich das Universum so unfassbar schnell ausdehnt, allerdings breitet es sich doch in alle Richtungen gleichermaßen aus oder nicht? Dadurch müsste doch eher eine normale Kugel entstehen.

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@psychonautik

Ich glaube nicht das sie dir eine Form nennen wird. Denn jede Form hat einen Mittelpunkt.

Und den gibt es angeblich nicht. Im umkehrschluss kann das Universum keine Form haben.....

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@psychonautik
Kannst du beschreiben wie man sich dann aber in etwa die Form des Universums vorstellen könnte

Nein, weil wir über die Form des Universums als Ganzes nichts wissen. Wir wissen nicht einmal, ob das Universum als Ganzes endlich oder unendlich groß ist.

Erst mal ist wichtig, zu schauen, dass man das beobachtbare Universum nicht mit dem Universum als Ganzem verwechselt.

Wenn wir davon sprechen, dass das Universum beim Urknall wuzziwuzziklein war, dann ist damit wirklich nur der Raum gemeint, den heute das beobachtbare Universum hat. Also der Teil des Universums, den wir sehen können, weil das Licht seit dem Urknall Zeit hatte, uns zu erreichen.

Das beobachtbare Universum ist tatsächlich eine Kugel - mit uns als Beobachter im Zentrum. Deine Überlegung ("allerdings breitet es sich doch in alle Richtungen gleichermaßen aus oder nicht? Dadurch müsste doch eher eine normale Kugel entstehen.") ist für den beobachtbaren Teil des Universums also richtig.

Es ist aber ein reiner Beobachtereffekt: Von jeder beliebigen anderen Galaxie aus wäre ein Alienbeobachter ganz genauso im Zentrum "seines" beobachtbaren Universums... das dann vielleicht auch Teile des Universums beinhaltet, die von uns aus unbeobachtbar sind.

Am besten kann man das mit Leuten vergleichen, die in Ruderbooten irgendwo auf dem Ozean treiben. Jeder Ruderbootbeobachter befindet sich immer exakt in der Mitte seines Horizontkreises... aber deswegen noch lange nicht in der Mitte des Ozeans.

Genau wie unsere Ruderbootler nichts über die Form des Ozeans als Ganzes sagen können, können wir nichts über die Form des Universums als Ganzem sagen.

Wir können hier eben nur messen, dass im beobachtbaren Universum eine euklidische Geometrie herrscht.

Jetzt kommen wir aber leider erst mal zu einer weiteren wichtigen mathematischen Sache: Geometrie ist etwas anderes als Topologie. Wenn wir hier eine einen Krümmunsparameter von Null ("euklidisch") messen, dann ist das eine Eigenschaft des Raums hier. In der Mathematik findet man aber verschieden geformte Räume mit dieser Eigenschaft. Das flache Universum ist nur eine - sehr einfache - mögliche "Topologie" mit einer euklidischen Geometrie. Tatsächlich hat auch die Oberfläche eines Torus (das ist ein Donut) dieselbe Eigenschaft... oder die Oberfläche eines Dodekaeders mit aneinandergrenzenden flachen Seiten, oder...

Das unendliche, "flache" Universum ist also nur eine __mögliche__ Lösung, die verträglich ist mit unserer Messung, dass wir keine Krümmung finden. Wir können aber weder ausschließen, dass im unbeobachtbaren Teil des Universums andere Zustände herrschen, noch dass unsere Messung genau genug ist... die Krümmung könnte da sein, aber unter der Messgenauigkeit liegen.

Bissi genauer findest Du es im zweiten meiner Links - da wo ich "richtig Physik" davor geschrieben habe. Und ja, ich kann verstehen, wenn das die Anschauung strapaziert. ;-)

Ein Wort noch zur Ausdehnung: Nein, das führt nicht allgemein auf eine Kugel. Ausdehnung ist etwas, das alleim __im Universum__ stattfindet. Ausdehnung bedeutet, dass zwischen den Galaxien neuer Raum entsteht.

Stell Dir dazu als Beispiel einfach einmal ein "Ballonhüllenuniversum" vor. (Wir müssen halt alles wieder um eine Dimension verringern, weil unser Vorstellungsvermögen sonst an seine Grenzen kommt.

Stellen wir uns vor, wir würden in der Hülle eines Ballons leben. Es gäbe in unserem Ballonhüllenuniversum kein oben und unten. Es gibt auch keinen Mittelpunkt unseres Universums, weil alle Punkte in der Ballonhülle völlig gleichwertig sind.

Du kannst Dir vorstellen, dass auf den Ballon Punkte gemalt sind, die wir in der Entfernung sehen. Wir können uns nun vorstellen, was passieren würde, wenn unser Ballonhüllenuniversum "aufgeblasen" wird: Die Punkte entfernen sich voneinander, so wie wir es in unserem Universum beobachten: Die Entfernung zu einem Punkt nimmt umso schneller zu, je weiter er von uns schon weg war.

Trotzdem gibt es im Ballonhüllenuniversum keinen Mittelpunkt, von dem sich alles entfernt. Es dehnt sich auch nicht in etwas hinein aus oder hat Grenzen.

Vielleicht wird an diesem Beispiel klar, dass "Ausdehnung" nichts über die Form des Universums aussagt...?

Grüße

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Wenn wir nun in einem Kugelförmigen Universum Leben würden hätten wir die Winkelsumme genauso deviniert.

Du weist doch gar nicht ob ein Flaches Blatt eine Krűmmung hat.

Unser Winkelmesser wäre an diese Krűmmung "angepasst " und die Skala, die draufgedruckt ist, ist auch gekrűmmt. Nur so winzig das wir es nicht sehen ( vileicht sind wir auch gekrűmmt, die Erde hat Masse und Krűmmt den Raum .....)

Nehmen eine Wasserwage. Alles worauf du sie legst ist als GERADE BZW FLACH definiert. Ich mache nun damit einen GERADE Strich.

42 000km lang ..... und bin einmal RUND um die ERDE.

Ein Flacherdler wûrde nun sagen das die THEORIE der Flachen Erde BEWIESEN ist.

......nur weil ein Dreieck zwischen Sonne,Erde und sonst wo, mit unseren Messgeräten 180 grad hat , sagt das noch nichts ûber das gesamte Universum aus.

Selbst mit Laser könnte man nicht messen, weil Licht auch dem gekrűmmten Raum folgt.

Mit einem Laser könnte man die Kugelform der Erde Beweisen.

Der Abstand von der Erdeoberfläche zu einem Laser, der mit einer Wasserwage ausgerichtet wurde,wird immer Gröser mit zunehmender Krűmmung

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@Blume8576

Und wieder einmal die schon mehrfach an Dich von mehreren Usern geäußerte Bitte, hier nicht immer wieder längst beantwortete Fragen einzustellen, die nur dem Zweck dienen sollen, Fragesteller zu verwirren. Denn Du liest die Antworten ja nicht... sonst müsstest Du ja nicht immer wieder dasselbe hier rein schreiben.

Denn jede Form hat einen Mittelpunkt.

Falsch. Eine Kugeloberfläche hat zum Beispiel keinen Mittelpunkt. Eine Torusoberfläche hat zum Beispiel keinen Mittelpunkt. Nur um 2 Beispiele zu nennen.

Nehmen eine Wasserwage. Alles worauf du sie legst ist als GERADE BZW FLACH definiert. Ich mache nun damit einen GERADE Strich.
42 000km lang ...

Und Dir wurde schon mehrmals gesagt, dass das nicht geht, weil man eben dabei die Krümmung berücksichtigen muss. Siehe Brückenbau. Siehe lange gerade Eisenbahnstrecken,....

Wenn wir nun in einem Kugelförmigen Universum Leben würden hätten wir die Winkelsumme genauso deviniert.

Gut möglich... nur ist die Winkelsumme eben nur eine von vielen Eigenschaften der euklidischen Geometrie. Eine, die sich anschaulich und einfach erklären lässt.

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Es handelt sich um eine Betrachtung der Eigenschaften der Expansion des Raumes und des Raumes. Diese Eigenschaft wird als flach bezeichnet. Es bleibt trotzdem ein Raum. Die besondere Eigenschaft besagt, dass die auf der Erde beobachtete Geometrie im gesamten, beobachteten Weltraum gültig ist.

Es mag verwirren, dass flach zu nennen. Ein anderes Wort hätte aber auch erst erfunden werden müssen und flach korrespondiert gut mit den flachen Eigenschaften der Planimetrie (Dreieck hat eine Innenwinkelsumme von 180 Winkelgrad) gegenüber sphärischer Geometrie (Winkelsumme bei konkaven oder konvexen Objekten weicht von 180 Grad ab).

Physiker haben dazu noch die unangenehme Angewohnheit, gleichartige Dinge einfach mal in nur einem Symbol zusammenzufassen. So wird gerade in der Relativitätstheorie gerne mal der Raum-Zeit-Ortsvektor statt als (x, y, z, t) kürzer als (x-quer, t)  (x-quer als x mit einem Strich drüber) geschrieben. Und so ein Bild wird zum Anfang als Analogie für die Verformung des Raumes durch Gravitation gezeigt, da werden einfach Raumdimensionen zusammengefasst, um den eigentlichen Aspekt der raumverformenden Gravitation besser zu zeigen. Nur ein Modell, nicht eine Aussage über das Universum. 😎

Also: Der Raum wird flach genannt, weil die Planimetrie über große Distanzen gültig bleibt. Das ist eine wichtige Erkenntnis und um die ging es hier.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik

Flach in diesem Zusammenhang bedeutet nicht, daß es eine Ebene mit nur zwei Dimensionen ist.

Sondern daß die Metrik des Raumes im Großen von einem euklidischen Raum nicht unterscheidar ist.

Im Großen meint hierbei bei Betrachtung des ganzen Raumes.

Lokal kann die Metrik abweichen zB an Stellen an denen große Massen auf kleinstem Raum konzentriert sind.

Dass unser Universum sich uns als "flach" darstellt, bedeutet, dass — mit der Genauigkeit, mit der wir das direkt oder indirekt beobachten können — jedes Dreieck darin als Winkelsumme genau 180 Grad hat.

jedes ebene Dreieck...

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@grtgrt

Es sind ja Dreicke im Weltraum bzw. in der Raumzeit gemeint, nicht solche auf der Erdoberfläche.

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@grtgrt

Dann solltest du das so schreiben, sonst ist es ungenau.

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@DerRoll

Du hast recht. Hätte ich machen sollen. Danke.

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@grtgrt

Vielleicht macht der folgende Aufsatz es klarer (die in den Bildern dort abgebildete 2-dimensionale-netzartige Struktur symbolisiert die 3-dimensionale im Raum, in der die Dreicke liegen, von denen ich rede. Mit anderen Worten: Die Geodäten in diesen schwarzen Flächen stehen für die Geodäten im Raum, d.h. für die Wege, die dort das Licht nimmt und die nahe großer Massen - etwa nahe unserer Sonne - gekrümmt sind. Seiten der Dreiecke, von denen ich spreche, verlaufen entlang je einer solchen Geodäte.

https://www.scinexx.de/dossierartikel/das-flachheits-problem/

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Und mit einer Wasserwage kannst du beweisen das die Erde Flach ist ????

.....ich baue mit einer Wasserwage eine GERADE Mauer RUND um die Erde. .......die Luftblase war zu jedem Zeitpunkt exakt zwischen den Strichen. .... also Erde Flach? ???

Mit einem Laser kann man beweisen das die Erde gebogen ist .....

Das Universum ist so riesig, so ein großes Dreieck kannst du gar nicht Zeichen um die deine Aussage zu bewiesen

Wenn es die Raumkrűmung gibt ist jedes Messgerät, das wir bauen, mit gekrűmmt. .....

Und selbst ein Dreieck aus Laser, quer durch die Galaxie, wûrde wahrscheinlich zu klein sein und das laserlicht der Krűmmung Folgen. ...

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@Blume8576

Du hast völlig recht.

Deswegen schrieb ich ja: "... mit der Genauigkeit, mit der wir das direkt oder indirekt beobachten können".

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Als Laie: Die im Universum vorherrschende Raumzeit wird "flach" dargestellt.

Die Raumzeit ist eine Kombination aus den drei Raumdimensionen und der Zeit und wurde von Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie auf Basis der Differentialgeometrie von Riemann modelliert um Gravitation zu erklären.

Stell dir vor, du hast ein straffes großes Tuch gespannt, welches die Raumzeit sein soll. Auf dieses legst du einen Medizinball (viel Masse) und ein paar Murmeln (wenig Masse).

Die Objekte krümmen das Tuch dann in unterschiedlicher Weise. Der Ball krümmt es mehr (=größere Gravitation), die Murmeln krümmen es weniger. Wir auf der Erde kreisen beispielsweise um die Sonne, da unsere Umlaufbahn in der Raumzeitkrümmung (Mulde) der die Sonne liegt. Wenn die Raumzeit auf diese gekrümmt ist, gibt es auch Auswirkungen auf die Zeit: Je größer die Krümmung, desto langsamer vergeht die relative Zeit an diesem Ort.

Siehe auch: Schwarze Löcher. Diese Burschen krümmen die Raumzeit so sehr, dass nicht einmal Licht reflektiert werden kann.

Woher ich das weiß:Hobby – Persönliche Interessen, z.T. auch im Studium behandelt.

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