"Wo" dehnt sich der Raum aus?

9 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Ja, er expandiert überall.

Allerdings werden die meisten Systeme durch Gravitationskräfte (z. B. Sonnensystem oder System Mond-Erde) bzw. elektrodynamische Kräfte (z. B. Kern/Hülle in Atomen, Bindungen innerhalb von Molekülen, Van-der-Waals-Wechselwirkung und andere Interaktionen zwischen Molekülen) zusammengehalten, die viel "stärker" sind, als die vermutlich von der Nullpunktenergie (Vakuumfluktuation) "gespeiste" Expansion des Raumes. Deshalb wirst Du selbst (oder ein Gegenstand oder sonstwie ein "eng gebundenes" System) nicht "größer", wenn der Raum expandiert.

Wenn alles gleichmäßig expandieren würde, wäre die Expansion ja auch durch Beobachtungen nicht feststellbar. All Deine "Messinstrumente" (z. B. Maßstäbe) würden schließlich im selben Ausmaß "mitgedehnt".

Vielen Dank für den Stern! :-)

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Ja der Raum zwischen dir und quasi anvisierten Objekt dehnt sich auch aus, aber es dominiert bei so winzigen Entfernungen die gravitative Kraft, diese ist viel viel größer als die expansive Kraft auf so kleinen Skalen, daher ist sie nicht bemerkbar. Je mehr Raum sich zwischen zwei Objekten befindet, also je weiter sie zueinander entfernt sind, desto schneller entfernen sie, außer die Gravitation der beiden Objekte zueinander wäre größer als die expansive Kraft. Die Milchstraße und die Andromedagalaxie wären ein gutes Beispiel, sie nähern sich an, weil ihre Gravitation zueinander stärker ist als die expansive Kraft des Raumes zwischen den beiden Galaxien, obwohl sie 2,5 Millionen Lichtjahre voneinander entfernt sind. Letztlich dehnt sich das ganze Universum quasi ins Nichts aus, denn der Raum ist erst mit dem Urknall entstanden, wie auch Zeit und Materie, es gab keinen Überraum.

Hallo rosepetals,

die Expansion des Universums spielt erst auf sehr, sehr großen Masstäben eine Rolle.

Sie wird durch den Hubble-Parameter beschrieben. Der beträgt etwa

H = 67 km /s Mpc

Das bedeutet: Die Rate, mit der sich der Raum ausdehnt, beträgt etwa 67 km pro Sekunde und pro Megaparsec. Ein Megaparsec sind etwas über 3 Millionen Lichtjahre. Ein Objekt, das eben noch gut 3 Millionen Lichtjahre von uns weg war, ist also eine Sekunde später allein wegen der neuen Entstehung von Raum zwischen uns und dort 67 km weiter weg. (Dem überlagert sind dann die Eigenbewegungen der Objekte, weswegen etwa die Andromeda-Galaxie __netto__ auf uns zukommen kann.)

Wenn man sich diese Zahlen anschaut, wird unmittelbar klar, dass die Ausdehnung des Universums auf Größenordnungen wie die unserer Körper oder unserer Wohnhäuser viel - VIIIIEL - zu klein ist, um eine merkliche Rolle spielen zu können. - Besonders deshalb, weil unsere Körper und überhaupt auch die Atome und Moleküle darin durch die physikalischen Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Unsere Welt wird ja dominiert durch die elektromagnetische Weechselwirkung, die für alle chemischen Bindungen verantwortlich ist, sowie durch die Gravitation, die für die Strukturen des Sonnensystems oder der Galaxien selbst verantwortlich ist. Und diese Kräfte sind auf den fraglichen Maßstäben absolut ausreichend, die Strukturen trotz der Ausdehnung des Raumes zusammenzuhalten.

https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/das-universum-dehnt-sich-aus-die-menschen-aber-nicht/

Ob der Hubble-Parameter wirklich überall im Raum gleich ist, bzw. ob er (geringfügig) andere Werte in Galaxienfilamenten und den gigantischen Voids dazwischen hat, ist übrigens nicht ganz sicher. Nirgends ist er aber (zumindest heute) so groß, dass obige Aussage nicht gelten würde.... bei einem möglichen Big Rip wäre das dann anders.

Grüße

Viele Antworter haben ebenso wie auch Du geschrieben, dass die Ausdehnung des Raums einfach nur zu gering ist, um sie in unserem eigenen Körper, Sonnensystem oder unserer Galaxie erkennen, zu können.

In dem von Dir verlinkten Text schreibt Richard Price aber, dass sich der Raum in den durch stärkere physikalische Kräfte gebundenen Systemen GAR NICHT ausdehnt.

Welche Variante ist nun tatsächlich die Richtige?

Nach Dir und den erwähnten anderen Antwortern dehnt sich der Raum in mir, in Sonnensystemen und Galaxien sehr wohl aus, nur eben zu wenig, um es messen zu können.
Nach Richard Price dehnt er sich in mir, in Sonnensystemen und Galaxien gar nicht aus, sondern beginnt mit der Ausdehnung sozusagen erst dann, wenn die bindenen physikalischen Kräfte wie Gravitation oder elektromagnetische Kraft einen bestimmten Schwellenwert unterschreiten.

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@Mannimanaste

Hallo Manni,

In dem von Dir verlinkten Text schreibt Richard Price aber, dass sich der Raum in den durch stärkere physikalische Kräfte gebundenen Systemen GAR NICHT ausdehnt.

Eigentlich nicht.

Er schreibt:

Der Forscher untersuchte daraufhin das einfachste physikalische System, das Wasserstoffatom, auf sein Verhalten im expandierenden Universum. Der Physiker fand heraus, dass Systeme vom kosmologischen Wachstum unberührt bleiben, wenn die Kräfte, die sie zusammenhalten, über einem bestimmten kritischen Wert liegen.

Da steht, dass die Systeme nicht reagieren, weil die sie zusammenhaltenden Kräfte ausreichend stark sind. Das ist genau das, was hier einige - ich eben auch - schreiben.

Grüße

2
@uteausmuenchen

Ok, danke. "Nicht reagieren" (wie Du es jetzt ausdrückst), oder eben "unberührt bleiben" wie es im Artikel ausgedrückt wird, bedeutet einen Wert der Ausdehnung von 0,00 Periode, also wie ich ja schon sagte, GAR NICHT ausdehnen, also GAR KEINE Ausdehnung.

In Deiner Antwort erklärst Du aber erst mal die Größenordnung der Ausdehnung (67 km pro Sekunde und Megaparsec), und führst dann an, dass dieser Wert auf die Größe unseres Körpers oder gar Atome herunter gerechnet bedeutet, dass "die Ausdehnung des Universums" dort "viel - VIIIEL zu klein" ist, um "eine merkliche Rolle" spielen zu können.

Und das heißt eben, dass die Ausdehnung des Universums dort zwar ebenfalls stattfindet, nur eben so gering, dass wir es nicht messen oder bemerken können, und dass es keine Rolle spielen kann.

Erst dann kommst Du auf die physikalischen bindenden Kräfte zu sprechen, korrigierst aber Deine oben beschriebene Aussage nicht, dahingehend, dass die Ausdehung des Universums innerhalb so gebundener Systeme GAR NICHT stattfindet.

Ich hoffe Du erkennst den wesentlichen Unterschied der beiden Varianten (wenn auch von der Größenordnung her eventuell fast nicht mehr ausdrückbar):

  1. Die Ausdehung des Raumes findet innerhalb Systemen, die elektromagnetisch oder gravitativ über einem bestimmten Schwellenwert gebunden sind, NICHT statt.
  2. Die Ausdehung des Raumes findet innerhalb Systemen, die elektromagnetisch oder gravitativ über einem bestimmten Schwellenwert gebunden sind, zwar auch statt, ist aber zu gering, um eine merkliche Rolle spielen zu können oder messbar zu sein.

Wenn es dem Fragesteller um die sürbare Auswirkungen der Raumausdehung geht, sind Punkt 1 und 2 identisch.
Aber ich denke dem Fragesteller ist schon klar, dass wir die Raumausdehung im Alltag eben nicht spüren, und folglich interessiert ihn/sie genau die Unterscheidung zwischen Punkt 1 und 2:

Dehnt sich der Raum auch in uns selbst aus, oder nicht (und zwar egal in welchen Größenordnungen)?

Die richtige Antwort müsste nach dem von Dir verlinkten Artikel "nein" lauten.
Die Antwort, die Du und einige Andere hier aber gegeben haben, lautet "ja, aber so wenig, dass es keine merkliche Rolle spielen kann".

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@Mannimanaste
Ich hoffe Du erkennst den wesentlichen Unterschied der beiden Varianten (wenn auch von der Größenordnung her eventuell fast nicht mehr ausdrückbar):

Äh... nein: Du verwechselst da etwas: Ausdehnung eines Systems/Objekts und Ausdehnung des Raums ist nicht dasselbe.

Objekte -wir, die Atome in uns, etc. - dehnen sich gar nicht aus, obwohl sich das Universum ausdehnt. Das hat 2 Gründe: Die Ausdehnung des Raums ist auf kleinen Maßstäben vernachlässigbar winzig... UND die machen Objekte noch nicht einmal mit, weil sie durch physikalische Kräfte aneinander gebunden sind.

Die richtige Antwort müsste nach dem von Dir verlinkten Artikel "nein" lauten.

Nein. Das steht nicht dort. Der Autor dort schreibt es genau so wie wir hier auch.

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@uteausmuenchen

Objekte bestehen aber fast nur aus leerem Raum. Daher würden sie auch größer (egal in welchen vernachlässigbaren Größenordnungen), wenn der Raum sich ÜBERALL wo Raum ist ausdehnen würde.

Aber vielleicht ist es ja auch so, dass der Raum sich innerhalb Atomen sehr wohl ausdehnt, der Abstand zwischen Elektronen und Atomkern aber dennoch immer exakt (und unabhängig der Ausdehnung des Zwischenraums) gleich bleibt, solange ein Schwellenwert der dafür verantwortlichen physikalischen Kräfte nicht unterschritten wird, bzw. die Raumausdehnung einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet (Big-Ripp-Wert).

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@Mannimanaste
Objekte bestehen aber fast nur aus leerem Raum. Daher würden sie auch größer (egal in welchen vernachlässigbaren Größenordnungen), wenn der Raum sich ÜBERALL wo Raum ist ausdehnen würde.

Nein.

Das Elektron "umkreist" den Atomkern auf einer bestimmten "Schale" (Orbital), also gewissermaßen in einem gewissen Abstand. (Wobei das Bild einer Kreisbahn faktisch falsch ist, aber das vernachlässigen wir hier mal.) Das tut es, weil dort ein gewisses Potential sein Minimum hat.

Die Expansion des Raumes "zieht" das Elektron zwar ständig vom Kern weg, das Elektron aber erfährt stets eine Kraft in Richtung des Gradienten des Potentials, welche es letztlich wieder ins vorherige Minimum treibt.

Es ist, als würdest Du an einer Feder ziehen. Die Expansion des Raums ist ja nicht "beliebig stark" und "reißt alles mit". Sie nimmt nur Dinge mit, "die sich nicht dagegen wehren", die also kaum einer Wechselwirkung unterliegen. Natürlich nimmt sie beispielsweise ein Elektron faktisch auch mit, aber die elektromagnetische Wechselwirkungen ist um dutzende Größenordnungen "stärker".

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@NoHumanBeing

Danke für Deine Erläuterung. Dann ist es also exakt so, wie ich es oben im zweiten Absatz, der mit "Aber vielleicht ist es ja auch so [...]" beginnt ausgeführt habe, richtig?

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@Mannimanaste

Genau! :-)

Das hier wollte ich noch finden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Effektives_Potential

Da siehst Du sehr schön das Minimum für ein effektives Gravitationspotential, das beispielsweise Planeten relativ stabil auf ihren Bahnen hält. Das ganze ist eine Überlagerung aus dem 1/r²-Potential der Gravitation, welches den Körper zur Zentralmasse hinzieht, sowie der Drehimpulserhaltung, welche den Körper effektiv von der Zentralmasse "abstößt".

Die Coulomb-Wechselwirkung ist ja ebenfalls ein 1/r²-Potential.

Quantenmechanisch sieht das natürlich alles wieder anders aus, aber dafür reichen meine Physik-Kenntnisse nicht aus. ;-) (Ich habe Physik nur im Nebenfach studiert.) Aber ich denke, um eine Vorstellung davon zu bekommen, warum beispielsweise Atome ihre Größe beibehalten, reicht es aus.

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@NoHumanBeing

Ok, danke für die Bestätigung und den Link. Für den reichen meine Bescheidenen Mathe-Kenntnisse aber leider nicht aus.
Aber liese sich so auch definieren, wie groß die Rate der Raumausdehnung werden müsste, um den Schwellenwert zu erreichen, ab dem beispielsweise die Gravitation nicht mehr stark genug wäre, das Sonnensystem stabil zusammen zu halten?

Und wäre das - wie ich mal vermute - ein deutlich geringerer Schwellenwert der Raumausdehnung, als der, ab welchem die elektromagnetischen Kräfte zwischen Elektronen und Atomkern nicht mehr ausreichen würden, um die Atome stabil zu halten (für das zerreisen des Atomkerns selbst, wäre dann wohl ein noch mal viel höherer Schwellenwert der Raumausdehnung nötig)?

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@Mannimanaste
Aber liese sich so auch definieren, wie groß die Rate der Raumausdehnung werden müsste, um den Schwellenwert zu erreichen, ab dem beispielsweise die Gravitation nicht mehr stark genug wäre, das Sonnensystem stabil zusammen zu halten?

Das kann ich Dir leider nicht sagen. Ich weiß nicht, ob das Problem wohldefiniert genug ist.

Und wäre das - wie ich mal vermute - ein deutlich geringerer Schwellenwert der Raumausdehnung, als der, ab welchem die elektromagnetischen Kräfte zwischen Elektronen und Atomkern nicht mehr ausreichen würden, um die Atome stabil zu halten (für das zerreisen des Atomkerns selbst, wäre dann wohl ein noch mal viel höherer Schwellenwert der Raumausdehnung nötig)?

Ja, je kleiner die Strukturen sind, die Du "trennen" willst, desto schneller muss der Raum dafür expandieren.

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@NoHumanBeing

Ok, super! Danke! Das genügt mir, um das Gefühl zu haben, diese Frage im Groben ausreichend zu verstehen. :)

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