Wodurch wird Licht im Universum aufgehalten? Welche Faktoren spielen dabei eine Rolle?

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15 Antworten

Hi,

das ist recht einfach zu beantworten. Zunächst einmal ist das Weltall gar nicht so leer, wie du vermutest, dazu aber später mehr. Viel wichtiger ist es zu wissen, warum das Licht mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.

Nehmen wir mal einen hypothetischen Referenzstern, dessen Werte nicht real sind, sondern nur der einfachen und verständlichen Rechnung dienen. Wenn du schonmal den Vollmond oder mit einer Sonnenschutzbrille die Sonne beobachtet hast, wirst du unzweifelhaft wissen, dass sie am Himmel in Form einer Scheibe erscheinen. Dies gilt für jedes Objekt am Himmel, also auch Sterne, wenngleich ihre Scheiben geradezu winzig erscheinen.

Nehmen wir für unseren Referenzstern einen Scheibendurchmesser von 1° bei Entfernung x an. Nehmen wir weiter an, bei Entfernung x treffen 100 Photonen des Sterns auf unsere Netzhaut. Nun entfernen wir uns von dem Stern, bis wir die Entfernung 2x erreichen. Erwartungsgemäß besitzt die Sternscheibe nur noch den halben Durchmesser (da wir ja doppelt so weit weg sind wie zuvor) sowohl durch die x-Achse als auch durch die y-Achse. Somit besitzt die Sternscheibe nur noch ein Viertel ihrer scheinbaren Größe - und lässt damit auch nur noch 25 Photonen auf unsere Netzhaut fallen. Oder wie es die anderen User sagten: Die Helligkeit nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die anderen 75 Photonen, die bei Entfernung x noch auf die Netzhaut trafen, fliegen nun vorbei und landen im Gesicht oder fliegen sogar an deinem Kopf vorbei.

Ein weiterer Geischtspunkt ist, wie bereits angesprochen, dass das Universum nicht so leer ist, wie du annimmst. Genau genommen ist der Begriff Universum hier schon fehl am Platz; denn der absolute Großteil der beobachtbaren Objekte, bis auf wenigste Ausnahmen gehört zu unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Und die ist als typische Balspiralgalaxie völlig überfüllt mit kosmischen Gas- und Staubwolken. Genau in Richtung Zentrum der Milchstraße befinden sich in der tat extrem dichte Dunkelwolken, die den Blick ins Znetrum selbst versperren. Wären keinerlei Wolken vorhanden und die Sicht absolut frei, würde das Zentrum der Galaxie unsere Nacht erhellen und mit einer ähnlichen Leuchtkraft wie unser Vollmond erstrahlen. Aber man kann halt nicht alles haben.

Zu guter Letzt wäre dann noch die Lage des Sonnensystems zu nennen. Wir befinden uns nämlich in einer recht sternenarmen Gegend der Milchstraße. Das der absolute Großteil unserer Sternennachbarn selbst so leuchtschwach ist, dass er für das bloße Auge völlig unsichtbar ist, macht diesen Umstand nicht einfacher. Dies sind also die drei Haupgründe, warum wir nur so wenig Sterne am Himmel sehen könnte.

Für all jene, die in unmittelbarer Nähe einer Großstadt leben, und damit meine ich weniger als 100 km bis zur nächsten 100.000 Einwohner-Stadt, kommt noch ein weiterer Punkt hinzu: Lichtverschmutzung. Lichtverschmutzung ist kurzgesagt durch Kunstlicht aufgehellter Nachthimmel. Auch wenn der Himmel schwarz erscheint, so leuchtet er doch in der Tat, oder besser gesagt, er reflektiert das Licht von Straßenlaternen, Autos, Leuchtreklame u.ä. Durch diese diffuse Streulicht werden leuchtschwache Sterne und andere Himmelsobjekte unsichtbar, da der Himmel selbst nun heller strahlt.

Übrigens: Zwar ist die Dichte des Universums wirklich sehr gering, aber man sollte aufpassen, dass man sich diesbezüglich nicht verhaspelt. Den Begriff "Universum" sollte man nur dann verwenden, wenn man wirklich das Universum oder zumindest das sichtbare Universum meint, und nicht, wenn man nur einen Teil meint. Denn obwohl die Milchstraße aus unserer Sicht aus "praktisch Nichts" besteht, ist ihre mittlere Dichte doch rund 50.000.000 mal höher als die mittlere Dichte des Universums. Generell kann man sagen, je kleiner die Strukturen werden, desto höher wird die Dichte. Eine gute Webseite zur Verdeutlichung der Strukturen des Universums ist diese hier:

http://www.atlasoftheuniverse.com/

So, der Text ist wieder mal ein bisschen läger geworden als ursprünglich erwartet. Ich hoffe, damit sind alle fragen beantwortet. Falls nicht -> nochmal fragen. LG

Dunkelwolken versperren den Blick zum Zentrum der Galaxie - (Physik, Licht, Universum)

Wie kann man den bitte die durchschnittliche Dichte des Universums herausfinden :D? Trotzdem super Antwort! Hat mir wirklich geholfen!

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@Flunker

Erstmal Danke für den Stern. Und was die Dichte angeht, so berechnet man sie auf dieselbe Weise, wie sonst auch: Masse durch Volumen.

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@89000

Traut man sich da nicht etwas zuviel zu, wenn man sagt, man kennt die Masse des Universums :D?

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Diese Frage ist in der Literatur zu finden unter dem Stichwort Olbersches Paradoxon. Bei einem unendlich großen Universum müsste der Nachthimmel gleichmäßig hell erscheinen, weil in jeder Richtung unendlich viele Sterne sichtbar sind.

Einfach gesagt sehen wir so wenige Sterne, weil es so wenige gibt, sprich die Anzahl der Himmelskörper und die sichtbare Ausdehnung des Universums sind endlich. Ein bißchen Absorption an Gaswolken und interstellarem Medium kommt dann auch noch dazu, Aber das ist vernachlässigbar. Es stimmt schon, dass ein Photon im Prinzip beliebig weit propagieren kann bevor es in irgendeiner Wechselwirkung vernichtet wird. Die Massenverteilung im Universum ist inhomogen und wir sehen nur einen kleinen Ausschnitt davon.

Danke!

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Den mit Abstand wichtigsten Grund, aus dem das Licht von weiter entfernten Sternen (oder allgemein Himmelskörpern) schwächer erscheint als der von näheren kannst du dir so verdeutlichen:

Stell dir ein Rad von einem Fahrrad vor. Wenn du den Abstand einzelner Speichen ganz außen misst, ist der dort deutlich größer als weiter innen. Näher am Mittelpunkt sind die Speichen also dichter. Ähnlich ist es mit dem Licht - näher an der Quelle ist auch die "Dichte" des Lichtes (genauer: die Intensität) höher. Andere Faktoren wie die Schwerkraft spielen da nur eine untergeordnete Rolle.

Genau den Gedanken habe ich unten grade auch geäußert. Trotzdem danke nochmal fürs antworten :)

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Wenn Planeten in anderen Sonnensystemen weit weg sind, können wir sie nicht sehen, weil sie einfach viel zu klein sind für das menschliche Auge. Ist doch genau wie auf der Erde, Licht ist am Tag immer da und wird refklektiert trotzdem kannst du nicht jedes einzelne Haar eines Menschen aus 100 Meter Entfernung erkennen. Das Weltall ist unendlich weit, das Auge ist gar nicht dazu fähig so weit entfernte und winzige Dinge zu erkennen, auch wenn Licht drauf fällt.

Da ist was dran. Ich kann mir vorstellen, dass viel weniger Photonen unser Auge erreichen von einem weit entfernten Planeten, als von einem sehr nahen, da nur begrenzt viele Photonen ausgestrahlt werden und deswegen auf Dauer immer "gesprenkelter werden".

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Licht ist ein Strahl von vielen, vielen Photonen (mit verschiedenen Frequenzen). in der reise durch das Universum werden immer wieder Photonen absorbiert und gehen verloren. Es kann auch sein, dass sie Energie verlieren wenn sie durch ein Gas kommen, dann reisen sie mit einer tieferen Frequenz weiter.

Photonen können zwar über 13 Milliarden Jahre überleben, wie die Existenz der Kosmischen Hintergrundstrahlung beweist, aber ich denke, dieser kosmische Mikrowellen-Hintergrund ist nur ein schwacher Schatten dessen, was er früher war: weniger Energie, weniger Photonen...

Auf eine Frage habe ich aber so spontan keine Antwort: wenn Photonen unterwegs absorbiert werden, dann würde die sichtbare helligkeit von weit entfernten Sternen ja auch davon abhängen, was das Licht unterwegs so alles antrifft. Aber ich glaube nicht, dass man das bei den Berechnungen berücksichtigt... Vielleicht weil man davon ausgeht, dass das Universum in grösseren Masstäben homogen und isotrop ist...

Du könntest auch fragen, warum sehen wir einen nahen Baum, groß und je weiter wir davon entfernt stehen, um so kleiner, bis wir Ihn gar nicht mehr sehen können. Aber nimmst du ein Fernrohr in die Hand und schaust dir den Baum an der weit entfernt steht und den wir mit bloßen Augen kaum noch sehen können, sehen wir Ihn wieder groß und deutlich. So auch mit den Sternen. Wir sehen den Himmel oder alles auf der Erde mit unseren Augen, unvergrößert und 1:1. In unserem Kopf steckt leider kein Teleskop mit dem wir alle Objekte ran Zoomen könnten. So sehen wir die Dinge die in unserer Nähe sind deutlich und weit entfernte Objekte, undeutlich und klein. Das gilt auch für den Raum. Je weiter ein Objekt entfernt ist, um so kleiner oder undeutlicher sehen wir es. Das Licht streut auch mit zunehmender Entfernung und wird von zahlreichen Dingen, abgelenkt oder stößt mit Ihnen zusammen. Der Raum ist erfüllt mit kleinen und großen Teilchen. Wenn ein Stern 10 Lichtjahre von uns entfernt steht, stoßen die Teilchen also abermilliarden mal, mit anderen Teilchen zusammen oder werden von großen Objekten, einfach abgelenkt. Unsere Augen sind auch ziemlich Licht-schwach. Erst ein Teleskop sammelt genug Licht, damit wir es sehen können, und das auch noch vergrößert.

Licht von weit entfernten Sternen ist allein schon deshalb oft sehr schwach oder gar nicht mehr wahrzunehmen, weil sich ihre Strahlen von einem räumlich meist relativ begrenzten Raum aus ausbreiten und sich immer weiter über das Universum verteilen. Dadurch geht natürlich viel an Intensität verloren. Das kannst du im kleinen Maßstab mal selber testen. Nimm eine Taschenlampe und leuchte eine mehrere Meter entfernte Wand an. Der ausgeleuchtete Teil ist weitaus größer als der Durchmesser des vorderen Teils der Lampe. Oder lasse dich selber anleuchten. Da kannst du ganz ähnliches beobachten. Auch wenn moderne Lampen oft sehr hell sind, je weiter weg man von der Lichtquelle steht desto dunkler erscheint sie.

Gaswolken und andere Dinge spielen natürlich ebenfalls ein Rolle bei der Schwächung oder der Verschluckung von Licht im All.

VIelen Dank, das wirds sein :)

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DAS ist nur ein Teil des Problems. Es ist schon komplizierter, als du es hier darstellst. Google mal nach Olberssches Paradoxon

http://de.wikipedia.org/wiki/Olberssches_Paradoxon

oder sieh dir meine Antwort an.

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@strandparty

Ich habe ja nicht behauptet, dass meine Antwort alle Faktoren für das vom Fragesteller genannte Problem berücksichtigt. Dazu ist mein Wissen diesbezüglich zu begrenzt. Doch mit Sicherheit nennt sie einer der wichtigsten Faktoren, jedenfalls sehe ich das so. Vor allem liefert meine Antwort eine plausible Erklärung.

Dein Link mit dem Paradoxon ist aber auf jeden Fall sehr interessant. Andererseits wäre es zu umfangreich gewesen und hätte den Fragesteller womöglich verwirrt, wenn ich alle wissenschaftlichen Erkenntnisse und Theorien zu diesem Thema zusammen getragen und angeführt hätte. Hinzu kommt die Vielfalt an sich teils gegenseitig widersprechenden Thesen der einzelnen Wissenschaftler. Das geht sogar aus dem genannten Link hervor. Mittlerweile wird von einigen Experten sogar der Urknall in Frage gestellt.

Weitere Details und Fragen siehe unten.

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doch, Licht von weit entfernten Sternen ist schwächer. deshalb verwendet man ja Supernovae, um Entfernungen zu bestimmen: von den Supernovae weiss man, wie hell sie sind, und je nachdem wie stark oder schwach ihr licht ist, so nah oder weit sind sie von uns entfernt...

Das gilt hier auf der erde für Scheinwerfer von Autos genauso...

Je nach medium (Vakuum, wasser, Luft, etc) bewegt sich das Licht schneller oder langsamer, deshalb hat man ja die diffraktion durch ein glasprisma, oder sieht einen Knick in einem geraden Stab, den man ins Wasser taucht...

Ja gut, aber wieso sollte das Licht schwächer werden auf dem Weg hierhin?

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@Flunker

Die andere Antwort, die du bekommen hast, scheint die richtige zu sein: durch die weitere Ausdehnung im Raum "verdünnt" sich die Strahlung, d.h. die gleiche Anzahl Photonen verteilen sich auf mehr Raum, daher ist die Anzahl Photonen pro Einheit raum geringer...

ausserdem verliert das Licht an Frequenz: die Wellenlänge wird immer länger (die energie immer schwächer). Deshalb ist der Komische Mikrowellen-Hintergrund auch im Mikrowellen bzw. Radiowellen-Bereich: das sind die Elektromagnetischen Wellen mit der geringsten Frequenz (und höchsten Wellenlänge). In den 13,7 Milliarden jahren ist ihnen so viel an Energie verlorgen gegangen, dass sie nicht mehr sichtbar sind!

Heureka, das ist die Antwort. die Photonen verlieren an Frequenz (schwingungen werden immer langsamer), bis sie aus dem sichtbaren Spektrum herausfallen und sich in Infrarot, Mikrowellen, Radiowellen verwandeln...

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@Iwaasnet

Heureka, das ist die Antwort.

Scheint mir überaus plausibel und ist ein echt neuer Ansatz der Betrachtung. Klasse.

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Du hast schon einige sehr gute Antworten bekommen. Auf eines möchte ich noch aufmerksam machen:

Licht bewegt sich ja solange im All fort, bis es auf etwas trifft.

Und manchmal noch weiter. Unser Mond leuchtet nicht aktiv, sondern reflektiert das von der Sonne ausgestrahlte Licht. Die Reise eines Photons muß also an einem Hindernis nicht zwingend zu Ende sein.

wenn das licht weiter weg ist verleirt es auf dem weg eben ein wenig ennergie ist wie bei einer taschenlampe in der ferne is das licht ja auch ganz schwach...

Ja, aber das liegt daran, dass dazwischen Luft ist, dass ist im Weltraum nicht der Fall.

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Eben, du siehst nur Stellen wo Materie ist, die das Licht von Sternen reflektiert oder die Sterne ( Lichtquelle) selbst.

Ja, aber es gibt doch sicher mehr Sterne im Weltall als ich sie am Nachthimmel sehe? Stern sagt ja schon aus, dass sie Licht senden, weil irgendwas in ihrem Inneren verbrennt.

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sterne sind sooo weit weg und das licht braucht auch ne gewisse zeit

es kann z.b. sein das sterne schon erloschen sind wir aber erst JETZT das licht "sehen" weil das licht erst "jetzt" "hier" "ankommt" (weisst du was ich meine)

Und inwiefern war das eine Antwort auf meine Frage?

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@Flunker

die frage war doch unteranderem warum wir so "wenig" sterne sehen,,,,,

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Weil die Leuchtdichte umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung abnimmt.

Erstens expandiert der Raum, so dass das Licht von sehr weit entfernten Sternen noch gar nicht da ist. Zweitens verdünnt sich das Licht proportional zum Quadrat der Entfernung, d.h. eine Lichtquelle die doppelt so weit entfernt ist, leuchtet nur noch mit einem Viertel der Stärke. Und drittens ist ja doch einiges dazwischen, vor allem Gaswolken.

Das ist auf der Erde der Fall, im Weltall kann er doch nciht stimmen, da das Licht, besser gesagt die Photone (=das woraus Licht besteht) auf nichts trifft.

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@Flunker

Doch, sogar der Raum zwischen den Galaxien enthält etwas Materie. In unserer Galaxis, besonders wenn du ihrem Zentrum blickst, gibt es viele Gaswolken.

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@strandparty

Das stimmt. Aber der Hauptgrund für die Schwächung des Lichtes ist wie unten (oder oben) erwähnt, dass Licht begrenzt ist, und je weiter es sich ausbreitet, immer weniger Photonen sich Platz teilen müssen, sprich die "Dichte" (ist glaube ich wissenschaftlich nicht korrekt) wird kleiner. Aber das was du sagst, ist auch ein Grund dafür. Vielen Dank fürs antworten :)

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Uns erreicht allerdings Licht aus über 13 Milliarden Lichtjahren Entfernug (laut wissenschaftlichen Meldungen). Entferntere Sterne werden momentan gar nicht vermutet. Das widerspräche auch dem Verhältnis vom Alter des Universums und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lichtteilchen. Der Rest stimmt aber.

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@gerechttigkeit

Man weiß heute, dass das Universum mindestens 78 Milliarden Lichtjahre groß ist, vermutet sogar, dass es in alle Richtungen unendlich ist. Gemäß der Inflationstheorie hat es sich im Laufe seiner Existenz mehrmals mit Überlichtgeschwindigkeit ausgedehnt.

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@strandparty

Das mit den 78 Milliarden Lichtjahren könnte vielleicht stimmen. Jedoch stellt sich mir dabei eine wichtiger Frage. Auf der einen Seite soll sich das All teilweise mit Überlichtgeschwindigkeit ausgedehnt haben (habe schon davon gehört). Andererseits wird behauptet, dass nichts schneller als Licht sein kann. Wie passen aber beide Theorien zusammen? Ich will als Laie (mit Grundkenntnissen) hier nichts abstreiten, doch würde mich ehrlich interessieren, wie man diesen scheinbaren Widerspruch erklären kann. Ich wäre erfreut, wenn mir jemand konkret diese spezielle Frage beantworten könnte.

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@gerechttigkeit

Gemäß SRT und ART kann sich IM Raum nichts schneller als mit Vakuumlichtgeschwindigkeit fortbewegen, ABER der RAUM selbst, kann sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen.

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@strandparty

Danke, das ist schon mal eine gute Erklärung. Allerdings ergibt sich daraus eine Endlichkeit des Alls, denn wenn sich der Raum noch ausdehnt, dann kann er ja noch nicht unendlich groß sein, (also innerhalb der 3. Dimension). Du zitierst: "...wie die neuesten Modelle nahelegen sogar unendlich groß." (Nach meinem bescheidenen Verständnis) ergibt sich daraus ein Widerspruch. Ist das All nun endlich oder unendlich?

Darüber hinaus stellt sich mir die Frage, ob es tatsächlich im Universum in Richtung "Außenrand" keine Materie gibt, da diese sonst ebenfalls teils schneller als Licht sein müsste, was ja meistens mit Nein beantwortet wird. Entsprechend würde sich jenseits der Materieansammlungen (bei einem unendlich großen Kosmos) nur das "Nichts" ausdehnen. Wenn sich aber das "Nichts" ausdehnt, müsste es ja aber immer dünner werden. Aber wie dünn ist ein verdünntes "Nichts"?

Aber wer weiß, vielleicht besteht ja das besagte Nichts in Wahrheit doch aus Materie oder irgendeiner Energieform, nur in einer anderen Dimension. Leider versagt spätestens an dieser Stelle mein Verstand. Wobei selbst für die klügsten Wissenschaftler vieles noch rätselhaft ist und nach deren eigenen Aussagen auch noch bleiben wird.

Jedenfalls bin ich sehr offen für solche Themen und werde mich nach Möglichkeit weiter informieren. Die wichtigste Voraussetzung zum dazu lernen habe ich - ich halte bis zum schlüssigen Gegenbeweis fast nichts für unmöglich, sondern äußere höchstens Zweifel.

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@gerechttigkeit

Allerdings ergibt sich daraus eine Endlichkeit des Alls, denn wenn sich der Raum noch ausdehnt, dann kann er ja noch nicht unendlich groß sein,

Das seh ich nicht so. Selbst die Mathematik, ich ja bekanntlich der Erkenntnis und Beschreibung der Realität immer etwas hinterher hinkt, kennt verschiedene Mächtigkeiten des Unendlichen.

http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/228773

Es gibt Zahlenmengen, die mehr Zahlen enthalten als unendlich große Zahlenmengen

+

Ist das All nun endlich oder unendlich?

Die Menschheit weiß es noch nicht, aber vermutlich eher unendlich groß ... und wächst immer schneller.

Darüber hinaus stellt sich mir die Frage, ob es tatsächlich im Universum in Richtung "Außenrand" keine Materie gibt, da diese sonst ebenfalls teils schneller als Licht sein müsste, was ja meistens mit Nein beantwortet wird.

Es gibt keinen Außenrand. Hinter dem Ereignishorizont geht es ganz normal weiter. Die Materie dort entfernt sich von uns mit mehr als Lichtgeschwindigkeit, weil sich der Raum dort so schnell ausdehnt. Du kennst vermutlich Raumschiff Enterprise , das der Idee nach mit Überlichtgeschwindigkeit reist. Die Idee widerspricht NICHT der RT, denn das Raumschiff soll den Raum verzerren.

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@strandparty

Wobei selbst für die klügsten Wissenschaftler vieles noch rätselhaft ist

So ist es, und es sind mit Sicherheit noch ganz viele Vorstellungen, die die Menschheit vom Universum hat, falsch.

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@strandparty

Also das mit der Unendlichkeit bezog ich ganz bewusst auf die 3. Dimension, weil ich damit sagen wollte, dass das All sich dann (nach meinen derzeitgen Glauben) zwar nicht mehr räumlich ausdehnen kann. Bei mehr als drei Dimensionen mag das aber möglich sein.

Das es Zahlenmengen gibt, die mehr Zahlen als unendlich große Zahlenmengen enthalten, (vermute) ich ebenfalls. Dabei fällt mir eine Frage ein. Wenn ein Raum (3. Dimension) aus unendlich vielen Flächen (2. Dimension) besteht, diese wiederum aus unendlich vielen Linien (1. Dimension) und diese ihrerseits aus unendlich vielen Punkten, aus wievielen Punkten besteht dann ein Raum oder gar ein möglicherweise endloses All? Das müssten dann mehr als unendlich sein, oder?

Mit der Frage: "Ist das All nun endlich oder unendlich?" wollte ich vor allem zum Nachdenken anregen. Das diese Frage niemand wirklich beantworten kann, ist klar.

Den Begriff "Außenrand" habe ich gewählt, weil ich nicht wusste wie ich mich ausdrücken sollte, und weil ich nicht leichtfertig auf Fachbegriffe zurückgreifen wollte. Zudem habe ich ihn extra ihn Anführungszeichen gestzt, um dies zu verdeutlichen. Immerhin hast du offenbar verstanden, was ich damit sagen wollte.

Die Frage ob man den Raum verzerren kann, finde ich äußerst interessant. Allein die sich dadurch bietenden eventuellen Möglichkeiten würden so revolutionär sein, dass man letztendlich doch wieder Zweifel daran bekommen kann. Regelrecht schwerwiegende Konsequenzen würden dagegen Zeitreisen haben (sollten auch diese eines Tages möglich sein). Meine theoretischen Gedanken dazu würden Buchseiten füllen.

LG

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@gerechttigkeit

Wenn ein Raum (3. Dimension) aus unendlich vielen Flächen (2. Dimension) besteht, diese wiederum aus unendlich vielen Linien (1. Dimension) und diese ihrerseits aus unendlich vielen Punkten, aus wievielen Punkten besteht dann ein Raum oder gar ein möglicherweise endloses All? Das müssten dann mehr als unendlich sein, oder?

Das ist völlig richtig gedacht. Ansonsten bin ich hier auch mit meiner Weisheit am Ende. Wir Menschen müssen einfach akzeptieren, dass wir noch ganz wenig über das Universum wissen.

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