Wohin expandiert das Universum?

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Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Zuerst muss man sich zur Beantwortung Deiner Frage einmal klar machen, dass so ein Universum etwas ist, was wir nicht unbedingt mit derselben Physik beschreiben können, die unsere Alltagsphänomene beschreibt. Alles, womit wir so im täglichen Leben Erfahrung machen, kommt aus der Welt der "mittelgroßen" Dinge, die sich mit durchschnittlichen Geschwindigkeiten bewegen.

Bereits mit der Welt der Atome und sehr kleinen Dinge müssen wir jedoch feststellen, dass es nachweisbare Effekte gibt, die unserer Alltagserfahrung widersprechen. Trotzdem lassen sich solche Effekte nachweisen und - physikalisch berechnen. Halt nicht mit der Newtonschen Physik, sondern mit der Quantenmechanik.

An Beispielen wie dem Welle-Teilchen-Dualismus müssen wir erkennen, dass unsere Alltagserfahrungen nicht alles im Universum korrekt beschreiben. Wenn wir aus unseren Erfahrungen, unseren Vorstellungen ohne Betrachtung der korrekten Physik Schlüsse auf physikalische Vorgange in sehr kleinen Dimensionen machen, liegen wir meistens daneben.

Und genauso ist es beim Universum als Ganzes auch. Vorstellungen aus unserer Alltagswelt passen nicht auf etwas so großes wie das Universum. Hier spielen daher physikalische Effekte eine Rolle, die man sich nicht so recht vorstellen kann. Unsere Erwartungen täuschen uns.

Mit dieser Vorrede nun konkret zu Deinen Fragen:

Man weiß nicht, ob das Universum als Ganzes unendlich groß oder endlich groß ist; es spricht jedoch einiges für ein unendlich großes Universum. Aber wie gesagt: nicht sicher. Endlich groß bedeutet aber nicht, dass das Universum einen "Rand" haben muss. In der ART (Allgemeinen Relativitätstheorie) können Räume gekrümmt sein und damit unbegrenzt, aber dennoch endlich groß. (Hier wird es schon etwas unanschaulich. Von der Idee her verstehbar wie eine Kugeloberfläche, auf der man herumlaufen kann, ohne je an einen Rand zu stoßen, die aber dennoch endlich groß ist.)

Es entsteht ständig neuer Raum im Universum, was zur beobachteten Expansion führt. Weit entfernte Galaxien entfernen sich also deshalb von uns, weil zwischen uns und ihnen neuer Raum entsteht. Dabei bewegt sich also weder die Milchstraße noch die weit entfernte Galaxie relativ zu ihrer unmittelbaren Umgebung.

Die Frage nach dem "außerhalb" macht im Sinne der Physik eigentlich keinen Sinn. Genauso wie die Frage nach dem "was war vor dem Urknall?". Warum? Weil Zeit und Raum beim Urknall entstanden sind. Ohne Raum ist aber der Begriff "außen" nicht definiert. Ohne Zeit ist der Begriff "davor" nicht definiert. Und das ist nun der Punkt, an dem es zwangsweise unanschaulich wird, weil wir uns "keinen Raum" und "keine Zeit" einfach nicht vorstellen können. Wir leben nun man "im Raum" und "in der Zeit".

Hier ein kleines Video dazu (auf Englisch):

http://www.youtube.com/watch?v=kV33t8U6w28&list=PLC62C6CF8CAEF50C7&index=35&feature=plpp_video

Grüße

Super Erklärung, habe ich mit Freude gelesen! Das könnte ich auch mit viel Mühe nicht besser eklären.

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Es gibt einfach kein "außerhalb" wie du schon sagst ist das Universum "alles" und dieses dehnt sich aus. Es gibt nichts außerhalb von allem. Da wo das Universum nicht ist, ist nicht "Nichts" - es existiert eben einfach nicht.

Du hast recht, es gibt kein Außerhalb des Universums in dem Sinne, dass wir das Außerhalb erreichen könnten. Anders ausgedrückt, für uns gibt es kein Außerhalb des Universums. Wie das tatsächlich ist, können wir gleichzeitig auch nicht endgültig feststellen.

Die Expansion des Universums betrifft die Objekte innerhalb des Universums: Mit der Expansion des Universums ist schlichtweg gemeint, dass sich die einzelnen Objekte (Galaxien etc.) voneinander entfernen, wenn sie sich nicht so nah sind, dass die Gravitation stärker ist diese Expansion. Die beschleunigte Expansion des Universums bedeutet im gleichen Sinne, dass sich die einzelnen Objekte immer schneller voneinander entfernen.

Wenn man es genau nimmt, heißt es auch nicht Expansion des Universums, sondern Expansion des Raums.

Vielen Dank, sehr hilfreiche Antwort. Ich bin ein Neuling auf diesem Gebiet. Bedeutet das also, dass sich das Universum nicht ausbreitet? Bedeutet das, dass der Raum begrenzt ist? Also, dass sich nur alles im Raum entfernt, aber nicht der Raum an sich?`Tut mir leid, wenn ich etwas falsch verstanden habe, ist ja auch nicht ganz einfach zu verstehen (für mich jedenfalls)

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Mit der Expansion des Universums ist schlichtweg gemeint, dass sich die einzelnen Objekte (Galaxien etc.) voneinander entfernen, wenn sie sich nicht so nah sind, dass die Gravitation stärker ist diese Expansion.

Das ist das wahrscheinlich größte Irrtum wenn es um die Expansion des Universums geht. Nicht die Galaxien bewegen sich voneinander weg, sondern der Raum zwischen uns und den Galaxien expandiert sprich dehnt sich aus. Damit entsteht der scheinbare Eindruck, dass sich die Galaxien tatsächlich bewegen würden, obwohl es ja eigentlich nur der Raum ist.

LG! ;-)

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@pflanzengott

Wenn Galaxien sich voneinander entfernen, steht es uns [darum] frei, diese Relativbewegung wahlweise als >>Expansion des Raums<< oder als >>Bewegung durch den Raum<< aufzufassen.

Zitat aus dem Spektrum der Wissenschaft Artikel "Verliert das Universum Energie". Dabei gibt dieses die gängige Meinung vieler Kosmologen dar. Wäre dem nicht so, würde das Universum Energie verlieren.

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@Metronom595

Fest steht zunächst einmal, dass du einen Fehler gemacht hast. Für Fehler muss man sich nicht schämen, man lernt aus ihnen, also sieh doch bitte ein, dass die oben zitierte Aussage leider nicht ganz richtig war.

LG! :-)

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@pflanzengott

Fakt ist, dass man gewisse Dinge nicht mit einer reinen Expansion des Raums erklären kann. Diese wurde ja durch die galaktische Rotverschiebung festgestellt. Wenn die Galaxien eigentlich zueinander unbewegt wären, dann müssten die rotverschobenen Photonen Energie verlieren. Diese Energie wird aber nirgendwo aufgenommen, und damit würde das Universum Energie verlieren, der Energieerhaltungssatz würde verletzt werden. Wenn man nun unter der Annahme, dass die Expansion des Raums das gleiche ist wie eine Fortbewegung der Galaxien voneinander, den Dopplereffekt nicht im Raum, sondern in der Raumzeit verfolgt, stimmen die Rechnungen mit den Beobachtungen überein UND man bekommt gratis dazu eine Erklärung, warum das Universum doch keine Energie verliert.

Also: Eine Expansion des Raumes ist nicht nur das gleiche wie eine Fortbewegung der Galaxien voneinander, sondern nicht mal davon unterscheidbar!

Außerdem hatte ich mich ursprünglich so ausgedrückt, dass sich die Galaxien durch die Expansion des Raumes voneinander entfernen, um genau diesen Konflikt zu vermeiden. Denn genau dies ist der Fall: Die Entfernung zwischen den einzelnen Galaxien wird immer größer.

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@Metronom595

Fakt ist, dass man gewisse Dinge nicht mit einer reinen Expansion des Raums erklären kann.

Wo habe ich das behauptet?

Wenn die Galaxien eigentlich zueinander unbewegt wären, dann müssten die rotverschobenen Photonen Energie verlieren.

Wenn die Galaxien unbewegt sind, dann verlieren die Photonen auch keine Energie. Die Rotverschiebung die wir bei weit entfernten Galaxien beobachten kommt nämlich, um es noch einmal klar zu machen, nicht von der Bewegung einzelner Galaxien zustande sondern von der Expansion des Raumes.

Diese Energie wird aber nirgendwo aufgenommen, und damit würde das Universum Energie verlieren, der Energieerhaltungssatz würde verletzt werden.

In der Heisenbergschen Unschärferelation wird der Energieerhaltungssatz auch kurzzeitig um Delta E verletzt! Das Universum als ganzes verliert aber natürlich keine Energie.

Eine Expansion des Raumes ist nicht nur das gleiche wie eine Fortbewegung der Galaxien voneinander, sondern nicht mal davon unterscheidbar!

Falsch! Und das ist hier genau der Knackpunkt. Ich möchte nur ungern alles noch einmal aufschreiben. Die Galaxien entfernen sich voneinander, Richtig! Dass aber die Expansion des Raumes nicht mehr von der Fortbewegung einzelner Galaxien unterscheidbar wäre, ist falsch, eine Eigenbewegung der Galaxien ist nämlich nicht vorhanden.

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@pflanzengott

Wenn die Galaxien zueinander unbewegt sind, hat man eine reine Expansion des Raums. Du hast es slso indirekt geschrieben.

Wenn die Elektronen während ihres Fluges rotverschoben werden und das nicht auf den Dopplereffekt zurückzuführen wäre, dann müssten die Elektronen an Energie verlieren, da ihre Frequenz kleiner wird.

Die Heisenberg'sche Unschärferelation ist hier kein Argument. Die Photonen fliegen über Jahrmillionen und mehr durch das Universum, bevor wir sie messen. Da kann die Energie-Unschärfe nicht mehr im messbaren Bereich liegen. Außerdem wäre die Veränderung dann nicht immer als Rotverschiebung messbar, sondern auch als Blauverschiebung.

Eine Eigenbewegung der Galaxien zu ihrer Umgebung ist auch (im Mittel) in der Tat nicht vorhanden. Wenn sich die Galaxien aber voneinander entfernen, dann erhöht sich die Entfernung d der beiden Galaxien im Zeitraum z. Mit delta d/delta t wird jetzt eine Geschwindigkeit beschrieben, die die Bewegung der Galaxien zueinander beschreibt. Diese Geschwindigkeit existiert, denn an ihrer Herleitung ist nichts auszusetzen (Die Entfernung verändert sich ja und wird in der Regel größer). Man kann nun darüber streiten, ob das Phänomen einer Expansion des Raums oder Bewegungen der Galaxien zueinander geschuldet ist, aber die Rotverschiebung lässt sich durch den Dopplereffekt korrekt (also den Beobachtungen entsprechend) beschreiben, wenn man nicht nur im Raum, sondern einer Raumzeit rechnet.

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