Expansion des Universums - dunkle Energie

Ja Michael,
das mit dem Begriff Bewegung ist so eine Sache!
Was man da eigentlich mißt, ist die sogenannte Rotverschiebung, d.h. die einkommende Strahlung ist rötlich verschoben, was wiederum bedeutet, daß sich zwischen uns und der beobachteten, entfernten Galaxie mehr Raum offenbart hat.
Da kann man von Geschwindigkeit oder Beschleunigung nicht reden.
Ein Effekt dabei ist, daß die beobachtete Galaxie, als ihr Licht ausgesendet wurde, räumlich sehr viel näher war, heute aber schon weit hinter dem Beobachtungshorizont liegen kann. Ihr Licht, das wir immer noch empfangen können wird also irgendwann einmal einfach ausgehen, was wiederum bedeutet, daß sich dann so viel Raum zwischen uns heute und der Galaxie befindet, daß es uns nicht mehr ereichen kann. Die Galaxie wäre dann schon mehr Lichtjahre entfernt, als das Universum alt ist.
Diese Expansion des Raumes kann deshalb als beschleunigt betrachtet werden, weil die "entferntesten" Objekte am meisten rotverschoben sind. Der Raum hat halt während der ganzen langen Zeit sozusagen zugelegt.
Man berechnet deswegen die heutige Ausstreckung des Universums auf ca 90 miljarden Lichtjahre.
Gruß
Hans

Moin Michael,
achte darauf, genau zu unterscheiden:

Expansionsrate <-> Expansion
Expansion <-> Bewegung
Entfernungsbegriffe in kosmischen Maßstäben und Alter werden in der medialen Darstellung gerne verwechselt. Aus 10 Mrd. Jahre Alter wird fälschlich gerne 10 Mrd Lichtjahre Entfernung.

Was man messen kann, ist die Rotverschiebung. Diese Rotverschiebung ist schon ab wenigen dutzend Mio. Lichtjahre Entfernung fast ausschließlich auf die Raumexpansion zurück zu führen. Mögliche Eigenbewegungen (durch den Weltraum) spielen dann schon keine Rolle mehr.
Was man ebenfalls messen kann: Die Helligkeit von Supernovae vom Typ 1A. Daraus und über deren physikalischen Entstehungstheorien kann man recht brauchbar auf die Entfernung solcher SN schließen. Vereinfacht greift das Gesetz, dass in doppelter Entfernung die Hellgekeit nur noch ein Viertel beträgt. Ein paar Korrekturen dieser Größen aufgrund der Rotverschiebung des Lichts muss man noch einbauen, da rotverschobene Helligkeiten anders wahrgenommen werden.

Eine konstante ExpansionsRATE heißt, dass die expansionsbedingte Rotverschiebung linear zur Entfernung ist, die scheinbare "Geschwindigkeit", mit der sich etwas entfernt, mit der Entfernung zunimmt.
Redet man dagegen von einer mit zunehmenden Alter des Universums ansteigenden Expansionsrate, dann heißt das, dass für eine gegebene entfernte Galaxie ihr Licht anfangs langsamer beim Durchwandern des Kosmos gedehnt wurde als zuletzt kurz bevor es uns erreichte. Es besteht dann kein linearer Bezug aus Rotverschiebung und Entfernung mehr.

Was steckt dahinter: Expansionsbedingte Rotverschiebung heißt, dass das Licht einer entfernten Lichtquelle "gedehnt" wird, während es den Kosmos durchwandert. Und zwar zusammen mit dem Raum bei der Durchwanderung. Dehnt sich z.B. eine Raumkugel von 300.000 km Durchmesser in einer Sekunde um 1 km aus, dann verlängert sich die Wellenlänge des Lichts beim Durchwandern dieser Raumkugel um den Faktor (300001km/300000km) je Sekunde. So muss man auch den aktuellen Wert der Hubblekonstante lesen: Er liegt bei ~ 72 km/s je Megaparsec. Es handelt sich um die aktuelle ExpansionsRATE.

Frühe dachte man tatsächlich, dass die Expansionsrate mit der Zeit abnehmen würde und die Gravitation alles wieder zusammenziehen könnte (nach Stillstand der Expansion und anschließender Kompression). Oder eine asymptotisch fallende Expansionsrate mit ewiger aber stetig abnehmender Expansionsrate. Dass die Beobachtungen dagegen für eine zunehmende Expansionsrate sprechen ist recht neu und wird mit Dunkler Energie erklärt, die umso stärker wirkt, je größer der Kosmos ist.

Bei den Angaben zum Alter von beobachteten entfernten Galaxien geht es darum, dass man sehr große Rotverschiebungsfaktoren wahrnimmt. Die größte Rotverschiebung hat diesbezüglich die sog. kosmische Hintergrundstrahlung, deren Alter auf 380.000 Jahre nach dem Urknall taxiert wird und die überall gesehen werden kann. Ziel dieser Jagd nach entfernten Galaxien ist, dass man die Entstehung der ersten Galaxien bzw. deren Vorläufer "sehen" möchte, um die Prozesse der Galaxienbildung besser zu verstehen.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Pigmentics</i>
<br />
Seit Der Entdeckung der Expansion des Alls gibt es Aufsehen darüber, dass das Universum sich nicht langsamer, sondern immer schneller ausbreitet. Als Beweis wird dabei geführt, dass sich Galaxien schneller von uns wegbewegen, je weiter sie weg sind. Das sei der Beweis für eine zunehmend schnellere Expansion und damit die Theorie der 'dunklen Energie'
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Alle diese Aussagen sind nicht richtig. Seit Entdeckung der Expansion (in den 1920-30er Jahren) ist bekannt, dass sich die Galaxien schneller von uns wegbewegen, je weiter sie weg sind. Das ist der Grund, warum man von Expansion spricht: Alle Abstände werden im selben Zeitraum um denselben <i>Faktor</i> größer. Große Abstände also mehr als kleine. Das hat nichts mit Beschleunigung zu tun.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ferne Galaxien sind doch in der Zeit älter. Wir schauen in die Vergangenheit. Heißt das nicht, dass sich die Galaxien "früher" schneller bewegt haben und nähere, also näher an der Gegenwart, die wir sehen langsamer geworden sind? Heißt das wiederum denn nicht, dass die Galaxien eben mit der Zeit langsamer werden?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Nein, das heißt es auch nicht. Es heißt wirklich nur, dass die Geschwindigkeit mit dem <i>Abstand</i> wächst und sagt nichts über Beschleunigung oder Abbremsung.
Die Beschleunigung wurde erst 1998 entdeckt, anhand des genauen Zusammenhangs von Rotverschiebung und Entfernung. Das ist etwas komplizierter als die qualitative Beobachtung "je weiter weg, desto größer die Rotverschiebung".

Einen schoenen guten Tag wuensche ich,

Ja nach der Inflation koennte es Theorien zufolge bereits Auswirkungen der beim Urknall entstandenen dunklen Energie gegeben haben, was wir heute daran erkennen dass sich Galaxien immer weiter voneinander entfernen.
Dies koennte irgendwann dazu fuehren dass sich das Universum, ja sogar die Sterne so sehr abkuehlen, sodass dadurch jegliche Energie verloreb geht und dies das Ende unseres Universums bedeuten koennte. Auch wenn dies erst in vielen Billionen Jahren geschehen wird ist dies ein Prozzess der zum Nachdenken anregt.
Das Universum wird immer weiter auseinandergezogen, weshalb die Expansion, also die Ausdehnung nicht mit einer Vergroesserung gleichgesetzt werden kann.
Das Unsichtbare im Universum das sich bisher noch nicht messen liess bleibt also weiterhin spannend, solange bis Wissenschaftler zu einem neuen Ergebnis kommen .

Diesbezueglich gibt es in vielen Planetarien auch eine Veranstaltung namens "Augen im All - Vorstoss ins unsichtbare Universum" in der es auch um die dunkle Energie und Expansion geht.
Kann ich nur weiterempfehlen,

Sonnengegossene Gruesse von Laura

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Kalle66</i>
<br />Frühe dachte man tatsächlich, dass die Expansionsrate mit der Zeit abnehmen würde und die Gravitation alles wieder zusammenziehen könnte (nach Stillstand der Expansion und anschließender Kompression). Oder eine asymptotisch fallende Expansionsrate mit ewiger aber stetig abnehmender Expansionsrate. Dass die Beobachtungen dagegen für eine zunehmende Expansionsrate sprechen ist recht neu und wird mit Dunkler Energie erklärt, die umso stärker wirkt, je größer der Kosmos ist.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Hallo Kalle,

auch du musst darauf achten, zu unterscheiden. Unser beschleunigtes Universum bedeutet, dass die Expansionsrate stetig abnimmt und sich asymptotisch einem konstanten Wert (ungefähr 60 km/s/Mpc) nähert. Eine steigende Expansionsrate bedeutet Big Rip, das ist nicht under Universumsmodell.

Vielleicht täte es mal ganz gut, diese Phobie vor dem Wort "Geschwindigkeit" loszuwerden. Beschleunigung bedeutet - so wie immer - ganz einfach steigende Geschwindigkeit der Galaxien, das ist alles. Der Rest folgt dann automatisch, z.B. dass unbeschleunigte Expansion einer ExpansionsRATE von 1/t entspricht.

Ehrlich, die Fehlerhäufigkeit in diesen Dingen würde bestimmt von &gt;95% auf unter 20% sinken, wenn ihr dieses Denkverbot (... darf nicht als Bewegung gedacht werden ... darf nicht als Bewegung gedacht werden ...) mal aufheben würdet.

Hallo zusammen,

wie könnte man sich klar machen, daß beschleunigte Expansion nicht "zunehmende Expansionsrate" bedeutet, sondern diese abnimmt, ganz unabhängig davon, wie das Universum expandiert (abgebremst, linear oder beschleunigt)?
Man muß eigentlich nur wissen bzw. akzeptieren, daß die Expansionsrate (Fluchtgeschwindigkeit pro Entfernung) mit der Energiedichte des Universums abnimmt, was letztlich aus speziellen Lösungen der Einstein'schen Feldgleichungen folgt.

Die Energiedichte setzt sich im Wesentlichen aus der Materiedichte und der kosmologischen Konstante, genannt Lambda, zusammen. Es leuchtet ein, daß die Materiedichte abnimmt, solange das Universum expandiert, während Lambda konstant ist. Bei beschleunigter und zeitlich nicht begrenzter Expansion nähert sich die Materiedichte asymptotisch dem Wert Null und somit die gesamte Energiedichte dem Wert von Lambda, weshalb sich die abnehmende Expansionsrate einem konstanten Wert nähert, wie 'Jemand' schon geschrieben hat.

Grüße, Günter

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Jemand</i>
Hallo Kalle,

auch du musst darauf achten, zu unterscheiden. Unser beschleunigtes Universum bedeutet, dass die Expansionsrate stetig abnimmt und sich asymptotisch einem konstanten Wert (ungefähr 60 km/s/Mpc) nähert. Eine steigende Expansionsrate bedeutet Big Rip, das ist nicht under Universumsmodell.

Vielleicht täte es mal ganz gut, diese Phobie vor dem Wort "Geschwindigkeit" loszuwerden. Beschleunigung bedeutet - so wie immer - ganz einfach steigende Geschwindigkeit der Galaxien, das ist alles. Der Rest folgt dann automatisch, z.B. dass unbeschleunigte Expansion einer ExpansionsRATE von 1/t entspricht.

Ehrlich, die Fehlerhäufigkeit in diesen Dingen würde bestimmt von &gt;95% auf unter 20% sinken, wenn ihr dieses Denkverbot (... darf nicht als Bewegung gedacht werden ... darf nicht als Bewegung gedacht werden ...) mal aufheben würdet.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

He Jemand,

aber immer wenn wir unwissenden von einer Überlichtgeschwindigkeit in Bezug auf die Expansion reden/schreiben, dann wird uns gesagt, das das 2 paar Stiefel sind. Mann könne die Expansion nicht als Geschwindigkeit ansehen, da sich ja der Raum ausdehnt.

Jetzt kommst du daher, und sagst es ist doch so.

Also gibt es doch eine Überlichtgeschwindigkeit inkl. der Expansion?

Gruß Jogi

Hi Jemand, Günter,
danke für die Klarstellung. Da waren die Finger auf der Tastatur mal wieder schneller als das Hirn. Letzteres schaffte es nicht, die Handbewegung in Richtung "Buch aus Regal holen" und vorher noch mal nachzulesen, zu bewirken.

Hi, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Unser beschleunigtes Universum bedeutet, dass die Expansionsrate stetig abnimmt und sich asymptotisch einem konstanten Wert (ungefähr 60 km/s/Mpc) nähert.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Nun ja, das enstpricht dem alternativen Void-Modell, sa wäre maximal eine lokale Expansionsrate von 60 Kilometern pro Sekunde und pro Megaparsec möglich.

Der gemessene gültige Wert liegt aber bei 74,3 ± 2,1 km/(s·Mpc), das wurdem mit Hilfe der Daten von Spitzer belegt und ist zu der Hubble-Studie bezüglich Genauigkeit um etwa Faktor 3 genauer. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Eine steigende Expansionsrate bedeutet Big Rip, das ist nicht under Universumsmodell.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Unser derzeitiges Universumsmodell sagt- es dehnt sich beschleunigt aus.

Stefan

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Jogi</i>
<br />aber immer wenn wir unwissenden von einer Überlichtgeschwindigkeit in Bezug auf die Expansion reden/schreiben, dann wird uns gesagt, das das 2 paar Stiefel sind. Mann könne die Expansion nicht als Geschwindigkeit ansehen, da sich ja der Raum ausdehnt.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Nun, irgendwas muss man ja sagen. Die Frage kommt oft genug.
Ich kenne die Historie nicht genau, aber ich stelle es mir irgendwie so vor:
In den Friedmann-Modellen ist an jedem Ort ein bestimmter Bewegungszustand ausgezeichnet. Objekte in diesem Bewegungszustand nennt man "mitbewegt". Jedes solche Objekt bekommt (in den üblichen FRW-Koordinaten) eine fixe r-Koordinate, und tatsächliche Abstände rechnet man aus, wenn man diese Koordinate mit einem Skalenfaktor multipliziert, der sich zeitlich ändert. Das macht die Mathematik eines exakt gleichförmigen Universums relativ einfach. Vermutlich hat man damals angefangen, zu sagen: Man kann sich das so vorstellen, als ruhten die Objekte und dehnte sich der Raum dazwischen. Das ist auch gut und richtig so, weil diese Vorstellung <i>im Prinzip</i> immer funktioniert.
Irgendwann ist das aber schiefgelaufen und hat sich gewandelt zu: man <i>muss</i> sich das so vorstellen, alles andere sei falsch. Und mit diesem krampfhaften Festhalten an einem bestimmten Koordinatensystem und einer bestimmten gedanklichen Vorstellung verlieren die Leute die Möglichkeit, eine richtige Intuition für viele kosmologische Fragestellungen aufzubauen. Dann gehen auch einfache Überlegungen mitunter richtig schief.
Das Problem ist nämlich, dass diese Vorstellung vom expandierenden Raum wie gesagt <i>im Prinzip</i> funktioniert, in der Praxis aber oft vollkommen unbrauchbar und irreführend ist.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Jetzt kommst du daher, und sagst es ist doch so.

Also gibt es doch eine Überlichtgeschwindigkeit inkl. der Expansion?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Ich sage: man darf und soll die Expansionsbewegung als Geschwindigkeit betrachten, wenn es nützlich ist. Muss man aber nicht: wenn das andere Bild nützlicher ist, nimmt man dieses.

Und ja, es gibt eine "Überlichtgeschwindigkeit", <i>wenn man Geschwindigkeit als (Koordinaten-)Abstandsänderung pro (Koordinaten-)Zeiteinheit definiert</i>. Das ist aber ganz normal. In internationaler Atomzeit gemessen hat zum Beispiel fast jedes Lichtsignal "Überlichtgeschwindigkeit" - weil die Uhren auf Meereshöhe kalibriert sind und in größerer Höhe die Zeit schneller vergeht.
Natürlich hat das Licht, <i>vor Ort und in Standardkoordinaten gemessen,</i> genau Lichtgeschwindigkeit. Und keine Galaxie kann je ein Wettrennen mit einem Lichtsignal gewinnen, das ist in der ART genauso wie in der SRT. Aber wenn man beliebige Koordinatensysteme verwendet, kann man Objekten beliebig große Geschwindigkeiten zuordnen. Das ist in der ART durchaus üblich - und manchmal auch gewollt.
Das Geschwindigkeitslimit der STR gilt natürlich nur, wie oben geschrieben, vor Ort und in Standardkoordinaten. Kosmologische Koordinaten führen sogar in flacher Raumzeit zu Überlichtgeschwindigkeit, das braucht nicht zu stören.

Und im konkreten Fall sage ich, es ist hilfreich, die Expansion als Bewegung zu betrachten. Dann ist nämlich sofort klar, dass <i>unbeschleunigt</i> heißt: gleichbleibende Geschwindigkeit, linear wachsender Abstand (Trägheitsgesetz). Und damit H=Geschwindigkeit / Abstand = 1/t.