Beiträge von DK279 im Thema „Wie weit geht es zurück?“

<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 />Hi Dominik,

...Dann kann man auch einen mittleren "Abstand" definieren, wann eine Kopie auftreten müsste, so in der Art, nach xy Universen kommt wieder "unseres", als exakte Kopie (...oder ist es dann doch das Original? [;)])...

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hi Kalle,

abschätzen kann man so einen Abstand, das ist ein beliebtes Partythema für Kosmologen. Max Tegmark hatte da 2003 in der Scientific American Sonderausgabe zu John Wheelers 90tem Geburtstag einen richtig ausführlichen Artikel dazu. Kurz geht das in etwa so:
Der kausal mit uns verknüpfte Bereich ist sicherlich der grösste Bereich der identisch sein muss damit man sagen kann man trifft seinen identischen Zwilling in einer identischen Welt. Also, wie weit muss man laufen bis man so einem Zwilling die Hand schütteln kann?
Unser sichtbares Universum enthält etwa 10^80 Teilchen. Nur voll ist es damit noch lange nicht. Wie voll es sein könnte hängt u.a. wegen des Pauliprinzips von der Energie, oder auch Temperatur, ab. Die heisstesten Orte die man regelmässig findet (Zentren von Hauptreihensternen) sind vielleicht einige 10^8 K heiss. Dann könnte man etwa 10^115 Protonen (Teilchen) in unser überschaubares Volumen packen. So viel Platz ist also maximal. Im einfachsten Fall kann jeder dieser Plätze eben besetzt oder unbesetzt sein. Also 2^10^115 Variationsmöglichkeiten. Basis 2 ist aber blöd weil kontraintuitiv, also sagen wir 10^10^115, was im Rahmen der hier angestellten Betrachtung und ihrer Genauigkeit das gleiche ist. Im dreidimensionalen Raum jetzt natürlich die Kubikwurzel daraus ziehen, gibt wieder 10^10^115 für die mittlere Distanz. Gemessen in Radien des sichtbaren Universums. Und da dieser Radius des sichtbaren Universums auf so grossen Skalen genausogut einen Meter betragen könnte haben wir unsere Antwort: 10^10^115 Meter laufen bis man wieder einen DK findet der grade diesen Post tippt. Richtung in die man losläuft ist sogar frei wählbar

Viele Grüsse,
DK

Hi Kalle,
ja klar, die Inflation war schon ganz kurz nach dem Urknall vorbei. Daher sind die weiten Bereiche ja auch heute kausal nichtmehr mit uns verbunden, und unser Universum ist flach und die 3K Strahlung in jeder Richtung gleich warm (anders wäre ja die Lichtlaufzeit zum Temperaturausgleich doppelt so gross wie das Weltalter -&gt; Problem). Letzten Endes ist es auch immer eine Frage was man unter "unser Universum" nun genau versteht. Im einfachsten und gebräuchlichsten Fall ja nur das sichtbare Universum.
Viele Grüsse,
DK

Hi,
das würde intuitiv so aussehen, aber wäre eigentlich nur dann richtig wenn das Universum in einer Art Explosion von einem zentralen Punkt aus "auseinandergeflogen" wäre, was wie oben gesagt aber nicht der Realität entspricht.
Aber wie gesagt ist diese Frage nach der "Unendlichkeit" oder meinetwegen "Grenzenlosigkeit" mit heutigen Mitteln nicht grundlegend zu beantworten. Wovon man in der heutigen Kosmologie aber ausgeht (Stichwort "Inflation") ist dass das Universum das wir heute überblicken aus einem winzigen Bereich des gesamten in einer Phase sehr sehr schneller Expansion kurz nach dem Urknall hervorgegangen ist. Daher das "viel, viel" grösser, denn hier redet man über einen Faktor e^50 oder noch mehr. Das ist wiederum so viel dass man für alle praktischen Zwecke auch genausogut "unendlich" sagen könnte...
Viele Grüsse,
DK

Hi Wolfgang,

das mit dem "flachen" Universum hast Du richtig verstanden, ja.

Zur 3K Strahlung und der Ausdehnung des Universums muss man aber sagen dass sie immer aus allen Richtungen gleichmässig kommen wird (winzige Fluktuationen die das Entstehen aller Strukturen anzeigen mal aussen vor). Man sagt auch das Universum sei "isotrop", d.h. prinzipiell in jede Richtung gleich. Das liegt daran dass es keine Richtung zum "Zentrum" oder "Rand" gibt, denn der Urknall hat *überall* stattgefunden. Unser ganzer heutiger Raum ist daraus expandiert.

Die Regionen von denen uns heute das Licht der letzten Streufläche erreicht sind auch "jetzt" bedeutend weiter entfernt als 13.7 Milliarden Lichtjahre (Lichtlaufzeit ist ja 13.7 Milliarden Jahre, also das Weltalter). Denn die Expansion des Universums ging ja fleissig 13.7 Milliarden Jahre lang weiter als dieses Licht lief!
So sind diese Bereiche "jetzt" etwa 45 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Das ist aber sicher nicht die Ausdehnung des Universums insgesamt. Das ist vermutlich *viel* grösser, vielleicht auch unendlich gross.

Viele Grüsse,
Dominik

Hi Wolfgang,

zuerst mal zu Deinem allgemeinen Teil: Es ist eigentlich nicht so dass erst nach ~300 000 Jahren genug "Löcher" im Universum entstanden waren dass die Strahlung entkommen konnte. Vielmehr war schon vorher das Universum von dünnem Plasma erfüllt. Die Temperatur war aber so hoch dass die Elektronen sich nciht an die Atomkerne binden konnten, und daher gab es jede Menge freie Ladungsträger. Und diese freien Ladungsträger streuen das Licht viel viel besser als neutrale Atome. Erst als die Temperatur unter ~3000K absank konnten genügend Teilchen "rekombinieren", d.h. sich zu neutralen Atomen binden, dass die Strahlung nichtmehr vielfach gestreut wurde sondern frei wurde. Der §K Hintergrund ist also sozusagen die Oberfläche der letzten Streuung.

Zu den Einzelfragen:

1.: Das ist allein eine Frage der Energiedichte. Es könnte tatsächlich ein Universum geben die sofort rekollabieren, aber in unsrigem sind die Naturgesetze und fundamentalen Parameter eben so beschaffen dass die Expansion gewinnen konnte.

2.: Das Universum hat weder Zentrum noch Rand! Jeder Punkt ist völlig gleichberechtig, und dder Urknall hat sozusagen "überall" stattgefunden. Die grossräumige Masseverteilung zeigt dass Galaxienhaufen und Superhaufen sich durch gegenseitige Gravitationsanziehung in filamentartigen Strukturen anordnen, während andererseits grosse recht leere Bereiche ("Voids") entstehen.

3.: siehe 2.: -&gt; es gibt weder Rand noch Zentrum. Lediglich ist es so dass uns in den 13.7 Milliarden Jahren nur Licht aus endlich weit entfernten Regionen erreichen konnte.

4.: Die "Ausdehungsgeschwindigeit" liess nach weil die gegenseitige Anziehung der Materie im Universum gegen die Expansion arbeitete. Jedoch wird diese mit Abstand zum Quadrat schwächer, so dass vor einigen Milliarden Jahren ein Effekt die Oberhand gewann der immer konstant bleibt: Die expandierende Wirkung der Dunklen Energie. Nach allem was wir wissen wird das dazu führen dass das Universum nun für immer beschleunigt expandiert.

5.: Jede anschauliche Vorstellung von einer globalen Form des Universums setzt Einbettung in einen äusseren Raum voraus. Ob es diesen gibt ist total unklar, daher ist diese Vorstellung so und so mit grossen Mängeln behaftet. Alles was man weiss ist dass wie Du richtig sagst die euklidische Geometrie anwendbar ist, d.h. der Raum "flach" ist. Weder Kugel noch Sattel sind flach, sondern positiv bzw. negativ gekrümmt. Ich kann mir daher höchstens vorstellen dass diese in der TV-Sendung als ebenso denkbare Geometrien bei anderen Parametern gezeigt wurden, die aber in der Natur nicht realisiert sind. Die einfachste Vorstellung eines unendlich ausgedehnten flachen Raumes von dem wir nur einen kleinen Ausschnitt überblicken ist dagegen sicher nciht die verkehrteste.

6.: Die 3K Strahlung liegt der Temperatur entsprechend im Mikrowellenbereich. Sie entstand als Abbild der oben angesprochenen "letzten Streufläche" als das Licht freiwurde. Sie ist daher eine Grenze für den Blick zurück in der Zeit, nicht aber eine Grenze im Raum, denn da der Urknall überall stattfand, erfüllt auch die 3K Strahlung sowieso gleichmässig das ganze Universum. Die Darstellung der "Kugel" sind lediglich Projektionen auf die nur scheinbare innenseite einer Kugel als die wir den Himmel über uns wahrnehmen, ganz wie bei einem klassischen Planetarium.

7.: Kurz gesagt: Nein. Wir, das Sonnensystem und die ganze Milchstrasse sind durch die hohe Dichte (selbst dünne Luft oder sogar das interstellare Medium sind viel dichter als der Durchschnitt des Universums) von der Expansion "abgekoppelt", quasi "zusammengeklammert", und spüren daher nichts. Weder der Erdorbit noch die Länge eines Meterstabes ändern sich über die Jahrmilliarden durch die Expansion.

Viele Grüsse,
Dominik

Kurze Antwort: Nein.
Keine Art von Materie kann so grosse Beschleunigungen verkraften und gleichzeitig als meterhohe gebäudeartige Struktur bestehen bleiben. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Oberfläche eines Neutronensternes wäre ein durchaus nenneswerter Teil von c!
Abgesehen davon kann man aufgrund der Pulsform sowie der nicht-Sichtbarkeit von Verlusten durch Gravitationswellenabstrahlung bei Einzelpulsaren (bei Pulsarpaaren sieht man das ja) nachweisen, dass auf deren Oberfläche keine "Berge" oder sonstige Strukturen höher als Zentimeter existieren.
Viele Grüsse,
DK

Man sollte hier unterscheiden:
Der "Kollaps" einer Molekülwolke zu einem Stern *bei der Sternbildung* geht zwar "schnell" im Vergleich zur Lebensdauer des Sternes insgesamt. Da aber dennoch Drehimpuls abgegeben und vor allem durch Strahlung gekühlt werden muss (die freiwerdende potentielle Energie muss abgegeben werden damit die Aufheizung nicht den Kollaps stoppt!), sprechen wir hier dennoch über einige Millionen Jahre (-&gt; Kelvin-Helmholtz-Zeitskala).

Der Kollaps des "Eisenkernes" eines weit entwickelten Riesensternes, welcher z.B. eine TypII Supernova auslöst, geschieht schnell, da das Objekt ja bereits sehr kompakt ist, und vor allem da keine bekannter Mechanismus der Gravitation noch entgegenwirken kann (der Fermi-Entartungsdruck der Elektronen (-&gt; muss übberwunden werden um einen Neutronenstern zu bilden) beziehungsweise der Neutronen (-&gt; muss überwunden werden um ein SL zu bilden) wurde ja als Vorbedingung schon überschritten). Hier kommt also die Freifallzeitskala zum tragen, und der Kollaps passiert in ~Sekunden. Dann hängt es nurnoch von der Masse ab ob der Entartungsdruck der nuklearen Materie ausreicht um das Gebilde zu stabilisieren (dann wird es ein Neutronenstern), oder aber ob der Kollaps zum Schwarzen Loch führt. In der Enphase erreicht das einfallende Material hier Grössenordnung Lichtgeschwindigkeit, folglich geschieht diese letzte Phase bei Dimensionen von nur Kilometern innerhalb Millisekunden.

!Interessantes n.b.: Aufgrund relativistischer Effekte würde aber für einen *aussenstehenden* Beobachter ein Testteilchen unendlich lange brauchen um wirklich in das Schwarze Loch selbst zu fallen. Daher heissen diese Gebilde im russischen auch "gefrorene Sterne", weil man sich vorstellen könnte das einfallende Material "friert" zeitlich auf dem Ereignishorizont ein. Allerdings wäre die allerletzte Strahlung die uns erreicht natürlich auch unendlich weit rotverschoben, so dass man doch wieder nix sähe

Ob es irgendeine Eigenschaft von Materie bei sehr sehr kleinen Skalen gibt, welche nochmals den Kollaps innerhalb des Schwarzschildhorizontes stoppen könnte ist erstmal unbeobachtbar, da man ja keine Informationen von "innen" bekommen kann. Es gibt aber keinerlei Hinweise auf so eine Eigenschaft, von daher geht man erstmal von einem Kollaps zur Singularität aus.

In einer idealen Welt könnte also tatsächlich irgendwo "ein Teilchen mehr" bedeuten der Stern überschreitet die kritische Masse und kollabiert. In der Praxis spielen aber auf der Ebene von einzelnen Teilchenmassen soviele andere Prozesse eine Rolle, dass diese Vorstellung viel zu vereinfacht wäre.

Drehimpuls bleibt ja bekanntermassen erhalten, und so erklären sich auch z.B. die hohen Rotationsfrequenzen der Neutronensterne, welche sich mehrfach in der Sekunde um die eigene Achse drehen. Es gibt sogar "Millisekunden-Pulsare", welche hunderte Male pro Sekunde rotieren. Hier spielt aber sehr wahrscheinlich eine Rolle, dass diesen später in ihrem Leben Drehimpuls zusätzlich zugeführt wurde.

Viele Grüsse,
DK

Ein Neutronenstern besteht wie der Name schon sagt im wesentlichen aus Kernmaterie. Diese Teilchen sind Fermionen (halbzahliger Spin), für die das Pauli-Prinzip gilt. Einfach gesagt heisst das zwei Teilchen können sich nie in allen quantenmechanischen Zuständen gleich sein. Das bedeutet auch dass man sie nicht beliebig dicht packen kann, sondern ein Druck - der sogenannte Entartungsdruck - weiterer gravitativer Kompression entgegenwirkt.

Wenn man das genau ausrechnet, ergibt sich eben dass oberhalb einer bestimmten Masse des Sternrestes (der Tolman-Oppenheimer-Volkhoff - Masse, die zwischen 1,5 und 3 Sonnenmassen liegt) der Entartungsdruck nichtmehr ausreichen kann um der Gravitation entgegenzuwirken -&gt; der Stern muss zum Schwarzen Loch zusammenbrechen.

Bei leichteren Endzuständen bis 1,4 Sonnenmassen (der Chandrasekhar-Masse) reicht sogar der Entartungsdruck der Elektronen aus um den Stern zu stabilisieren - das sind die Weissen Zwerge.

Das Schwarze Loch wird natürlich im allgemeinen Drehimpuls aufweisen (neben Masse und Ladung die einzigen nach aussen wahrnehmbaren Grössen die es übrigens haben kann), wie der Vorgängerstern auch. Durch die Rotation ändert sich die Lösung der Feldgleichungen, von der Schwarzschild- zur Kerr-Metrik. Die offensichtlichste Konsequenz ist dass der Ereignishorizont am Äquator von R=2GM/c^2 zu GM/c^2 wandert, und sich dazwischen eine Ergosphäre ausbildet, in welcher Teilchen korotieren müssen und so beschleunigt werden können, was z.B. bei Aktiven Galaxienkernen eine Rolle spielen kann.

Übrigens ist der Ereignishorizont lediglich eine Koordinatensingularität, es gibt keinen Grund anzunehmen dass innerhalb "keine physikalischen Gesetze mehr gelten"! Lediglich zur Beschreibung der Zustände an der Singularität selbst reichen die momentanen Theorien nicht aus. Dennoch ist auch dies ein Fall der eher beeindruckend zeigt wie weit unser heutiges Verständnis von Raum und Zeit bereits reicht!

Auch hat Albert Einstein die Schwarzen Löcher nicht entdeckt. Schon zu Ende des 18. Jahrhunderts dachten Michell und Laplace über Sterne nach deren Anziehungskraft so gross ist dass das Licht nichtmehr entkommen kann. Die erste Lösung der ART - Feldgleichungen für solche Objekte fand Karl Schwarzschild, und den Begriff "Schwarzes Loch" prägte 1968 John Wheeler.

Viele Grüsse,
DK

Hi mstock,

Deine Schlussfolgerungen sind durchaus nicht unrichtig, mit der Ausnahme von "was ich nicht sehe existiert auch nicht". Denn mal abgesehen vom grundsätzlichen wissenschaftstheoretischen Problem das damit verknüpft ist, haben diese Bereiche sehr wohl Spuren hinterlassen, da sie in der Frühphase des Universums ja mit uns verknüpft *waren*, und wir z.B. ihren Fingerabdruck in der 2.7K Strahlung heute noch sehen können.

Und wie weit sie heute entfernt sind weiss man dadurch, dass man annimmt die Expansion des Universums geschähe überall und in jeder Richtung gleich. Im für uns überblickbaren Universums kann man die Parameter der Kosmologie, und damit die Expansion, durch Beobachtungen von Typ Ia Supernovae z.B. gut eingrenzen. Und damit, über das Weltalter integriert, folgen dann direkt die "heutigen" Entfernungen der angesprochenen Orte.

Viele Grüsse,
DK

Hallo,
das heutige Verständnis der Expansion des Universums beruht nicht auf einer Einzelbebobachtung, sondern auf einer Kombination aus den Daten von Entfernungsmessungen an Cepheiden im Virgohaufen, Beobachtungen von Typ Ia Supernovae, der Helligkeit und Ausdehnung von Galaxienhaufen, der Vermessung der Fluktuationen in der 3K - Hintergrundstrahlung, und noch einer ganzen Reihe von weiteren Puzzlestücken.
Daher ist das Ergebnis auch nicht so stark von den Problemen einer Einzelmessung abhängig, und kann als sehr weitgehend belastbar gelten (wie es die Natur der Wissenschaft ist können natürlich neue Daten oder Ideen immer auch für Überraschungen sorgen).
Jedenfalls, in der heute als Standardmodell anerkannten Lambda-CDM Kosmologie wird sich die Expansion niemals umkehren, nicht in 30 und nicht in 300 Trillionen Jahren, sondern im Gegenteil sich weiter beschleunigen.

In einem Universum in dem das anders *wäre*, würde in der Tat die Rotverschiebung zu einer Blauverschiebung werden.

Weiterhin ist es richtig, dass es eine Längenskala gibt, bei welcher spätestens(!) die heutigen Theorien ihren Gültigkeitsbereich verlassen. Einfach gesagt ist das dann der Fall, wenn die Wellenlänge eines Photons (Quantenfeldtheorie) gleich seinem eigenen Schwarzschildradius (Allgemeine Relativitätstheorie) wird. Und das passiert genau bei der von Dir genannten Planck-Skala. Spätestens hier müsste man dann eine noch nicht gefundene vereinheitlichte Theorie anwenden, um weiter korrekte Aussagen machen zu können. Es könnte aber durchaus auch sein, dass diese vereinheitlichte Theorie schon früher wirksam ist, bei viel kleineren Energien / grösseren Längenskalen.
So oder so ist es im heutigen Bild des Universums tatsächlich so, dass ein solcher Zustand zu ganz frühen Zeiten erreicht war, und man hofft ja gerade durch die Erforschung des frühen Urknalls Hinweise auf die vereinheitlichte Theorie zu erhalten.

Übrigens ist es auch hier wieder wichtig sich zu erinnern dass es nicht so war, als sei die ganzen "Materie" im heutigen Universum einfach in ein winziges Volumen innerhalb des Universums gepresst gewesen, vielmehr war das Universum *als Ganzes* viel viel kleiner!

Zur Unschärferelation: Die Aussage ist ja mitnichten dass man nicht verschiedene Eigenschaften überhaupt bestimmen könnte, sondern dass man zum Beispiel *Ort* und *Impuls* (nicht wie in Deinem Post "Zeit oder Ort") gleichzeitig nicht genauer als ~ eine Naturkonstante (-&gt; das sogenannte Planck sche Wirkungsquantum, und genau gesehen dieses geteilt durch konstante Faktoren) bestimmen kann.

Das ist eine fundamentale Eigenschaft der Quantenmechanik.

Vielleicht wird es verständlich wenn man daran denkt, dass in der Quantenmechanik man Teilchen immer auch als mit einer Wellennatur versehen betrachten kann. Um den Impuls des Teilchens zu bestimmen, müsste ich also die Frequenz der Welle messen. Und um eine Frequenz zu messen muss ich logischerweise das Wellenpaket/Teilchen für eine längere Zeit als "null Zeiteinheiten" beobachten, was wiederum meine Ortskenntnis sofort begrenzt da das Ding ja eine von null verschiedene Geschwindigkeit hat. Das ist nur ein vereinfachtes Bild, trifft die grundlegende Idee aber eigentlich schon recht gut...

Viele Grüsse,
DK

Es ist völlig richtig dass man die Gravitation nicht abschirmen kann. Nur weiss man eben, dass im Urknall eine bestimmte Menge Strahlung und Materie "entstanden" ist (bezogen auf den Bereich der kausal mit uns verknüpft ist!). Gegenseitige Gravitationsanziehung wird mit dem Quadrat des gegenseitigen Abstandes *schwächer*, also auch mit der Expansion des Universums "zwischen" den Massekonzentrationen. Und da die Dunkle Energie die Eigenschaft zu haben scheint, in ihrer Energiedichte konstant zu bleiben, wird diese "abstossende" Komponente schliesslich gegen die Masseanziehung gewinnen (und tut es auch bereits, seit einigen Milliarden Jahren).
Dennoch war es sehr wichtig dass es vorher eine Phase gab in der die Materie dominant war, denn nur so konnte sich die ganze Struktur wie Galaxienhaufen und Galaxien und schliesslich Sterne mit Astronomen auf ihren Planeten bilden...

Nun, wir sagten ja schon dass das Universum nicht wieder kollabieren, sondern immer weiter expandieren wird. Folglich werden auch nicht alle Teilchen in einem Schwarzen Loch enden. Natürlich entstehen z.B. bei Supernovae immer neue Schwarze Löcher, und die bestehenden akkretieren weiter Materie und Strahlung, aber sie geben die Energie auch ganz langsam wieder frei, als Hawkingstrahlung. Letzten Endes werden die Schwarzen Löcher nciht "gewinnen", sondern in ganz ganz ferner Zukunft irgendwann alle durch Hawkingstrahlung verschwunden sein.

Nochmal, *vorsicht*, die Objekte sind an Orten aufgeleuchtet die *heute* 45 Milliarden Lj weit entfernt sind. Zum Zeitpunkt des Aufleuchtens im System des sterbenden Sternes selbst waren uns die Orte viel viel näher! Die Expansion des Raumes(!) ist ja nicht durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt!

Lediglich ist es so dass kein kausaler Kontakt mehr zu den Objekten besteht die *heute* an diesen Orten sind (die nachfolgenden Sterngenerationen zu derjenigen des GRB zum Beispiel), da die Lichtlaufzeit länger als das Weltalter wäre...

Weiter im Kontext: Die schon mehrfach besprochenen Fluktuationen in der 3K Hintergrundstrahlung verraten uns sehr viel über die Eigenschaften des Universums als ganzes.

Unter anderem, dass das Universum euklidisch flach ist. Das bedeutet erstmal leider nichts anschauliches, sondern nur dass in jedem Dreieck dass ich im Universum (auf grossen Skalen -- lokal gibt es wie schon gesagt Abweichungen!) zeichne die Innenwinkelsumme 180° sein wird. Anders gesagt, die normale euklidische "Schulgeometrie" wird gelten.

Um nun die für diese Eigenschaft benötigt Energiedichte (die "kritische Dichte") aufzubringen, gibt es verschiedene Komponenten: Sichtbare und Dunkle Materie, die zusammen ~27% ausmachen. Und die Dunkle Energie, die ~73% ausmacht, und für die Expansion verantwortlich ist, also die Raumzeit "auseinandertreibt". Dennoch beschreibt man das normalerweise nicht als eine "fünfte Kraft", sondern im Rahmen von Eigenschaften des Vakuums selbst. An den Details findet aber noch emsige Forschungsarbeit statt. Das klärt vielleicht auch die Frage, ob diese "LambdaCDM" (-&gt;Lambda=kosmologische Konstante, CDM=Cold Dark Matter) Kosmologie die einzige Lösung für unser Universum ist: Im grossen und ganzen passen die Beobachtungsdaten fast schon verführerisch gut zu diesem Modell. Im Detail und bei der mikrophysikalischen Identifikation der Komponenten gibt es aber durchaus noch fehlende Puzzleteile, so dass auch Überraschungen nicht ausgeschlossen sind.

Eines kann man aber sagen: Falls LambdaCDM richtig ist, dann wird unser Universum "in alle Ewigkeit" weiter expandieren. Zu Recht kann man dann fragen, wenn das Universum beliebig weit in die Zukunft existieren wird, aber einen definierten Beginn hatte, warum leben wir dann gerade zu einem Zeitpunkt so "nahe" am Urknall, an dem die Expansion gerade erst die Oberhand gewinnt gegen die Materieanziehung, so wie wir es momentan beobachten. Die Antwort darauf, die wüssten viele Leute gerne, eingeschlossen jeder lebende Astrophysiker und Kosmologe

Viele Grüsse,
Dominik

Klar gab es das Licht, es wurde eben innerhalb des Plasmas ständig gestreut und konnte sich so nicht frei ausbreiten - man sagt auch Strahlung und Materie waren "gekoppelt". Das Freiwerden ist eine gute Veranschaulichung. Man könnte auch sagen, bis zu diesem Zeitpunkt war das Universum einfach undurchsichtig, genauso wie eine Kerzenflamme ziemlich undurchsichtig ist und den Blick auf alles was "dahinter" liegt versperrt.
Und die "Infos", die gibt das Licht auch teilweise wieder frei, eben genau durch die schon angesprochenen kleinen Fluktuationen im 3K Hintergrund!

Zum GRB: Natürlich breitet sich auch die Gammastrahlung nur mit Lichtgeschwindigkeit aus. Aus Sicht der Lichtwelle hat diese auch nur 13 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt. Nur wie gesagt, während die Photonen unterwegs waren, hat sich die Raumzeit fleissig gedehnt, 13 Milliarden Jahre lang, und dafür gesorgt, dass der Ort von dem die Photonen kommen heute ~45 Milliarden Lichtjahre weit weg ist.

Arp:
Ganz einfach, weil das von der jeweiligen lokalen Lösung der Friedmanngleichungen abhängt, namentlich davon ob es genug Energiedichte gibt oder nicht. Im Gegensatz zur Ruhemasse in Sternen, Gas und Dunkler Materie steckt in Photonen (der Lichtwelle) nur vergleichsweise ganz wenig Energie, so dass diese auch den Raum bei weitem nicht stark genug krümmt um die Expansion "auszuschliessen"

Klar ergibt das einen Sinn über Expansion zu sprechen, und zwar gerade *weil*, nicht *obwohl* das Mass gleich bleibt! Überleg mal, wenn alles hier mitexpandieren würde, jedes Laborexperiment zur Bestimmung der Wellenlängen und Naturkonstanten, dann würden wir eine ganz andere Beobachtung machen als die die wir machen (nämlich dass das Universum expandiert)

Und nochmal, die Galaxien die 180° voneinander entfernt am Himmel zu stehen scheinen, die entfernen sich eigentlich garnicht (bzw. nur mit ihren jeweiligen Eigengeschwindigkeiten von einigen hundert bis tausend km/s) von uns oder voneinander. Es ist die Raumzeit selbst, die expandiert. Die früher oft gehörten "Fluchtgeschwindigkeiten" sind lediglich eine Analogie (und eine falsche). Daher ist der für uns überblickbare Radius auch nicht gegeben durch den Abstand bei dem sich irgendetwas mit Überlichtgeschwindigkeit entfernen würde.

Abgesehen davon bedeutet ein relativistisches Universum auch nur dass ich nicht mit Überlichtgeschwindigkeit Information innerhalb des Universums austauschen kann. Über die Expansionsrate gibt es schlicht keine Aussage.

Wie weit kann man nun zurückschauen? Das ist begrenzt dadurch dass erst ~380 000 Jahre nach dem heissen Urknall das Universum soweit abgekühlt war, dass sich genügend Elektronen mit Protonen zu Wasserstoffkernen verbinden konnten um nicht zu viele freie Ladungsträger übrigzuhaben. Denn, freie Ladungsträger streuen Licht überaus gut, und verhinderten so zu noch früheren Zeiten die freie Ausbreitung - und damit dass uns dieses Licht überhaupt erreicht.

Seit dieser Zeit ist das Universum um einen Faktor ~1100 expandiert, und damit wurde die Wellenlänge des damals von dieser "letzten Streufläche" ausgesandten Lichtes auch um einen Faktor 1100 verlängert -- von entsprechend 3000 Kelvin auf nunmehr 2.7 Kelvin. Dieses Relikt des Urknalls ist die berühmte 3K-Hintergrundstrahlung, und die Grenze bis zu der wir im elektromagnetischen Regime schauen können.
Weiter zurück ginge es nur mit Neutrinos oder Gravitationswellen, für die aber in diesem Fall noch geeignete Detektoren fehlen.

Relativ kurz nach dem freiwerden der 3K Strahlung erstrahlte bereits das Licht der ersten Sterne und Galaxien, also vor ~13 Milliarden Jahren. Gerade letzte Woche hat man eine Sternexplosion (einen Gamma Ray Burst) beobachtet, die nur einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall stattgefunden haben muss. Allerdings heisst das jetzt nicht, dass diese Objekte heute auch 13 Milliarden Lichtjahre weit entfernt sind, denn während das Licht 13 Milliarden Jahre lang unterwegs war, ging die Expansion des Universums ja weiter, so dass diese Orte "heute" etwa 45 Milliarden Lichtjahre weit weg sind!

In der 3K-Strahlung selbst hat man kleine Inhomogenitäten von ~hunderttausendstel Kelvin gemessen. Diese interpretiert man als akkustische Schwingungen hervorgerufen durch das Wechselspiel von thermischem Druck im Plasma und Eigengravitation der ersten sich bildenden Massekonzentrationen -- der Keimzellen der Galaxien und Galaxienhaufen. Man könnte also sagen mit Mikrowellenohren kann man den Urknall "hören"...

Hallo,
da ich hier gelesen habe dass Astronomen in den Verdacht gerieten um Probleme herumzuschleichen stelle ich jetzt mal meinen Katzenmodus ab -- full warning has been given [;)]

Grundsätzlich zur kosmologischen Expansion: Alle "kollabierten" (gravitativ gebundenen) Bereiche des Universums nehmen an dieser *nicht* teil! Das heisst, weder der Abstand Erde-Sonne vergrössert sich, noch der Durchmesser der Milchstrasse, noch ein imaginäres Auto oder sogar ein Zollstock mit dem ich etwas messen möchte.

Das ist auch leicht zu verstehen, denn in diesen gebundenen Umgebungen ist die lokale Dichte viel grösser als diejenige im Universum insgesamt -- das Universum ist eben ein schrecklich leerer Ort, und wir, wir erleben schon etwas aussergewöhnliches hier in unserer überdichten Umgebung "voller" Sterne und sonstioger Materie.

Die Expansion betrifft sozusagen massgeblich den beinahe leeren Raum zwischen den Galaxienhaufen.

Ich rate aber dringend davon ab, sich das ganze anhand Strasse oder ähnlichem vorzustellen, die von einem "Ende" des sichtbaren Universums zum anderen geht und dabei ausgedehnt wird. Dabei kommt nämlich wie schon gesagt die Idee auf, dass sich die Galaxien umso schneller von uns "entfernen" je weiter sie auf dieser Strasse weg sind.

Das ist aber nicht so. Vielmehr ist das Licht seit seiner Entstehung in den Sternen dieser Galaxien eine gewisse Zeit unterwegs gewesen, und während dieser Zeit ist das Universum um einen bestimmten Faktor expandiert - und die Lichtwellen mit ihm, so dass sie nun langwelliger erscheinen.