Atome im Universum

[EREIGNISHORIZONT]

@ LuckyGuy

OK...danke für diese äußerst Ballaststoffreiche Hirnnahrung. Erst mal verdauen!

Ich sag mal, das ich so ungefähr 30% davon verstanden hab und ich hoffe mal, ich lande bei 50%.

[Sternengucker]

Nun pack Dir Dein Fahrrad und fahre über das Gesamtquadrat. Du bist nun das Licht. Nah beieinanderliegende Quadrate wirst Du noch erreichen können, aber irgendwann entsteht zwischen Dir und einem weit entfernten Zielpunkt mehr neuer Raum, als Du in der gleichen Zeit zurücklegen kannst. In Deinem Nahbereich hast Du keine Probleme (Und ein weiterer Radler, der an Deinem Wunschzielort weilt, hat in seinem Nahbereich auch keine Probleme. Für alle Radler auf dem gesamten Quadrat gelten die gleichen Regeln).

Aber obwohl jeder von sich im Brustton der Überzeugung behaupten kann, sich weit unter LG zu bewegen, entfernen sich weit entfernte Bezugspunkte mit ÜLG voneinander fort.

Noch irgendwelche Klarheiten?

Nicht dass ich das Gedankenmodell nicht verstehen könnte... aber wie kann man so etwas beweisen? Immerhin sehen wir ziemlich weit hinaus, bzw erreicht uns aus allen Richtungen verdammt altes Licht, wenn die Expansion überlichtschnell und gleichmässig wäre müsste das aber ja irgendwann zu stottern anfangen bzw Licht verlöschen von Orten die sich eben in diesem Maß von uns entfernen O.o

Von SO einem Phänomen hätte ich bislang jetzt noch nichts gehört, also von "verschwindenden Galaxien" die über den Rand des beobachtbaren Raums hinausgereist (bzw eher "gerast" ) wären...

[McWire]

Nicht dass ich das Gedankenmodell nicht verstehen könnte... aber wie kann man so etwas beweisen? Immerhin sehen wir ziemlich weit hinaus, bzw erreicht uns aus allen Richtungen verdammt altes Licht, wenn die Expansion überlichtschnell und gleichmässig wäre müsste das aber ja irgendwann zu stottern anfangen bzw Licht verlöschen von Orten die sich eben in diesem Maß von uns entfernen O.o

Von SO einem Phänomen hätte ich bislang jetzt noch nichts gehört, also von "verschwindenden Galaxien" die über den Rand des beobachtbaren Raums hinausgereist (bzw eher "gerast" ) wären...

Wie er schon schrieb, kann man es nur indirekt beweisen. Man kann die Krümmung des sichtbaren Raum bestimmen und daraus die "Flachheit" errechnen. Anschließend kann man aus dieser "Flachheit" bestimmen, in welcher Größenordnung das Universum liegen muss.

Genauso haben schon die Griechen den Umfang der Erde bestimmt, indem sie die Horizontweite gemessen und daraus die Erdkrümmung und damit den Erdradius bestimmt haben.

[LuckyGuy]

Von SO einem Phänomen hätte ich bislang jetzt noch nichts gehört, also von "verschwindenden Galaxien" die über den Rand des beobachtbaren Raums hinausgereist (bzw eher "gerast" ) wären...

Alles, was hinter 18 Mrd. LJ liegt, erreicht uns nicht, dadurch ist das Licht, dass uns überhaupt erreichen kann, endlich.

Man kann im Übrigen die Grenze, an der Galaxien liegen, bevor ihre (relative!!!) Fluchtgeschwindigkeit die LG übersteigt, anhand der Expansionsrate (und nicht Expansionsgeschwindigkeit, die gibt es genau genommen gar nicht) der Universums berechnen. Und man kommt ziemlich genau bei 18 Mrd. LJ heraus, wenn ich mich recht erinnere.

Ich persönlich finde es recht erstaunlich, dass der theoretisch mögliche Beobachtungshorizont und das Alter des Universums rein zufällig so exakt übereinstimmen sollen, aber die Natur fragt mich ja nicht.

Und ja, Galaxien verdünnisieren sich irgendwann aus unserem Wahrnehmungsradius. In einer fernen Zukunft würde eine intelligente Rasse eigentlich gar keine verwertbaren Informationen mehr aus dem intergalaktischen Raum erhalten, denn es wäre einfach alles nur schwarz - wenn sich die nächsten Galaxien mehr als 18 Mrd. LJ entfernt haben.

[Chrisimo]

Und wieso ist die Expansionsgeschwindigkeit des Universums nicht an die Lichtgeschwindigkeit gebunden?

Ich nehme an, das hat was damit zu tun, dass außerhalb des Universums einfach nichts ist. Also gelten dort vielleicht auch nicht unsere physikalischen Gesetze??

[Tribble]

Huhu,

keine Panik, ich habe nur einige Fragen, denn meine "Aussagen" mögt ihr ja nicht . Aber vielleicht seid ihr so freundlich, mir meine Fragen zu beantworten:

1. Habe ich das richtig verstanden, dass die meisten Aussagen hier im Thread Denkmodelle und Annahmen aufgrund verschiedener Theorien sind, also summa summarum alle nicht bewiesen?

2. Falls Frage 1 mit "ja" beantwortet wird: was hat das Thema dann in diesem Forum zu suchen?

3. Wie entsteht leerer Raum, wenn man davon ausgeht, dass die diesen Raum begrenzende Materie (z.B. 2 Galaxien) sich nicht aus eigenem Antrieb (oder angeschubbst durch den Urknall) voneinander fort bewegen?

4. Wenn man von einem Radius des Universums ausgeht, dann legt man eine äußere Grenze fest. Was ist jenseits dieser Grenze?

5. Warum rechnet man der dunklen Materie keine Atome zu?

6. Welche Theorien gibt es zur "großen Masseansammlung" außerhalb des für uns sichtbaren Universums?

7. Was dehnt sich seit dem Urknall aus? Der (leere) Raum selbst oder die sich darin befindliche Materieansammlung?

8. Kennt man die ungefähre Anzahl an Atomen in z.B. einem Kubikzentimeter eines Elements oder sind das auch nur Schätzungen? Wenn ja, wie zählt man Atome?

Ich möchte mit diesen Fragen niemanden provozieren. Ich kann zwar eure Denkmodelle und Aussagen nachvollziehen, mir kommen dabei aber immer wieder neue Fragen auf.

[HiroP]

Huhu,

keine Panik, ich habe nur einige Fragen, denn meine "Aussagen" mögt ihr ja nicht .

Wow, so weit würd ich wirklich nicht gehen. Außerdem, selbst wenn, wir sind nicht nachtragend.

Zu 1.
Die Aussagen sind schon theoretisch fundiert, daher nicht aus Luft gegriffen. Aber vielfach natürlich auch noch nicht bewiesen.

Zu 2.
Der Thread gehört sehr wohl hierher. Er beschäftigt sich mit einem wissenschaftlichen Thema.

Zu 4.
Im wahrsten Sinne des Wortes nichts. Kein Raum, keine Zeit, nichts. Für unser Denken absolut unvorstellbar.

Zu 5.
Weil wir nicht wissen, woraus sie hauptsächlich besteht. Wahrscheinlich sind es keine Atome sondern "einzelne" Teilchen. Wir wissen es nicht.

Zu 7.
Die Raumzeit selbst, nicht die Materie.

[Stormking]

1. Habe ich das richtig verstanden, dass die meisten Aussagen hier im Thread Denkmodelle und Annahmen aufgrund verschiedener Theorien sind, also summa summarum alle nicht bewiesen?

2. Falls Frage 1 mit "ja" beantwortet wird: was hat das Thema dann in diesem Forum zu suchen?

Die Antworten auf Frage 1 und Frage 2 gehören zusammen. In der Naturwissenschaft ist eigentlich nie etwas "bewiesen". Wenn man viel Glück hat, erklärt die aktuelle Theorie alle zu einem Phänomen gehörenden Daten und macht außerdem noch Vorhersagen, die sich dann experimentell bestätigen lassen. Allerdings könnten schon morgen neue Beobachtungen gemacht werden, die alle unsere Theorien wieder über den Haufen werfen. Außerdem kann es konkurrierende Theorien geben, die ebenfalls alle gemachten Beobachtungen erklären. In diesem Fall bevorzug man die Theorie, die mit den wenigsten zusätzlichen Annahmen auskommt (Sparsamkeitsprinzip).

Insofern gilt für Frage 1, daß die obigen Erklärungen mit allen uns derzeit bekannten Fakten zusammenpassen und unter allen konkurrierenden Modellen mit den wenigsten Annahmen auskommt.

3. Wie entsteht leerer Raum, wenn man davon ausgeht, dass die diesen Raum begrenzende Materie (z.B. 2 Galaxien) sich nicht aus eigenem Antrieb (oder angeschubbst durch den Urknall) voneinander fort bewegen?

Man weiß es nicht, es ist ebenfalls nur die einfachste Erklärung. Würden die Galaxien lediglich vom Urknall - Du denkst da wahrscheinlich an eine Art Explosion - "angeschubst" auseinanderfliegen, dann würden sie sich alle mit derselben Geschwindigkeit von uns wegbewegen. Tatsächlich bewegen sich aber weiter entfernte Galaxien schneller von uns weg als näher liegende - und das in alle Richtungen. Diese Beobachtung wird (derzeit) am besten mit einem expandierenden Raum erklärt. Auch die Veränderung der Wellenlängen von sehr altem Licht spricht für diese Theorie.

4. Wenn man von einem Radius des Universums ausgeht, dann legt man eine äußere Grenze fest. Was ist jenseits dieser Grenze?

Nein, ein endliches Universum hat nicht unbedingt eine Grenze. Stell Dir mal nur die Oberfläche einer Kugel vor. Diese zweidimensionale Oberfläche hat einen endlichen Flächeninhalt, aber keine Grenze. Man kann innerhalb Ihrer zwei Dimensionen unbegrenzt lange geradeaus gehen und wird nie auf eine Grenze stoßen. Nun versuche, dieses Beispiel gedanklich um eine Dimension zu erweitern, dann hast Du eine stark vereinfachte Version unseres heutigen Bildes vom Universum.

5. Warum rechnet man der dunklen Materie keine Atome zu?

Weil herkömmliche Materie sowohl elektromagnetisch als auch gravitativ wechselwirkt, die dunkle Materie aber offenbar nur gravitativ (denn sonst wäre sie nicht dunkel). Es kann sich daher nicht um herkömmliche Materie handeln. Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß es ein Dunkelmaterie-Pendant zu Atomen gibt, welches dann aber aus bisher noch unbekannten Elementarteilchen bestehen würde.

7. Was dehnt sich seit dem Urknall aus? Der (leere) Raum selbst oder die sich darin befindliche Materieansammlung?

Der Raum expandiert. Denke mal zurück an obiges Kugel-Beispiel. Denk Dir die Kugel als Luftballon, male ein paar Punkte drauf und puste ihn auf. Der Abstand zwischen den Punkten wird größer, obwohl sich diese selbst nicht bewegen. Und der Abstand vergrößert sich umso schneller, je weiter die Punkte voneinander entfernt sind.

8. Kennt man die ungefähre Anzahl an Atomen in z.B. einem Kubikzentimeter eines Elements oder sind das auch nur Schätzungen? Wenn ja, wie zählt man Atome?

Mittels Massenspektrometrie kann man die Atommasse bestimmen und darüber dann die Anzahl der Atome in einer Probe.

[Pyromancer]

Passend zum Thema:
xkcd - A Webcomic - Dark Flow

[Chrisimo]

Nein, ein endliches Universum hat nicht unbedingt eine Grenze. Stell Dir mal nur die Oberfläche einer Kugel vor. Diese zweidimensionale Oberfläche hat einen endlichen Flächeninhalt, aber keine Grenze. Man kann innerhalb Ihrer zwei Dimensionen unbegrenzt lange geradeaus gehen und wird nie auf eine Grenze stoßen. Nun versuche, dieses Beispiel gedanklich um eine Dimension zu erweitern, dann hast Du eine stark vereinfachte Version unseres heutigen Bildes vom Universum.

Das verstehe ich nicht ganz. Klar, die Oberfläche einer Kugel hat kein Ende, aber wenn man nun versucht, die dritte Dimension in die Bewegung einzubeziehen, dann hat die Kugel doch eine Grenze. Wenn ich z.B. von der Mitte der Kugel zur Oberfläche gehe dann ist bei der Oberfläche schluss. Oder nicht?

[Stormking]

Das verstehe ich nicht ganz. Klar, die Oberfläche einer Kugel hat kein Ende, aber wenn man nun versucht, die dritte Dimension in die Bewegung einzubeziehen, dann hat die Kugel doch eine Grenze. Wenn ich z.B. von der Mitte der Kugel zur Oberfläche gehe dann ist bei der Oberfläche schluss. Oder nicht?

Das liegt daran, daß das Beispiel natürlich nicht perfekt ist. Das Bild der Kugel ist das einer gekrümmten zweidimensionalen Oberfläche, welche in einen dreidimensionalen Raum eingebettet ist. Unser dreidimensionaler Raum könnte aber auch gekrümmt sein, ohne in einen höherdimensionalen Überraum eingebettet zu sein, die Grenzfläche fiele dann weg. Und die "Form" der Krümmung muß auch keine Kugel sein.

Im übrigen beschränken wir uns bei der Betrachtung auf die Oberfläche der Kugel. Die Bewohner des Kugelflächenuniversums kennen keine dritte Dimension, sie können sich nur in zweien bewegen. Ein Eindringen ins Innere der Kugel ist ihnen genauso unmöglich wie ein Verlassen der Oberfläche.

Bildlich vorstellen können wir uns die Übertragung auf unser Universum auch nicht. Dazu ist der menschliche Verstand zu sehr von seiner dreidimensionalen Umgebung geprägt. Somit bleibt uns nur übrig, mit Analogien zu arbeiten und uns ansonsten auf mathematische Beschreibungen zu beschränken.

[Chrisimo]

Das liegt daran, daß das Beispiel natürlich nicht perfekt ist. Das Bild der Kugel ist das einer gekrümmten zweidimensionalen Oberfläche, welche in einen dreidimensionalen Raum eingebettet ist. Unser dreidimensionaler Raum könnte aber auch gekrümmt sein, ohne in einen höherdimensionalen Überraum eingebettet zu sein, die Grenzfläche fiele dann weg. Und die "Form" der Krümmung muß auch keine Kugel sein.

Im übrigen beschränken wir uns bei der Betrachtung auf die Oberfläche der Kugel. Die Bewohner des Kugelflächenuniversums kennen keine dritte Dimension, sie können sich nur in zweien bewegen. Ein Eindringen ins Innere der Kugel ist ihnen genauso unmöglich wie ein Verlassen der Oberfläche.

Bildlich vorstellen können wir uns die Übertragung auf unser Universum auch nicht. Dazu ist der menschliche Verstand zu sehr von seiner dreidimensionalen Umgebung geprägt. Somit bleibt uns nur übrig, mit Analogien zu arbeiten und uns ansonsten auf mathematische Beschreibungen zu beschränken.

Das wäre dann so, als ob ich von der Erde aus mich in eine bestimmte Richtung bewege und dann irgendwann wieder bei der Erde ankomme, obwohl ich die Richtung nicht geändert habe. Das würde dann auch auf alle möglichen Richtungen zutreffen. Ist das richtig?

Und was das Ausdehnen des Raumes angeht: Wird das Universum dadurch größer?

[Stormking]

Das wäre dann so, als ob ich von der Erde aus mich in eine bestimmte Richtung bewege und dann irgendwann wieder bei der Erde ankomme, obwohl ich die Richtung nicht geändert habe. Das würde dann auch auf alle möglichen Richtungen zutreffen. Ist das richtig?

Wahrscheinlich nicht. Und zwar in erster Linie, weil du nur mit Lichtgeschwindigkeit "gehen" kannst, die zurückzulegende Strecke aber aufgrund der Expansion des Raumes immer größer wird. Stell Dir eine Ameise vor, die über den Luftballon krabbelt. Dieser wird aber gleichzeitig immer weiter aufgeblasen. Die Ameise krabbelt immer weiter, ihr Pfad könnte sie theoretisch auch irgendwann wieder zu ihren Ausgangspunkt zurückführen, aber aufgrund ihrer begrenzten Geschwindigkeit und dem immer größer werdenden Ballon wird sie nie dort ankommen.

Und was das Ausdehnen des Raumes angeht: Wird das Universum dadurch größer?

Ja.

[Chrisimo]

Wahrscheinlich nicht. Und zwar in erster Linie, weil du nur mit Lichtgeschwindigkeit "gehen" kannst, die zurückzulegende Strecke aber aufgrund der Expansion des Raumes immer größer wird. Stell Dir eine Ameise vor, die über den Luftballon krabbelt. Dieser wird aber gleichzeitig immer weiter aufgeblasen. Die Ameise krabbelt immer weiter, ihr Pfad könnte sie theoretisch auch irgendwann wieder zu ihren Ausgangspunkt zurückführen, aber aufgrund ihrer begrenzten Geschwindigkeit und dem immer größer werdenden Ballon wird sie nie dort ankommen.

Ok. Das ist nachvollziehbar. Ich meinte das auch nur theoretisch (ohne Geschwindigkeitslimit).

Ja (das Universum wird größer).

Wenn es größer wird, muss es dann nicht in seiner Größe begrenzt sein?

[Stormking]

Ok. Das ist nachvollziehbar. Ich meinte das auch nur theoretisch (ohne Geschwindigkeitslimit).

Tja, man kann sich aber nunmal nicht nur den Aspekt herausgreifen, der einem gerade gefällt. Es gibt kein "theoretisch ohne Geschwindigkeitslimit", die oberste Grenze der Lichtgeschwindigkeit gehört genauso fundamental zum Universum dazu wie alle anderen Aspekte auch.

Wenn es größer wird, muss es dann nicht in seiner Größe begrenzt sein?

Nein. Das Kugeloberflächenbeispiel verdeutlich ja gerade, daß etwas endlich sein kann, ohne begrenzt zu werden.