Hallo Galaktron,
wenn ich mir solche Zusammenhänge klar machen will, dann hilft es mir oft mir verschiedene Extreme Abläufe vorzustellen.
(nicht realer) Fall, nur zum Verklickern gedacht:
Das ‚Universum‘ ist statisch, hat sich also nicht ausgedehnt und ist auch nicht geschrumpft - was würden wir sehen?
Nehmen wir mal an, daß in einem Lichtjahr Entfernung zu uns ein ausreichend starker Lichtblitz ausgelöst wird, den wir nach eben einem Jahr hier sehen können. Wenn wir wissen wie stark der Lichtblitz wirklich war, dann können wir hier bestimmen, wie weit entfernt von uns er ausgelöst wurde. Einfach indem wir unser Wissen seiner absoluten Lichtstärke pro Quadratmeter in z.B. einem Meter Entfernung mit der hier gemessenen Lichtstärke pro Quadratmeter vergleichen. Bei einem Lichtjahr Abstand wäre das ein Verhältnis von 1/8,9…E31.
Jetzt verändern wir unser Experiment.
Der Lichtblitz wird ausgelöst und wir, ein Lichtjahr von seiner Quelle entfernt, entfernen uns, während das Licht zu uns unterwegs ist, um ein halbes Lichtjahr (ich bitte von Hinweisen auf die derzeitige und wahrscheinlich auch zukünftige technische Undurchführbarkeit solchen Tuns Abzusehen)
Wir ‚halten an‘ und sehen ihn dann nach rund 1,5 Jahren mit einer Stärke von 1/2E32 seiner absoluten Helligkeit.
Nächste Änderung des ‚Versuchsaufbaus‘
Alles wie vorher, aber die Lichtquelle entfernt sich, während sie Blitzt mit 0,6 c von uns. Nun empfangen wir zwar nach rund 1,5 Jahren die gleiche Anzahl von Photonen pro m², aber ihre Wellenlängen sind doppelt so lang, also ihre Energie nur halb so hoch wie beim zweiten Experiment (wieso doppelt so lang? Siehe dazu:
https://de.wikipedia.org/wiki/Doppler-Effekt)
Entfernt sich die Lichtquelle von uns, während sie blitzt oder entfernen wir uns von der Lichtquelle während wir ihr Licht empfangen, verändert sich die Wellenlänge des Lichtes abhängig von unserer relativen Geschwindigkeit zueinander.
Was hat das mit der Expansion des Kosmos zu tun, und was hat das mit der kosmologischen Rotverschiebung zu tun?
Nun, die Ergebnisse unseres dritten Versuchsaufbaus bekommt man in gleicher Weise, wenn sich Lichtquelle und Beobachter nicht aktiv bewegen, sondern wenn der Raum zwischen ihnen, während die Photonen unterwegs sind um einen Faktor 2 (z=1) expandiert. Also beim Start z.B. nur 0,75 Lichtjahre Abstand zwischen Lichtquelle und Empfänger und beim Empfang 1,5 Lichtjahre Abstand zwischen den Beiden. Man kann das Eine in das Andere umrechnen. (Die Lichtlaufzeit beträgt dann allerdings nicht mehr 1,5 Jahre und auch nicht 0,75 Jahre. Was Du hier nur als Hinweis interpretieren sollst, daß die Zeit die Photonen unterwegs sind, in kosmologischen Maßstäben nur indirekt etwas mit dem Abstand zwischen Quelle und Empfänger zu tun haben.
Konsens beim Universum ist die Interpretation, daß der Raum expandiert. Die ganzen Beschreibungen von mir sollen nur dazu dienen, Dir das Zustandekommen der Messungen und ihrer Interpretation leichter nachvollziehbar zu machen.
Wie Du bei den gerechneten ‚Experimenten‘ gesehen hast, gehört zu einer bestimmten relativen Geschwindigkeit eine bestimmte Energie, mit der der Lichtblitz in 1,5 Lichtjahren Abstand ankommt. (Anzahl der Photonen pro m² multipliziert mit ihrer Photonenenergie)
Die Geschwindigkeit kann man exakt durch die Rotverschiebung des ankommenden Lichtes bestimmen und die (heutige) Entfernung durch die Anzahl der Photonen pro Fläche, die uns von dem Lichtblitz erreicht. Natürlich muß man dazu wissen welche Energie sie bei ihrem Start hatten. Das kann man aber ‚leicht‘ erkennen, wenn man weiß, bei welchem Prozess sie entstanden sind (siehe dazu auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Spektrallinie und bedenke: Ein Photon kommt selten allein)
In der Kosmologie läßt sich die Rotverschiebung gleichsetzen mit der Expansion die der Raum, während das Photon in ihm unterwegs war, ‚erlitten‘ hat. (Abstand nachher/Abstand vorhher – 1 = z)
Wenn Du nun an die drei Experimente denkst, dann kannst Du sehen, daß die Rotverschiebung um so stärker ist, je schneller sich des Kosmos ausdehnt, also auch die Gesamtenergie (Anzahl der Photonen und ihre Wellenlänge) abnimmt, wenn sich der Kosmos schneller ausdehnt und zunimmt wenn er sich langsamer ausdehnt.
Wenn Du nun einen Blick auf Figure 3 in
http://supernova.lbl.gov/PDFs/PhysicsTodayArticle.pdf wirfst (Das stammt aus:
http://supernova.lbl.gov/ und dort aus dem Absatz: Overview of Techniques and Earlier Cosmology Results: 1998-2007) Dann solltest Du die dort gezeigten Messungen und Kurven besser interpretieren und einordnen können.
Solch eine Vermutung meinerseits ist unter Umständen falsch, weil ich mich nicht mehr an alle Hürden die ich dazu mal überwinden mußte erinnern kann. Wenn Du also noch Fragen dazu hast, dann ist das kein Problem.
Herzliche Grüße
MAC
Nachtrag:
Mir fällt gerade auf, daß ich eine wichtige Tatsache nicht explizit erwähnt habe. Sie ist für Deine Frage zwar nicht unmittelbar wichtig, aber für die hier aufgeschriebene Beschreibung schon. Die Anzahl der Photonen pro Fläche beim Empfänger hängt nur vom Abstand zwischen Lichtquelle und Empfänger zum Zeitpunkt des Empfangs ab. (Extinktionen unterwegs außen vor) Die Energie dieser Photonen hängt dagegen von der erlittenen Rotverschiebung ab. Daher ist die hier empfangene scheinbare Helligkeit ein Produkt aus 1/Abstand² und (z+1) (dazu kommen im wirklichen Leben natürlich noch die Wechselwirkungsverluste mit dem intergalaktischen- und dem Interstellaren- und dem Interplanetaren Medium und was weiß ich noch alles)
Nachtrag2: Der Nachtrag 1 gilt im realen Universum. Er gilt nicht für das Experiment mit der Bewegten Lichtquelle oder dem bewegten Empfänger im statischen Universum - bei diesem verändert sich der Raum zwischen Sendeort und Empfangsort nicht.
