Expansion des Universums

Astrophysiker Danial

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Hallo Forenuser,
Ich wollte eigtl. nur kurz fragen, wie man überhaupt darauf kam, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt ? Ausschließlich aufgrund der Friedmann Gleichungen oder aus welchen Beobachtungen kam man zu der Annahme ?
Mit freundlichem Gruß
 

TomS

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Man fasst das heute unter dem Begriff ΛCDM-Modell zusammen; Lambda steht für die kosmologische Konstante, CDM für Cold Dark Matter.

Das Modell erklärt drei wesentliche Fakten
  1. die beobachteten Anisotropie der Hintergrundstrahlung (WMAP, Planck),
  2. die berechnete Expansions-"Geschwindigkeit" aus Beobachtungen von Supernovae in fernen Galaxien und
  3. die großräumigen Strukturen im Universum
 

Galaktron

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Hallo,

Handelt es sich eigentlich bei der Beschleunigung der Expansion so wie sie gemessen wird um eine gleichmässige Beschleunigung ?

Danke und Gruss
G.
 

Aronal

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Hallo,

Handelt es sich eigentlich bei der Beschleunigung der Expansion so wie sie gemessen wird um eine gleichmässige Beschleunigung ?

Danke und Gruss
G.

Du meinst ob die Beschleunigung konstant ist? Die Beschleunigung ist nicht konstant. Sie war sogar mal negativ (gebremste Espansion). Doch seit etwa 6 Milliarden Jahren beschleunigt sie. So wie ich es verstanden habe, wird die Beschleunigung mit der Zeit größer.

Was mich interessiert (kann mir das jemand erläutern?):
Bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit der Expansion nicht nur mit t sondern mit t² zunimmt? Dann muss es ja das Universum irgendwann regelrecht zerfetzen (keine lineare Entwicklung).
 

Herr Senf

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... Bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit der Expansion nicht nur mit t sondern mit t² zunimmt? ...
Dann wäre es keine Beschleunigung m/s², sondern ein Ruck - m/s³ als dritte Ableitung des Ortes oder zweite Ableitung der Geschwindigkeit.
Das liegt aber weit innerhalb der Meßgenauigkeit der Expansionsrate, noch geht's gemütlich zu.

Grüße Senf
 

Aronal

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Dann wäre es keine Beschleunigung m/s², sondern ein Ruck - m/s³ als dritte Ableitung des Ortes oder zweite Ableitung der Geschwindigkeit. Das liegt aber weit innerhalb der Meßgenauigkeit der Expansionsrate, noch geht's gemütlich zu.

Grüße Senf

Ich habe mich da vermutlich missverständlich ausgedrückt.
Die Beschleunigung hat schon noch als Einheit m/s². Sie ist dann aber eine Funktion der Zeit. Also eine sich verändernde Beschleunigung. Eine Beschleunigung bleibt auch dann eine Beschleunigung, wenn sie nicht konstant ist (also eine Funktion der Zeit ist). Das nennt man dann "ungleichmäßig beschleunigte Bewegung".

Wenn die Beschleunigung linear mit der Zeit zunimmt, wäre die Gleichung so (Konstanten lass ich mal weg):

Beschleunigung(t) = x * t

Einmal integrieren gäbe die Geschwindigkeit die mit t² ansteigt:

Geschwindigkeit(t) = 1/2*x*t²

x ist dabei irgendein Faktor, der als Einheit m/s³ hat.

Meine konkrete Frage ist: Kann durch Messung festgestellt werden (oder wurde festgestellt), wie sich die Beschleunigung mit der Zeit verändert? Wird sie kleiner oder größer oder bleibt sie konstant? Oder weiß man nur, dass es eine Beschleunigung gibt, aber nicht wie die Abhängigkeit selbiger von t ist? Vielleicht nähert sich der Wert der Beschleunigung ja auch asympt. einem bestimmten Wert an? Wenn es sich nicht messen lässt, gibt es dann Modelle mit denen es sich ausrechnen lässt?

lg
Aronal
 
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TomS

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Im Falle des Universums handelt sich nicht um eine Brschleunigung im herkömmlichen Sinne. Insbs. geht diese nicht mit einer Kraft einher; die mitbewegten Objekte (Galaxien) bewegen sich kräftefrei.

Im Falle der kosmologischen Konstanten und der "beschleunigten Expansion" nehmen Abstände zwischen kräftefrei mitbewegten Objekten exponentiell​ zu.
 

Dgoe

Gesperrt
Hm,

ich glaube das einfach nicht mehr. Weil man ja nur dran glauben kann in meinem Fall. Wird viel erzählt, S1a und so. Ich kenne die papers nicht, wer weiß... steht viel geschrieben, nur ob es wirklich so ist oder nur vage oder auch evtl. auch gar nicht unter Umständen, hmm.

Exponentiell, negative Energie, haste nicht gesehen...
Vorbei, ich lese mir in Zukunft den genauen Wortlaut der Papers durch und bilde mir dann mein eigenes Urteil. Egal wie viel Mathe dafür nötig ist, finde ich sowieso prima. Wenn auch selber noch nicht fortgeschritten, so sicher kein Buch mit sieben Siegeln - ich hab Zeit (für sowas auf Dauer und Lust).

Jedenfalls müssten klare Dinge am Ende vorliegen, nicht nur so und so ist das, ohne Begründung. Auch dass man per S1a-Kerzen dies und jenes erkannt haben will, ist kein Argument. Ein Argument ist eigentlich nur, exakt genau wodurch man das belegt dabei - im Detail, bis hin zur exakten Beobachtung und den Messungen und wie sie gemacht wurden mit allen Parametern. Daran kann man das hinterfragen, vielleicht um überzeugt zu werden, vielleicht um skeptisch zu bleiben.

Ich meine nur, wenn man keinen Vertrauensvorschuss gewähren möchte, geht es kaum anders, am besten nimmt man gleich die Rohdaten irgendwelcher Archive von 'Maschinen' (Teleskopen) und rechnet selber. Oder noch weiter, man vertraut auch diesen nicht, findet vielleicht Kritik daran.

Ja man stelle sich vor, ein systematischer (konzeptioneller oder technischer) Fehler schon auf dieser Basis, dem alle Hersteller erlegen sind, macht sich mal bemerkbar. dann reden wir umsonst um den heißen Brei.

Gesunde Kritik und Paranoia sind sicher verschieden, aber wir reden hier über heiße Themen, da sollte man auch bei aller Mainstream-Hörigkeit ein Holzauge immer wachsam halten. Vieles ist nur ein riesen Konstrukt auf teilweise wackligen Füßen (Diskrepanzen, Anomalien, Unstimmiges, Unerklärtes, etc.) und noch ganz offiziell mit vielen Fragezeichen.

Deswegen könnte auch ein Physik-Cranck mal richtig liegen, oder ein Laie, oder ein anderer. Wenn auch unwahrscheinlich. Besser aber ebenso verschmähte Studierte, da sie per Ausbildung besser im Bilde sind. Ich will nur sagen, es gibt keine absolut sicheren Erkenntnisse, gar keine, bis auf manche Mathematische und eine Philosophische und, gut, ein paar andere.

Das kann man nur über die Logik ausdiskutieren, jeder bringt aber automatisch hier ein Paket an angeblich gesicherten Erkenntnissen mit, die in sich auch logisch sein mögen, gespickt mit Messungen, usw. Die neuzeitlichen Belege unterliegen nur allesamt einem gewissen Prozentsatz an Ungewissheit, 5 sigma. Nach dem hätte es nie Lottomillionäre gegeben, gibt es aber. Also die Lottomillionäre zeigen, dass das Standartmodell und LDMC und dergleichen nur wahrscheinlich sind, nicht sicher. Und ja, es gibt ja noch die Merkwürdigkeiten. Und es gibt die Tatsache, dass ein umfassendes Modell fehlt, es gibt nur Bruchstücke.

Wieso zum Geier, will man so vieles so genau wissen? Ich meine jetzt nicht Elementares. Man weiß nicht woraus über (ich sag mal) 80 Prozent besteht. Plus Minus egal, man kennt weniger als die Hälfte - und das auch nur angeblich. Ja da sollte man sich doch in Demut üben, oder? Stattdessen wird hier alles als abgemachte Sache verkauft, als ob keine Zweifel bestünden.

Gruß,
Dgoe
 
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TomS

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Begründetes und konstruktives Zweifeln gehört zur wissenschaftlichen Methode. Das ist erst mal völlig OK.

Aber das tun auch die Wissenschaftler, sowohl bei der Analyse der Daten, als auch bei der Entwicklung theoretischer Modelle.

Fakt ist, dass lichtschwächere Objekte eine höhere Rotverschiebung aufweisen.

Diese Fakten kannst du nicht wegdiskutieren. Zweifeln an den bisherigen Modellen bedeutet nun, entweder zumindest nachzuweisen, dass das kosmologische Standardmodell nachweislich nicht in der Lage ist, die Daten (mittels ART, Expansion, kosmologischer Konstante etc.) zu erklären, oder gar eine Alternative anzubieten, die einfacher oder präziser ist.

Welchen Aspekt des Modells zweifelst du also an? warum? und welche Alternative schlägst du vor?
 

Ich

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Meine konkrete Frage ist: Kann durch Messung festgestellt werden (oder wurde festgestellt), wie sich die Beschleunigung mit der Zeit verändert? Wird sie kleiner oder größer oder bleibt sie konstant? Oder weiß man nur, dass es eine Beschleunigung gibt, aber nicht wie die Abhängigkeit selbiger von t ist? Vielleicht nähert sich der Wert der Beschleunigung ja auch asympt. einem bestimmten Wert an? Wenn es sich nicht messen lässt, gibt es dann Modelle mit denen es sich ausrechnen lässt?
Die Beschleunigung ist grundsätzlich proportional zur Entfernung. Damit hast du \ddot x = a = f(t)*x, wobei f(t) eine Funktion der Zeit ist, Einheit 1/s². Das ist eine Differentialgleichung, die Beschleunigung eines Objekts als Funktion der Zeit ist also kompliziert zu ermitteln.
Es gibt zwei Spezialfälle, die relativ einfach sind.
Trivial ist das "leere" Universum ohne Beschleunigung, f(t)=0. Hier bleibt die Geschwindigkeit aller Galaxien konstant, der Hubbleparameter lautet entsprechend 1/t.
f(t)=const.=f hat auch eine einfache Lösung, hier sind die Beschleunigung, Geschwindigkeit und Abstand Exponentialfunktionen. Der Abstand z.B. geht wie x0*exp(sqrt(f)*t), wobei x0 der Abstand zur Zeit t=0 ist. Die Beschleunigung geht dann wie x0*f*exp(sqrt(f)*t). Dieser Fall wäre der Endzustand des LCDM-Universums, wenn nur noch die kosmologische Konstante was zu sagen hat. Das könnte man auch am ehesten als "konstante Beschleunigung" bezeichnen, aber du siehst schon, dass das nicht so einfach ist.
Auch für das LCDM-Universum lässt sich die Beschleunigung auch als Formel darstellen, die ist aber komplizierter. Unter "Friedmann-Gleichungen" findet man bei Wikipedia einen guten Ausgangspunkt für eine solche Berechnung.

Und noch zur Sicherheit hinterher: "Geschwindigkeit", "Abstand", "Zeit" beziehen sich alle auf ganz spezielle Definitionen, wie Raum und Zeit zu messen sind. Die Geschwindigkeiten können z.B. beliebig groß werden. Und die Beschleunigungen sind nur relativ, nicht absolut: Je nach Bezugspunkt haben sie einen anderen Wert, und man kann sie auch nicht spüren. Sie äußern sich nur über die Auseinanderbewegung.
 

ralfkannenberg

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ich glaube das einfach nicht mehr. Weil man ja nur dran glauben kann in meinem Fall. Wird viel erzählt, S1a und so. Ich kenne die papers nicht, wer weiß... steht viel geschrieben, nur ob es wirklich so ist oder nur vage oder auch evtl. auch gar nicht unter Umständen, hmm.

Exponentiell, negative Energie, haste nicht gesehen...
Vorbei, ich lese mir in Zukunft den genauen Wortlaut der Papers durch und bilde mir dann mein eigenes Urteil. Egal wie viel Mathe dafür nötig ist, finde ich sowieso prima. Wenn auch selber noch nicht fortgeschritten, so sicher kein Buch mit sieben Siegeln - ich hab Zeit (für sowas auf Dauer und Lust).
Hallo Dgoe,

ich habe das ganz anders gemacht: ich habe 2 Bücher gelesen und schaue mir die immer wieder an. Tatsächlich habe ich sie immer griffbereit wenn ich Beiträge ins astronews schreibe.

Das sind diese beiden Bücher:
1. Die Geburt des Kosmos aus dem Nichts (Alan Guth)
2. Weiße Zwerge - Schwarze Löcher: Einführung in die relativistische Astrophysik (Sexl/Sexl)

Letzteres sollte übrigens Weisse Zwerge - Neutronensterne - Schwarze Löcher heissen, aber dann wäre wohl der Titel zu lang geworden.

Und wenn du noch einen dritten im Bunde suchst, so würde ich diesen empfehlen:
3. Die ersten 3 Minuten (Steven Weinberg)


Das geht alles ohne Mathematik und trotzdem hast Du eine sehr seriöse Referenz, und zudem sind sie auch spannend zu lessen. Gewiss, letzeres ist schon ein bisschen in die Jahre gekommen, aber egal: es ist fast schon erschreckend, mit welch' einfachen Beschreibungen der Wärmelehre man den Urknall erklären kann.


Auch dass man per S1a-Kerzen dies und jenes erkannt haben will, ist kein Argument.
Das indes ist ein Killer: in einem Astronomie-Forum dieses Niveaus muss man wissen, was das ist. Als Einführung empfehle ich hier Entfernungsmessungen via Parallaxe, via Delta Cephei-Sterne und via Ia-Supernovae. Und zwar völlig unabhängig von der Dunklen Energie, diese Entfernungsmessungen wurden ja schon viel früher angewendet und sind astronomisches Basiswissen.

Wenn Du Dich diesem Thema "spielerisch" annähern möchtest, dann kannst Du ja mal folgende beiden Fragen herauszufinden versuchen:

1. warum Friedrich Wilhelm Bessel im Jahre 1837 ausgerechnet den Stern 61 Cygni ausgewählt ?
2. was hat Henrietta Swan Leavitt im Jahre 1912 bei der Beobachtung von delta Cephei Sternen in der Kleinen Magellanschen Wolke bemerkt ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 

ralfkannenberg

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Deswegen könnte auch ein Physik-Cranck mal richtig liegen, oder ein Laie, oder ein anderer. Wenn auch unwahrscheinlich.
Hallo Dgoe,

ich möchte gerne mal abschätzen wie oft so etwas passiert. Kannst Du mir bitte ein Beispiel nennen, wo dies passiert ist ?

Ich meine jetzt nicht die Entdeckung absurd anmutender Resultate durch Fachleute, wie beispielsweise die Messung des Spektrums der beiden ersten Weissen Zwerge 40 Eridani B und Sirius B, die kurze Zeit später dann auch noch durch den Van Maanens-Stern ("Maanen 2") bestätigt wurde, sondern wirklich wo einem Crank oder einem Laien eine Entdeckung auf diesem Level gelungen ist.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Galaktron

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Vielen Dank Aronal, das ist genau das was ich wissen wollte!.

Ja genau konstante Beschleunigung, (sorry für das falsche Wort).

(Habe jetzt auch eine Grafik gefunden auf der man eine leichte "Talie" beim Universum bei ca. 6 Milliarden Jahren sehen kann) :) !

Ich würde dazu gerne noch ein paaaaaar weitere Fragen stellen in der Hoffnug das wieder jemand so nett ist sie zu beantworten.

- konnte man die gebremste Expansion bis vor 6 Milljarden Jahren auch schon vor der Entdeckung der Dunklen Energie messen ?

- und bedeutet das, dass Objekte in einem Abstand bis 6 Milljarden Lichtjahren heller sind als ihre Rotverschiebung bei konstantem Hubble-Parameter vermuten liesse ?

- und wie gross ist eigentlich ungefähr die Abweichung (also wenn zwei 1aS mit gleicher Rotverschiebung untesucht werden, kann es dann sein das die eine z.B. 10 % zu dunkel gemessen wurde und die ander z.B. 15 % ) ?

Danke und Gruss
G.
 

Bernhard

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Ich würde dazu gerne noch ein paaaaaar weitere Fragen stellen in der Hoffnug das wieder jemand so nett ist sie zu beantworten.
Hallo Galaktron,

wäre in diesem Fall nicht die Anschaffung eines oder zwei guter Lehrbücher hilfreich? Es gibt zu der Thematik auch einige gute Wikipedia-Artikel! Als Lehrbuch empfehle ich für den Einstieg gerne T. Fliebach, "Allgemeine Relativitätstheorie". Wer mehr will, kann sich den MTW (Misner, Thorne, Wheeler, "Gravitation") zulegen.
 

mac

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Hallo Galaktron,

konnte man die gebremste Expansion bis vor 6 Milljarden Jahren auch schon vor der Entdeckung der Dunklen Energie messen ?
die dunkle Energie wurde entdeckt, weil Rotverschiebung und Lichtmenge einiger SN1a Ereignisse nicht zur fortlaufend gebremsten Expansion passten.

Solche Untersuchungen hängen an Messgeräten (hier Teleskope) und zur Verfügung stehender Messzeit. Man hätte es also auch schon vorher entdecken können, wenn man die Priorität genau solcher Messungen höher hätte einordnen können. Nach dieser Entdeckung (mit übrigens erbärmlich ‚schlechten‘ Daten, was die Leistung dieser Forschergruppen besonders unterstreicht) änderte sich natürlich die Priorität genau dieser Beobachtungen und sie sind inzwischen weltweit koordiniert und auch teilweise automatisiert. Insbesondere wird sehr viel Energie in die Forschung zum Ablauf von SN1a Explosionen gesteckt, um die Signale dieser ‚Standardkerze‘ so gut wie möglich zu verstehen und ihre Aussagekraft zu verbessern.



und bedeutet das, dass Objekte in einem Abstand bis 6 Milljarden Lichtjahren heller sind als ihre Rotverschiebung bei konstantem Hubble-Parameter vermuten liesse ?
Hier steckt viel Potential für Messverständnisse. :D

Schau‘ Dir die Definition für den Hubbleparameter an. Wäre er (über die Jahrmilliarden) konstant, würde das Universum (schon immer) beschleunigt expandieren. Die Expansionsgeschwindigkeit die bis vor etwa 7 Milliarden Jahren abgenommen hat, bezieht sich nicht auf den Hubbleparameter (auch wenn man das Eine in das Andere umrechnen kann) sie bezieht sich auf ein (beliebiges, aber für alle Zeitpunkte gleiches) Raumelement, das sich zunächst (in den ersten Milliarden Jahren) immer langsamer werdend von uns entfernt hat und erst in den letzten Milliarden Jahren wieder schneller wird.
Stell Dir ein Gummiband vor, welches zunächst 1 m lang ist. Das Eine Ende hältst Du fest, das andere Ende habe ich in der Hand und entferne mich damit mit 1 m/s von Dir. Vor dem Start markierst Du in 10 cm Entfernung von Dir einen Punkt auf das Gummiband. Wenn ich starte entfernt sich dieser Punkt mit 0,1 m/s von Dir. Nach einer Sekunde Markierst Du erneut einen Punkt, wieder 10 cm weit weg von Dir. Der erste Punkt ist nun schon 20 cm weit weg von Dir und entfernt sich nach wie vor mit 0,1 m/s von Dir, aber der Zweite Punkt entfernt sich nur noch mit 0,05 m/s von Dir, obwohl ich mich nach wie vor mit 1 m/s von Dir entferne. Die Expansionsgeschwindigkeit bei diesem Bandmodell ist konstant, obwohl der Hubbleparameter (Ein immer neuer Punkt, der immer gleich weit weg von Dir ist) immer kleiner wird.

Soweit erst mal. Mehr, wenn ich wieder Zeit habe.

Herzliche Grüße

MAC
 

Dgoe

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Begründetes und konstruktives Zweifeln gehört zur wissenschaftlichen Methode. Das ist erst mal völlig OK.
Danke, auch wenn ich weit ausgeholt habe...
Aber das tun auch die Wissenschaftler, sowohl bei der Analyse der Daten, als auch bei der Entwicklung theoretischer Modelle.
Ja, nur Fehler die die dabei machen theoretisch oder auch nicht, muss man als Außenthehender schlucken.

Man überlege mal was davon in dem Fall abhängt, unendliche Diskussionen, ganze Konzeptionen.

Gut, ist so, laut Messung, guckt, wie ihr klar kommt. Nur was ist, wenn diese eine Messung nicht stimmt?

Frage als Laie: Wie viele unabhängige Messungen unterstützen diese eine? WIE VIELE?

Man erfährt eigentlich nix dazu, da kann man sich totlesen.

Ist ja nur der Unterschied zwischen rund 90 prozent oder nicht. Nicht weiter der Rede wert.


Gruß,
Dgoe
 
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Dgoe

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Wieviele unabhänige oder ergänzende Messungen gibt es zu 1a? Einmalig? Wie oft bestätigt? Haben die das wirklich so genaau sooo ganz genau definieren dürfen?
 

Dgoe

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Ich mein ja nur, darauf fußt so unglaubluch vieles.
Un-un-unglaubliches Vieles. Fast alles moderne, oder besser ohne das Wort "fast", also alles.

Wert doch für einen konkreten genauen Blick darauf, oder?

Was ich vor habe,

Stay tuned.

Gruß,
Dgoe
(eher wenig zeit zur zeit)
 
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