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Thema: Anzahl der Photonen im Universum

  1. #1
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    Standard Anzahl der Photonen im Universum

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    Hallo Leute, ich frage mich schon länger, ob es möglich ist, die Anzahl aller heute existenten Photonen irgendwie abzuschätzen...


    Mfg

  2. #2
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    Hallo _mars_,

    da ich kein Fachmann bin kann ich nur meine Meinung sagen, das vorab.

    Ich denke also: zur Masse des Universums, seine Temperatur und seine Ausdehnung zur Zeit der Entkoppelung gibts es Schätzungen, damit sind die Wechselwirkungen berechenbar. Wahrscheinlich kann man Aussagen machen, wieviele Photonen zu dem Zeitpunkt maximal vorhanden sein können - in Relation zu o.g. Werten, z.B. weil eine höhere Anzahl automatisch wieder zu ausgleichenden Prozessen führt. Wie gesagt das ist nur meine Meinung, bin mal gespannt was die Fachleute dazu sagen.

    Grüße,
    Frankie

    Edit: hier noch ein Link dazu, aber den kennst Du wahrscheinlich schon: http://de.wikipedia.org/wiki/Urknall...grundstrahlung

    Sry, es ist noch ein 'Edit' nötig: da Photonen auch im heutigen Universum erzeugt und vernichtet werden können, kann man wahrscheinlich sowieso nur einen Wert für den Zeitpunkt der Entkoppelung abschätzen, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Photon#Eigenschaften
    Geändert von Frankie (20.02.2011 um 13:35 Uhr)

  3. #3
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    Es gab zum Zeitpunkt der Entkopplung etwa eine Milliarde Photonen pro Proton. Eben wegen dieser Entkopplung ist diese Zahl für den Mikrowellenhintergrund bis heute konstant. Der Hintergrund liefert immer noch den Löwenanteil aller Photonen im Universum, so dass diese Zahl noch gilt.
    Das wären dann ca. 10^90 Photonen im beobachtbaren Universum, wenn ich mich richtig erinnere.

  4. #4
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    Standard

    Hi _Mars_,

    zur Klärung dieser Frage würde ich mir zuerst überlegen wieviele Photonen ein einzelner Stern mit einer bestimmten Leuchkraft pro Sekunde emittiert. Man sieht dann erst mal, dass die gesuchte Zahl nicht konstant ist, sondern stetig wächst. Dann sollte man eventuell die Frage präzisieren, bzw. modifizieren.

    Als nächstes kann man sich überlegen, ob man auch Gamma-, Röntgen- und Radioquellen berücksichtigen will. Die Physik der zugehörigen Strahler (Quasare, Sterne usw.) ist schließlich auch kein Alltagswissen.

    Zuletzt bleibt noch die Abschätzung der Anzahl der Photonen aus der kosmischen Hintergrundstrahlung.
    MfG

  5. #5
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    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Es gab zum Zeitpunkt der Entkopplung etwa eine Milliarde Photonen pro Proton. Eben wegen dieser Entkopplung ist diese Zahl für den Mikrowellenhintergrund bis heute konstant. Der Hintergrund liefert immer noch den Löwenanteil aller Photonen im Universum, so dass diese Zahl noch gilt.
    Das wären dann ca. 10^90 Photonen im beobachtbaren Universum, wenn ich mich richtig erinnere.
    Und das sind zumeist Gammastrahlen??

    Oder kann man da grob Prozente sagen (Infrarot - evt Sichtbar - UV - Gamma )



    Danke mal für die Antworten

  6. #6
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    Standard

    Zitat Zitat von _Mars_ Beitrag anzeigen
    Und das sind zumeist Gammastrahlen??

    Oder kann man da grob Prozente sagen (Infrarot - evt Sichtbar - UV - Gamma )



    Danke mal für die Antworten
    Hi Mars,

    http://de.wikipedia.org/wiki/Kosmisc...grundstrahlung

    ist doch eigentlich recht beschaulich geschrieben, oder findest du nicht?

    Aber weil dus bist:


    400 Photonen /cm^3
    und das Max. bei 5cm Wellenlänge - daher auch der Name "Microwellenhintergrund" (1mm - 1m)

    Wir haben hier als Pondon zu oben bei 25°C ca. ne halbe Millarde - reine Schwarzkörperstrahlung, keine Ahnung wie viel das auf der Erde von dieser Verteilung abweicht, und das Max. bei ca. 500nm Wellenlänge (grünes, sichtbares Licht)

    Natürlich findet sich auch das ein oder andere Gammaquant in der Hintergrundstrahlung - ist ja schließlich eine Verteilung über den ganzen Wellenlängenbereich - aber da musst du schon etwas länger warten, um mal eins anzutreffen. Der linke Arm auf der schwarzen Fig. in dem wiki-Artikel oben geht ganz schön steil nach unten wie du siehst.



    Erratum:
    Bei uns auf der Erde bei 25° natürlich mit einem Max. von ~10µm (Infrarot)
    Die 500nm war das Max. der Sonne bei 6000K...
    Geändert von RPE (22.02.2011 um 04:33 Uhr) Grund: Erratum hinzugefügt

  7. #7
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    Hallo Ich,

    Zitat Zitat von Ich Beitrag anzeigen
    Es gab zum Zeitpunkt der Entkopplung etwa eine Milliarde Photonen pro Proton. Eben wegen dieser Entkopplung ist diese Zahl für den Mikrowellenhintergrund bis heute konstant. Der Hintergrund liefert immer noch den Löwenanteil aller Photonen im Universum, so dass diese Zahl noch gilt.
    Das wären dann ca. 10^90 Photonen im beobachtbaren Universum, wenn ich mich richtig erinnere.
    das kommt mir nicht wirklich plausibel vor.

    Folge ich A. Müller http://www.wissenschaft-online.de/as...a04.html#antim, dann war zwar die gesamte Photonenenergie durch Paarvernichtung zu diesem Zeitpunkt 1E9 mal größer als die in der Masse der übrig gebliebenen BM 'kondensierte' Energie, aber es muß in diesem Zeitabschnitt eine enorme Menge an Paarbildung/Paarvernichtung (Elektronen/Positronen) stattgefunden haben und dabei wurde diese Energie auf wesentlich mehr Einzelphotonen verteilt. Hier habe ich allerdings keine Vorstellung, wie sich das, besonders bei rasanter Expansion, quantitativ (Anzahl (nicht Energie) der Photonen), genauer erfassen läßt.

    Herzliche Grüße

    MAC

    PS Mal abgesehen davon, daß man das heute durchaus messen kann, auch wenn ich keine Ahnung habe, wie das Ergebnis solcher Messungen aussieht.
    Ach ich hab's gerade gelesen, 400/cm^3
    Einleuchten tut mir das aber nicht!
    Geändert von mac (22.02.2011 um 02:18 Uhr)

  8. #8
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    Hallo Mac,

    man misst ja nicht die Zahl, sondern die Intensitätsverteilung der Hintergrundstrahlung über der Wellenlänge.

    Daraus kannst du dann die Zahl der Photonen pro Raumelement berechnen.

    Sehr schön erklärt z.B. in "The First Three Minutes" by Steven Weinberg im Mathematical Supplement.
    Kurzum, das Ergebnis für die Anzahl der Photonen aus dieser Messung bzw. Rechnung ist extrem genau.

    Aber wir können ja damit mal Ich's Zahl überprüfen:

    Radius des beobachtb. Universums:
    13E9*365*24*3600*3E8*1E2 cm = 1.23E28 cm

    Volumen der Kugel:
    4*pi/3 * (1.23E28 cm)^3 = 7.8E84 cm^3

    x 400 /cm^3

    = 3.1E87

    passt ja ganz gut!


    Na, wenn da mal kein Bock drin ist um die Uhrzeit - ich bin gespannt!


    Grüße
    Geändert von RPE (22.02.2011 um 05:46 Uhr) Grund: Einen Bock hab ich selbst gerade noch gesehen...:)

  9. #9
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    Hallo RPE,

    Zitat Zitat von RPE Beitrag anzeigen
    Aber wir können ja damit mal Ich's Zahl überprüfen:

    Radius des beobachtb. Universums:
    13E9*365*24*3600*3E8*1E2 cm = 1.23E28 cm
    wenn Du heutige hiesige Beobachtungen in dieser Form auf das Universum rechnen möchtest, dann entspricht sein Radius der Comoving radial Distance und die ist heute, wenn Du es für die Quelle der heutigen Hintergrundstrahlung wissen willst 45,6E9 Lichtjahre und wenn Du es für die Gravitation wissen willst, 46,54E9 Lichtjahre, zumindest nach derzeitigem Standardmodell. Und damit liegst Du mit Deiner Rechnung gut zwei Größenordnungen neben dem was Du eigentlich haben möchtest.

    Zitat Zitat von RPE Beitrag anzeigen
    passt ja ganz gut!
    nur als Tip (eigene Erfahrung ) das ist immer hoch verdächtig.


    Nachtrag: Aber ganz unabhängig davon daß wir uns hier alle 'nur' um ein zwei Größenordnungen unterscheiden, ich hätte mindestens nochmal ein bis zwei Größenordnungen mehr erwartet, einfach über die mehr qualitative Überlegung, daß 1 Proton gut 3 Größenordnungen mehr Masse hat als ein Elektron, also aus der Energie eines Protons rund 2000 Photonen mit 511 keV entstehen können und dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß durch Compton-Streuung auch diese 511 keV Photonen ihrerseits wieder in eine Vielzahl von langwelligeren Photonen aufgeteilt werden und die sonstigen Aufzweigungen der niederenergetischen Wechselwirkungen sind da auch noch nicht mit dabei. Ok, Compton-Streuung in einem Plasma gibt es glaub' ich nicht so richtig, aber Wechselwirkung mit Elektronen muß es gegen, sonst wäre das Plasma durchsichtig.

    Herzliche Grüße

    MAC
    Geändert von mac (22.02.2011 um 10:36 Uhr) Grund: Nachtrag

  10. #10
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    folge ich A. Müller http://www.wissenschaft-online.de/as...a04.html#antim, dann war zwar die gesamte Photonenenergie durch Paarvernichtung zu diesem Zeitpunkt 1E9 mal größer als die in der Masse der übrig gebliebenen BM 'kondensierte' Energie
    Ich glaube, da waren grad neulich schon mal. Du redest anscheinend von der Baryogenese, ich von der Rekombination. Nach der Baryogenese war Materie und Strahlung im thermischen Gleichgewicht, und dadurch wird auch die Photonenzahl immer neu definiert. Bis zur Entkopplung eben, seitdem ist sie im Wesentlichen konstant. Die 10^9 scheinen schon zu stimmen, ich habe verschiedene Ergbnisse gefunden, die alle um diesen Wert herum liegen.

    @RPE,
    gut, dass du nachrechnest. Der Radius des beobachtbaren Universums beträgt ca. 46,5 Mrd LJ "proper distance" (die Lichtlaufzeit, die du eingesetzt hast, hat eigentlich keine Übereinstimmung mit einem geeigneten Entfernungsmaß). Das wäre auch die Zahl, mit der eine solche Rechnung durchzuführen wäre, so dass man bei ~1.2*10^89 landet. Das passt noch besser zu der genannten Zahl. Aber ich sehe gerade, dass mac das auch schon geschrieben hat.
    Geändert von Ich (22.02.2011 um 11:10 Uhr)

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