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Thema: Licht und die Expansion des Universums

  1. #1
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    Standard Licht und die Expansion des Universums

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    [Dieses Thema wurde aus dem Thread "Neutrinos: Schneller als das Licht" abgetrennt, einige Beiträge sind daher in beiden Threads zu finden. Das ursprüngliche Thema finden Sie hier: http://www.astronews.com/forum/showthread.php?5486-Neutrinos-Schneller-als-das-Licht]

    Damit wenigstens zwei von deinen 80 Fragen beantwortet sind:

    Nimmt der Neutrinostrom aus dem Weltall nun mit fortschreitendem Alter ständig zu? Ich versuche mir dabei ein unendliches Universum vorzustellen, in dem der Radius, aus dem uns diese Strahlung erreicht, ungeachtet der Dichte ständig wächst. Und wenn ja, warum detektieren wie sie dann nicht?
    Zunächst einmal: selbst wenn die Neutrinos aus dem Weltall zunehmen würden, würden wir das in den paar Jahrzehntchen, die wir schon Neutrinos messen können, nicht bemerken.

    Tatsächlich ist es aber so, dass selbst in einem statischen Universum die Anzahl Neutrinos mit der Zeit nicht zunehmen würde (ausser es sei "intrinsisch", dh, wenn es mehr Neutrino-produzierende Ereignisse gäbe). Denn mit dem neu zugänglichen Volumen sinkt auch die Neutrinodichte, die bei uns ankommt. Das ist im Prinzip wie beim Olberschen Paradoxon: Wenn das Universum homogen und isotrop ist, erreicht uns aus jeder Entfernung gleich viel Licht - oder eben Neutrinos.

    Nun ist es ja aber so, dass das Universum expandiert, vielleicht sogar beschleunigt. Entsprechend sinkt die Neutrinodichte. Aber das werden wir in den paar Millionen Jahren, die ich der Menschheit höchstens gebe, wohl nicht feststellen können.
    Geändert von Webmaster (29.09.2011 um 09:21 Uhr) Grund: Hinweis oben eingefügt
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  2. #2
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    Kann das sein, daß ich hier etwas Furcht davor spüre, bei dieser ganzen Neutrino-Sensationshascherei könnte zuletzt ein Argument gegen die RT herauskommen? Also mal spekuliert, es ergäbe sich für Neutrinos ein anderes Additionstheorem für Geschwindigkeiten, womit man dann ihre unterschiedlichen Energien erklären könnte? Davon muß sich doch alles, was theoretisch vom Licht hergeleitet ist, nicht erschüttern lassen. c bleibt weiterhin konstant, solange man experimentell nichts anderes heraus bekommt. Oder?

    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Das ist im Prinzip wie beim Olberschen Paradoxon: Wenn das Universum homogen und isotrop ist, erreicht uns aus jeder Entfernung gleich viel Licht - oder eben Neutrinos.
    Im Prinzip ja, doch es kommt mit jeder neuen Sekunde eine Kugelschale hinzu, deren Licht uns eine Sekunde früher noch nicht erreicht hatte. Gilt auch für Gravitation, Wirkung und Neutrinos, das ist derselbe Gedankenknoten, der mich schon im Thread Galaxienrotation umgetrieben hat. Ich habe den intensiven Wunsch, das noch zu entwirren. Ständig habe ich das Gefühl, alle großen Kosmologen dieser Welt haben etwas übersehen und ausgerechnet ich bin der Glückliche, dem es vor die Füße fällt...

  3. #3
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    Standard

    Im Prinzip ja, doch es kommt mit jeder neuen Sekunde eine Kugelschale hinzu, deren Licht uns eine Sekunde früher noch nicht erreicht hatte
    Aber jede dieser Kugelschalen ist weiter weg... Die Intensität des Lichtes (etc.), das uns daraus erreicht, sinkt entsprechend.

    Genauer: In jedem Moment erreicht uns das Licht aus einer weiteren Kugelschale. Kugelschalen haben die Oberfläche 4 * Pi * R^2 (du könntest auch das Volumen einer sehr dünnen Kugelschale nehmen, aber dieses nähert sich infinitesimal an Null (bzw. 4 * Pi * R^2, die Formel für die Oberfläche) an, wenn man die Kugelschalen bzw. die Zeitabstände nur klein genug macht). Gleichzeitig sinkt die Intensität einer Punktquelle im 3D-Raum mit dem Quadrat zum Abstand. Wenn also R etwas grösser wird, nimmt die Intensität mit R^2 zu, weil die Kugelschale etwas grösser ist als die letzte. Aber gleichzeitig nimmt die Intensität mit R^2 ab, weil die Kugelschale etwas weiter weg ist als die letzte. Im Endeffekt hebt sich das, in einem statischen, homogenen und isotropen Universum, exakt auf.

    EDIT: Aber ich glaube, ich weiss jetzt, was du sagen willst: Selbst wenn uns aus der einzelnen Kugelschale immer die gleiche Energiemenge erreicht, die Anzahl der strahlenden Kugelschalen nimmt ständig zu. Das Universum ist eben nicht statisch, sondern es expandiert - schneller als die Kugelschalensumme wächst. Mit 70 km/s/Megaparsec bist du bei ~14 Mrd LJ Distanz bei der Lichtgeschwindigkeit angekommen. Effektiv ist es deshalb sogar so, dass die Anzahl der Kugelschalen langsam abnimmt - Bereiche, die einst Strahlung zu uns schicken konnten, können das heute nicht mehr, weil sie zu weit weg sind.

    So, jetzt aber zurück zum Thema.

    Ständig habe ich das Gefühl, alle großen Kosmologen dieser Welt haben etwas übersehen und ausgerechnet ich bin der Glückliche, dem es vor die Füße fällt...
    Das Gefühl kennt jeder - die Erfahrung zeigt aber, dass Kosmologen (oder sonstwelche Experten auf ihrem jeweiligen Gebiet) in aller Regel schon wissen, was sie tun, und der Fehler entsprechend bei einem selbst zu suchen / finden ist.
    Geändert von Bynaus (27.09.2011 um 09:06 Uhr)
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  4. #4
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    Hallo Bynaus,

    in einem statischen Universum mit homogener Massenverteilung und einem Anfang, würde die Intensität der bei uns eintreffenden Strahlung proportional zur abgelaufenen Zeit zunehmen.

    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Genauer: In jedem Moment erreicht uns das Licht aus einer weiteren Kugelschale
    Ja



    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Kugelschalen haben die Oberfläche 4 * Pi * R^2
    Ja, aber das hat nix mit dem zu tun, was Du hier betrachtest. Licht erreicht uns nicht aus einer Fläche, sondern aus einem Volumen.



    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    (du könntest auch das Volumen einer sehr dünnen Kugelschale nehmen,
    Du könntest nicht nur, Du mußt!



    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    aber dieses nähert sich infinitesimal an Null
    Ja, und in gleichem Maße nähert sich die Anzahl der hinzukommenden Kugelschalen pro Zeit Unendlich. Das ist aber unnötig kompliziert und fordert vom Leser Kenntnisse in der Infinitesimalrechnung.



    Viel einfacher ist es sich vorzustellen, daß das Kugelvolumen und damit die eingeschlossene Materie mit r^3 wächst, während die Lichtmenge nur mit r^2 fällt.



    Da das Universum aber nicht statisch ist, nimmt die Lichtmenge mit zunehmender Entfernung nicht mit r^2, sondern mit r^2 * (z+1) ab.


    Herzliche Grüße

    MAC

  5. #5
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    @Mac: Ich hatte den Beitrag nochmals editiert, weil mir plötzlich, sagen wir, ein "Licht" aufgegangen ist, was Luzifix eigentlich meinte. Ich dachte zuerst, er meint, die Intensität müsse mit jeder Kugelschale zunehmen, weil sie grösser ist als die vorherige. Das meint er aber gar nicht - er redet, wie jetzt du auch, vom sich vergrössernden Volumen, aus dem uns Licht / Neutrinos erreichen. Darauf gibt es natürlich eine andere Antwort, die ich schon im ersten Post zum Thema angedeutet hatte: Das Universum ist nicht statisch, sondern es expandiert (und zwar schnell genug, um für diese Frage relevant zu sein).

    Zitat Zitat von Maria49
    1917 erfand er die kosmologische Konstante, 1929 bezeichnete er das als seine "größte Eselei". Nichtsdestoweniger existiert die "komische" Konstante heute immer noch
    Die Motivation Einsteins, die kosmologische Konstante zu "erfinden" um sie dann später als "grösste Eselei" zubezeichnen, ist ganz eine andere als jene, die heute wichtig ist.
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  6. #6
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    Hallo Bynaus,

    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Effektiv ist es deshalb sogar so, dass die Anzahl der Kugelschalen langsam abnimmt - Bereiche, die einst Strahlung zu uns schicken konnten, können das heute nicht mehr, weil sie zu weit weg sind.
    das ist sehr mißverständlich oder sogar falsch formuliert.

    Es gibt (bisher) keinen Bereich im Kosmos von dem uns irgendwann in der Vergangenheit (Emissions-)Licht erreicht hat, aus dem wir aber heute kein Licht mehr empfangen.

    Es gibt nur Bereiche, von denen uns Licht, welches nach einem bestimmten Datum emittiert wurde, nie mehr erreichen wird. Für Licht das jetzt gerade irgendwo emittiert wird ist das der heutige Abstand des Event Horizon, der etwas größer ist, als der heutige Abstand der Hubblesphäre.

    Es wird uns aber auch in Zukunft noch Licht von viel weiter weg erreichen, das ist dann halt nur vor dem jeweiligen 'Stichtag' emittiert worden. Auch dieses Licht wird aber durch die zukünftige Expansion des Kosmos immer stärker rot verschoben, bis seine Wellenlänge und Intensität schließlich alle Grenzen über-, respektive unterschreitet, die wir noch messen können. Darum auch die Frage, ob sich 'Kosmologen' in ferner Zukunft noch ein Bild werden machen können von der Geschichte des Universums.

    Herzliche Grüße

    MAC

  7. #7
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    Es gibt nur Bereiche, von denen uns Licht, welches nach einem bestimmten Datum emittiert wurde, nie mehr erreichen wird
    Genau. Und entsprechend muss es Bereiche geben, in denen dieser Stichtag bereits durch ist. Oder was verstehe ich falsch?
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  8. #8
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    Hallo Bynaus,

    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Genau. Und entsprechend muss es Bereiche geben, in denen dieser Stichtag bereits durch ist. Oder was verstehe ich falsch?
    ich weiß bisher nicht genau ob, und wenn, was Du, oder ich falsch versteh/st.

    Ja, solche Bereiche gibt es. Nehmen wir mal so einen Bereich in dem der Stichtag bereits 'durch' ist: Schreib' mal konkret auf, wie weit der weg sein soll. Aber schreib bitte dazu welche Entfernung Du meinst ( z, LTT, comoving radial Distance) Vielleicht hilft es zu verstehen, ob wir nur aneinander vorbei schreiben, oder ob es bei mir oder bei Dir noch Mißverständnisse gibt.


    Herzliche Grüße

    MAC

  9. #9
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    Hallo Bynaus,

    Zitat Zitat von mac Beitrag anzeigen
    Zitat Zitat von Bynaus Beitrag anzeigen
    Genau. Und entsprechend muss es Bereiche geben, in denen dieser Stichtag bereits durch ist.
    Ja, solche Bereiche gibt es. Nehmen wir mal so einen Bereich in dem der Stichtag bereits 'durch' ist
    ok, inzwischen hatte ich Zeit selber einen solchen Bereich nachzuschlagen (merken kann ich mir das immer noch nicht zuverlässig)

    Quasar APM08279+5225 (Siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Quasar) mit seiner Rotverschiebung von 3,911 wird uns sein Licht oder jedes Licht aus seiner Galaxis das heute emittiert wird, niemals erreichen – dennoch sehen wir ihn, aber eben nur ‚älteres‘ Licht.

    Es gibt auch weiter weg oder näher zu uns keine Bereiche von denen wir irgendwann mal emittiertes Licht empfangen haben, heute aber nicht mehr.

    Daß ich ‚emittiertes Licht‘ schreibe hat einen Grund. Sollte uns vor der (postulierten) Inflation eine Information von weiter weg erreicht haben, dann gab es diese Lücke – nur hat das nichts mit dem Ursprung dieses Exkurses zu tun und vor allem nichts mit dem, was ‚wir‘ heute und vor 13 Milliarden Jahren und in 2 Milliarden Jahren und alles dazwischen sahen, respektive sehen werden.

    Herzliche Grüße

    MAC

  10. #10
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    @mac: Danke fürs Raussuchen, ich hatte deine Antwort gar nicht mehr gesehen. Angesichts dieses Quasars, was war denn nun an dieser folgenden Aussage von mir falsch?

    Zitat Zitat von Bynaus
    Bereiche, die einst Strahlung zu uns schicken konnten, können das heute nicht mehr, weil sie zu weit weg sind.
    Ich räume gerne ein, dass "weil sie zu weit weg sind" irreführend sein könnte, weil nicht die Distanz, sondern die Entfliehungsgeschwindigkeit, die zu dieser Distanz gehört, dabei entscheidend ist, dass dieser Quasar heute kein Licht mehr zu uns senden kann. Da aber Distanz und Entfliehungsgeschwindigkeit über die Hubble-Konstante zusammenhängen, sollten sie auch austauschbar sein.
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