Wir befinden uns im Jahr 2011. Die ganze Kosmologengemeinde wird von der Idee der dunklen Energie beherrscht… Die ganze Gemeinde? Nein! Ein von fantasievollen Forschern bevölkertes Forschungsinstitut hat angefangen, der Idee der dunklen Energie Widerstand zu leisten.

Dass das Universum sich ausdehnt, ist ja ein alter Hut (und wird inzwischen schon in Liedtexten verarbeitet). Vor etwa zehn Jahren (1998) hat man allerdings eine überraschende Entdeckung gemacht: Die Ausdehnung des Universums beschleunigt sich anscheinend. Wenn etwas beschleunigt wird, dann braucht man dazu irgendetwas, das für die Beschleunigung sorgt. Aus dieser Überlegung wurde die Idee der “dunklen Energie” geboren. Heute gehört die dunkle Energie quasi zum Standard-Repertoire der Kosmologie. Aber gibt es die dunkle Energie wirklich?

Was dunkle Energie ist, hat natürlich Florian schon mal ausführlich erklärt. Hier noch einmal die Geschichte in Kurzfassung – aber ein Klick auf Florians Erklärung ist sicher auch hilfreich:

Die Astronomen verwenden eine bestimmte Art von Supernova-Explosionen (Supernovae vom Typ Ia), die die Eigenschaft haben, immer genau gleich abzulaufen und deshalb auch immer dieselbe Helligkeit zu haben. Diese Supernovae sind sozusagen “Standardkerzen”. Wären sie alle gleich weit weg, dann würden sie auch alle genau gleich hell aussehen. Genauso wie ein Autoscheinwerfer immer dunkler erscheint, je weiter das Auto weg ist, ist es auch mit den Supernovae. Und da man weiß, wie hell sie tatsächlich sind, kann man aus ihrer scheinbaren Helligkeit ihre Entfernung berechnen.

Zusätzlich kann man auch das Lichtspektrum der Supernovae analysieren. Dank des bekannten Doppler-Effekts verschieben sich die Spektrallinien im Lichtspektrum, je schneller sich die Supernovae von uns entfernen. Weil sich das Universum ausdehnt, verändert sich auch die Wellenlänge des Lichts, während es von der Supernova zu uns unterwegs ist. Das ist die kosmologische Rotverschiebung. (Die ich peinlicherweise mit dem Doppler-Effekt durcheinandergewürfelt habe – schäm – danke an Andreas Müller von den KosmoLogs, der mich unten auf diesen Schnitzer aufmerksam machte.)

Und wenn man nun unterschiedlich helle Supernovae anguckt und ihre Spektren vermisst, dann kann man daraus ableiten, wie schnell sich das Universum ausdehnt – je dunkler eine Supernova, desto weiter ist sie weg und desto früher wurde das Licht ausgesandt, je weiter die Spektrallinien verschoben sind, desto mehr hat sich das Universum ausgedehnt, seit das Licht ausgesandt wurde.

Dieses Bild (hier geklaut) zeigt oben die Supernova-Helligkeit, unten die Abweichung von einer diagonal verlaufenden Geraden im oberen Bild, aufgetragen gegen die Rotverschiebung (und damit letztlich gegen die Geschwindigkeit der Ausdehnung):

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Die drei eingezeichneten Kurven (leider nicht so klar zu erkennen) entsprechen unterschiedlichen Modellen – das mit ΩΛ=0 ist das ohne dunkle Energie. Man sieht (na gut, mit bloßen Auge sieht man das nicht wirklich, aber eine statistische Analyse zeigt), dass es nicht zu den Beobachtungen passt. Die Daten lassen sich aber mit der Annahme erklären, dass die Ausdehnung des Universums sich beschleunigt.

Irgendetwas beschleunigt also die Ausdehnung des Universums. Dieses “Etwas” nennt man dunkle Energie. Das klingt zunächst mal weit hergeholt, deshalb suchte man nach weiteren Bestätigungen, dass es so eine dunkle Energie tatsächlich geben könnte. Die fand man bei der Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die Hintergrundstrahlung ist ja gewissermaßen ein messbares Überbleibsel des Urknalls. Messungen von Schwankungen in der Hintergrundstrahlung können deshalb Aufschluss darüber geben, welche Struktur das Universum relativ “kurz” nach dem Urknall (als das Universum begann, durchsichtig zu werden) hatte. Auch diese Messungen lassen sich mit theoretischen Überlegungen nur dann in Einklang bringen, wenn man dunkle Energie annimmt.

(Achtung: Die dunkle Energie bitte nicht mit der dunklen Materie verwechseln, das ist was völlig anderes…)

Auch wenn niemand eine Idee hat, was die dunkle Energie eigentlich sein soll: Es gibt für sie auf jeden Fall gute Argumente. Wenn da jemand ankommt und sagt “alles Quatsch”, dann ist erstmal Vorsicht geboten.

ResearchBlogging.orgEin solcher “Jemand” ist David Wiltshire. Nach seinen Ideen wurde hier neulich irgendwo in den Kommentaren gefragt (leider weiß ich nicht mehr wo und von wem, auf jeden Fall danke für den Tipp), und daraufhin neugierig geworden, habe ich ein bisschen über seine Ideen gelesen. Anfangs war ich skeptisch.

Beim Lesen des ersten papers wurde ich noch skeptischer. Der Untertitel “Einstein’s unfinished revolution” lässt ja Arges befürchten – “Ich bin der neue Einstein”, oder wie? Der Abstract beginnt mit den Worten “I argue that Einstein overlooked an important aspect of the relativity of time” (‘Ich behaupte, dass Einstein einen wichtigen Aspekt der Relativität der Zeit übersehen hat’). Äh – na klar. An einem Mangel an Selbstbewusstsein scheint der Autor nicht zu leiden.

Aber immerhin – seine paper wurden in Fachzeitschriften veröffentlicht, auf Konferenzen vorgetragen und sogar bei nature fand ich eine kurze Erwähnung. Völlig abstrus sollte die Idee also nicht sein. Also, schauen wir doch mal, was Wiltshire für eine Idee hat.

Und die Grundidee seiner Hypothese ist bestechend einfach: Wir wissen, dass das Universum nicht homogen ist. Galaxienhaufen sind im Universum nicht gleichmäßig verteilt, sondern liegen entlang von “Wänden”, mit verhältnismäßig leeren “Blasen” dazwischen. (Unsere Galaxis sitzt auch in so einer Wand.) Dieses Bild hier zeigt eine Simulation der Struktur des Universums, die Struktur, von der ich hier rede, sieht man am besten auf dem mittleren Bild:

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(Entnommen aus dem paper “Simulating the joint evolution of quasars, galaxies and their large-scale distribution”.)

Innerhalb der “Wände” ist die Massendichte natürlich viel höher als dazwischen. Und hier sieht Wiltshire ein entscheidendes Problem herkömmlicher kosmologischer Modelle. Die nehmen nämlich an, dass die Materie im Universum gleichmäßig verteilt ist.

Wiltshire aber sieht das anders: In den Gebieten mit hoher Materiedichte ist auch die Raumzeit anders gekrümmt als in den Gebieten dazwischen. Das sorgt dafür, dass in diesen Bereichen die Ausdehnung des Universums langsamer abläuft. Denn nach der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) dehnt sich das Universum ja nicht einfach überall mit derselben Geschwindigkeit – je mehr Materie da ist, desto langsamer dehnt sich der Raum aus.

Herkömmliche Modelle des Universums berechnen den Einfluss der Materie, indem sie sie gleichmäßig als eine Art “Staub” im Universum verteilen. Dann ist das Universum homogen und seine Ausdehnung auch. Kurz nach dem Urknall war das noch richtig. Aber dann bildeten sich die oben gezeigten Strukturen heraus – die Ausdehnung des Universums wurde ungleichmäßig. Und die ungleichmäßige Ausdehnung hat noch eine weitere Konsequenz: Berechnet man die mittlere Materiedichte, so nimmt diese natürlich mit der Ausdehnung des Universums mit der Zeit ab – es entsteht ja “neuer Raum”, aber keine neue Materie. In einem Modell mit ungleichmäßiger Ausdehnung sieht die Abnahme der Dichte aber anders aus, weil sich die Leerräume eben besonders schnell ausdehnen.

Noch ein weiterer Effekt kommt hinzu: Nach der ART kann die Raumzeitkrümmung, die ja Energie enthält, selbst auch als Quelle weiterer Raumzeitkrümmung dienen. (Hallo Niels et al: Ja, ich bin inzwischen sicher, dass das so ist.) Allerdings ergibt sich in der ART das Problem, dass man die Energie nicht ohne weiteres lokalisieren kann, weil sie eben in der Raumzeitkrümmung steckt, also über einen bestimmten Raumbereich “verschmiert” ist. Dies erhöht die Raumzeitkrümmung in den materiereichen Gebieten weiter.

Um aus dieser Idee echte Physik zu machen und die Konsequenzen abschätzen zu können, muss man das Modell natürlich quantitativ formulieren. Das ist ziemlich knifflig, und zwar genau wegen der ungleichmäßigen Ausdehnung. In einem Modell mit homogener Ausdehnung des Universums kann ich ohne Probleme einen “aktuellen” Zustand des Universums definieren – die Ausdehnung ist überall dieselbe, also ist die aktuelle Ausdehnungsgeschwindigkeit gleichzeitig ein Maß für die Zeit. In Wiltshires Modell ist das aber nicht so einfach.

Um dieses Problem zu lösen, greift er ziemlich tief in die mathematische Trickkiste (und geht damit “etwas” über meinen Horizont hinaus). Er definiert spezielle Bezugsflächen an den “Rändern” der materiereichen Gebiete, die den schönen Namen “finite infinity” (endliche Unendlichkeit) bekommen, weil sie das mathematische Äquivalent zu einer unendlichen Entfernung von einer isolierten Masse in einer ansonsten flachen Raumzeit darstellen. Diese “Ränder” verbinden die Leerräume und die materiereichen Räume.

Mit dem Konzept der “finite infinity” lässt sich auch das Problem der nicht lokalisierten Gravitationsenergie – wenn ich es richtig verstehe – lösen, indem über die materiereichen Gebiete gemittelt wird. Ehe ich jetzt hier aber dank meines gesunden Halbwissens völligen Unsinn schreibe, verweise ich lieber auf die Veröffentlichungen… Schauen wir uns lieber an, was aus Wiltshire Ideen folgt.

Insgesamt ergibt sich als eine wichtige Konsequenz, dass die Zeit wegen der höheren Raumzeitkrümmung in den materiereichen Gebieten deutlich anders verläuft als in den Leerräumen: Während bei uns (nach Wiltshires Modell) das Universum erst etwa 14,7 Milliarden Jahre alt ist (etwa 1 Milliarde Jahre mehr als nach den üblichen homogenen Modellen), würde es für jemanden, der die ganze Zeit in einem der Leerräume gesessen hat, mit mehr als 18 Milliarden Jahren deutlich älter erscheinen. Weil die Zeit auch auf großen Längenskalen an verschiedenen Punkten des Universums unterschiedlich schnell verläuft, spricht Wiltshire von eine “Timescape”-Modell. (In Analogie zu “landscape”-“Landschaft” also etwa “Zeitschaft”, klingt im Deutschen aber ziemlich dämlich.) Und genau diese ungleichmäßige Ausdehnung ist der Grund für die scheinbare Beschleunigung der weit entfernten Galaxien. Denn der Abstand zwischen Supernova und uns ändert sich im Wiltshire-Modell anders als in homogenen Modellen, und damit ändert sich auch die Beziehung zwischen Rotverschiebung und Helligkeit.

Das Timescape-Universum ist also etwas komplizierter als nach den üblichen Modellen. Dafür kommt es ohne dunkle Energie aus. Ob das Modell etwas taugt oder nicht, können aber nur Beobachtungsdaten zeigen.

Wie gut schneidet das Modell im Vergleich zur “dunklen Energie” ab? Wiltshire hat verschiedene Beobachtungsdaten zu erklären versucht. Die oben gezeigten Daten der Supernovae lassen sich tatsächlich im Modell nachrechnen, ohne dass man eine “dunkle Energie” benötigt. Dieses Bild (analog zum unteren Teilbild der Supernova-Daten, die ich oben gezeigt habe) zeigt die Supernova-Daten und als durchgezogene Linie die Vorhersage von Wiltshires Modell (mit angepassten Parametern):

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Der Beschleunigungseffekt ist also nur ein Scheineffekt, tatsächlich verläuft (im Modell) die Ausdehnung des Universums in allen Bereichen gebremst – wenn auch in den Leerräumen weniger gebremst als in den materiereichen Gebieten. Auch die Beobachtungsdaten der Kosmischen Hintergrundstrahlung können im Modell anscheinend korrekt wiedergegeben werden – hierfür habe ich allerdings keine besonders übersichtliche Grafik finden können, auf der man das sofort sieht.

Wiltshire argumentiert sogar, dass er mit seinem Modell einige Probleme herkömmlicher Modelle lösen kann, beispielsweise die sogenannte Lithium-Anomalie (das gemessene Verhältnis der beiden Lithium-Isotope Li-6 und Li-7 entspricht nicht den Vorhersagen der üblichen kosmologischen Modelle) – im Wiltshire-Modell ist etwas mehr Zeit seit dem Urknall vergangen und die auf die Zeit kurz nach dem Urknall zurückgerechnete Materiedichte hat etwas andere Werte, so dass sich andere Verhältnisse für die damals stattgefundenen Kernprozesse ergeben.

Insgesamt könnte Wiltshires Modell also eine ernstzunehmende Alternative zur “dunklen Energie” sein. Das Modell ist konzeptionell einfach (mathematisch allerdings nicht, ächz) und auch von daher attraktiv. Seine Vorhersagen sind nicht identisch, passen aber zu den bisherigen Messdaten und können vielleicht sogar einige Werte besser erklären. Welches der beiden Modelle richtig ist, wird die Zukunft zeigen, wenn bessere Messdaten vorliegen. Vielleicht wird die “dunkle Energie” bald ebenso verschwinden wie es vor 100 Jahren der Äther tat – eine Idee, die eine Zeit lang ein gutes Modell war, sich letztlich aber nicht bewährt hat.


Wiltshire hat eine Menge Veröffentlichungen geschrieben. Diese hier scheint mir die verständlichste (was aber nur relativ zu sehen ist):

WILTSHIRE, D. (2009). FROM TIME TO TIMESCAPE — EINSTEIN’S UNFINISHED REVOLUTION International Journal of Modern Physics D, 18 (14) DOI: 10.1142/S0218271809016193

Auf seiner Homepage findet man weitere Veröffentlichungen und Links auf ein paar populärwissenschaftliche Artikel (die auf ähnlichem Niveau sind wie meiner hier). Es gibt auch ein FAQ zu seinen Ideen, das allerdings auch nicht ganz leicht zu lesen ist.

Auch Andreas Müller von den Kosmologs hat schon über Wiltshires Ideen gebloggt.

Kommentare (114)

  1. #1 BerndB
    15. März 2011

    Eine faszinierende Theorie. Klingt für mich auch erstmal irgendwie einleuchtend,
    da ja die Masseverteilung ja offensichtlich nicht homogen ist.

  2. #2 KommentarAbo
    15. März 2011

  3. #3 SCHWAR_A
    15. März 2011

    @MartinB:
    “Faszinierend!” Leider wieder hinter einer ‘Bezahlschranke’…

  4. #4 MartinB
    15. März 2011

    @SCHWAR_A
    Schick mir ne mail – zu privaten Zwecken darf ich ja eine Kopie verteilen.

  5. #5 miesepeter3
    15. März 2011

    @Martin B.

    Wenn das Universum sich in Teilen unterschiedlich schnell ausdehnt, warum “reißt” es dann nicht an den Grenzen zwischen sich schnell und langsam bewegenden Teilen?

  6. #6 MartinB
    15. März 2011

    @miesepeter
    Die Raumzeit kann nicht “reißen” (außer vielleicht an schwarzen Löchern). stell es dir wie eine Gummihaut vor – wenn du einen länglichen Luftballon aufpustest, dann dehtn ersich erst an einem Punkt stark aus, dann breitet sich das nach außen aus. Die Dehnung ändert sich auch beim universum ja nicht sprunghaft, sondern allmählich – im Innern der Materiebereiche am kleinsten, in den Leerräumen am größten.

  7. #7 Jörg Friedrich
    15. März 2011

    Ich hatte kürzlich einmal über einen Artikel geschrieben, bei dem darum ging, dunkle Energie unabhängig von ihrem Expansions-Beschleunigungs-Effekt nachzuweisen. Interessant wäre, wie sich diese Arbeit zu den hier dargestellten verhält.

  8. #8 Jörg Friedrich
    15. März 2011

    Ich hatte kürzlich einmal über einen Artikel geschrieben, bei dem darum ging, dunkle Energie unabhängig von ihrem Expansions-Beschleunigungs-Effekt nachzuweisen. Interessant wäre, wie sich diese Arbeit zu den hier dargestellten verhält.

  9. #9 SCHWAR_A
    15. März 2011

    @MartinB:
    “im Innern der Materiebereiche am kleinsten, in den Leerräumen am größten.”

    Für eine Zeitspanne von Milliarden Jahren würde sich aber durchaus eine gewaltige ‘Delle’ in der ‘Gummihaut’ ergeben, oder nicht? Ist der Gradient evt. bereits vergleichbar mit der Umgebung um eine Masse bestimmter Größe?

  10. #10 MartinB
    15. März 2011

    @SCHWAR_A
    Das Universum ist in den leeren Bereichen etwa 40% “älter” – bei halbwegs konstanter Ausdehnung also auch 40% größer, wenn ich das richtig verstehe. Dass man das sinvoll mit der Krümmung durch eine Masse vergleichen kann, glaube ich nicht, weil – wenn ich das paper richtig verstehe – die Krümmung dort negativ ist.

  11. #11 Bjoern
    15. März 2011

    @MartinB: Was ich hier nicht verstehe: die ganzen Leute, die Simulationen zur Strukturbildung im Universum machen (Millenium-Simulation usw.), berücksichtigen doch genau die ganzen Inhomogenitäten in ihren Rechnungen. Warum ist denen also dieser angeblich so offensichtliche Effekt nie aufgefallen?

  12. #12 MartinB
    15. März 2011

    @Bjoern
    Weil die – wenn ich wiltshire richtig verstehe – die Strukturbildung vor einer homogenen Raumzeit rechnen – die Gleichungen der ART werden da nicht gelöst.
    Und sooo offensichtlich ist der Effekt nicht, weil man intuitiv ja denken würde, dass das bisschen Materie keinen nennenswerten Einfluss hat – es ist der dreifach-Effekt, auuf den muss man erstmal kommen: Dilatation durch Materiedichte, Dilatation durch Gravtitationsenergie (wird wohl sonst immer vernachlässigt, weil nciht so klar ist wie man das rechnen soll, deswegen ja die “finite infinity”), geringere Bremsung der Ausdehnung in den leeren Bereichen.

    Aber im nachhinein sind clevere ideen doch eh immer einfach, oder?

  13. #13 Jörg Friedrich
    15. März 2011

    Ich hatte kürzlich einmal über einen Artikel geschrieben, bei dem darum ging, dunkle Energie unabhängig von ihrem Expansions-Beschleunigungs-Effekt nachzuweisen. Interessant wäre, wie sich diese Arbeit zu den hier dargestellten verhält.

  14. #14 roel
    15. März 2011

    @MartinB phantastischer Artikel. Seitdem ich über dunkele Energie gelesen habe, hatte ich meine Zweifel daran.
    Das paper ist glaube ich hier http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0912/0912.4563v1.pdf legal erhältlich.

  15. #15 Bjoern
    15. März 2011

    @MartinB:

    Weil die – wenn ich wiltshire richtig verstehe – die Strukturbildung vor einer homogenen Raumzeit rechnen – die Gleichungen der ART werden da nicht gelöst.

    Soweit ich mich erinnere (ist ca. 10 Jahre her, dass ich mich mal damit beschäftigt habe), betreiben die im Wesentlichen Störungsrechnung für die Gleichungen der ART, wobei die homogene Raumzeit halt die 0.Ordnung wäre. Also werden die Gleichungen der ART in gewissem Sinne schon gelöst – zwar nur näherungsweise, aber alleine die Tatsache, dass die Ergebnisse der Simulationen so gut mit den Beobachtungen übereinstimmen, deutet ja wohl schon darauf hin, dass die Näherung gut ist!

    Und sooo offensichtlich ist der Effekt nicht, weil man intuitiv ja denken würde, dass das bisschen Materie keinen nennenswerten Einfluss hat – es ist der dreifach-Effekt, auuf den muss man erstmal kommen: Dilatation durch Materiedichte, Dilatation durch Gravtitationsenergie (wird wohl sonst immer vernachlässigt, weil nciht so klar ist wie man das rechnen soll, deswegen ja die “finite infinity”), geringere Bremsung der Ausdehnung in den leeren Bereichen.

    Wie gesagt, ich erinnere mich nicht mehr sooo genau daran – aber ich würde schon sagen, dass diese Effekte alle bei der Näherung schon mit berücksichtigt werden…

  16. #16 stone1
    15. März 2011

    Danke für diese faszinierende Analyse. Ich hatte bei http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/02/den-urknall-gab-es-wirklich-teil-2-das-licht-aus-der-vergangenheit.php stone1· 04.03.11 · 17:13 Uhr auf das Timescape-Modell hingewiesen, hätte aber nicht damit gerechnet, so rasch einen Artikel darüber hier vorzufinden. Sehr anschaulich erklärt, man darf auf weitere interessante kosmologische Erkenntnisse gespannt sein.

    Aus irgendeinem Grund mochte unser Spamfilter diesen Kommentar nicht, sorry. Und nochmal danke für den Hinweis auf Wiltshire

  17. #17 Andreas
    15. März 2011

    Das Alter des Universums will man doch mit einigen verschiedenen Methoden herausgefunden haben. Wurde bei der Vermessung zum Beispiel mit Hubble Homogenität vorausgesetzt?
    Aber das Modell klingt unglaublich logisch. Und wenn es die dunkle Energie los wird, umso besser.

  18. #18 MartinB
    15. März 2011

    @Bjoern
    Hier ein Zitat aus dem Wiltshire-paper (und danke für den link darauf, rolak)

    Numerical simulations of cosmic structure made on large supercomputers today assume only Newtonian gravity in the background of an expanding homogeneous universe, whose expansion rate is given by that of a Friedmann–Lemaıtre-Robertson–Walker (FLRW) model put in by hand. The deceleration of the local
    expansion is not directly coupled to the motion of the mass particles, as it would
    be in Einstein’s equations.

    Danach wird das wirklich nicht mitgerechnet.

    @Andreas
    Bei der Vermessung mit Hubble bekommt man ja zunächst mal Rotverschiebungsdaten als Funktion der Entfernung (bei den Supernovae). Um daraus ein Universumsalter zurückzurechnen, wird tatsächlich ein homogenes Modell angesetzt.

    @JF
    Kann ich nicht beurteilen – ich verstehe die Idee des von Ihnen behandelten papers auch nicht – gravitativ gebundene Systeme erfahren ja keine Ausdehnung.

  19. #19 rolak
    15. März 2011

    öhm, danke für die Blumen MartinB, aber ich gedenke sie -etwas vermehrt- weiter an die richtige Adresse zu schicken: roel.

    die verständlichste (was aber nur relativ zu sehen ist)

    Nichts gegen den schönen Artikel – aber das ist der krönende Abschluß :-)

  20. #20 MartinB
    15. März 2011

    Uuups,, ‘schuldigung roel (was habt ihr auch so ro-e Namen…)
    Was den krönenden Abschluss angeht – das war nicht mal beabsichtigt.

  21. #21 Bjoern
    15. März 2011

    @MartinB:

    Hier ein Zitat aus dem Wiltshire-paper………Danach wird das wirklich nicht mitgerechnet.

    Stimmt. Ich hab’ noch mal nachgelesen (hatte irgendwo vergraben noch was dazu rumliegen), und Wiltshire hat tatsächlich recht: man betreibt im Wesentlichen Newtonsche Gravitationstheorie vor dem Hintergrund eines (homogenen) expandierenden Universums.

    Aber: wenn das so gar nicht stimmt – wieso stimmen die Ergebnisse der Simulationen dann so gut mit den Beobachtungen überein?

  22. #22 Andreas
    15. März 2011

    @Bjoern

    Aber: wenn das so gar nicht stimmt – wieso stimmen die Ergebnisse der Simulationen dann so gut mit den Beobachtungen überein?

    Pech? Oder die Simulationen simulieren nichts, worin sich beide Modelle unterscheiden und was man bisher modellunabhängig überprüfen könnte.

  23. #23 MartinB
    15. März 2011

    @Bjoern
    Hab ich so verstanden: Die Supernovae sitzen ja alle nur in den materiereichen Bereichen, die anderen sind ja leer. Deswegen äußert sich der Effekt eben nur in der Rotverschiebung als “dunkle Energie”. Vom sich anders ausdehnenden leeren Raum sieht man ja nichts.

  24. #24 Florian W.
    15. März 2011

    Ich hätte da auch mal eine dumme Frage: Wenn das Universum schon seit ein paar Millionen Jahren schon nicht mehr expandieren würde, würde man dies auf der Erde überhaupt mitbekommen? Wenn man eine Galaxie vermisst, die Milliarden Lichtjahre weit weg ist, hat man doch nur das Indiz, dass sich damals mit der hohen Geschwindigkeit entfernt hat, aber das muß doch heute gar nicht mehr der Fall sein?

  25. #25 MartinB
    15. März 2011

    @FlorianW
    Theoretisch wohl ja – praktisch müsste dann aber jemand ganz kräftig auf die Universumsbremse getreten haben, denn die Messdaten schon aus einigen Millionen Lichtjahren Entfernung zeigen die Expansion ja noch deutlich. Es gibt also keinen Grund, das anzunehmen (genauso könnte morgen die Schwerkraft aufhören zu wirken).

    Habe übrigens gerade den Link auf die Hubble-Originalarbeit gefunden, siehe Tabelle 2. Seine Entfernungswerte gehen bis zu 2 Megaparsec (das sind also etwa 6.5Millionen Lichtjahre) – alerdings sind alle seine Entfernungen etwa um einen Faktor 2,5 oder so falsch:
    http://www.pnas.org/content/15/3/168.full.pdf+html

  26. #26 Andreas Müller
    16. März 2011

    Lieber Martin

    Zunächst hätte ich einen ganz wichtigen Einspruch:
    Der Grund für die kosmologische Rotverschiebung ist NICHT der Doppler-Effekt, sondern eine sich ausdehnende Raumzeit. Das kann man nur mit Einsteins ART erklären, aber nicht Newtonsch.
    Es drei Arten von Rotverschiebungen (kosmologische Rotverschiebung, Doppler-Rotverschiebung, Gravitationsrotverschiebung) und der wesentliche Beitrag in der Kosmologie kommt von einer expandierenden FLRW-Raumzeit. Doppler-Rotverschiebungen sind rein kinematisch und wären Newtonsch erklärbar. Klar, gibt es Doppler-Beiträge von Eigenbewegungen, die sich als Blauverschiebung (z.B. bei der Andromedagalaxie; lokaler Effekt) oder Rotverschiebung äußern können, aber diesen Doppler-Anteil kann man bei hochrotverschobenen Quellen vergessen. Daher bitte um Korrektur.

    Wiltshires Arbeiten sind schon 2007 erscheinen (siehe http://arxiv.org/abs/0709.2535) und ich hatte darüber vor gut drei Jahren in meinem Blog (http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/relativitatstheorie/2007-12-18/dunkle-energie-blo-einbildung) berichtet. Neu ist dieser Ansatz ohnehin nicht, da es bereits kosmologische Modelle ohne Dunkle Energie von Rocky Kolb gab, die 2005 veröffentlicht wurden.

    Neu ist hingegen an der Geschichte, dass man gerade dieses “Blasen-Modell” mit aktuellen HST-Daten widerlegt haben will. Adam Riess vom STScI wird dazu einen letter Anfang April vorlegen, den wir uns anschauen sollten. Siehe die 2 Tage alte Pressemeldung: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110314174924.htm

    Beste Grüße,
    Andreas
    (KosmoLogs – Einsteins Kosmos)

  27. #27 Andreas Müller
    16. März 2011

    Lieber Martin

    Zunächst hätte ich einen ganz wichtigen Einspruch:
    Der Grund für die kosmologische Rotverschiebung ist NICHT der Doppler-Effekt, sondern eine sich ausdehnende Raumzeit. Das kann man nur mit Einsteins ART erklären, aber nicht Newtonsch.
    Es drei Arten von Rotverschiebungen (kosmologische Rotverschiebung, Doppler-Rotverschiebung, Gravitationsrotverschiebung) und der wesentliche Beitrag in der Kosmologie kommt von einer expandierenden FLRW-Raumzeit. Doppler-Rotverschiebungen sind rein kinematisch und wären Newtonsch erklärbar. Klar, gibt es Doppler-Beiträge von Eigenbewegungen, die sich als Blauverschiebung (z.B. bei der Andromedagalaxie; lokaler Effekt) oder Rotverschiebung äußern können, aber diesen Doppler-Anteil kann man bei hochrotverschobenen Quellen vergessen. Daher bitte um Korrektur.

    Wiltshires Arbeiten sind schon 2007 erscheinen (siehe http://arxiv.org/abs/0709.2535) und ich hatte darüber vor gut drei Jahren in meinem Blog (http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/relativitatstheorie/2007-12-18/dunkle-energie-blo-einbildung) berichtet. Neu ist dieser Ansatz ohnehin nicht, da es bereits kosmologische Modelle ohne Dunkle Energie von Rocky Kolb gab, die 2005 veröffentlicht wurden.

    Neu ist hingegen an der Geschichte, dass man gerade dieses “Blasen-Modell” mit aktuellen HST-Daten widerlegt haben will. Adam Riess vom STScI wird dazu einen letter Anfang April vorlegen, den wir uns anschauen sollten. Siehe die 2 Tage alte Pressemeldung: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110314174924.htm

    Beste Grüße,
    Andreas
    (KosmoLogs – Einsteins Kosmos)

  28. #28 Arnd
    16. März 2011

    In der Online-Ausgabe von Bild der Wissenschaft gibt es auch grade einen Artikel über eine neue Bestätigung der dunklen Energie: http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/313174.html

    Wird das irgendwelche Auswirkungen auf die Theorie von David Wiltshire haben?

  29. #29 cimddwc
    16. März 2011

    Schöner Artikel (wie immer) – und interessantes, immer wieder aktuelles Thema: “Passenderweise” vermelden die bdw-News heute einen “Punktsieg für die Dunkle Energie” aufgrund genauerer Messungen der Hubble-Konstante mit der neuen Hubble-Kamera durch Adam Riess (und der muss ja richtig gerechnet haben 😉 )…

  30. #30 adenosine
    16. März 2011

    Reicht es denn, wenn ein Modell wie die dunkle Energie plausibel ist? Wie viele plausible Alternativmodelle können in den nächsten 100 Jahren entwickelt werden? Hängt diese Zahl nur von der Antzahl der Leute ab, die auf diesem Gebiet arbeiten? Wie wahrscheinlich ist es, dass in 100 Jahre die dunkle Energie noch die plausibelste Erklärung ist?

  31. #31 cimddwc
    16. März 2011

    2 Minuten zu langsam… :)

  32. #32 Andreas Müller
    16. März 2011

    Lieber Martin

    Zunächst hätte ich einen ganz wichtigen Einspruch:
    Der Grund für die kosmologische Rotverschiebung ist NICHT der Doppler-Effekt, sondern eine sich ausdehnende Raumzeit. Das kann man nur mit Einsteins ART erklären, aber nicht Newtonsch.
    Es drei Arten von Rotverschiebungen (kosmologische Rotverschiebung, Doppler-Rotverschiebung, Gravitationsrotverschiebung) und der wesentliche Beitrag in der Kosmologie kommt von einer expandierenden FLRW-Raumzeit. Doppler-Rotverschiebungen sind rein kinematisch und wären Newtonsch erklärbar. Klar, gibt es Doppler-Beiträge von Eigenbewegungen, die sich als Blauverschiebung (z.B. bei der Andromedagalaxie; lokaler Effekt) oder Rotverschiebung äußern können, aber diesen Doppler-Anteil kann man bei hochrotverschobenen Quellen vergessen. Daher bitte um Korrektur.

    Wiltshires Arbeiten sind schon 2007 erscheinen (siehe http://arxiv.org/abs/0709.2535) und ich hatte darüber vor gut drei Jahren in meinem Blog (http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/relativitatstheorie/2007-12-18/dunkle-energie-blo-einbildung) berichtet. Neu ist dieser Ansatz ohnehin nicht, da es bereits kosmologische Modelle ohne Dunkle Energie von Rocky Kolb gab, die 2005 veröffentlicht wurden.

    Neu ist hingegen an der Geschichte, dass man gerade dieses “Blasen-Modell” mit aktuellen HST-Daten widerlegt haben will. Adam Riess vom STScI wird dazu einen letter Anfang April vorlegen, den wir uns anschauen sollten. Siehe die 2 Tage alte Pressemeldung: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110314174924.htm

    Beste Grüße,
    Andreas
    (KosmoLogs – Einsteins Kosmos)

  33. #33 Arnd
    16. März 2011

    Die dunkle Energie ist wenn ich es richtig verstanden habe schon eine elegante Erklärung. Sie wird auch als “negative” Energie angesehen. Wenn man die dunkle Energie, die dunkle Materie und alle normale Materie addiert kommt man auf eine Gesamtmasse, die exakt 0 sein könnte (so genau kann man das noch nicht sagen). Damit könnte dieses unser Universum einfach aus einer Quantenfluktuation entstanden sein. Sehr schön erklärt wird dies von Lawrence Krauss hier: http://www.youtube.com/watch?v=7ImvlS8PLIo

    Wenn’s nun dunkle Energie doch nicht gibt, dann wird die Erklärung für das Bestehen unseres Universums deutlich schwieriger.

  34. #34 MartinB
    16. März 2011

    @Andreas
    Aargh – du hast natürlich recht. Werde ich heute abend korrigieren. (Danke für den Hinweis – kopfschüttel, wie konnte das passieren?)

    @Andreas, arnd,cimddwc
    Die Pressemitteilung enthält aber eine Merkwürdigkeit: “an enormous bubble of relatively empty space eight billion light-years across ”
    8 Milliarden Lj ist wesentlich mehr als nach Wiltshires Modell, wenn ich das richtig verstehe. Ob das Modell damit ausgeschlossen ist, weiß ich nicht.
    Aber lustig, dass das genau jetzt rauskommt.

  35. #35 BerndB
    16. März 2011

    Leider ist bei dem Modell mit dunkler Energie bis jetzt noch nicht verstanden, was sie genau ist. Allerdings zeigtsie sich praktischerweise automatisch in Einsteins Konstante.

    Wenn man denn nur von außerhalb unseres Universums daraufschauen könnte.

  36. #36 BerndB
    16. März 2011

    Zur neuen Hubble-Messung: Soweit ich das verstanden habe, geht es darum, dass die lokale Gruppe selbst nicht IN einer der Blasen liegen kann.

  37. #37 Bjoern
    16. März 2011

    @Andreas Müller:

    Der Grund für die kosmologische Rotverschiebung ist NICHT der Doppler-Effekt, sondern eine sich ausdehnende Raumzeit.

    Letzteres stimmt zwar – aber wie der Kosmologe Ned Wright erklärt, kann man’s trotzdem auch mit dem Dopplereffekt erklären:
    http://www.astro.ucla.edu/~wright/doppler.htm (ganz unten)

  38. #38 Bjoern
    16. März 2011

    @adenosine:

    Reicht es denn, wenn ein Modell wie die dunkle Energie plausibel ist?

    Nein, natürlich nicht. Wie jedes physikalische Modell / Hypothese müssen Vorhersagen gemacht werden und diese dann mit Beobachtungen verglichen werden. Bisher passen die gemachten Beobachtungen zu den Hypothesen – mal schauen, wie’s in 10 Jahren aussieht, wenn wir z. B. die Daten von WFIRST haben…
    http://wfirst.gsfc.nasa.gov/

    Wie viele plausible Alternativmodelle können in den nächsten 100 Jahren entwickelt werden? Hängt diese Zahl nur von der Antzahl der Leute ab, die auf diesem Gebiet arbeiten? Wie wahrscheinlich ist es, dass in 100 Jahre die dunkle Energie noch die plausibelste Erklärung ist?

    Die Geschichte der Physik zeigt sehr schön, dass es nicht möglich ist, auf diese Fragen irgendeine sinnvolle Antwort zu geben – außer natürlich: “man weiss es nicht!”

  39. #39 MartinB
    16. März 2011

    @Bjoern
    Aber die Erklärung mit der Rotverschiebung ist doch insofern falsch, als sich zur Zeit der Aussendung die entsprechende Galaxie noch “langsamer” bewegt hat, oder verstehe ich da was falsch?

    @Arnd
    Das mit der Quantenfluktuation kann ich immer nicht nachvollziehen – ven Zeit und Raum beim Urknall entstanden sind – was soll denn da fluktuieren? Und wie “fluktuiert” etwas, wenn es keine Zeit gibt? Da versagt meine Anschauung immer völlig.

  40. #40 Bjoern
    16. März 2011

    @MartinB: Ich bin sicher kein Experte für Kosmologie – aber wenn ich Ned Wright richtig verstehe, dann kann man aus der Rotverschiebung, als Doppler-Shift interpretiert, direkt ablesen, wie sich die Entfernung der Galaxie zu uns zeitlich ändert – sprich: ihre (jetzige!) Geschwindigkeit. Dass diese Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Aussendung des Lichts noch anders war, macht da nichts aus.

  41. #41 MartinB
    16. März 2011

    @Bjoern
    Ja, o.k. – aber dann ist die physikalische Erklärung als Doppler-Effekt ja nicht sinvoll, auch wenn es rechnerisch passt.
    Werd ich ändern, aber wahrscheinlich erst morgen…

  42. #42 MartinB
    16. März 2011

    Hat mir doch keine Ruhe gelassen, ich hoffe, jetzt ist es geflickt.

  43. #43 Bjoern
    16. März 2011

    @MartinB:

    aber dann ist die physikalische Erklärung als Doppler-Effekt ja nicht sinvoll,

    Wieso? Ich find’s sogar sinnvoller, wenn man die jetzige Geschwindigkeit erhält, statt der zur Zeit der Ausssendung.

  44. #44 MartinB
    16. März 2011

    @Bjoern
    Die Anschauung verstehe ich nicht. Beim Doppler-Effekt ist die Geschwindigkeit der Quelle entscheidend – wenn der Krankenwagen hinterher beschleunigt, wird das lalü-lala auch nicht plötzlich frequenzverschoben…?
    Wahrscheinlich verstehe ich genau gar nicht, was du meinst.

  45. #45 Bjoern
    16. März 2011

    @MartinB: Guter Punkt. :-)

  46. #46 Andreas Müller
    16. März 2011

    @MartinB
    Danke für die Korrektur. Mir war das wichtig, weil diese falsche Vergleich seit Jahrzehnten Verwirrung stiftet. Sogar in einigen Lehrbüchern zur Kosmologie stand das falsch drin…
    Denn es erweckt den Eindruck, dass sich Galaxien vor dem Hintergrund einer statischen Raumzeit bewegen. Das ist aber falsch. Die Raumzeit ist dynamisch (sie expandiert) und damit werden auch scheinbar feste Distanzen wie Gummibänder auseinander gezogen. (Übrigens gibt es auch eine kosmologische Zeitdilatation – wird gerne vergessen: Das bedeutet, dass Uhren vor Ort einer Supernova Ia schneller ticken, als wir das – rotverschoben – in großer Entfernung auf der Erde beobachten. Auf der Erde beobachtete Lichtkurven von SN Ia erscheinen damit breiter als sie vor Ort – im Ruhesystem – emittiert wurde. Auch das ein Effekt der ART, der Newtonsch nicht erklärt werden kann. Forscher wie Adam Riess, die solche SN Ia-Lichtkurven beobachten, müssen daher diesen Effekt berücksichtigen.)

    @Bjoern
    Ich halte ja sehr viel von Ned Wright (er war bei den Missionen COBE u. WMAP zur Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung beteiligt), aber mit dem von Bjoern genannten Link tut er sich keinen Gefallen. Natürlich kann man durch rein formale Multiplikation der (dimensionslosen) Rotverschiebung z einer Galaxie mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine Geschwindigkeit v erhalten. Aber, Leute, macht es Sinn dies als eine Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie zu interpretieren, wenn sich der Raum zwischen Galaxie und Erde ausdehnt? Machen da Geschwindigkeitsdefinitionen wirklich Sinn? Ich denke nicht.
    Die Spektroskopiker rechnen ganz gerne mit der Rotverschiebung “im Geschwindigkeitsraum”, also mit dem v = cz, aber man sollte dies nur als Rechengröße nehmen, wenn man mal eine solche Dimension m/s braucht und nicht als Fluchtgeschwindigkeit interpretieren.

    Also vergesst diese Geschwindigkeiten in der Kosmologie und nehmt nur das z.

    Beste Grüße,
    Andreas

  47. #47 Andreas Müller
    16. März 2011

    @MartinB
    Danke für die Korrektur. Mir war das wichtig, weil diese falsche Vergleich seit Jahrzehnten Verwirrung stiftet. Sogar in einigen Lehrbüchern zur Kosmologie stand das falsch drin…
    Denn es erweckt den Eindruck, dass sich Galaxien vor dem Hintergrund einer statischen Raumzeit bewegen. Das ist aber falsch. Die Raumzeit ist dynamisch (sie expandiert) und damit werden auch scheinbar feste Distanzen wie Gummibänder auseinander gezogen. (Übrigens gibt es auch eine kosmologische Zeitdilatation – wird gerne vergessen: Das bedeutet, dass Uhren vor Ort einer Supernova Ia schneller ticken, als wir das – rotverschoben – in großer Entfernung auf der Erde beobachten. Auf der Erde beobachtete Lichtkurven von SN Ia erscheinen damit breiter als sie vor Ort – im Ruhesystem – emittiert wurde. Auch das ein Effekt der ART, der Newtonsch nicht erklärt werden kann. Forscher wie Adam Riess, die solche SN Ia-Lichtkurven beobachten, müssen daher diesen Effekt berücksichtigen.)

    @Bjoern
    Ich halte ja sehr viel von Ned Wright (er war bei den Missionen COBE u. WMAP zur Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung beteiligt), aber mit dem von Bjoern genannten Link tut er sich keinen Gefallen. Natürlich kann man durch rein formale Multiplikation der (dimensionslosen) Rotverschiebung z einer Galaxie mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine Geschwindigkeit v erhalten. Aber, Leute, macht es Sinn dies als eine Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie zu interpretieren, wenn sich der Raum zwischen Galaxie und Erde ausdehnt? Machen da Geschwindigkeitsdefinitionen wirklich Sinn? Ich denke nicht.
    Die Spektroskopiker rechnen ganz gerne mit der Rotverschiebung “im Geschwindigkeitsraum”, also mit dem v = cz, aber man sollte dies nur als Rechengröße nehmen, wenn man mal eine solche Dimension m/s braucht und nicht als Fluchtgeschwindigkeit interpretieren.

    Also vergesst diese Geschwindigkeiten in der Kosmologie und nehmt nur das z.

    Beste Grüße,
    Andreas

  48. #48 walim
    16. März 2011

    Habe ich grade als Meldung gefunden. (Mit Literaturverweis)
    http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/313174.html
    Oder war das schon erwähnt?

  49. #49 Bjoern
    16. März 2011

    @walim: Ja, wurde von Arnd schon vor mehr als 12 Stunden erwähnt…

  50. #50 walim
    16. März 2011

    Jetzt sehe ich es auch. Danke.

  51. #51 Andreas Müller
    16. März 2011

    @MartinB
    Danke für die Korrektur. Mir war das wichtig, weil diese falsche Vergleich seit Jahrzehnten Verwirrung stiftet. Sogar in einigen Lehrbüchern zur Kosmologie stand das falsch drin…
    Denn es erweckt den Eindruck, dass sich Galaxien vor dem Hintergrund einer statischen Raumzeit bewegen. Das ist aber falsch. Die Raumzeit ist dynamisch (sie expandiert) und damit werden auch scheinbar feste Distanzen wie Gummibänder auseinander gezogen. (Übrigens gibt es auch eine kosmologische Zeitdilatation – wird gerne vergessen: Das bedeutet, dass Uhren vor Ort einer Supernova Ia schneller ticken, als wir das – rotverschoben – in großer Entfernung auf der Erde beobachten. Auf der Erde beobachtete Lichtkurven von SN Ia erscheinen damit breiter als sie vor Ort – im Ruhesystem – emittiert wurde. Auch das ein Effekt der ART, der Newtonsch nicht erklärt werden kann. Forscher wie Adam Riess, die solche SN Ia-Lichtkurven beobachten, müssen daher diesen Effekt berücksichtigen.)

    @Bjoern
    Ich halte ja sehr viel von Ned Wright (er war bei den Missionen COBE u. WMAP zur Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung beteiligt), aber mit dem von Bjoern genannten Link tut er sich keinen Gefallen. Natürlich kann man durch rein formale Multiplikation der (dimensionslosen) Rotverschiebung z einer Galaxie mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine Geschwindigkeit v erhalten. Aber, Leute, macht es Sinn dies als eine Fluchtgeschwindigkeit der Galaxie zu interpretieren, wenn sich der Raum zwischen Galaxie und Erde ausdehnt? Machen da Geschwindigkeitsdefinitionen wirklich Sinn? Ich denke nicht.
    Die Spektroskopiker rechnen ganz gerne mit der Rotverschiebung “im Geschwindigkeitsraum”, also mit dem v = cz, aber man sollte dies nur als Rechengröße nehmen, wenn man mal eine solche Dimension m/s braucht und nicht als Fluchtgeschwindigkeit interpretieren.

    Also vergesst diese Geschwindigkeiten in der Kosmologie und nehmt nur das z.

    Beste Grüße,
    Andreas

  52. #52 H.M.Voynich
    17. März 2011

    @Andreas Müller:
    “Denn es erweckt den Eindruck, dass sich Galaxien vor dem Hintergrund einer statischen Raumzeit bewegen. Das ist aber falsch. Die Raumzeit ist dynamisch (sie expandiert) und damit werden auch scheinbar feste Distanzen wie Gummibänder auseinander gezogen.”

    Läßt das sich meßtechnisch unterscheiden, oder ist es “nur” eine Konsequenz des Standardmodells?

  53. #53 Andreas Müller
    17. März 2011

    @H.M.Voynich
    Das Standardmodell ist ja nicht ein Fundamentalmodell, das die Kosmologen aus Bequemlichkeit und Faulheit aufgrund seiner Einfachheit gewählt haben, sondern es ist ein wohl motiviertes Modell, das sehr gut gleich mehrere, voneinander unabhängige astronomische Beobachtungen erklärt.

    Die Dynamik der Raumzeit und hierbei speziell die Expansion wird nämlich direkt durch folgende Beobachtungen nahe gelegt:
    -Fluchtbewegung weit entfernter Galaxien (Hubble-Effekt; entdeckt in den 1920er Jahren)
    -die Existenz der und die Eigenschaften von der kosmische Hintergrundstrahlung (entdeckt 1965)
    -die Lichtkurven weit entfernter explodierender Weißer Zwerge (Supernovae Typ Ia; entdeckt 1998)
    -das Wachstum der großräumigen Strukturen (in seiner Bedeutung erst in den letzten ca. 10 Jahren entdeckt)

    Die Beweislast für eine expandierende Raumzeit und damit den Big Bang ist demnach erdrückend. “Zu allem Überfluss” passt die beobachtete Häufigkeit der leichtesten chemischen Elemente im Kosmos ganz hervorragend zu einem Szenario eines heißen, dichten, sehr frühen Kosmos, der in den ersten drei Minuten nach dem Urknall diese Elemente im ersten Fusionsreaktor, den die Welt gesehen hat, erzeugt hat.

    Jede Alternative zum kosmologischen Standardmodell alias Lambda-CDM alias FLRW-Kosmos muss all diese Befunde mindestens genauso gut erklären. Und das ist nicht in Sicht.

    Etwas detaillierter habe ich das in einem Blog post hier beschrieben:
    http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/allgemein/2008-04-15/der-urknall-5-gr-nde-daran-zu-glauben

    Fakt ist also, dass andere Raumzeiten als die expandierende Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik die Beobachtungen in ihrer Gesamtheit nicht zufriedenstellend beschreiben. So kam man gerade auf das mächtige kosmologische Standardmodell.
    Ich möchte einräumen, dass auch dieses nicht allumfassend ist und Fragen offen lässt, z.B.:

    -Was ist die Natur der Dunklen Energie?
    -Woraus besteht Dunkle Materie?
    -Was ist die Natur der frühesten Ausdehnungsphase, der sog. Inflation?

    Daran wird natürlich geforscht. Bei der Dunklen Energie werden derzeit große Anstrengungen unternommen (z.B. mit den Experimenten HST, WMAP, PLANCK, PanSTARRS, Dark Energy Survey, bald vermutlich auch Euclid, WFIRST), um ihre Eigenschaften messtechnisch zu ermitteln. Wichtige Kenngrößen sind dabei der sog. w-Parameter und dessen Abhängigkeit von der Rotverschiebung (im Prinzip von der Zeit), w’ = dw/dz. Aktueller Befund ist w = -1 und w’ = 0 (natürlich mit Fehlerbalken), was genau der Einsteinschen kosmologischen Konstanten (“Lambda”)” entspricht, die Einstein 1917 (aus anderen Gründen) erfand – dazu gerne mehr in meinem Web-Lexikon unter http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_w03.html#eos

    Beste Grüße,
    Andreas

  54. #54 Andreas Müller
    17. März 2011

    @H.M.Voynich
    Das Standardmodell ist ja nicht ein Fundamentalmodell, das die Kosmologen aus Bequemlichkeit und Faulheit aufgrund seiner Einfachheit gewählt haben, sondern es ist ein wohl motiviertes Modell, das sehr gut gleich mehrere, voneinander unabhängige astronomische Beobachtungen erklärt.

    Die Dynamik der Raumzeit und hierbei speziell die Expansion wird nämlich direkt durch folgende Beobachtungen nahe gelegt:
    -Fluchtbewegung weit entfernter Galaxien (Hubble-Effekt; entdeckt in den 1920er Jahren)
    -die Existenz der und die Eigenschaften von der kosmische Hintergrundstrahlung (entdeckt 1965)
    -die Lichtkurven weit entfernter explodierender Weißer Zwerge (Supernovae Typ Ia; entdeckt 1998)
    -das Wachstum der großräumigen Strukturen (in seiner Bedeutung erst in den letzten ca. 10 Jahren entdeckt)

    Die Beweislast für eine expandierende Raumzeit und damit den Big Bang ist demnach erdrückend. “Zu allem Überfluss” passt die beobachtete Häufigkeit der leichtesten chemischen Elemente im Kosmos ganz hervorragend zu einem Szenario eines heißen, dichten, sehr frühen Kosmos, der in den ersten drei Minuten nach dem Urknall diese Elemente im ersten Fusionsreaktor, den die Welt gesehen hat, erzeugt hat.

    Jede Alternative zum kosmologischen Standardmodell alias Lambda-CDM alias FLRW-Kosmos muss all diese Befunde mindestens genauso gut erklären. Und das ist nicht in Sicht.

    Etwas detaillierter habe ich das in einem Blog post hier beschrieben:
    http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/allgemein/2008-04-15/der-urknall-5-gr-nde-daran-zu-glauben

    Fakt ist also, dass andere Raumzeiten als die expandierende Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik die Beobachtungen in ihrer Gesamtheit nicht zufriedenstellend beschreiben. So kam man gerade auf das mächtige kosmologische Standardmodell.
    Ich möchte einräumen, dass auch dieses nicht allumfassend ist und Fragen offen lässt, z.B.:

    -Was ist die Natur der Dunklen Energie?
    -Woraus besteht Dunkle Materie?
    -Was ist die Natur der frühesten Ausdehnungsphase, der sog. Inflation?

    Daran wird natürlich geforscht. Bei der Dunklen Energie werden derzeit große Anstrengungen unternommen (z.B. mit den Experimenten HST, WMAP, PLANCK, PanSTARRS, Dark Energy Survey, bald vermutlich auch Euclid, WFIRST), um ihre Eigenschaften messtechnisch zu ermitteln. Wichtige Kenngrößen sind dabei der sog. w-Parameter und dessen Abhängigkeit von der Rotverschiebung (im Prinzip von der Zeit), w’ = dw/dz. Aktueller Befund ist w = -1 und w’ = 0 (natürlich mit Fehlerbalken), was genau der Einsteinschen kosmologischen Konstanten (“Lambda”)” entspricht, die Einstein 1917 (aus anderen Gründen) erfand – dazu gerne mehr in meinem Web-Lexikon unter http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_w03.html#eos

    Beste Grüße,
    Andreas

  55. #55 Maxim
    17. März 2011

    Hier ist auch ein Artikel, der oben dargestellten Hypothese zu widersprechen scheint.
    http://www.weltderphysik.de/de/4245.php?ni=2562
    Originalarbeit: http://arxiv.org/abs/1103.2976

  56. #56 MartinB
    17. März 2011

    @Maxim
    Wenn iche s richtig verstehe, gibt es zwei Varianten dieser Modelle – die mit den Gigaparsec-großen Löchern und die vom Wiltshire-typ.
    Was solche “Widerlegungspaper” angeht, bin ich immer etwas skeptisch – bei dunklen-Energie-Modellen steht ne Armada von Physikerinnen bereit, um die parameter an neue beobachtungen anzupassen, bei den Alternativmodellen nicht – mag ja sein, dass man da auch ein paar Zahlen anpassen kann…

  57. #57 Andreas Müller
    17. März 2011

    @H.M.Voynich
    Das Standardmodell ist ja nicht ein Fundamentalmodell, das die Kosmologen aus Bequemlichkeit und Faulheit aufgrund seiner Einfachheit gewählt haben, sondern es ist ein wohl motiviertes Modell, das sehr gut gleich mehrere, voneinander unabhängige astronomische Beobachtungen erklärt.

    Die Dynamik der Raumzeit und hierbei speziell die Expansion wird nämlich direkt durch folgende Beobachtungen nahe gelegt:
    -Fluchtbewegung weit entfernter Galaxien (Hubble-Effekt; entdeckt in den 1920er Jahren)
    -die Existenz der und die Eigenschaften von der kosmische Hintergrundstrahlung (entdeckt 1965)
    -die Lichtkurven weit entfernter explodierender Weißer Zwerge (Supernovae Typ Ia; entdeckt 1998)
    -das Wachstum der großräumigen Strukturen (in seiner Bedeutung erst in den letzten ca. 10 Jahren entdeckt)

    Die Beweislast für eine expandierende Raumzeit und damit den Big Bang ist demnach erdrückend. “Zu allem Überfluss” passt die beobachtete Häufigkeit der leichtesten chemischen Elemente im Kosmos ganz hervorragend zu einem Szenario eines heißen, dichten, sehr frühen Kosmos, der in den ersten drei Minuten nach dem Urknall diese Elemente im ersten Fusionsreaktor, den die Welt gesehen hat, erzeugt hat.

    Jede Alternative zum kosmologischen Standardmodell alias Lambda-CDM alias FLRW-Kosmos muss all diese Befunde mindestens genauso gut erklären. Und das ist nicht in Sicht.

    Etwas detaillierter habe ich das in einem Blog post hier beschrieben:
    http://www.kosmologs.de/kosmo/blog/einsteins-kosmos/allgemein/2008-04-15/der-urknall-5-gr-nde-daran-zu-glauben

    Fakt ist also, dass andere Raumzeiten als die expandierende Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker-Metrik die Beobachtungen in ihrer Gesamtheit nicht zufriedenstellend beschreiben. So kam man gerade auf das mächtige kosmologische Standardmodell.
    Ich möchte einräumen, dass auch dieses nicht allumfassend ist und Fragen offen lässt, z.B.:

    -Was ist die Natur der Dunklen Energie?
    -Woraus besteht Dunkle Materie?
    -Was ist die Natur der frühesten Ausdehnungsphase, der sog. Inflation?

    Daran wird natürlich geforscht. Bei der Dunklen Energie werden derzeit große Anstrengungen unternommen (z.B. mit den Experimenten HST, WMAP, PLANCK, PanSTARRS, Dark Energy Survey, bald vermutlich auch Euclid, WFIRST), um ihre Eigenschaften messtechnisch zu ermitteln. Wichtige Kenngrößen sind dabei der sog. w-Parameter und dessen Abhängigkeit von der Rotverschiebung (im Prinzip von der Zeit), w’ = dw/dz. Aktueller Befund ist w = -1 und w’ = 0 (natürlich mit Fehlerbalken), was genau der Einsteinschen kosmologischen Konstanten (“Lambda”)” entspricht, die Einstein 1917 (aus anderen Gründen) erfand – dazu gerne mehr in meinem Web-Lexikon unter http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_w03.html#eos

    Beste Grüße,
    Andreas

  58. #58 Andreas Müller
    17. März 2011

    @MartinB
    Ich finde Wiltshires Idee ist nicht ohne Reiz, deshalb habe ich auch damals das Thema “verbloggt”; auch um zu zeigen: Leute seid offen für Alternativen in der Wissenschaft.
    Wäre es nicht fantastisch, wenn wir die rätselhafte Dunkle Energie ganz einfach los wären wie den Weltäther des 19./frühen 20. Jahrhunderts? Das Rätsel lösen, indem man das Rätsel aus der Welt verbannt?

    Wiltshires Website, die Du verlinkt hast, ist sehr gut aufgezogen (insbes. der FAQ) und lesenswert. Es hilft das zu tun, was einen guten Wissenschaftler auszeichnen sollte: Nicht voreingenommen sein und die Dinge mal aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Was und wie messe ich eigentlich? Und welche Schlüsse muss ich ziehen? (s. z.B. FAQ Frage 2 und die SN Ia)

    Ich schlage vor, dass wir uns mit diesem “Hirnfutter” dazu in Ruhe Gedanken machen und vor allem das bald (Anfang April) erscheinende Paper von Adam Riess mit HST-Daten zu Gemüte führen. Vielleicht gibt es dann ja neue Erkenntnisse.

    Beste Grüße,
    Andreas

    PS:
    Milgroms MOND war ursprünglich nur eine Alternative zur Forderung einer Dunklen Materie – unter ästhetischen Gesichtspunkten ist MOND keine schöne Theorie (zugegeben keine wiss. Falsifikation) und die ursprüngliche Version ist meines Wissens vom Tisch. In Gestalt der neueren MOND-Derivate wie TeVeS soll man da auch die Dunkle Energie los werden können. Auch diese Forschung wird abseits des Mainstream aktuell verfolgt.

  59. #59 Andreas Müller
    17. März 2011

    @MartinB
    Ich finde Wiltshires Idee ist nicht ohne Reiz, deshalb habe ich auch damals das Thema “verbloggt”; auch um zu zeigen: Leute seid offen für Alternativen in der Wissenschaft.
    Wäre es nicht fantastisch, wenn wir die rätselhafte Dunkle Energie ganz einfach los wären wie den Weltäther des 19./frühen 20. Jahrhunderts? Das Rätsel lösen, indem man das Rätsel aus der Welt verbannt?

    Wiltshires Website, die Du verlinkt hast, ist sehr gut aufgezogen (insbes. der FAQ) und lesenswert. Es hilft das zu tun, was einen guten Wissenschaftler auszeichnen sollte: Nicht voreingenommen sein und die Dinge mal aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Was und wie messe ich eigentlich? Und welche Schlüsse muss ich ziehen? (s. z.B. FAQ Frage 2 und die SN Ia)

    Ich schlage vor, dass wir uns mit diesem “Hirnfutter” dazu in Ruhe Gedanken machen und vor allem das bald (Anfang April) erscheinende Paper von Adam Riess mit HST-Daten zu Gemüte führen. Vielleicht gibt es dann ja neue Erkenntnisse.

    Beste Grüße,
    Andreas

    PS:
    Milgroms MOND war ursprünglich nur eine Alternative zur Forderung einer Dunklen Materie – unter ästhetischen Gesichtspunkten ist MOND keine schöne Theorie (zugegeben keine wiss. Falsifikation) und die ursprüngliche Version ist meines Wissens vom Tisch. In Gestalt der neueren MOND-Derivate wie TeVeS soll man da auch die Dunkle Energie los werden können. Auch diese Forschung wird abseits des Mainstream aktuell verfolgt.

  60. #60 MartinB
    17. März 2011

    @Andreas
    Ich bin ja selbst kein Experte, aber Wiltshire behauptet ja, dass sein Modell diese Dinge so gut erklären kan wie das Lambda-CDM-Modell und auch noch ein paar Probleme löst.
    http://www2.phys.canterbury.ac.nz/~dlw24/universe/

    Ich behaupte ja auch nicht, dass er recht hat – aber ich fand es interessant, dass es doch Alternativen zur dunklen Energie gibt – außer MOND kannte ich keine. Und wie gesagt: beim Standardmodell stehen heerscharen von Expertinnen bereit, um im Zweifel nach Modellvarianten zu suchen, wenn mal was nicht passt; bei Alternativmodellen suchen nur wenige nach Lösungen. Mag ja sein, dass man Wiltshires Modell auch anpassen kann.

  61. #61 Andreas Müller
    17. März 2011

    @Bjoern
    Die Rotverschiebung von Galaxien äußert sich sowohl in einer Verschiebung von (z.B.) Spektrallinien der Galaxien zum Roten, als auch in einer Abnahme der Helligkeit der Galaxien. Das ist untrennbar miteinander verbunden und beide Effekte werden von Astronomen genutzt, um Rotverschiebungen spektral (“spectral-z”) oder photometrisch (“photo-z”) zu bestimmen (und sollten idealerweise zum gleichen z führen). Ich will sagen: Die Helligkeit kann nicht als unabhängiger Beobachtungstest für die Expansion herangezogen werden.

    Das Alter des Universums ist ein sehr vager Parameter, um etwas über die Raumzeit auszusagen. Was man machen kann, sind Tests, dass man bestimmte Modelle des Universums ausschließen kann, z.B. diejenigen, die zu jung sind – ist aber mehr ein Konsistenzcheck.

  62. #62 Andreas Müller
    17. März 2011

    @Bjoern
    Die Rotverschiebung von Galaxien äußert sich sowohl in einer Verschiebung von (z.B.) Spektrallinien der Galaxien zum Roten, als auch in einer Abnahme der Helligkeit der Galaxien. Das ist untrennbar miteinander verbunden und beide Effekte werden von Astronomen genutzt, um Rotverschiebungen spektral (“spectral-z”) oder photometrisch (“photo-z”) zu bestimmen (und sollten idealerweise zum gleichen z führen). Ich will sagen: Die Helligkeit kann nicht als unabhängiger Beobachtungstest für die Expansion herangezogen werden.

    Das Alter des Universums ist ein sehr vager Parameter, um etwas über die Raumzeit auszusagen. Was man machen kann, sind Tests, dass man bestimmte Modelle des Universums ausschließen kann, z.B. diejenigen, die zu jung sind – ist aber mehr ein Konsistenzcheck.

  63. #63 Andreas Müller
    17. März 2011

    @MartinB
    Ich finde Wiltshires Idee ist nicht ohne Reiz, deshalb habe ich auch damals das Thema “verbloggt”; auch um zu zeigen: Leute seid offen für Alternativen in der Wissenschaft.
    Wäre es nicht fantastisch, wenn wir die rätselhafte Dunkle Energie ganz einfach los wären wie den Weltäther des 19./frühen 20. Jahrhunderts? Das Rätsel lösen, indem man das Rätsel aus der Welt verbannt?

    Wiltshires Website, die Du verlinkt hast, ist sehr gut aufgezogen (insbes. der FAQ) und lesenswert. Es hilft das zu tun, was einen guten Wissenschaftler auszeichnen sollte: Nicht voreingenommen sein und die Dinge mal aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Was und wie messe ich eigentlich? Und welche Schlüsse muss ich ziehen? (s. z.B. FAQ Frage 2 und die SN Ia)

    Ich schlage vor, dass wir uns mit diesem “Hirnfutter” dazu in Ruhe Gedanken machen und vor allem das bald (Anfang April) erscheinende Paper von Adam Riess mit HST-Daten zu Gemüte führen. Vielleicht gibt es dann ja neue Erkenntnisse.

    Beste Grüße,
    Andreas

    PS:
    Milgroms MOND war ursprünglich nur eine Alternative zur Forderung einer Dunklen Materie – unter ästhetischen Gesichtspunkten ist MOND keine schöne Theorie (zugegeben keine wiss. Falsifikation) und die ursprüngliche Version ist meines Wissens vom Tisch. In Gestalt der neueren MOND-Derivate wie TeVeS soll man da auch die Dunkle Energie los werden können. Auch diese Forschung wird abseits des Mainstream aktuell verfolgt.

  64. #64 Bjoern
    17. März 2011

    @Andreas Müller:

    Die Dynamik der Raumzeit und hierbei speziell die Expansion wird nämlich direkt durch folgende Beobachtungen nahe gelegt:…

    Ich würde noch “Tolman-Tests” hinzufügen (Helligkeit von Galaxien in Abhängigkeit der Rotverschiebung). Und natürlich deutet auch die Tatsache, dass wir eine obere Grenze für das Alter von Sternen haben, stark darauf hin, dass das Universum ein endliches Alter hat (was fast zwangsläufig bedeutet, dass es expandiert hat). Dazu kommt noch, dass die Sternpopulationen in Galaxien bei hoher Rotverschiebung ein deutlich geringeres Alter haben. Und dass Galaxien bei hoher Rotverschiebung deutlich anders aussehen (kleiner und irregulärer) als die in unserer Umgebung. und und und…

  65. #65 Andreas Müller
    17. März 2011

    @Bjoern
    Die Rotverschiebung von Galaxien äußert sich sowohl in einer Verschiebung von (z.B.) Spektrallinien der Galaxien zum Roten, als auch in einer Abnahme der Helligkeit der Galaxien. Das ist untrennbar miteinander verbunden und beide Effekte werden von Astronomen genutzt, um Rotverschiebungen spektral (“spectral-z”) oder photometrisch (“photo-z”) zu bestimmen (und sollten idealerweise zum gleichen z führen). Ich will sagen: Die Helligkeit kann nicht als unabhängiger Beobachtungstest für die Expansion herangezogen werden.

    Das Alter des Universums ist ein sehr vager Parameter, um etwas über die Raumzeit auszusagen. Was man machen kann, sind Tests, dass man bestimmte Modelle des Universums ausschließen kann, z.B. diejenigen, die zu jung sind – ist aber mehr ein Konsistenzcheck.

  66. #66 Bjoern
    17. März 2011

    @Andreas Müller: Betreffend “Helligkeit der Galaxien” meinte ich folgende Paper:
    http://www.talkorigins.org/faqs/astronomy/bigbang.html#lubin2001

  67. #67 H.M.Voynich
    17. März 2011

    @Andreas Müller:
    Danke für die Antwort, aber ich sollte meine Frage wohl etwas präzisieren:
    Das naive Alternativmodell “Urknall IM Raum” – also Raum ist schon vorhanden und die Teile fliegen einfach nur außeinander – also Dopplereffekt statt Raumdehnung – wie genau können wir dieses widerlegen?
    Ist es bereits zur ART inkompatibel, oder ist da noch mehr nötig?

  68. #68 Bjoern
    17. März 2011

    @H.N.Voynich:

    Das naive Alternativmodell “Urknall IM Raum” – also Raum ist schon vorhanden und die Teile fliegen einfach nur außeinander…Ist es bereits zur ART inkompatibel, oder ist da noch mehr nötig?

    Du meinst eine expandierende (gefüllte) Kugel, außerhalb der Vakuum ist? Das ist meines Wissens zwar mit der ART prinzipiell kompatibel (im Prinzip bräuchte man da wohl eine ähnliche Metrik wie beim Kollaps eines Sterns zum Schwarzen Loch, nur zeitlich umgedreht), mit Beobachtungen aber nicht (selbst wenn man voraussetzt, dass diese Kugel so groß ist, dass wir ihre Ränder nicht sehen können – sonst wäre das Modell natürlich offensichtlich ganz einfach falsifizierbar).

    Solche Modelle wurden meines Wissens auch schon recht ausführlich von ernsthaften Kosmologen studiert (finde leider gerade keine Quellenangaben, auch wenn ich mir sicher bin, darüber schon mal was gelesen zu haben) – und außerdem gab es übrigens auch Kreationisten, die ein solches Modell benutzt (oder besser gesagt, missbraucht 😉 ) haben, um zu argumentieren, dass die Erde in Wirklichkeit doch erst einige tausend Jahre alt ist… (im Prinzip mit falsch verstandener Zeitdilatation).

  69. #69 roel
    25. März 2011

    Was passiert eigentlich am Rande des Universum, wenn neuer Raum entsteht. Was sagen hier die verschiedenen Theorien?

  70. #70 MartinB
    25. März 2011

    @roel
    Die Frage stellt sich nicht, da das Universum keinen “Rand” hat – es ist entweder geschlossen (wie eine Ballonoberfläche) oder offen und unendlich.

  71. #71 roel
    25. März 2011

    @MartinB Ich gehe von der geschlossenen Version aus. Was passiert an der äußersten äusseren Ballonoberfläche?

  72. #72 MartinB
    25. März 2011

    ??
    Verstehe ich nicht. Es gibt nur die Fläche, die ist zweidimensional (beim Ballon), da ist kein Punkt mehr oder weniger außen als der andere. Du darfst dir die Fläche nicht mit einer Dicke vorstellen und du solltest sie dir auch nicht in einen höheren raum eingebettet vorstellen. Beides führt in die Irre, siehe meine Raumzeitkrümmung-Serie.

  73. #73 roel
    25. März 2011

    @MartinB Ich denke im Moment nur etwas nach. Da ich ja kein Physiker bin, ist das ganze nicht ganz so einfach für mich darzustellen. Bei Astrodicticum Simplex und bei blooDNAcid bin ich jetz 2-mal mit Äußerungen über das Nichts konfrontiert worden, die ich beide als nicht richtig verstehe. Ich denke das das Nichts nur ausserhalb unseres Universums existiert und das unser Universum in das Nichts expandiert. Überall wo Raum ist gibt es kein Nichts. Und mich interessiert im Moment der Übergang zwischen Nichts und Raum. Ich stelle mir das z.Zt. so vor, dass sobald Materie in Kontakt mit dem Nichts kommt sie sich automatisch ausdehnt. Ich denke, dass dabei Energie freigesetzt wird (wie die genau entsteht habe ich noch keine Idee, kommt aber noch). Aus dieser Energie kann Materie entstehen usw. Das ist jetzt vielleicht der größte Mist, aber das Nichts und die Entstehung des Universums lassen im Moment meine Gedanken nicht los.

  74. #74 MartinB
    25. März 2011

    @roel
    “Ich denke das das Nichts nur ausserhalb unseres Universums existiert und das unser Universum in das Nichts expandiert.”
    ich halte das für eine sinnlose aussage – damit man in etwas hineinexpandiere kann, muss dieses etwas ein Raum sein und istd amit kein Nichts. Wenn das Nichts kein Raum ist, dann kann man damit auch nicht in Kontakt kommen – es gibt weder eine Ortskoordinate, die man im “Nichts” festlegen könnte, noch könnte man sich dem “Nichts” irgendwie annähern.

    Die anderen Aussagen zum Nichts habe ich z.T gelesen, soweit ich mich erinnere, fand ich sie aber nicht überzeugend. Zusagen, dass das “Nichts” außerhalb unseres Universums existiert, halte ich auch für unsinnig – Nichts kann nicht existieren, weil es keine Eigenschaften hat und somit seine Existenz niemals festgestellt werden könnte.

    Es ist ansonsten wirklich sinnvoll, sich von der Vorstellung, der Raum müsse irgendwo hineinexpandieren, vollkommen zu lösen. Aber selbst wen er das tut, ist dieses etwas eben kein “Nichts”, sondern ein höherdimensionaler Raum.

  75. #75 roel
    25. März 2011

    @MartinB Schade, ich sagte ja es fällt mir schwer es richtig darzustellen. Ausgehend vom Urknall sind die Dimensionen entstanden. Vor dem Urknall gab es keine Dimensionen. Jedenfalls habe ich das so verstanden. Wenn es aber vor dem Urknall keine Dimensionen gab, kann der Raum nicht in einen höherdimensionalen Raum expandieren – den gibt es da noch gar nicht. Der ist erst am entstehen (wieviele Dimensionen sei mal dahingestellt). Wenn aber Raum und Zeit mit dem Urknall anfangen zu existieren und sich ausdehnen dann können Sie nur in das Nichts sich ausdehnen (es ist ja nichts anderes da). Nichts hat keine Materie, keine Energie und ist auch nicht messbar und sobald Materie mit Nichts in Kontakt kommt löst es sich auf. Ich weiß das ist jetzt nicht richtig dargestellt, aber stellen Sie sich den ersten Lichtstrahl vor: wohin strahlt er, wenn der Raum erst entsteht?

  76. #76 MartinB
    25. März 2011

    “Der ist erst am entstehen”
    Nein. Nach den aktuellen Theorien (außer vielleicht irgendwelchen String-M-Brane-sonstwas-theorien, da kenne ich mich nicht aus) ist das Universum nicht in einen höherdimensionalen Raum eingebettet. Der Raum dehnt sich einfach aus, aber in nichts “hinein”. Der Raum selbst dehnt sich aus – was vorher einem Meter auseinander war, ist jetzt zwei Meter auseinander. Die Metrik ändert sich, ohne irgendwelche hyperräume.
    (Ich sage nicht, dass es die nicht geben kann, ich sage nur, dass es sie nicht geben muss, damit die Urknalltheorie funktioniert.)

    “Sobald Materie mit Nichts in Kontakt kommt”
    Wie kann man mit “nichts” in Kontakt kommen? Dazu müsste das “nichts” ja irgendwo sein, dann ist es kein “nichts” mehr, sondern ein raum.

    Dein “Nichts” scheint mir eine Art Hyperraum zu sein – den brauchen die Theorien zur Zeit nicht, aber selbst wenn es ihn gäbe, wäre er kein “nichts”.

    “stellen Sie sich den ersten Lichtstrahl vor: wohin strahlt er, wenn der Raum erst entsteht? ”
    ??? Ein Lichtstrahl kann nur im Raum sein, der kann nicht in einen entstehenden Raum hineinstrahlen, sowas gibt es nicht. Der Raum dehnt sich aus, die Abstände zwischen zwei Punten wachsen, aber auch vorher war zwischen den beiden Punkten schon ein Abstand, er war nur kleiner.

  77. #77 roel
    25. März 2011

    @MartinB Aus Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Urknall “Der Urknall soll den Anfangspunkt der Entstehung von Materie und Raumzeit darstellen. Da physikalische Theorien aber die Existenz von Raum, Zeit und Materie voraussetzen, lässt sich der eigentliche Urknall mit ihnen nicht beschreiben. Nach dem Urknall soll in Phasen die heutige physikalische Welt entstanden sein. Bestandteil der Theorie ist auch eine dauerhafte Ausdehnung des Universums. … Die beobachtete Auseinanderbewegung der Galaxien ergibt zurückgerechnet einen Zeitpunkt, an dem diese auf ein enges Raumgebiet konzentriert waren.”

    Ich denke im Moment ziemlich ähnlich wie der Artikel in Wikipedia: Die Galaxien bewegen sich auseinander in ein ausdehnendes Universum und sie kommen ursprünglich aus einem engem Raumgebiet. Ursprünglich existiert kein Raum, keine Zeit und keine Materie. Der Punkt an dem wir uns heute räumlich im Universum befinden befinden, war vor sagen wir mal 12 Milliarden Jahren noch nicht da.

    Kein Raum, keine Materie und keine Zeit. Das ist meine Definition von Nichts. Ich weiß man kann es physikalisch schwer beschreiben, weil alles beschreibbare nicht zutrifft, aber das Problem hat meine Theorie vom Nichts nicht alleine: “Da physikalische Theorien aber die Existenz von Raum, Zeit und Materie voraussetzen, lässt sich der eigentliche Urknall mit ihnen nicht beschreiben” (Wikipedia).

  78. #78 perk
    25. März 2011

    Ich denke im Moment ziemlich ähnlich wie der Artikel in Wikipedia: Die Galaxien bewegen sich auseinander in ein ausdehnendes Universum und sie kommen ursprünglich aus einem engem Raumgebiet. Ursprünglich existiert kein Raum, keine Zeit und keine Materie. Der Punkt an dem wir uns heute räumlich im Universum befinden befinden, war vor sagen wir mal 12 Milliarden Jahren noch nicht da.

    das was du über die galaxienausdehnung schreibst, klingt falsch, es ist nicht so, dass da 2 effekte vorhanden sind.. es gibt nur die ausdehnung des universums (und die ist dergestalt, dass zwischen allen beliebigen punkten der abstand proportional zu ihrem bisherigen abstand wächst), da weit entfernte galaxien nicht mit uns gravitativ gebunden vorliegen gibt es keine kraft die den abstand “on the fly” korrigieren würde und so nimmt ihr abstand von uns kontinuierlich zu (ohne dass sie sich was ihre koordinatenposition im raum angeht bewegen würden)

    demzufolge ist es auch quatsch zu behaupten unsere derzeitige koordinate hätte nicht existiert.. klar gabs die schon, sie war nur näher an den nachbarpunkten dran

  79. #79 MartinB
    25. März 2011

    @roel
    Ich muss perk recht geben, du missverstehst den Wiki-Artikel. Der Raum dehnt sich aus und nimt dabei die Galaxien mit. Die Galaxien “fliegen” selbst nicht, deshalb hat ja Andreas so – berechtigt – gegen meine Erklärung mit dem Dopplereffekt protestiert.

    “Kein Raum, keine Materie und keine Zeit. Das ist meine Definition von Nichts.”
    O.k. – dann ist dieses Nichts aber niemals physikalisch erfassbar – denn dazu müsste man irgendwie damit wechselwirken (auch ein sich “in das Nichts hinein” ausdehnender Raum wäre so eine WeWi), und dazu müsste das “Nichts” Eigenschaften haben und irgendwie lokalisierbar sein.

  80. #80 roel
    25. März 2011

    @perk “ohne dass sie sich was ihre koordinatenposition im raum angeht bewegen würden” Aber der Raum dehnt sich, und dadurch bewegt sich (wenn ich das richtig verstehe) unsere Galaxie vom Zentrum weg. Also ist unsere Galaxie nicht mehr dort wo sie war.

    @MartinB Etwas gutes hat der ganze Widerspruch, ich mache mir um so intensiver Gedanken. Das ist aber dann auch mein letzter Versuch hier. Also was ja fälschlicher Weise oft als Nichts beschrieben wird ist das Vakuum. Dem Vakuum fehlt ziemlich viel Materie aber es beinhaltet trotzdem Materie. Ist hoffentlich egal für diesen Vergleich. Wenn Sie im Vakuum ein Gas frei setzen, wird sich dieses Gas ziemlich gleichmäßig verteilen und den Raum ausfüllen. Stellen Sie sich jetzt bitte statt des Vakuums Nichts und statt des Gases Materie vor. In meiner Theorie wird die Materie das Nichts auf sehr radikale Weise auszufüllen. Daher vergrößert sich der Raum, weil die Materie einfach das Nichts versucht auszufüllen, so wie das Gas das Vakuum ausfüllt. Das Vakuum ist immer im Raum begrenzt, das Nichts begrenzt den Raum.

  81. #81 perk
    25. März 2011

    Aber der Raum dehnt sich, und dadurch bewegt sich (wenn ich das richtig verstehe) unsere Galaxie vom Zentrum weg.

    es gibt kein zentrum
    unsere galaxie fliegt auf den virgo haufen zu und die durch gravitative wechselwirkungen bisher angesammelten beschleunigungen haben dazu geführt das wir zzt mit ca 630 km/s relativ zum mikrowellenhintergrund fliegen

    die expansion bewirkt keine geschwindigkeit relativ zum mikrowellenhintergrund, sie bewirkt nur scheinbare geschwindigkeiten zwischen 2 beobachtern da der (metrische)abstand zwischen ihnen mit der zeit wächst (wenn sie nicht durch kräfte gebunden sind)

    In meiner Theorie

    nein kaminfeuersophistereien sind keine theorien..

  82. #82 MartinB
    26. März 2011

    @roel
    “Stellen Sie sich jetzt bitte statt des Vakuums Nichts…vor”

    Ich kann mir “Nichts” nicht vorstellen, außer ich höre auf zu denken.

    “Nichts” kann man auch nicht “ausfüllen”, denn damit man etwas füllen kann, muss es schon eine Ausdehnung haben un dlokalisierbar sein. Wenn Teilchen X das Nichts ausfüllt, dann muss man ja sagen können: “X erreicht jetzt das Nichts”, dazu muss man das Nichts lokalisieren können. Ohne Lokalisierung kann ich nicht sagen, ob X “im Nichts” ist und Y nicht.

    Und noch einmal: Die Vorstellung, das Universum würde ich “in irgendetwas hinein” ausdehnen, ist durch keine physikalische Erkenntnis gedeckt und die ART kommt ohne sie aus.

  83. #83 roel
    27. März 2011

    @MartinB Leider kann ich nicht so gut erklären, wie du es kannst. Ich bin nochmal ein Stück weiter gekommen. Nichts ist eine andere Dimension. Also bewege ich mich gedanklich in den von dir erwähnten Hyperräumen. Ich will das ganze jetzt nicht hier ausweiten, sondern schreibe es erstmal strukturiert auf und stelle es mit Formeln dar. Es kann sein, dass ich für die ein oder andere Formel einen Tip brauche, wie das darzustellen ist. Kann ich mich dann dazu per e-mail melden? Zum Vorstellungsvermögen: Mit der Haut sieht man Nichts.

  84. #84 MartinB
    27. März 2011

    @roel
    “Nichts ist eine andere Dimension.”
    Wenn es eine Dimension ist (siehe auch Florians alten Eintrag “Was ist eine Dimension”) dann ist es nicht “Nichts”. Finde ich eine unglückliche Begriffsvermischung.

    Aber Vorsicht ist geboten: Inwieweit man das Universum in einen Hyperraum einbetten kann, haben andere schon untersucht – soweit ich weiß braucht man zur Einbettung einer 4-dimensionalen gekrümmten Minkowski-Raumzeit mindestens 6 Dimensionen, aber ich bin kein Differentialgeometrie-Experte, das wäre Thilo.
    Auf die Schnelle hab ich das hier gefunden:
    http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9907040
    vielleicht hilft das weiter?

  85. #85 roel
    27. März 2011

    @MartinB “Finde ich eine unglückliche Begriffsvermischung.” Ja! In diesem Zusammenhang habe ich mich von dem Begriff “Nichts” verabschiedet. Diese zusätzliche Dimension können wir nur nicht nachweisen, deshalb hatte ich ursprünglich gedacht es wäre “Nichts”. Vielen Dank für den Link.

  86. #86 roel
    5. April 2011

    @perk “unsere galaxie fliegt auf den virgo haufen zu” Haben Sie einen guten Link hierzu?

  87. #87 perk
    5. April 2011

    hmm der das bestätigt oder wo man mehr darüber lernt?
    die aussage zu bestätigen ist recht leicht, die aussage hat in der wikipedia 2 referenzen und das galaxies and cosmology buch von combes macht nen guten eindruck, hab grad mal bei google books reingeschaut .. da steht halt nur dass es so ist und was beobachtet wurde.. aber nicht sehr ins detail gehend.. weil es ja auch keine soo große spannende sache ist.. sondern recht klar und offensichtlich ist, dass wir aufs zentrum unseres superhaufens zufliegen 😉
    hier auf seite 353

  88. #88 roel
    5. April 2011

    @perk Vielen Dank! Klar ist das keine große und spannende Sache, wenn man sich damit auskennt. Ich habe mich bis jetzt nie intensiver mit dem Universum beschäftigt. Es fing eigentlich erst an als ich “the grand design” gelesen habe, und mir dabei ein, zwei Gedanken kamen. Seit dem finde ich alles spannend, was mit dem Universum zu tun hat.

  89. #89 Niels
    5. April 2011

    @perk
    Um mal den Erbsenzähler zu spielen: Unsere Galaxie ist Teil des Virgo-Haufens und fliegt auf das Zentrum des Virgo-Haufens zu.

    @roel

    Klar ist das keine große und spannende Sache, wenn man sich damit auskennt.

    Ich find das eigentlich ziemlich spannend. Der Virgo-Haufen fliegt auf den Hydra-Centaurus-Superhaufen zu, alle Superhaufen in der Nähe einschließlich uns fliegen wiederum auf den sogenannten Großen Attraktor zu.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Gro%C3%9Fer_Attraktor
    Der Große Attraktor fliegt dann mit uns anscheinend auf etwas Unbekanntes zu, möglicherweise auf etwas außerhalb des beobachtbaren Universums.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_flow

    The authors (Alexander Kashlinsky, F. Atrio-Barandela, D. Kocevski, and H. Ebeling) suggest that the motion may be a remnant of the influence of no-longer-visible regions of the universe prior to inflation.
    […]
    Said Kashlinsky: “At this point we don’t have enough information to see what it is, or to constrain it. We can only say with certainty that somewhere very far away the world is very different than what we see locally. Whether it’s ‘another universe’ or a different fabric of space-time we don’t know.”

    Das kann natürlich sehr gut großer Bullshit sein, die Schlussfolgerungen von Kashlinsky sind ein bisschen arg gewagt, aber langweilig ist das eigentlich nicht. 😉

  90. #90 roel
    5. April 2011

    @niels Auch vielen Dank. Besonders für den Kommentar von Kashlinsky.

    “alle Superhaufen in der Nähe einschließlich uns fliegen wiederum auf den sogenannten Großen Attraktor zu” – Gibt es Beobachtungen, dass zwei Haufen aufeinander treffen?

  91. #91 perk
    5. April 2011

    nope niels.. krümelkacken geht so:

    unsere galaxie ist teil der lokalen gruppe, die ist teil des virgo superhaufens
    und eine andere gruppe in diesem superhaufen ist der virgohaufen und wir fliegen innerhalb des virgosuperhaufens auf den virgohaufen zu 😉

  92. #92 Niels
    6. April 2011

    @perk
    Hast gewonnen, so ist es richtig. 😉

  93. #93 Niels
    6. April 2011

    Nachtrag:
    Unsere Galaxie ist Teil des Virgo-Superhaufens und fliegt auf das Zentrum des Virgo-Superhaufens, also auf den Virgo-Haufen, zu.

  94. #94 anfänger
    6. Januar 2012

    wow sehr interessanter blog eintrag .. auch die diskussion im kommentar bereich war sehr interessant. danke!

  95. #95 anfänger
    6. Januar 2012

    wow sehr interessanter blog eintrag .. auch die diskussion im kommentar bereich war sehr interessant. danke!

  96. #96 anfänger
    6. Januar 2012

    wow sehr interessanter blog eintrag .. auch die diskussion im kommentar bereich war sehr interessant. danke!

  97. #97 Hans Pörsch
    30. Juli 2012

    Hier meldet sich Hans Pörsch Nbg. am 30. Juli 2012.

    Wegen „Dunkle Energie gibt es überhaupt nicht“

    Ich bin gerade dabei ein “Rundschreiben” an Astro&Kosmologie-Adressen zu verteilen, welches sich mit der mysteriösen “Dunklen Energie” gemäß dem Nobelpreis-Begründung 2012 befasst. Hierzu möchte ich für gewisse “Unstimmigkeiten” bei der Bilanzierung der “Dunklen Energie&Materie” eine rational-denkbare „natürliche“ Erklärung liefern.
    Ein wesentliches Detail dabei ist, dass ich behaupte, das kosmologische Standardmodell bzw. das Lambda-CDM-Modell gelte nicht, — wie in der Friedmann-Gleichung für das “kosmologische Prinzip” angesetzt, — über die ganze Hubble’sche “Expansions”Phase, sondern (außerhalb-davor) nur während der “Inflations”Phase.
    Details können in meiner wwwURL “Future-41Stein.de” (for Einstein) auf der 14ten und 15ten Seite (sowie weiteren davor) studiert werden.
    Eine Zusammenfassung über die zugehörigen umfangreicheren Details ist im Anhang als pdf-Textfile angeboten, falls diese E-Mail-Nachricht es auch zulässt.
    Falls meine E-Mail-Nachricht lediglich über ein Kontaktformular erfolgen kann, biete ich an, die sehr informativen ca.4 pdf-Textseiten als meine E-Mail-Rückantwort an Ihre Eingangsbestätigung anzuhängen.
    Übrigens, — wegen des Missverständnisses in der Nobelpreis-Grafik — vorab:
    Es ist nicht egal, ob man mit “%Teuerung pro Jahr” oder mit “Jahre pro %Teuerung” argumentiert. Und. so ist es nicht egal, ob die “z-fache Rotverschiebung (das heißt, die variable Hubble’sche Fluchtgeschwindigkeit [km/s] pro [Mpc]) an der x-Achse oder an der y-Achse angeordnet ist. Nach üblicher Vorschrift gilt die y-Achse als Skala der abhängigen Variablen! Und, die x-Achse gilt als Skala der Vorgabe-variablen. => “y = ƒ(x)”. => Deswegen muss für die analytische Bewertung aus dem Kalibrier-Diagramm durch {x/y}-Achsentausch ein “echtes” Hubble-Diagramm gemacht werden!
    MfG H.P.

  98. #98 Alderamin
    7. September 2015

    @Noonscoomoo

    Ich leite das mal nach hier um.

    Daraus ergibt sich für mich eine Frage: Was ist von dieser Theorie zu halten?

    Andreas Müller hat in #26 und folgende (nicht nur die Doppelposts) ja schon was dazu geschrieben, dass das Space Telescope Science Institute die Behauptung widerlegt zu haben denkt, und dass die Dunkle Energie fest im Sattel der Urknalltheorie sitzt (siehe auch seinen Blogpost, den Martin oben verlinkt). Es wäre z.B schon ein merkwürdiger Zufall, dass ein lokaler Effekt genau diejenige Bewegung erzeugt, die den Raum flach erscheinen lässt, denn nach der Urknalltheorie trägt die Dunkle Energie 70% dazu bei, dass der Raum keine großräumige Krümmung aufweist, und die ist äußerst sensibel von der Dichte abhängig. Da gibt Wiltshire meiner Meinung nach keine plausible Antwort (Frage 7) drauf.

    Querdenker sind immer wichtig (schreibt Andreas ja auch), aber in diesem Fall scheint die Idee wohl nicht viele Anhänger gefunden zu haben.

    Und sollte man nicht, solange sie nicht fundiert widerlegt ist, von einer “scheinbar beschleunigten Ausdehnung” sprechen?

    Absolute Gewissheit gibt’s in der Wissenschaft selten (schon gar nicht bei so aktuellen Themen). Nur weil ein paar Einzelstimmen dagegen sprechen, braucht man deswegen aber nicht notwendigerweise eine besondere Sprachregelung zu treffen. Die Hinweise auf die Dunkle Energie sind einigermaßen erdrückend.

  99. #99 MartinB
    7. September 2015

    @Alderamin
    Danke für die Infos – aber wer weiß, vielleicht findet noch jemand einen Dreh. So oder so ist mir nicht klar, warum man die Effekte, die Wiltshire verwendet, nicht in den Modellen einbezieht (die gehen ja immer von homogenem Universum aus): Selbst wenn die Effekte nicht ausreichen, um die dunkle Energie komplett wegzuerklären, müssten sie doch immer noch die Werte quantitativ beeinflussen.

  100. #100 Alderamin
    7. September 2015

    @MartinB

    Tun sie doch: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/04/21/der-kalte-fleck-das-groesste-nichts-im-universum/ (Sachs-Wolfe-Effekt).

    Nun muss man aber auch sehen, dass die Hintergrundstrahlung extrem gleichförmig ist und eben überall genau den Anteil Dunkler Energie zeigt, der das All flach macht, das deutet halt eher nicht auf zufällige Inhomogenitäten in der Massenverteilung hin. Und solche sind wohl bei den Durchmusterungen der Galaxienverteilung (wie dem Sloan Digital Sky Survey) auch nicht aufgefallen. Wir sind in keinem Void, wir sind in einem Filament, von dem Laniakea ein Teil ist. Und die Illustris-Simulation liefert mit der Dunklen Energie ein schönes Ergebnis, das gut mit den beobachteten Strukturen übereinstimmt. Es gibt also keinen Grund, Inhomogenitäten zu modellieren.

  101. #101 MartinB
    8. September 2015

    @Alderamin
    Ah, danke, wieder was gelernt.

  102. #102 Peter Paul
    8. Mai 2018

    Wenn du dich schon mit so Fragen auseiandersetzt denke ich, dass du mit meiner Frage eigentlich kaum Schwierigkeiten haben wirst. Es geht nur um die Beschriftung der Rechtsachse in einem Diagramm von Saul Perlmutter, mit dem er die beschleunigte Ausdehnung erklärt:

    Saul Perlmutter verwendet in seinem Artikel “Supernovae, Dark Energy, and the Accelerating Universe” (hier : https://physicsforme.com/2011/10/04/supernovae-dark-energy-and-the-accelerating-universe/ ) eine Figur 4, in der eine Sache steckt, die mir nicht einleuchten will :

    Die Rechtsachse ist die Zeitachse und gleichzeitig, wie man oben sieht die
    Achse für “RELATIVE BRIGHTNESS OF SUPERNOVAE”. Das ist ja das, was man
    wirklich messen kann. Hier wird doch offenbar so getan, als ob die aktuell
    gemessene “scheinbare Helligkeit” zu einem ganz bestimmten Zeitraum
    gehört, den das Licht, von der SN bis zu uns gebraucht hat. Das ist
    natürlich so, wenn man ein bestimmtes kosmologisches Modell, also eine
    bestimmte Ausdehnungsgeschichte, benutzt, aber es geht ja gerade darum,
    dieses Modell durch die Messung zu finden. Man kann es also noch nicht voraussetzen.

    Jetzt endlich meine Frage : Wenn man aber noch keine Voraussetzung über das geltende Expansionsmodell R(t) (oder a(t)) machen kann, außer dass der Kosmos flach ist, wie geht das dann?
    Lässt sich der Zusammenhang zwischen scheinbarer Helligkeit und Zeitraum t unabhängig vom Verlauf des Skalenfaktors R(t) herleiten? Ist er denn für alle denkbaren Expansionsgeschichten gleich?

    Ich weiß es ist, glaube ich, viel “verlangt”, aber es wäre für mich sehr hilfreich, wenn du, oder sonst ein Experte,mir das erklären könnte.

  103. #103 MartinB
    9. Mai 2018

    @PeterPaul
    Sorry, so tief stecke ich da leider nicht drin, ich muss diese ganzen Maßstabsgeschichten auch immer erst wieder mühsam anlesen, so oft beschäftige ich mich damit nicht.
    ABer die Seite hat doch ein “leave a reply” – frag doch da mal direkt.

  104. #104 Niels
    9. Mai 2018

    @Peter Paul

    Man kennt das Spektrum von Typ Ia Supernovae sehr genau.
    Der Idee ist jetzt, dass man bei der Messung des Spektrums einer solchen Supernova zwei verschiedene Messwerte findet, aus denen man auf die Entfernung des Ereignisses schließen kann.
    Erstens die scheinbare Helligkeit und zweitens die Rotverschiebung.

    Der Witz ist jetzt, dass scheinbare Helligkeit und Rotverschiebung nur dann für alle Supernovae übereinstimmende Ergebnisse liefern, wenn man ein ganz bestimmtes kosmologisches Modell annimmt, nämlich eine in bestimmter Weise beschleunigte Expansion.

    Die Rechtsachse ist die Zeitachse und gleichzeitig, wie man oben sieht die Achse für “RELATIVE BRIGHTNESS OF SUPERNOVAE”.

    Hauptsächlich ist wie gerade ausgeführt für verschiedene Supernovae die Helligkeit gegen die Rotverschiebung aufgetragen.
    Dann werden verschiedene kosmologische Modelle gefittet um zu sehen, welches am besten passt.

    Hier wird doch offenbar so getan, als ob die aktuell
    gemessene “scheinbare Helligkeit” zu einem ganz bestimmten Zeitraum
    gehört, den das Licht, von der SN bis zu uns gebraucht hat. Das ist
    natürlich so, wenn man ein bestimmtes kosmologisches Modell, also eine
    bestimmte Ausdehnungsgeschichte, benutzt

    Nein, dass ist für jedes Modell so.
    Die Supernovae fanden in den verschiedenen Modellen zwar alle in der selben Zeitspanne vor dem heutigen Zeitpunkt statt (etwa vor 5 Milliarden Jahren), aber eben in jedem Modell in einer anderen Entfernung und zu einem anderen Zeitpunkt seit dem Urknall dieses Modells.

    Lässt sich der Zusammenhang zwischen scheinbarer Helligkeit und Zeitraum t unabhängig vom Verlauf des Skalenfaktors R(t) herleiten?

    Der Zeitraum t heißt wissenschaftlich lookback time oder light travel time.

    Das Ganze läuft dann leider auf ziemlich hässliche Formeln hinaus, aus denen ich keinerlei tieferes Verständnis oder irgendeine intuitive Erklärung oder Veranschaulichung ableiten kann.
    Tut mir leid.

  105. #105 MartinB
    9. Mai 2018

    @Niels
    Danke.

  106. #106 Alderamin
    9. Mai 2018

    @Niels

    Ich habe die Frage bei mir zu Hause beantwortet, die Peter mir dort vorher schon gestellt hatte.

    Nein, dass ist für jedes Modell so.
    Die Supernovae fanden in den verschiedenen Modellen zwar alle in der selben Zeitspanne vor dem heutigen Zeitpunkt statt (etwa vor 5 Milliarden Jahren), aber eben in jedem Modell in einer anderen Entfernung und zu einem anderen Zeitpunkt seit dem Urknall dieses Modells.

    Das denke ich nicht, denn die Lookback-Time ist abhängig von der Entwicklung der Rotverschiebung bzw. des Skalenfaktors, und da steckt die dichte der dunklen Energie als Parameter drin. Ungefähr 5 Milliarden Jahre stimmt sicher, aber wenn man genauer messen will (so wie das im Supernova-Projekt der Fall war), denke ich schon, dass die Zeitskala variieren müsste. Lies mal meine oben verlinkte Antwort (mit Bezug auf die hässlichen Formeln, die ich in einem Paper gefudnen habe); wenn ich da groben Unsinn erzählt haben sollte, korrigiere mich bitte.

  107. #107 Niels
    9. Mai 2018

    @Alderamin

    Selbstverständlich ist die Lookback-Time vom Skalenfaktor bzw. der Rotverschiebung abhängig.
    Die Leuchtkraftentfernung und damit über einen Umweg die Helligkeit aber doch eben auch.

    Ich bin davon ausgegangen, dass sich das beim ineinander einsetzen gerade aufgebt, habe das aber zugegeben nicht nachgerechnet.

    Machen wir das mal kurz.
    Mit dem von dir drüben bei dir verlinken Paper:
    https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9905116.pdf

    Die Lookback-Time ist (30)
    t = Intregral( dz/[(1+z)*E(z)] )

    Die Leuchtkraftentfernung ist (21)
    D = (1+z) * Integral(dz/(E(z))

    Im E(z)-Term stecken die Energiedichte-Parameter.
    Wenn man den einen Term nach z umstellt und in den anderen einsetzt kommt irgend etwas wahnsinnig Kompliziertes heraus.
    Ich sehe nicht, wie sich da etwas wegkürzen sollte?
    Seltsam.

    Ich denke, die Achsenbeschriftung oben wurde nachträglich ermittelt und bezieht sich nur auf die Kurve, für welche die Supernovapunkte am besten angenähert werden.

    Wie oben beschrieben beruht die ganze Methode darauf, eine passende Kurve für die (Helligkeit, Rotverschiebung)-Punkte zu fitten.
    Da kann es wirklich auf keinen Fall möglich sein, dass die Helligkeitswerte nachträglich für eine einzige Kurve ermittelt wurden.
    Wie schon Peter Paul schrieb, die misst man ja schließlich auch. Irgendetwas muss man ja auch für die x-Achse wählen, wo sollte denn die Lookback-time auf einmal herkommen.

    Es würde allerdings fast genauso wenig Sinn ergeben, wenn die Zeitskala unten auf der Achse nur für eine einzige Kurve gelten würde.
    Das wäre schon extrem schlechter Stil, ist aber natürlich möglich?

    Von den Formeln her sehe ich aber auch gerade nicht, wie es passen könnte.
    Vielleicht liegt der Trick darin, wie man von der Leuchtkraftentfernung zur “relative brightness” kommt?
    Mir ist nämlich nicht ganz klar, welche Helligkeit genau das jetzt sein soll.

    @all
    Leider kann ich keine andere Quelle für dieses Bild als die von Peter Paul verlinkte Webseite finden.
    Könnte jemand die wissenschaftliche Arbeit verlinken, aus der es stammt?
    Da findet man vielleicht eine Erklärung.

  108. #108 Alderamin
    9. Mai 2018

    @Niels

    Da kann es wirklich auf keinen Fall möglich sein, dass die Helligkeitswerte nachträglich für eine einzige Kurve ermittelt wurden.

    Es geht nur um die Achsenbeschriftung der oberen x-Achse (Helligkeitsskala). Aus den Helligkeiten der Supernovae und deren z wurde ein Ω-Λ und somit eine Kurve als bester Fit ausgewählt. Die anderen Kurven werden schon bezüglich der Zeit-Skala (x-Achse unten) richtig geplottet sein, ebenso die Helligkeiten der Supernovae, aber es kann eigentlich unmöglich sein, dass die x-Zeitachse eine feste Zuordnung zur x-Helligkeitsachse oben hat. Bestenfalls annähernd. Ich denke, die Skala oben ist nachträglich auf die Supernova-Punkte angepasst.

    Man kann es auch anders ausdrücken: es gibt ja Diagramme, die mehrere Größen in verschiedenen y-Achsen über derselben x-Achse darstellen (für einen Graphen gilt die linke Achse, für einen anderen die rechte). Ich denke, dass hier die obere x-Achse für die Supernova-Messpunkte gilt (und damit automatisch für die entsprechende Fit-Kurve), aber nicht für die anderen Kurven. Die Zeitachse unten gilt für alle Kurven (und damit automatisch auch für die Supernova-Messpunkte).

    Vielleicht liegt der Trick darin, wie man von der Leuchtkraftentfernung zur “relative brightness” kommt?
    Mir ist nämlich nicht ganz klar, welche Helligkeit genau das jetzt sein soll.

    Ich denke, das ist der Entfernungsmodul (Formel 25), weil der angibt, um wieviele Größenklassen die Helligkeit mit der Entfernung abnimmt. Wenn berücksichtigt, dass die Magnitudenskala logarithmisch ist und eine Größenklasse genau 4 dB entspricht, kann man z.B. folgern, dass 5 Größenklassen Helligkeitsabnahme dem Faktor 0,01 entsprechen. Ich könnte also oben an die Achse alle zwei Zehnerstellen alternativ einen Sprung von 5 Größenklassen im Entfernungsmodul schreiben, das wäre identisch.

  109. #109 Peter Paul
    10. Mai 2018

    @Niels
    Ich habe mal nach einer wissenschaftlichen Veröffentlichung mit dem Diagramm gesucht, und das gefunden :
    https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.84.1127
    Dort kann man das Papier als pdf downloaden. Ich glaube aber nicht, dass das die Sache klar macht.

  110. #110 Peter Paul
    10. Mai 2018

    @Niels
    Jetzt habe ich gesehen, Perlmutter zitiert sich mit den Bildern selber, und zwar genau den Artikle, von dem ich anfangs bereits ausging. Also leider keine weiteren Erläuterungen.

  111. #111 Niels
    10. Mai 2018

    @Peter Paul

    Ja, die einzige kurze Erwähnung in der von dir verlinkten Arbeit ist

    But the evidence really became strong almost immediately afterward with 42 supernovae (the red points on the lower plot of Fig. 28).
    […]
    Plotting the same data as an expansion history of the
    Universe (see Fig. 29, upper plot) […]

    https://journals.aps.org/rmp/pdf/10.1103/RevModPhys.84.1127

    Jezt kann man in einen kurzen Satz natürlich viel hineininterpretieren, aber für mich hört sich das so an, als wäre Fig.28 einfach ein Ausschnitt von Fig. 29.
    Und zwar der Ausschnitt für Rotverschiebungen von 0 bis 1, für den eben auch Messwerte vorliegen.
    (Dass man 28 kippen und spiegeln muss, damit man beide übereinander legen kann, ist allerdings auch nicht die intuitivste Vorgehensweise.)

    Oder anders gesagt, Schaubild 29 zeigt die Kurvenverläufe auch für z-Werte, für die keine Messwerte vorliegen.
    (Kann aber natürlich sein, dass mir das nur deswegen logisch vorkommt, weil ich so vorgehen würde.)

    @Alderamin @Peter Paul

    Laut 28 ist die Helligkeit die “effective m_B”.
    Laut des Papers http://iopscience.iop.org/article/10.1086/307221/pdf ist “effective m_B” die effective rest-frame B magnitude corrected for the width-luminosity relation.

    Um auf die Helligkeit im Ruhesystem zu kommen, muss man die gemessenen Helligkeiten aber schon in Abhängigkeit vom gemessenen z umrechnen.
    (Keine Ahnung, warum man das hier so macht.)

    Die Formel für die Leuchtkraftentfernung sieht natürlich völlig anders aus, wenn man mit scheinbaren Helligkeiten im Ruhesystem des Aussenders arbeitet.
    Spontan komm ich da jetzt aber nicht drauf, muss ich mir bei Gelegenheit mal genauer anschauen und herleiten. Die Lichtkurve der Supernova ist jedenfalls schon mal durch die Expansion mit dem Faktor 1+z zeitdilatiert, aber wie gehts dann weiter?
    Kennt ihr da zufällig die Formel?

    Vielleicht kommt es so dann doch hin?

    Ich denke, die Skala oben ist nachträglich auf die Supernova-Punkte angepasst.

    Kann natürlich sein, wäre aber sehr verwirrend.
    Schließlich sind alle anderen Diagramme zu diesem Thema eben Rotverschiebung-Helligkeit-Diagramme und die Daten liegen ebenfalls in diesem Format vor.

    Würdet ihr das in ein Rotverschiebung-LookbackTime-Format umrechnen und dann völlig ohne Erläuterung noch eine Achsenbeschriftung für die Helligkeit einfügen, die aber nur für eine einzige Kurve gültig ist?

  112. #112 Niels
    10. Mai 2018

    @MartinB

    And now for something completely different:

    Ich habe neulich folgende Erklärung zur Abbremsung von Licht in Medien im Photonenbild gelesen:
    https://physics.stackexchange.com/questions/153904/how-does-light-speed-up-after-coming-out-of-a-glass-slab

    You can think, for a rough mind picture, of light propagating through a medium as somewhat like a game of Chinese Whispers.
    A photon is absorbed by one of the dielectric molecules, so, for a fantastically fleeting moment, it is gone.
    The absorbing molecule lingers for of the order of 10−15s in its excited state, then emits a new photon. The new photon travels a short distance before being absorbed and re-emitted again, and so the cycle repeats.

    The interaction is so short that the absorber interacts with nothing else, so the emitted photon must bear the same momentum as the incident one.
    Also take heed that we’re NOT a full absorption in the sense of forcing a transition between bound states of the atom (which gives the sharp spectral notches typical of the phenomenon), which is what David Richerby is talking about. It is a transition between virtual states – the kind of thing that enables two-photon absorption, for example – and these can be essentially anywhere, not at the strict, bound state levels. As I said, this is a rough analogy: it originated with Richard Feynman and is the best I can do for a high school student who likely has not dealt with quantum superposition before.
    The absorption and free propagation happen in quantum superposition, not strictly in sequence, so information is not being lost and when you write down the superposition of free photon states and excited matter states, you get something equivalent to Maxwell’s equations (in the sense I describe in my answer here or here) and the phase and group velocities naturally drop out of these.

    Another way of qualitatively saying my last sentence is that the absorber can indeed emit in any direction, but because the whole lot is in superposition, the amplitude for this to happen in superposition with free photons is very small unless the emission direction closely matches the free photon direction, because the phases of amplitudes the two processes only interfere constructively when they are near to in-phase, i.e. the emission is in the same direction as the incoming light.

    Das Absorbtions-Reemissions-Bild ist also richtig, wenn man berücksichtigt, dass die Atome zu virtuellen Energiezuständen angeregt werden und dass das Ganze als Superposition stattfindet?

    Kann man das so sagen oder ist das Quatsch?
    Das mit der Impulserhaltung und der Superposition kommt mir ziemlich dubios vor.

  113. #113 Peter Paul
    10. Mai 2018

    @Niels 111
    Ich denke, du hast nicht recht mit deiner Vermutung, dass Fig. 28 einfach ein Ausschnitt von Fig. 29 sein könnte.
    In 28 spielt die Zeit ja überhaupt keine Rolle. Hier werden ja nur z- und m-Werte einander zugeordnet, und das ist auch gut so, weil sich ja nur diese Werte wirklich messen lassen. Aber hier spielt es gar keine Rolle, wann das Licht jeweils ausgesandt wurde.
    Noch eine Bemerkung zur lookback-time: Fig. 29 zeigt, dass die lookback-time bei gegebenenm z-Wert ganz eindeutig vom Modell abhängen muss.
    Bsp.: Ist z = 3, dann liefert die rechteste, rote Kurve etwa 9Mrd. Jahre, während die linkeste, grüne Kurve ca. 16 Mrd. Jahre liefert.
    Das ist ja gerade mein Problem, dass Perlmutter so tut, als ob eine solche Abhängigkeit vom Modell nicht für die “relativ brightness” vorliegt.

  114. #114 MartinB
    10. Mai 2018

    @Niels
    Die Standard-Erklärung in der klassischen Edynamik ist ja, dass die Photonen Schwingungen in Ladungsträger induzieren, die dann ihrerseits eine (verzögerte) Welle aussenden; dann interferieren die beiden. Wenn man das ins Photonen-Bild übertragen will, dann denke ich schon, dass die Erklärung halbwegs tauglich ist. So ähnlich argumentiert Feynman auch im QED_Buch, glaube ich.
    Wirklich gerechnet habe ich sowas aber nie gesehen.