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9 Million Bicycles – jetzt wissenschaftlich korrekt

Von / 28. Januar 2011 / 14 Kommentare
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Popsongs sind in der Regel alles, nur nicht wissenschaftlich korrekt. Es geht allerdings auch anders.

Simon Singh jedenfalls hat Katie Meluas Song zum Anlass genommen mal ein bisschen Aufklärungsarbeit in Sachen Wissenschaft zu nehmen: Katie Melua’s Bad Science.

Ist ja auch gemein. Da reißen sich tausende Astronomen seit den 20er Jahren des vergangenen Jahrhunderts den Hintern auf, um die Grenzen des beobachtbaren Universums auszuloten und dann wird diese ganze Arbeit, das Testen und Gegentesten einfach zu einer “Schätzung” reduziert. Noch dazu von einer, von der angeblich niemand sagen kann, dass sie wahr(TM) ist.

Florian hat hier z.B. über zwei Facetten der Geschichte geschrieben: Die Rotverschiebung des Lichtes ferner Sterne und die Messung der Entfernung von Supernovae eines bestimmten Typs, die so wohldefiniert explodieren, dass mit ihnen astronomische Entfernungen bestimmt werden können. Beides verrät uns unabhängig voneinander, dass das Universum sich ausdehnt und wie stark es sich ausdehnt und wie groß es ist. Drüben bei den amerikanischen Scienceblogs gibt es einen ganzen Blog, der sich immer wieder mal mit dem Thema beschäftigt: Starts with a Bang. (Nomen est omen)

Katie Melua jedenfalls erwies sich als lernfähig.

“We are 13.7 billion light-years from the edge of the observable universe, That’s a good estimate with well-defined error bars, And with the available information, I predict that I will always be with you”

Wie cool ist das denn bitte? Und warum sollte so ein Song kein Hit werden? Alanis Morisette hat es auch hingekriegt, Hits mit einer recht hohen Wortdichte pro Songzeile zu produzieren. Und da war die Informationsdichte nicht mal halb so hoch wie hier 😉

Via Life’s a Biotech

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Kommentare (14)

  1. #1 MisterX
    Januar 28, 2011

    Könnte das Universum eigentlich nicht doch älter sein?? immerhin ist das beobachtbare universum ja nur 13,7 milliarden jahre alt, aber was ist mit dem unbeobachtbaren??

    gruß

  2. #2 Daniel
    Januar 28, 2011

    Vielen Dank fürs Posten! 😀

    Auch wenn ich mich gerade etwas schäme, die wissenschaftlich inkorrekte Variante des Songs bei unserer vergangenen Weihnachtsvorlesung als Hintergrundmusik verwendet zu haben…

  3. #3 Ludmila
    Januar 28, 2011

    Nein, das Universum ist definitiv nicht älter. Um das festzustellen ziehe ich mal das nächsten Puzzlestein im Rahmen der Urknall-Geschichte heran: Die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns verrät wann und wie das Universum geboren wurde. Das Rauschen sind ja im Grunde die Nach-Geburtswehen unseres Universums. Stell Dir vor Du blickst metaphorisch auf das ausgeblichene Foto eines neugeborenen Babys und weißt ganz genau, wer das ist. Du kannst außerdem rekonstruieren, wann das Foto entstanden ist. Dann hast Du auch das Alter des dazugehörigen Menschen und kannst ausschließen, dass sie oder er viel älter ist. So geht es den Wissenschaftlern auch mit der Hintergrundstrahlung. Tja und das passt auch zu den Entfernungsmessungen. Damit hätten wir schon drei unabhängige Bestätigungen des Alters des Universums.

  4. #4 Niels
    Januar 28, 2011

    “13.7 billion light-years” ist genau so falsch wie “12 billion light-years”.

    Ist ja gemein. Da reißen sich tausende Kosmologen seit Jahrzehnten den Hintern auf, um den Leuten das Urknallmodell zu erklären.
    Und dann rechnen die Leute einfach Lichtgeschwindigkeit mal Universumsalter, um auf den Radius des beobachtbaren Universums zu kommen.
    😉

    Die richtige Antwort für die Entfernung bis zur Grenze des beobachtbaren Universums ist:
    etwa 47 Milliarden Lichtjahre

    Siehe z.B. im Nachbarblog
    https://www.scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2010/09/wie-gross-ist-das-beobachtbare-universum.php

  5. #5 cydonia
    Januar 29, 2011

    Ok, issjagut, könnten wir dann mal zur Aussage übergehen, die dem Song seinen Titel verliehen hat? “9 million bicycles in Beijing”……von wegen!
    War grad da, und wer es heute noch wagen würde in Peking, Shanghai oder auch Hangzhou mit dem Fahrrad zu fahren, der könnte sich schon mal einen Platz im nächsten Krankenhaus reservieren lassen.
    Nichts gegen Katie Melua, aber diese romantischen Chinavorstellungen werden spätestens beim ersten Versuch in einer chinesischen Großstadt die Straße zu überqueren zunichte gemacht. Autos, AUUTOOS, und sonst gar nichts.
    Ich interpretiere die Diskussion mal dahingehend, dass manche Wissenschaftler zuweilen trefflich über das reden könen, was Lichtjahre entfernt ist, sich an Aussagen, die dem, was vor ihrer Nase passiert, radikal widersprechen, aber anscheinend nicht im geringsten stoßen.
    Was sagt uns das? Erstens ist es ein Lied, und es bleibt auch ein Lied, und wenn wir schon wissenschaftliche Maßstäbe ansetzen, warum denn nicht da, wo wirs genau überprüfen können?
    9 million bicycles….ich hab gerade mal eins gesehen, und es stand verrostet an einer Brücke….
    Ach ja, ich hab, wie immer, auf Smileys verzichtet. Es darf trotzdem mit einem gewissen Irionielevel gerechnet werden.

  6. #6 Ludmila
    Januar 29, 2011

    @Niels: Jein, es kommt drauf an, wie mensch beobachtbar definiert. Wir sehen ja das Licht aus der Vergangenheit. D.h. wir sehen die Sterne an der Position, an der sie waren, als das Licht ausgesandt wurde. Und da war es 13.7 Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Betrachtungen, die Martin so schön ausgearbeitet sind, folgen natürlich basierend aus den jetztigen Beobachtungen, sind aber per se nicht beobachtbar. Weil 46 Milliarden Lichtjahre zu weit weg ist, als das wir es beobachten könnten und weil es sowieso beobachtungstechnisch in der Zukunft liegt. Die Sachen, die Martin ausführt sind ja passiert, nachdem das Licht ausgesandt wurde. Eigentlich sind also die 47 Milliarden Lichtljahre Aussagen über eine Zukunft, die für uns noch nicht eingetroffen ist, weil wir sie noch nicht sehen.

    Wenn mensch also “beobachtbar” danach auslegt, nach dem was wir hier und heute auf der Erde sehen, dann sind es tatsächlich 13.7 Milliarden Lichtjahre bis zum Rand.

    Es ist eine Frage des Standpunktes und ehrlich gesagt hab ich ein bisschen Bauchgrimmen hinter der Beschreibung von Martin, so schön und im Prinzip richtig die auch ist. Weil das, fürchte ich, so ein bisschen den Irrglauben nährt, dass es eine allgemeingültige Zeit gibt, die mensch als kosmischen Maßstab für die Vorgänge des Universums nehmen könnte.

  7. #7 Niels
    Januar 29, 2011

    @Ludmilla

    D.h. wir sehen die Sterne an der Position, an der sie waren, als das Licht ausgesandt wurde. Und da war es 13.7 Milliarden Lichtjahre entfernt.

    Wie meinen? Das stimmt doch nicht?
    Wenn wir heute das Photon eines Sternes sehen könnten, das in 13,7 Milliarden Lichtjahren Entfernung von uns abgestrahlt wurde, müssten wir in einem statischen Universum ohne Urknall leben.
    Als die ältesten beobachtbaren Sterne ihr Licht ausgesandt haben, waren sie selbstverständlich keine 13,7 Milliarden Lichtjahre entfernt, sondern ziemlich nahe an uns dran.
    Ein Photon der Hintergrundstrahlung, dass wir heute im Detektor messen, war im Moment seiner Abstrahlung nur 40 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Aufgrund der Raumexpansion hat das Photon aber fast 13,7 Milliarden Jahre gebraucht, bis es uns erreichen konnte.

    Wenn mensch also “beobachtbar” danach auslegt, nach dem was wir hier und heute auf der Erde sehen, dann sind es tatsächlich 13.7 Milliarden Lichtjahre bis zum Rand.

    Eigentlich nicht. Wir sehen maximal 13,7 Milliarden Jahre in die Vergangenheit.
    Das ist etwas ganz anderes als eine Entfernung.
    Natürlich hat ein Photon maximal 13.7 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt. Aber der größten Teil das dabei durchquerten Raums war zur Zeit seiner Abstrahlung “noch gar nicht da”.

  8. #8 Ludmila
    Januar 30, 2011

    @Niels: Ok ich hab jetzt hin- und her überlegt und wollte darauf hinweisen, dass Raum und Zeit beides Seiten derselben Medaille sind, dass diese Aussage von Dir nicht stimmt.

    Wir sehen maximal 13,7 Milliarden Jahre in die Vergangenheit.
    Das ist etwas ganz anderes als eine Entfernung.

    Dann wollte ich darauf hinweisen, dass der Witz an der Raumzeit es doch ist, dass beides zusammengehört und dass es keinen übergeordneten Standpunkt außerhalb der Raumzeit gibt. Dass aber Informationen über die Raumzeit sich mit maximal Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen. Und von daher alleine deswegen von unserem heutigen Standpunkt von der Erde aus unser Beobachtungshorizont eben 13,7 Lichtjahre in den Raum hineinragt. Egal, was sich zwischenzeitlich nach Aussenden des Lichts getan hat, weil wir davon keine Information jenseits dieses Horizonts kriegen.

    Tja und an der Stelle bin ich dann in’s Grübeln gekommen. Stimmt das denn mit dem Ereignishorizont in einem expandierenden Universum? Nicht wirklich,oder? Weil die Expansion den ja wie ein Gummituch auseinander zieht.

    Aber ja, dann ist das Universum tatsächlich größer als 13,7 Lichtjahre. Da muss ich Dir dann doch recht geben.

    Aber Deine Aussage, dass das Alter des Universums und die Entfernung zum beobachtbaren Rand ganz verschiedene Dinge sind, ist so auch nicht richtig. Die beiden Sachen sind immer noch als Raumzeit miteinander verknüpft. Durch die Dehnung des Raumes ist die Umrechnung vom Alter des Universums zu seiner Größe nicht mehr ganz so einfach, aber sie ist natürlich möglich. Es sind immer noch beides Seiten derselben Medaille.

    Also danke für Deine Kommentare, dann werd ich den Beitrag mal morgen im Laufe des Tages korrigieren.

  9. #9 Niels
    Januar 30, 2011

    Aber Deine Aussage, dass das Alter des Universums und die Entfernung zum beobachtbaren Rand ganz verschiedene Dinge sind, ist so auch nicht richtig. Die beiden Sachen sind immer noch als Raumzeit miteinander verknüpft..

    Natürlich sind sie miteinander verknüpft.
    Ich wollte nachmal darauf hinweisen, dass die Umrechnung sehr viel komplizierter ist als Alter mal Lichtgeschwindigkeit.
    Und dass es ziemlich schnell einleuchtet, dass die Verknüpfung komplizierter ist, wenn man weiß, dass es einen Urknall und Expansion gab .

    Durch die Dehnung des Raumes ist die Umrechnung vom Alter des Universums zu seiner Größe nicht mehr ganz so einfach, aber sie ist natürlich möglich.

    Die Umrechnung funktioniert übrigens folgendermaßen:
    https://upload.wikimedia.org/math/1/7/e/17e2ea8e981e852b9585aada65a6807b.png

    dp (t) ist der Radius des beobachtbaren Universums zum Universumsalter t
    a(t) ist der sogenannte kosmologische Skalenfaktor
    t0 = 13.7 einsetzen und fertig

    a(t) muss man allerdings aus den Friedmann-Gleichungen rausholen, dass ist kein Spass mehr.
    Für ein flaches Universum erhält man
    https://upload.wikimedia.org/math/c/6/1/c618a30470a0f59ded50b180b1b825f4.png
    H0 ist die Hubble-Konstante
    OmegaLambda die dunkle Energiedichte
    Omega0 = 1 – OmegaLambda.

    Wenn man das dann ausrechnet kommt man auf die erwähnten 47 Milliarden Lichtjahre.

    Stimmt das denn mit dem Ereignishorizont in einem expandierenden Universum?

    Ich weiß nicht genau was du meinst, aber der kosmologische Ereignishorizont ist nochmal eine ganz andere Baustelle und liegt bei etwa 15,6 Milliarden Lichtjahren.
    Dieser Wert ist auch nur zufällig beim jetzigen Universumsalter ähnlich groß wie Universumsalter mal Lichtgeschwindigkeit.

    Also danke für Deine Kommentare

    Gern geschehen.

  10. #10 MartinS
    Februar 10, 2011

    Ich habe zwar fasziniert nachträglich die Argumentation von @Niels verfolgt (auch bei MartinB) aber eben erst ‘zu spät’. Ich begreife den Sachverhalt nur ungefähr (die Mathematik dahinter sowieso nicht 🙁 ), aber eine Frage habe ich dann doch: wenn, wie Niels schreibt

    Als die ältesten beobachtbaren Sterne ihr Licht ausgesandt haben, waren sie selbstverständlich keine 13,7 Milliarden Lichtjahre entfernt, sondern ziemlich nahe an uns dran.
    Ein Photon der Hintergrundstrahlung, dass wir heute im Detektor messen, war im Moment seiner Abstrahlung nur 40 Millionen Lichtjahre von uns entfernt.

    , dann muss doch die Strahlungsdichte in unserem Sonnensystem infernalisch hoch gewesen sein, oder beziehen sich seine Angaben über die geringere Ausdehnung des Universums auf einen Zeitpunkt, an dem unser Solarsystem nur als ‘Wolke’ existierte?
    Wahrscheinlich unklar formuliert!
    Was ich wissen möchte ist, ob es möglich ist 4,5 Mrd Jahre zurück zurechnen und die Strahlungs-dichte / -belastung bei Entstehung der Erde zu ermitteln. Oder bin ich völlig auf dem Holzweg (würde mich allerdings auch nicht wundern!)

  11. #11 Niels
    Februar 11, 2011

    @MartinS

    dann muss doch die Strahlungsdichte in unserem Sonnensystem infernalisch hoch gewesen sein

    Zur Zeit der Aussendung der Hintergrundstrahlung war das Universum gerade mal 300 000 Jahre alt.
    Die Universum war damals 3000 Kelvin “heiß”, heute sind wir bei 2,7 Kelvin.
    Da gab es aber eigentlich noch keine Sonnensysteme

    Wahrscheinlich unklar formuliert!

    Na ja, ich wollte es nicht unnötig kompliziert machen. Richtiger wäre etwa:

    Das Atom, welches das Photon der Hintergrundstrahlung, dass wir heute im Detektor messen, abgestrahlt hat, war im Moment der Abstrahlung nur 40 Millionen Lichtjahre von den Atomen entfernt, die sich in Zukunft zu unserem Sonnensystem und zur Erde verdichten würden.

    beziehen sich seine Angaben über die geringere Ausdehnung des Universums auf einen Zeitpunkt, an dem unser Solarsystem nur als ‘Wolke’ existierte?

    Nö, das Universum hat sich immer ausgedehnt und wird sich auch in Zukunft ausdehnen.

    Was ich wissen möchte ist, ob es möglich ist 4,5 Mrd Jahre zurück zurechnen und die Strahlungs-dichte / -belastung bei Entstehung der Erde zu ermitteln.

    Klar geht das, ist sogar relativ einfach.
    Dazu brauchen wir wieder den Skalenfaktor a.
    Wenn wir uns einfach die Anzahl der Photonen anschauen, ändert sich die Anzahldichte der Photonen wie a^-3 (a hoch minus 3), da die Zahl der Photonen unverändert bleibt.
    Das Volumen, auf das sie sich verteilen, wird aber durch die Expansion größer.
    Das selbe gilt natürlich auch für Materieteilchen und die Materiedichte.
    Allerdings werden die Photonen durch die Expansion zusätzlich rotverschoben, sie ändern ihre Wellenlänge proportional zu a. Da die Energie eines Photons E =hν und für die Frequenz ν=c/λ gilt, ändert sich die Energie des Photons durch die kosmische
    Expansion proportional zu a^-1.

    Alles in allem ändert sich die Energiedichte also proportional zu a^-4.
    (Die Materiedichte dagegen nur proportional zu a^-3).

    Jetzt sind wir fast fertig. Den Skalenfaktor a für heute ( t=13,77 Milliarden Jahre) setzt man in der Regel einfach gleich 1,
    a(13,7) = 1.
    Für den Skalenfaktor für t =9.2 Milliarden Jahre (also vor 4,5 Mrd Jahre) errechnet man dann
    a(9,2) = 0,7.
    Damit ist der Skalenfaktor etwa 1,4 mal so groß(1/0.7) wie vor 4,5 Mrd Jahre.
    Also war vor 4,5 Mrd Jahren die
    Materiedichte etwa 3 mal größer [ aus (1,4)^3 ] und die
    Energiedichte etwa 4 mal größer [ aus (1,4)^4 ] als heute.

    Allerdings hat man jetzt einen Durchschnittswert für das Universum berechnet.
    Das Sonnensystem und die Erde sind aber ganz und gar nicht durchschnittlich.
    Die Materiedichte im Sonnensystem ist ganz offensichtlich nicht kleiner geworden.
    Die Energiedichte im Sonnensystem wird im wesentlichen durch die Sonne bestimmt, nicht durch die Hintergrundstrahlung. Da müsste man sich mal anschauen, wie die Sonne vor 4,5 Milliarden Jahren “gebrannt” hat und wie sie heute “brennt”. Diese Änderung müsste die Änderung der durschnittlichen Energiedichte im Universum um Größenordnungen überschatten.

  12. #12 MartinS
    Februar 16, 2011

    @Niels
    Wow! Dank DIr!
    Eine Anmerkung: Meine Aussage ” Wahrscheinlich unklar formuliert” bezog sich auf meine eigene(n) Aussage(n)!
    Ganz sicher nicht auf Deine! Für meinen Erkenntnisstand ist das ein Overkill 🙂

    Meine Fragen sollten eigentlich darauf abzielen, ob bei dem Miller-Urey-Experiment (das mit der Ursuppe) nicht vielleicht die hohe (?) Strahlenbelastung übersehen wurde?! Ich finde immer nur Hinweise auf UV-Strahlung und elektrische Felder (Blitze). Oder nochmals anders herum gefragt: könnte eine höhere Strahlungsdichte nicht sogar der Entstehung des Lebens förderlicher sein, als bisher angenommen (z.B. auf Exoplaneten)?
    Entschuldigt bitte die unwissenschaftliche Fragestellung.

  13. #13 Niels
    Februar 17, 2011

    @MartinS
    Die Hintergrundstrahlung hat dabei keine Rolle gespielt.
    Die mittlere Energie eines Photons der Hintergrundstrahlung ist heute weniger als ein Hundertstel Elektronenvolt.
    Zur Entstehungszeit der Erde war diese Energie auch nicht viel höher.
    Die Photonenenergie von UV-Strahlung geht von 3 eV bis über 1000 eV.
    So ein Blitz dürfte nochmals ganz andere Energien aufbringen.

    Wie geschrieben: Für unser Sonnensystem spielt die kosmische Hintergrundstrahlung praktisch keine Rolle. Wenn du zum Himmel schaust siehst du doch auch die Sonne und kein sanftes Glühen der Hintergrundstrahlung.
    Ohne Sonne hätte die Erde auch nur die 2,7 Kelvin der Hintergrundstrahlung und nicht ihre tatsächlichen 290 Kelvin.

  14. #14 MartinS
    Februar 18, 2011

    @Niels
    Nochmals Danke
    – und jetzt gebe ich Ruhe.