Alter und Größe des Universums passen m. E. nicht

Wissenschaft Astronomie
#1

Liebe wer-weiß-was-Gemeinde,

hinsichtlich des Alters und der Größe des Universums habe ich ein Verständnisproblem. Laut Wikipedia ist das Universum 13,7 Milliarden Jahre alt und hat einen Durchmesser von 96 Milliarden Lichtjahren.

Vom Zeitpunkt des Urknalls an hatten Materie und Strahlung also 13,7 Milliarden Jahre Zeit, sich auszudehnen. Da sich aber nichts schneller bewegt als das Licht, kann die Expansion in alle Richtungen höchstens 13,7 Milliarden Lichtjahre weit gegangen sein… der Durchmesser in alle Richtungen dürfte somit das Doppelte, sprich 27,4 Milliarden Lichtjahre, sein.

Wie kommen die Wissenschaftler dann auf einen Durchmesser von 96 Milliarden Lichtjahren?

Ich freue mich schon sehr auf eure Antworten!

Euer Stefan

#2

Laut Wikipedia ist das Universum 13,7
Milliarden Jahre alt und hat einen Durchmesser von 96
Milliarden Lichtjahren.

Da ist schon deine erste Fehlannahme. Der Durchmesser des Universums ist nicht 96 Mrd Lichtjahre, sondern dies ist lediglich der Durchmesser des beobachtbaren Universums.

Da sich
aber nichts schneller bewegt als das Licht, kann die Expansion
in alle Richtungen höchstens 13,7 Milliarden Lichtjahre weit
gegangen sein… der Durchmesser in alle Richtungen dürfte
somit das Doppelte, sprich 27,4 Milliarden Lichtjahre, sein.

Das wäre dann richtig, wenn das Universum an einem bestimmten Punkt entstanden wäre, das ist es aber nicht, sondern der Urknall fand „überall“ statt. Daher gibt es auch kein Zentrum des Universums.

Wie kommen die Wissenschaftler dann auf einen Durchmesser von
96 Milliarden Lichtjahren?

Das Universum expandiert ja, d.h. der Raum expandiert. Diese Expansion führt dazu, dass die Strecken auch länger werden. Die 96 Mrd Lichtjahre sind ja die Entfernung JETZT zu diesen Objekten.
Eine ausführliche Erklärung (nebst allerlei anderen Dingen, die für deine Fragen relevant sind) findet du z.B. hier:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmology_faq.html…

#3

Hallo deconstruct,

vielen Dank für deine Antwort. Ich habe sie aber noch nicht ganz verstanden und möchte daher nachhaken:

Da ist schon deine erste Fehlannahme. Der Durchmesser des
Universums ist nicht 96 Mrd Lichtjahre, sondern dies ist
lediglich der Durchmesser des beobachtbaren Universums.

… das heißt also, dass die Größe des Universums sich dadurch definiert, wie leistungsfähig das Hubbleteleskop ist. Finde ich nicht schlüssig. Wenn wir also morgen ein doppelt so leistungsfähiges Teleskop hochschicken, müsste dies ja bedeuten, dass ab morgen das Weltall doppelt so groß geworden ist. Das gefällt mir nicht, denn es gibt ja außerhalb der Grenze unseres Universums (am weitesten entfernte Materie und Strahlung ist gemeint) ja gar nichts mehr zu sehen. Die Definition der Größe des Universums durch die Leistungsfähigkeit des Instruments abhängig zu machen, finde ich wenig hilfreich. Wenn einer wissen will, wie weit sich die Materie und Strahlung erstreckt und man ihm sagt, dass sind z. B. 25 Milliarden Lichtjahre, aber gucken können wir bis 96 Milliarden Lichtjahre, dann wird letzteres ihm unwichtig sein, weil da ja nichts ist.

Das wäre dann richtig, wenn das Universum an einem bestimmten
Punkt entstanden wäre, das ist es aber nicht, sondern der
Urknall fand „überall“ statt. Daher gibt es auch kein Zentrum
des Universums.

Moment mal… wir sind uns doch einig, dass sich nichts schneller fortbewegen kann als das Licht, oder? Und wenn von einem Punkt aus sich Materie ausgebreitet hat, dann höchstens mit der Lichtgeschwindigkeit. Hat diese Materie und Strahlung 13,7 Milliarden Jahre Zeit, dann können die beiden entferntesten Punkte (Materie oder Strahlung) höchstens 27,4 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt sein.
Ist doch wahr, oder? Also wäre es heute absolut unmöglich, von der Erde aus Materie oder Strahlung zu sehen, die weiter entfernt ist als 27,4 Milliarden Jahre, weil darüber hinaus nichts ist.

Das Universum expandiert ja, d.h. der Raum expandiert. Diese
Expansion führt dazu, dass die Strecken auch länger werden.
Die 96 Mrd Lichtjahre sind ja die Entfernung JETZT zu diesen
Objekten.

Wie ich bereits oben ausgeführt habe, können die zwei entferntesten Punkte nicht weiter voneinander entfernt sein als 27,4 Milliarden Lichtjahre. Freilich expandiert das Weltall, aber höchstens mit der Lichtgeschwindigkeit und das seit nur 13,7 Milliarden Jahren.

Eine ausführliche Erklärung (nebst allerlei anderen Dingen,
die für deine Fragen relevant sind) findet du z.B. hier:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmology_faq.html…

Wie du vielleicht aus meinen obigen Ausführungen schon geschlussfolgert hast, bin ich nicht das hellste Kügelchen im Rosenkranz. Ich will damit sagen, dass mein Englisch sehr schlecht ist. Ich habe versucht, mir die Seite mit BabelFish zu übersetzen, aber da kam immer nur ein Fehler. Solltest du die Seiten auch in deutsch vorliegen haben, würde ich mich um ein entsprechendes Mail sehr freuen.

Vielen Dank noch einmal für deine Hilfe (vielleicht kommt ja noch ein bißchen mehr).

Stefan

#4

Hallo,

Da ist schon deine erste Fehlannahme. Der Durchmesser des
Universums ist nicht 96 Mrd Lichtjahre, sondern dies ist
lediglich der Durchmesser des beobachtbaren Universums.

… das heißt also, dass die Größe des Universums sich dadurch
definiert, wie leistungsfähig das Hubbleteleskop ist.

nein, `beobachtbar’ ist hier im Sinne eines perfekten Geräts gemeint. Auf Objekte, die weiter weg sind trifft im Prinzip deine Argumentation zu, dass Licht seit Beginn des Universums nicht bis zu uns gekommen sein kann. Lediglich die naive Rechnung maximale Entfernung gleich Lichtgeschwindigkeit mal Alter des Universums ist wegen der Expansion falsch.

Das gefällt mir nicht, denn es gibt ja außerhalb der
Grenze unseres Universums (am weitesten entfernte Materie und
Strahlung ist gemeint) ja gar nichts mehr zu sehen.

Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass das Universum eine solche Grenze hat. Selbst wenn es eine Objekt maximaler Entfernung geben sollte, so wäre eher plausibel, von einem geschlossenen Universum (vergleichbar mit einer Kugeloberfläche) auszugehen.

Wenn einer wissen will, wie weit sich die Materie und Strahlung erstreckt

Das kann allerdings unendlich weit sein.

und man ihm sagt, dass sind z.B. 25 Milliarden Lichtjahre,
aber gucken können wir bis 96 Milliarden Lichtjahre, dann
wird letzteres ihm unwichtig sein, weil da ja nichts ist.

Der Urknall ist keine Explosion in einen bereits zuvor vorhandenen, leeren Raum.

Und wenn von einem Punkt aus sich Materie ausgebreitet hat,
dann höchstens mit der Lichtgeschwindigkeit.

Das ist aber eben nicht das Urknall-Modell. In diesem bewegt sich (von vernachlässigbaren, lokalen Bewegungen abgesehen) nichts. Da sich aber der Raum ausdehnt vergrößern sich laufend die Abstände zwischen (jeweils ruhenden) Objekten.

Hat diese Materie und Strahlung 13,7 Milliarden Jahre Zeit,
dann können die beiden entferntesten Punkte (Materie oder
Strahlung) höchstens 27,4 Milliarden Lichtjahre voneinander
entfernt sein.

…wenn es sich um eine Explosion im flachen Raum handeln würde.

Wie ich bereits oben ausgeführt habe, können die zwei
entferntesten Punkte nicht weiter voneinander entfernt sein
als 27,4 Milliarden Lichtjahre.

Doch.

Freilich expandiert das Weltall, aber höchstens mit der
Lichtgeschwindigkeit und das seit nur 13,7 Milliarden Jahren.

Nein. Geschwindigkeit ist ein lokaler Begriff. Die Rate der Entfernungsänderung je Zeiteinheit ist im Allgemeinen keine Geschwindigkeit im eigentlichen Sinne und kann jeden beliebigen Wert annehmen.

Wie du vielleicht aus meinen obigen Ausführungen schon
geschlussfolgert hast, bin ich nicht das hellste Kügelchen im
Rosenkranz. Ich will damit sagen, dass mein Englisch sehr
schlecht ist.

Du kannst ja mal mit der deutschen Wikipedia anfangen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beobachtbares_Universum

–
Philipp

#5

Hallo Phillip,

vielen Dank für dein Feedback. Ich gelange nach dem Lesen deines und des vorherigen Beitrags immer mehr zu der Überzeugung, dass mein Gehirn anscheinend nicht geschaffen ist für diese Materie. Sei deshalb nicht unwirsch, wenn ich noch ein paar „naive“ Anmerkungen zum Besten gebe.

Da ist schon deine erste Fehlannahme. Der Durchmesser des
Universums ist nicht 96 Mrd Lichtjahre, sondern dies ist
lediglich der Durchmesser des beobachtbaren Universums.

… das heißt also, dass die Größe des Universums sich dadurch
definiert, wie leistungsfähig das Hubbleteleskop ist.

nein, `beobachtbar’ ist hier im Sinne eines perfekten Geräts
gemeint. Auf Objekte, die weiter weg sind trifft im Prinzip
deine Argumentation zu, dass Licht seit Beginn des Universums
nicht bis zu uns gekommen sein kann. Lediglich die naive
Rechnung maximale Entfernung gleich Lichtgeschwindigkeit mal
Alter des Universums ist wegen der Expansion falsch.

Ja, es mag für dich vielleicht naiv klingen, aber es ist doch nachvollziehbar. Außer dem Zeitraum ganz am Anfang, den man als inflationäres Universum bezeichnet (ab 10 hoch -35 Sekunden), hat sich der Raum doch niemals schneller ausgedehnt als das Licht.

Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass das Universum eine
solche Grenze hat. Selbst wenn es eine Objekt maximaler
Entfernung geben sollte, so wäre eher plausibel, von einem
geschlossenen Universum (vergleichbar mit einer
Kugeloberfläche) auszugehen.

…kann ich mit leben…

Wenn einer wissen will, wie weit sich die Materie und Strahlung erstreckt

Das kann allerdings unendlich weit sein.

Nein, das widerspricht doch der Tatsache, dass sich nichts (außer der Zeit des inflationären Universums) schneller fortbewegen kann als das Licht. Oder argumentierst du, dass in einem „Überraum“ bereits vor der Ausdehnung des Raumes Materie und Strahlung vorhanden war?

Der Urknall ist keine Explosion in einen bereits zuvor
vorhandenen, leeren Raum.

… was denn dann?

Und wenn von einem Punkt aus sich Materie ausgebreitet hat,
dann höchstens mit der Lichtgeschwindigkeit.

Das ist aber eben nicht das Urknall-Modell. In diesem bewegt
sich (von vernachlässigbaren, lokalen Bewegungen abgesehen)
nichts. Da sich aber der Raum ausdehnt vergrößern sich laufend
die Abstände zwischen (jeweils ruhenden) Objekten.

Jetzt habe ich was gelernt. Das ist seit langer Zeit mal ein Lichtpunkt. Aber… auch der Raum vergrößert sich nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit.

Hat diese Materie und Strahlung 13,7 Milliarden Jahre Zeit,
dann können die beiden entferntesten Punkte (Materie oder
Strahlung) höchstens 27,4 Milliarden Lichtjahre voneinander
entfernt sein.

…wenn es sich um eine Explosion im flachen Raum handeln
würde.

Okay… hat also der Raum 13,7 Milliarden Jahre Zeit sich zu dehnen. Bezüglich meiner Schlussfolgerung komm ich zum gleichen Ergebnis.

Wie ich bereits oben ausgeführt habe, können die zwei
entferntesten Punkte nicht weiter voneinander entfernt sein
als 27,4 Milliarden Lichtjahre.

Doch.

Und ich Dummie kapier es immer noch nicht.

Freilich expandiert das Weltall, aber höchstens mit der
Lichtgeschwindigkeit und das seit nur 13,7 Milliarden Jahren.

Nein. Geschwindigkeit ist ein lokaler Begriff. Die Rate der
Entfernungsänderung je Zeiteinheit ist im Allgemeinen keine
Geschwindigkeit im eigentlichen Sinne und kann jeden
beliebigen Wert annehmen.

Nein, das kann ich nicht akzeptieren. Das bedeutet, dass das Weltall sich schneller ausdehnt als das Licht. Physiker haben doch festgestellt, dass dies nur während der Zeit „Inflationäres Universum“ geschah.

Du kannst ja mal mit der deutschen Wikipedia anfangen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Beobachtbares_Universum

Den Artikel kenne ich, aber er half mir nicht bei meinem Problem. Vielleicht reicht es bei mir da oben einfach nicht. Ich werde aber nicht aufgeben, dieses Problem zu verstehen.

Viele liebe Grüße sendet

Stefan

#6

hi Stefan

bin jetzt kein wirklicher experte und kann vielleicht genau desshalb etwas auf die sprünge helfen, da ich in etwa deine sprache verwende…

zu der expansion: der vergleich mit einem luftballon ist nicht mal so schlecht: nehme einen leeren luftballon und male ein paar punkte darauf. nun blase den luftballon auf. obwohl die punkte fix aufgemalt sind und definitiv keine eigenbewegung haben, entfernen sie sich doch voneinander.

so in etwa ist die raumausdehnung zu verstehen: die galaxien bewegen sich nicht auseinander - der raum dazwischen wird nur grösser.

die „lichtmauer“, also die lichtgeschwindigkeit als obergrenze für beschleunigungen von teilchen mit ruhemasse ungleich null, gilt eben nur für teilchen. es gibt kein naturgesetz, dass dem raum verbieten würde, sich mit mehr als lichtgeschwindigkeit auszubreiten.

das vermutlich am schwierigsten zu verstehende: die vorstellung, dass beim urknall irgendeine punktförmige quelle kugelförmig explodiert ist, ist schlichtweg falsch. die bezeichnung „urknall“ an sich ist ursprünglich von einem kritiker dieser theorie geprägt worden (im original wurde sie „big bang“ genannt, was im englischen eine zusätzliche bedeutung hat). leider hält sich dieser begriff nach wie vor.

der raum war bereits von beginn an unendlich gross, dehnt sich aber ständig aus. vor ca. 13,7 mrd jahren hatte das universum lediglich die höchste „dichte“ (blöder vergleich, da es damals keine matierie sondern nur strahlung gab). einen relativ brauchbaren vergleich habe ich mal gefunden: stell dir unendlich viele dicht zusammengepresste gummiwürfel vor. und dann stell dir vor, die gummiwürfel dehnen sich aus. leider ist das normale menschliche hirn nicht dafür gebaut, mit unendlichkeiten umzugehen, wodurch es meist an der vorstellungskraft mangelt (auch bei mir).

das universum ist unendlich gross. das hubble-universum ist ein abgegrenzter bereich jenes raumes, der theoretisch beobachtbar ist. alles darüber hinaus ist aus unserer sicht irrelevant, da es mit uns nicht direkt interagieren kann.

lg
erwin

#7

Hallo Stefan,

Hallo Phillip,

ein L und drei P bitte.

Auf Objekte, die weiter weg sind trifft im Prinzip
deine Argumentation zu, dass Licht seit Beginn des Universums
nicht bis zu uns gekommen sein kann. Lediglich die naive
Rechnung maximale Entfernung gleich Lichtgeschwindigkeit mal
Alter des Universums ist wegen der Expansion falsch.

Ja, es mag für dich vielleicht naiv klingen, aber es ist doch
nachvollziehbar.

Überleg nochmal: jeder Meter, den der Lichtstrahl auf seiner Reise zurückgelegt hat, hat sich durch die Expansion verlängert.

Außer dem Zeitraum ganz am Anfang, den man als inflationäres
Universum bezeichnet (ab 10 hoch -35 Sekunden), hat sich der
Raum doch niemals schneller ausgedehnt als das Licht.

Mit Inflation wird eine Phase der beschleunigten Expansion des Universums bezeichnet, in der Gravitation quasi abstoßend wirkt. Da dabei Objekte, die am Anfang so nah beieinander lagen, dass sie ständig Signale austauschen konnten und sich somit im thermodynamischen Gleichgewicht befanden, danach so weit voneinander weg sind, dass ihnen dies nicht mehr möglich ist, bezeichnet das mancher unglücklich mit `Ausdehnung mit Überlichtgeschwindigkeit’.

Wirklich bewegt hat sich dabei aber im Grunde nichts. Dies heißt auch keinesfalls, dass man nicht auch bei normaler' Expansion zwei Objekte im Universum finden kann, deren Entfernung sich mit einer Rate vergrößert, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Tatsächlich muss man nur den Abstand groß genug wählen, denn die Fluchtgeschwindigkeit’ ergibt sich aus dem Hubble-Gesetz als schlicht poportional zum Abstand.

Wenn einer wissen will, wie weit sich die Materie und Strahlung erstreckt

Das kann allerdings unendlich weit sein.

Nein, das widerspricht doch der Tatsache, dass sich nichts
(außer der Zeit des inflationären Universums) schneller
fortbewegen kann als das Licht.

Nein, da sich die Materie nicht dorthin bewegt haben muss.

Oder argumentierst du, dass in einem „Überraum“ bereits vor
der Ausdehnung des Raumes Materie und Strahlung vorhanden war?

Der ganz normale Raum kann zu jedem Zeitpunkt unendlich gewesen sein.

Der Urknall ist keine Explosion in einen bereits zuvor
vorhandenen, leeren Raum.

… was denn dann?

Die Expansion eines zu Beginn homogen gefüllten Raumes. Beginn' ist hierbei im Grunde nicht der Urknall, sondern ein Zeitpunkt kurz danach, bis zu dem’ die physikalischen Gesetze gänzlich anders beschaffen waren.

Aber… auch der Raum vergrößert sich nicht
schneller als die Lichtgeschwindigkeit.

Es gibt nichts, das ihn daran hindert.

Die Rate der Entfernungsänderung je Zeiteinheit ist im
Allgemeinen keine Geschwindigkeit im eigentlichen Sinne
und kann jeden beliebigen Wert annehmen.

Nein, das kann ich nicht akzeptieren. Das bedeutet, dass das
Weltall sich schneller ausdehnt als das Licht.

Ja, wenn du damit meinst, dass es zwei Punkte im Universum gibt, deren Entfernung schneller wächst als mit 3*10^8 m/s.

Physiker haben doch festgestellt, dass dies nur während der Zeit
„Inflationäres Universum“ geschah.

Nein, s.o.

–
Philipp

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#8

Hallo!

Lediglich die naive
Rechnung maximale Entfernung gleich Lichtgeschwindigkeit mal
Alter des Universums ist wegen der Expansion falsch.

Ja, es mag für dich vielleicht naiv klingen, aber es ist doch
nachvollziehbar.

Das Wort „naiv“ war von Philipp bestimmt nicht abwertend gemeint. Man drückt in Physik durch die Floskel „naive Vorstellung“ häufig aus, dass jemand eine Annahme trifft, die er eigentlich nicht begründen kann. Einsteins „kosmische Konstante“ ist z. B. eine naive Annahme. Und niemand würde Einstein als - im umgangssprachlichen Sinne - naiv bezeichnen.

Nur zur Klarstellung. Aber vielleicht kam es ja auch richtig an :wink:

Außer dem Zeitraum ganz am Anfang, den man
als inflationäres Universum bezeichnet (ab 10 hoch -35
Sekunden), hat sich der Raum doch niemals schneller ausgedehnt
als das Licht.
…
Jetzt habe ich was gelernt. Das ist seit langer Zeit mal ein
Lichtpunkt. Aber… auch der Raum vergrößert sich nicht
schneller als die Lichtgeschwindigkeit.

Wer sagt denn das? Die spezielle Relativitätstheorie sagt lediglich, dass man Materie, Energie und dergleichen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit transportieren kann. Es gibt aber einige Dinge, die tatsächlich eine höhere Geschwindigkeit haben als die Lichtgeschwindigkeit. Die Entfernung zu manchen Galaxien, die wir kennen, wächst z. B. schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Aber wie gesagt nicht, weil sie sich von uns fort bewegen, sondern weil der Raum zwischen uns und ihnen wächst.

Vielleicht hast Du mal ein Herz in eine Baumrinde geritzt. Jahre später hast Du gesehen, wie das Herz inzwischen größer geworden und verzerrt ist. Das Herz hat sich aber überhaupt nicht bewegt. Nur der Baumstamm ist dicker geworden.

Michael

#9

der Groschen ist gefallen…
Hallo Philipp,

yippee, ich habe es jetzt verstanden. Ich wußte nicht, dass sich der Raum schneller ausdehnt als das Licht… und dass sich dann zwei weit voneinander entfernte Teile sich relativ zueinander schneller als mit der Lichtgeschwindigkeit von einander entfernen. Da muss man erst 42 Jahre alt werden, um das zu lernen. Das habe ich wirklich nirgendwo herausgelesen.
Puuuuh, jetzt geht es mir sehr viel besser.

Vielen lieben Dank für deine Geduld und Mühe!!!

Stefan

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#10

yes… jetzt habe ich es kapiert!
Hallo Michael,

erst mal vielen Dank für die Antwort. Wie ich Philipp (mit drei p!!!) unten schon geschrieben habe, musste ich erst lernen, dass sich der Raum tatsächlich schneller ausdehnt als das Licht schnell ist. Toll… musste man mir nur sagen… jetzt blicke ich durch.

Vielen lieben Dank!!!

Stefan

#11

Vielen Dank
Hallo Erwin,

entschuldige bitte, dass ich erst jetzt antworte. Deine Erklärungen waren sehr gut. Ich habe es jetzt kapiert und habe viel dazu gelernt.

Nochmals vielen Dank und liebe Grüße!

Stefan