Alter und Größe des Universums - Verständnisproblem
Hallo alle Wissenden
In Wikipedia steht, dass nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, dass das Universum unendlich alt ist, da die Naturgesetze, die kurz nach dem vermuteten Urknall gegolten haben, nicht vollständig bekannt sind.
Außerdem steht dort, dass nicht bekannt ist, ob das Universum eine endliche oder eine unendliche Größe hat.
Allerdings ist es laut Wikipedia ausgeschlossen, dass es sowohl ein unendliches Alter als auch eine unendliche Größe hat. Soviel ich verstanden habe, war die Argumentation, dass man ansonsten ja Sterne beobachten können müsste, die deutlich weiter als 14 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.
Weiter kann man auf Wikipedia lesen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt das Universum lichtundurchlässig war und von diesem Zustand nur noch die infrarote Hintergrundstrahlung übrig ist.
Wie passt das zusammen?
Müsste nicht selbst bei einem unendlich alten und unendlich großen Universum das Licht von Sternen, die weiter als 14 Milliarden Lichtjahre entfernt sind, im damals lichtundurchlässigen Universum für immer verloren gegangen und alleine schon deswegen nicht mehr beobachtbar sein?
3 Antworten
gute überlegung - allerdings mit einem gravierenden fehler. denn zu dem zeitpunkt konnte die gravitation noch nicht genug masse gesammelt haben, um sie so zu verdichten, dass ein urstern zündete.
Wenn du meine Frage richtig gelesen hättest, würdest du wissen, dass sie von der Theorie eines unendlich alten Universums ausgeht (siehe Kommentar zu "uteausmuenchen"'s Antwort).
Die Gesamtmasse des Universums muss nach heutigem Wissensstand damals genau so hoch wie heute gewesen sein:
dE/dt = 0 (Energieerhaltung)
E=m*c² (Energie-Masse-Äquivalenz)
=> dm/dt=0 (Masseerhaltung)
Ich kann zwar Deine Frage nicht genau beantworten, die übrigens sehr interessant ist, aber ein paar Gedanken habe ich mir schon gemacht.
Ich habe gerade gestern eine Reportage über Radioteleskope in Südamerika gesehen, und ein Physiker hat ganz deutlich gesagt, dass sein Berufsstand sich die Unendlichkeit nicht vorstellen kann. Vielleicht versuchen sie deshalb auf Teufel komm raus Ansätze zu finden, die die Unendlichkeitsthese widerlegen.
Auch muss ich mich fragen, ob heutige Teleskope 14 Milliarden Lichtjahre in den Weltraum schauen können. Denn das kommt mir sehr viel vor.
Und drittens würde ich Wikipedia nicht immer vertrauen.
Ich pack die Frage zu meinem Merkzettel und hoffe, dass noch viele Antworten kommen.
wobei ich die englische Wiki gerade bei wissenschaftlichen Themen häufig bevorzuge, da sie sich öfter korrigiert, also aktuellere Fakten beinhaltet und einfach eine größere Menge an Information beinhaltet, sowohl in einzelnen Artikeln als auch an sich Artikel (welch eine Überraschung wenn die internationale Kommunikation der Wissenschaften auf englisch basiert ^^)
Hallo martin7812,
das sind ja eigentlich ganz, ganz viele Fragen auf einmal.
Ich versuche es jetzt möglichst knapp und verständlich - so weit das bei einem komplexen Thema wie dem Urknall möglich ist, ok?
Der Urknall gilt heute als gesichert. Das "vermutet" kannst Du streichen. Die Beobachtungsdaten, die für den Urknall sprechen, sind überwältigend. Der Laie kennt meistens als Beobachtungsindiz "nur" die Rotverschiebung des Lichtes entfernter Galaxien (je röter, desto weiter entfernt), die einen Hinweis auf die Expansionsbewegung gibt. Das ist aber nicht das einzige Standbein. Der Urknall hat die Hintergrundstrahlung korrekt vorhergesagt, erklärt die primordiale Elementsynthese und damit die beobachtete Elementhäufigkeit im Universum und möglicherweise haben wir ja seit ein paar Monaten (falls sich alles bestätigt) die primordialen B-Moden gemessen, einen direkten Hinweis auf die Inflationsphase im ganz jungen Kosmos.
Dieser Urknall ist der Anfang der Zeit in unserem Universum, das mit diesem Urknall erst entsteht. T=0. Und das ist etwa 14 Milliarden Jahre her. So viel zum Alter unseres Universums.
Jetzt zur Größe. Da muss man jetzt unterscheiden zwischen unserem ganzen Universum und dem beobachtbaren Universum. Das ist nicht dasselbe. Wir sehen wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit nur den Teil des Universums, von dem aus das Licht schon seit dem Urknall zu uns kommen konnte. Was weiter weg ist, sehen wir nicht.
Jetzt würde man intuitiv denken, dass das beobachtbare Universum einen Radius von 14 Milliarden Lichtjahren hat, weil das eben dem Alter entspricht. Es ist jedoch größer, wegen der Expansion: Weil sich die Galaxien, die einst das Licht ausgesendet haben inzwischen von uns entfernt haben, können wir weiter als bis 14 Milliarden Lichtjahre in den Raum blicken. Insgesamt hat das beobachtbare Universum einen Radius von rund 45 Milliraden Lichtjahren.
Das ist bereits unvorstellbar groß, wir sind aber sicher, dass es sich dabei nur um einen sehr kleinen Teil des ganzen Universums handelt. Ob das ganze Universum unendlich groß ist oder endlich groß, das ist mit den Beobachtungsdaten nicht eindeutig zu entscheiden. Wir wissen aber, dass es sehr "flach" ist (die Raumgeometrie scheint nicht oder minimalst gekrümmt zu sein), was darauf schließen lässt (ohne jetzt auf die Kosmologie dahinter einzugehen), dass es entweder unendlich groß ist oder sehr, sehr groß, aber endlich groß. Auch einer Ameise würde die Erde ja flach vorkommen. Eine zu kleine Krümmung können wir nicht messen. Wir können also nicht mit Sicherheit sagen, ob das Universum eine in sich gekrümmte, geschlossene Form hat, also randlos ist, aber endlich groß.
Vermutlich (ich rate jetzt mal) kamen Deine Verständnisschwierigkeiten aus folgendem Absatz: (Ich zitiere von Wiki)
" Zwar kann ein statisches Universum, das unendlich alt und unendlich groß ist, ausgeschlossen werden, nicht jedoch ein dynamisches unendlich großes Weltall. Dieses wird unter anderem durch die beobachtete Expansion des Weltalls begründet. Des Weiteren wies schon der Astronom Heinrich Wilhelm Olbers darauf hin, dass bei unendlicher Ausdehnung und unendlichem Alter eines statischen Universums der Nachthimmel hell leuchten müsste (Olberssches Paradoxon), da jeder Blick, den man gen Himmel richtet, automatisch auf einen Stern fallen müsste. Ist das Universum allerdings unendlich groß, hat aber nur ein endliches Alter, so hat uns das Licht von bestimmten Sternen einfach noch nicht erreicht."
(Korrigiere mich, falls ich falsch geraten habe)
Im wesentlichen ist damit das gemeint, was ich gerade erzählt habe, es ist nur etwas anders begründet. Vor der Entdeckung der Hintergrundstrahlung ging man von einem "statischen" Universum aus, das sich also nicht ausdehnt. Und wenn das unendlich groß und unendlich alt wäre, dann könnte der Nachthimmel nicht dunkel sein - weil irgendwann immer ein Stern kommt, in jeder Richtung und uns das Licht von diesem Stern auch erreicht, es hatte ja genügend Zeit dazu. Da der Nachthimmel offensichtlich nicht hell ist, ist also irgendwo der Wurm drin: Entweder ist das Universum nicht statisch (es expandiert also) oder es kann nicht beides sein, unendlich alt und unendlich groß.
Die Beobachtungsdaten ergeben aber, das das Universum einen zeitlichen Anfang hat (Urknall) und seitdem expandiert. Damit ist das statische Universum vom Tisch und das Paradoxon gelöst, weil das Licht uns wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit und der Endlichkeit der Lebensdauer jedes einzelnen Sternes eben nicht aus allen Seiten erreicht.
----- Fortsetzung folgt ----
--- Teil II ----
Jetzt hast Du noch nach der Lichtundurchlässigkeit im jungen Universum gefragt.
Das ist schnell erklärt, wenn man weiß, wie Physiker sich den Urknall vorstellen. Beim Urknall entsteht unsere Raumzeit und die im Universum geltenden Naturgesetze. Alles, was wir im heutigen beobachtbaren Universum sehen, war Sekundenbruchteile nach dem Urknall bereits in dem winzig kleinen Anfangsuniversum enthalten. Und das bedeutet, die Dichte war wirklich unvorstellbar hoch. Und entsprechend auch die Temperatur. In einem solchen Zustand ist keine Materie stabil, es gab nur die Photonen, die zusammenstießen, Teilchen/Antiteilchenpaare bildeten, diese zerstrahlen wieder usw.
Das heißt also, in diesem ganz jungen Anfangszustand ist das Universum undurchsichtig, weil jedes Photon (Lichtteilchen) nirgendwo hin kommt, ohne sofort mit einem anderen zusammen zu stoßen.
Das Universum muss also erst mal so lange expandieren, bis ein Lichtteilchen vernünftige Chancen hat, nicht auf ein anderes zu treffen, wenn es sich durch den Raum ausbreitet, bevor das Universum "durchsichtig" ist.
Bei dieser Expansion kühlt das Universum auch ab, die Materie wird stabil. Es bilden sich erst Elementarteilchen, dann erste Atome, vor allem Wasserstoff und Helium. Etwa 380 000 Jahre nach dem Urknall ist das Universum so weit abgekühlt und ausgedehnt, dass ein Photon endlich Platz genug hat, sich ungehindert durch das Universum ausbreiten zu können.
Diese Photonen sind also das theoretisch älteste, was man überhaupt in unserem Universum beobachten kann. Und sie sind eine ganz wesentliche Vorhersage der Urknalltheorie: Diese sagt: dass dieses älteste Licht als das am meisten rotverschobene Licht überhaupt bei uns von allen Seiten einigermaßen gleichmäßig aus allen Raumrichtungen zu messen sein müsste: Die ersten Photonen, die es aus der "undurchsichtigen Wand aus Licht" am jungen heißen Anfang heraus geschafft haben.
Und genau diese "Hintergrundstrahlung" wurde 1964 von Penzias und Wilson bei 2,71 Kelvin entdeckt und gilt bis heute als ein wichtiger Nachweis für den Urknall als heißen, dichten Anfang unseres Universums (Siehe oben.)
So. Jetzt gebe ich Dir noch ein paar Links zum Nachlesen:
http://www.kosmologie.fuer-eilige.de/
Unter "Schnellkurs" findest Du alles Wichtige zum Universum - und im dortigen Text alles Wichtige zum Urknall, wenn Du auf "Urknall" klickst.
Und hier die Folgen "Alpha-Centauri" mit Harald Lesch.
Für Dein Thema interessant:
Was was vor dem Big Bang?, Wo war der Big Bang?, Welche Bedeutung hat die Unschärferelation?
Und wenn Du nicht gleich 3 Folgen Lesch schauen willst: Hier in Englisch, aber nett gemacht ein Film zu Größe und Alter des Universums in wenigen Minuten erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=5NU2t5zlxQQ&list=UUUHW94eEFW7hkUMVaZz4eDg
Grüße
Super Antwort! Nachdem ich auf den Benutzernamen geschaut hab auch kein Wunder, aber selbst für dich ist das noch ein aussergewöhnlich guter Beitrag. Danke dafür, bin immer wieder von deinen Antworten begeistert :)
Du hast mich nicht richtig verstanden:
Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass das Universum vor 28 Milliarden Jahren so groß war wie heute, sich dann zusammenzog und vor 14 Milliarden Jahren dann das Ereignis stattfand, das man heute als Urknall bezeichnet.
Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich das Universum wieder zusammenziehen wird und sich das ganze dann wiederholt. Meines Wissens ist das Älteste, was im Universum existiert, die Hintergrundstrahlung, die 380000 Jahren nach dem vermuteten Zeitpunkt des Urknalls entstanden ist. Ferner sind einige Naturgesetze (Stichwort: Dunkle Energie) noch völlig unbekannt.
Somit lassen sich Aussagen, was vor diesem Zeitpunkt (380000 Jahre) passiert ist, nicht wissenschaftlich überprüfen - sofern ich dies richtig verstanden habe. Die Theorie, dass sich das "Urknall-Ereigniss" zyklisch wiederholt, könnte somit nicht wiederlegt werden. Das Universum wäre für dem Fall, dass die Theorie stimmt, unendlich alt.
Über die Frage, ob das Universum eine endliche oder eine unendliche Größe hat, gibt es meines Wissens (hier beziehe ich mich auf Wikipedia) gar keine Untersuchungen bzw. Messungen.
Laut Wikipedia sind beide Szenarien (unendliches Alter und unendliche Ausdehnung) jeweils für sich genommen denkbar, nicht jedoch beides gleichzeitig.
Meine einzige Frage ist nun eigentlich: Warum ist nicht beides gleichzeitig denkbar?
Die Begründung auf Wikipedia ist unlogisch.
Nachtrag:
Das Wort "vermutet" verwende ich daher, da mit dem Wort "Urknall" meistens gemeint ist, dass sämtliche Masse und Energie auf einem einzigen Punkt versammelt war und das Universum eine Ausdehnung von Null hatte.
Für den Fall eines sich zyklisch wiederholenden Zusammenziehens und wieser Ausdehnens des Universums muss sich dieses jedoch nicht zwangsläufig komplett auf Null zusammenziehen, sondern es wäre auch denkbar, dass es sich nur bis zu einer bestimmten Ausdehnung (im Fall einer unendlichen Ausdehnung: Bis zu einer bestimmten Dichte) zusammenzieht, bevor es erneut expandiert.
Hallo Martin,
Meines Wissens ist das Älteste, was im Universum existiert, die Hintergrundstrahlung, die 380000 Jahren nach dem vermuteten Zeitpunkt des Urknalls entstanden ist. Ferner sind einige Naturgesetze (Stichwort: Dunkle Energie) noch völlig unbekannt. (...) Somit lassen sich Aussagen, was vor diesem Zeitpunkt (380000 Jahre) passiert ist, nicht wissenschaftlich überprüfen - sofern ich dies richtig verstanden habe.
Nein, das ist nicht so.
Das Älteste, was wir mit Teleskopen beobachten können ist die Hintergrundstrahlung, das ist richtig.
Aber: Einzelne physikalische Aussagen existieren nicht unabhängig voneinander. Der Witz ist, das wenn das Universum einen heißen und kompakten Anfang hatte, dann gelten dort die Gesetze der Quantenmechanik. Wir müssen also, so paradox das klingt, die Physik der Elementarteilchen betrachten, um die Entstehung des Universums in seiner Frühphase untersuchen zu können.
Genau das machen wir am CERN im LHC. Mit den Experimenten der Elementarteilchenphysik kommen wir erheblich näher an den Urknall heran als 380 000. Wir wissen, dass unsere Modelle bis wenige Sekunden nach dem Urknall die Natur gut beschreiben. Genau wegen solcher Fragen war der Nachweis den Higgs-Bosons den Physikern so wichtig. Wenn sich die neuen Ergebnisse zu den primordialen B-Moden bestätigen, sind wir in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall angelangt.
Die Formulierung "vermutet" trifft es also ganz und gar nicht.
Das mit dem zyklischen Urknall ist nicht wirklich widerlegt, ist aber gerade aufgrund der beobachteten beschleunigten Expansion des Universums heute als unwahrscheinlich eingestuft. Nach unseren Kenntnissen leben wir in einem Universum, das nicht wieder kollabieren wird. Ob aus einem solchen Kollabieren ein zweiter Urknall würde, ist eh eine andere Frage.
Abgesehen davon: Ohne jetzt auf die Hintergründe eingehen zu wollen: Ein pulsierendes Universum verschiebt die Frage nach dem "ersten" Urknall nur, denn man kann berechnen, dass frühere Zyklen immer kürzer dauerten. Man kommt also definitiv wieder zu einem ersten Zyklus - und muss sich mit dem "ersten Urknall" herumschlagen.
Über die Frage, ob das Universum eine endliche oder eine unendliche Größe hat, gibt es meines Wissens (hier beziehe ich mich auf Wikipedia) gar keine Untersuchungen bzw. Messungen.
Wie ich oben gesagt habe: Die Flachheit des Universums spricht in jedem Fall für eines, das ewrheblich viel größer ist als unser sichtbarer Teil. Und das ist ein Messdatum
Laut Wikipedia sind beide Szenarien (unendliches Alter und unendliche Ausdehnung) jeweils für sich genommen denkbar, nicht jedoch beides gleichzeitig.
Nein, nicht unlogisch. Sie argumentieren über das Olberssche Paradoxon. Und das schließt ein statisches Universum mit unendlicher Ausdehnung eben aus. Also muss das Universum expandieren - also "Tag ohne Gestern" im kleinstmöglichen Universum - also zeitlicher Anfang.
meistens gemeint ist, dass sämtliche Masse und Energie auf einem einzigen Punkt versammelt war und das Universum eine Ausdehnung von Null hatte.
So wird es nicht selten in der Populärliteratur dargestellt, ist aber nicht korrekt. Die moderne Physik geht - eben wegen der Quantenmechanik - keineswegs von einer Singularität aus, nicht einmal notwendig von einem extrem kleinen Universum, sondern von einem extrem dichten.
Grüße
Das Schlüsselwort "Olberssches Paradoxon" ist das, wodurch ich fündig geworden bin. Danke, mich auf diesen Begriff aufmerksam gemacht zu haben.
Auf der Wikipedia-Seite steht dort nämlich der folgende Satz:
Aufgrund des olbersschen Paradoxons kann man also unendliche Universen nicht ausschließen.
Somit war meine Vermutung richtig, dass die Behauptung auf der anderen Wikipedia-Seite, das Olberssche Paradoxon wäre ein Beweis für die Endlichkeit des Universums, nicht zutreffend ist.
Und genau das ist es, was ich eigentlich wissen wollte.
Danke für deine Bemühungen.
;-)
Freut mich, wenn ich helfen konnte, auch wenn wir ein paar Umwege gegangen sind.
Grüße
Wobei ich mir schon erlaube zu ergänzen:
dass die Behauptung auf der anderen Wikipedia-Seite, das Olberssche Paradoxon wäre ein Beweis für die Endlichkeit des Universums, nicht zutreffend ist
Das steht da nicht.
Da steht der Absatz, den ich oben schon einkopiert habe, speziell geht es um diesen Satz:
"Des Weiteren wies schon der Astronom Heinrich Wilhelm Olbers darauf hin, dass bei unendlicher Ausdehnung und unendlichem Alter eines statischen Universums der Nachthimmel hell leuchten müsste (Olberssches Paradoxon), da jeder Blick, den man gen Himmel richtet, automatisch auf einen Stern fallen müsste."
So steht es in Wiki und so ist es korrekt. Unser Universum kann aufgrund des Olbersschen nicht gleichzeitig statisch (also nicht expandierend) sein und unendlich groß und unendlich alt. Weil dann eben der Nachthimmel nicht mehr schwarz wäre.
Ist es unendlich groß, findet man in jede Raumrichtung irgendwann einen Stern. Das Licht dieses Sterns kann uns auch sicher erreichen, wegen des unendlichen Alters des Universums. Und dann ist dieser Punkt am Nachthimmel Hell. Das Olberssche Paradoxon schließt also aus, dass ein statisches Universum undendlich groß und unendlich alt ist, wenn der Nachthimmel schwarz ist.
Grüße
Unser Universum kann aufgrund des Olbersschen nicht gleichzeitig statisch sein und unendlich groß und unendlich alt.
Auch damit hätte ich wieder meine Schwierigkeiten. Es wäre beim Wissensstand von 1952, als das Olberssche Paradoxon aufkam, auch möglich gewesen, dass das Universum zu größeren Teilen aus lichtundurchlässigen Bereichen besteht, die ebenfalls eine Erklärung für das Olberssche Paradoxon hätten sein können.
Mit meinem Hinweis auf die "Dunkle Energie" wollte ich übrigens auf folgendes hinweisen: Bei naturwissenschaftlichen Berechnungen ist man darauf angewiesen, die für den naturwissenschaftlichen Vorgang wesentlichen Naturgesetze genauer zu kennen. Wenn ich versuche, mit der Newtonschen Mechanik einen relativistischen Vorgang zu berechnen, werde ich auf jeden Fall einen riesigen Rechenfehler machen.
Der Begriff "Dunkle Energie" sagt letztendlich aber nichts anderes aus, als dass die Gesetzmäßigkeiten, nach denen sich das Universum ausdehnt, nicht vollständig bekannt sind. Daher habe ich mit der Aussage, der Zeitpunkt des Beginns der Ausdehnung des Universums sei ungefähr bekannt (nämlich etwa vor 14 Milliarden Jahren), meine Schwierigkeiten, denn diese Zahl basiert auf Berechnungen, bei denen sogar bereits als diese gemacht wurden bekannt war, dass die dazugehörigen Naturgesetze noch nicht vollständig bekannt waren.
Martin,
2 kleine Korrekturen:
Das Olberssche Paradoxon ist erheblich älter, wenn auch nicht unter diesem Namen. Die Frage "Warum ist der Himmel nachts dunkel?" hat aber schon Newton beschäftigt.
Dein Einwand ist aber insofern irrelevant, weil wir natürlich davon ausgehen dürfen, dass Wiki auf dem heutigen Wissensstand aufsetzt. Und wir wissen, dass unser Universum gut durchsichtigt ist.
Und zweitens: Das Alter des Universums ist eine Messgröße, die sich aus verschiedenen, unabhängig voneinander stehenden Methoden recht gut übereinstimmend ergibt. Hätte man nur eine einzige Methode, dann wäre Dein Einwand (in einem gewissen Rahmen) richtig. Gerade die Tatsache aber, dass man hier über völlig verschiedene Beobachtungsmethoden zu hervorragend übereinstimmenden Werten kommt, ist ein sehr starkes Argument für das Alter von rund 14 Milliarden Jahren.
Entschuldigung, dass ich dich zu sehr nerve, aber so ganz verstanden, warum ich mit der Altersbestimmung meine Schwierigkeiten habe, hast du nicht:
Man könnte behaupten, das Universum wäre zu dem Zeitpunkt, als die Infrarote Hintergrundstrahlung entstanden ist, bereits wesentlich älter gewesen als bisher angenommen.
Aus der Zeit vor der Hintergrundstrahlung ist meines Wissens nichts mehr übrig, das man messen oder beobachten könnte. Wenn dies stimmt, gibt es zwar mehrere unterschiedliche Messwerte aus verschiedenen Methoden zur Bestimmung des Alters des Universums seit Entstehen der Hintergrundstrahlung, aber keinen einzigen Messwert, aus dem man das Alter des Universums bis zum Entstehen der Hintergrundstrahlung abschätzen könnte.
Und ohne die geltenden Naturgesetze (Dunkle Materie/Energie) genau zu kennen, sind Berechnungen und Computersimulationen der Zeit vor der Hintergrundstrahlung ebenfalls reine Spekulation.
Wenn das stimmt, würde das wiederum bedeuten, dass man die Aussage, das Universum sei deutlich älter als 15 Milliarden Jahre, nicht widerlegen kann.
Hier würde ich gerne wissen, ob ich einen Denkfehler mache. Du hast offensichtlich Ahnung von Astrophysik und ich leider nicht, so dass du mir diese Frage vielleicht noch beantworten könntest.
Danke.
Die Physik-Seiten sind sehr, sehr gut geschrieben, ich bin immer wieder positiv überrascht. Eigentlich alle wissenschaftlichen Seiten. Die anderen kann ich weniger gut beurteilen. Aber Wiki ist besser als ihr Ruf.
;-)