Expansionsgeschwindigkeit Universum - kann da jemand helfen?
Ich versteh nicht ganz weshalb zwischenzeitlich die Expansionsgeschwindigkeit linear verläuft und dann sich wieder beschleunigt.
Nach E. Hubble hiess es sie wächst exponentiell, doch die Hubblekonstante besagt doch gerade dass die Expansionsgeschwindigkeit linear verläuft...
Und auf dem Bild unten ist es mal exponentiell mal linear.
Kann da jemand helfen?
Danke!
2 Antworten
Hallo thebestcouple,
warum die Expansionsgeschwindigkeit des Universums variiert, das weiß man nicht wirklich genau.
Aber vorab möchte ich etwas Ordnung in Deine Vorstellung bringen, dann wird es vielleicht zumindest etwas klarer, wovon Physiker da reden.
In Deiner Grafik ist die Zeitachse nicht linear aufgetragen. Dadurch erscheint der Urknall deutlich länger. Dort, wo der gelbe Abschnitt beginnt, ist das Universum erst eine Sekunde alt, im orangen sind die ersten 3 Minuten vergangen und wo der blaue Bereich beginnt, ist das Universum noch keine 400 000 Jahre alt. Heute ist es 13,8 Milliarden Jahre alt - trotzdem beginnt der blaue Abschnitt fast erst in der Bildmitte.
Dieser extrem schnell anwachsende weiße Bereich gleich links im Bild dauert also im realen Universum nur extrem kurz.
Das ist die (im Moment noch nicht direkt nachgewiesene) Phase der kosmischen Inflation. Den Modellen zu Folge hat sich das sehr junge Universum in weniger als 10^-32 Sekunden so rund um den Faktor 10^50 ausgedehnt. Wirklich eine extrem schlagartige Expansion.
Die Hypothese (also nicht experimentell überprüfte) Modellvorstellung, die das ganz gut erklären würde, wäre, dass sich hier das Universum nach einem Phasenübergang in einem Zustand befindet, der sich "falsches Vakuum" nennt.
Sehr, sehr grob gesprochen befindet sich das Universum in diesem Modell in diesem Bruchteil einer Sekunde im Wechsel von einem Zustand vorher in einen neuen Gleichgewichtszustand. Bevor es als System aber auf die Zustandsänderung reagieren kann, vergeht ein winziger Moment, in dem es nicht im Zustand niedrigster Energie ist. Für den Bruchteil der Zeit, die es dauert, in diesen neuen Gleichgewichtszusatnd zu wechseln können Felder (ein Kandidat wäre das Higgsfeld) zu einer enormen expansiven Kraft führen.
Wie gesagt: Dier Moment ist sehr, sehr kurz. Sobald das Universum nach dem Phasenübergang im neuen Zustand tiefster Energie angekommen ist, endet die inflationäre Phase des Urknalls. Die Expansion verlangsamt sinch wieder, bleibt aber bis heute überlichtschnell.
So weit also der erste, drastische Anstieg.
Jetzt zu Hubble: Hubble ging tatsächlich von einer konstanten Expansion aus. Wäre das richtig, dann wäre das Universum also seit dem Durchsichtigwerden des Universums 400 000 Jahre nach dem Urknall immer mit konstanter expandiert.
Hubble hat in seiner Arbeit 1929 aber nur Galaxien bis z = 0,1 untersucht. Also die relativ nahen Galaxien. Und für diese Entfernungen (bis etwa 400 Megaparsec) gilt tatsächlich recht gut ein linearer Zusammenhang.
Deswegen hat Hubble eine Gerade durch seine Messpunkte gelegt und aus ihrer Steigung erstmals die Hubble-Konstante ermittelt.
Daher kommt also die Annahme der Expansion mit konstanter Geschwindigkeit.
Seit Hubble haben wir aber Galaxien in erheblich größeren Entfernungen beobachtet. Für diese sehr viel größeren Entfernungen passt Hubbles Wert nicht.
In der modernen Kosmologie spricht man deshalb nicht mehr von der Hubble-Konstanten, sondern besser vom Hubble-Parameter, der sich in kosmologischen Zeiträumen ändert.
Im Moment scheinen die Messdaten auf eine mit der Zeit sich allmählich beschleunigende Expansion hinzudeuten. Warum das so ist, das wissen wir nicht. Wir haben einen "Arbeitstitel" für dieses Phänomen: die dunkle Energie.
Die Dunkle Energie soll die beobachtete Beschleunigung des Universums erklären - nur wissen wir im Moment nicht, was das eigentlich ist. Kosmologie ist ein spannendes Thema...
;-)
Ich verlinke Dir noch schnell 2 kurze Podcasts, wo das etwas genauer erklärt wird.
Zuerst hier:
Der Astronom Florian Freistetter erklärt die inflationäre Phase beim Urknall.
..... und .....
.... und hier der Podcast von Florian Freistetter zur Dunklen Energie, die eben für die beschleunigte Expansion ganz rechts in Deinem Bild verantwortlich sein soll:
Ich hoffe, das macht zumindest etwas verständlicher, was die Messdaten im Moment hergeben - und wie die Erklärungsmodelle dafür aussehen, auch wenn diese noch nicht in "trockenen Tüchern" sind.
Grüße
Hubble sprach vom Dopplereffekt -- der aber ist etwas anderes als die Expansion des Raumes.
Hubble hat das Modell des expandierenden Universums nie vertreten und – nach seinen Publikationen zu schließen – vermutlich auch nie daran geglaubt.
1929 veröffentlichte der US-Astronom Edwin Hubble eine Arbeit, in der er einen Zusammenhang zwischen der Distanz und der Bewegung ferner Galaxien feststellte. Er zeigte: Je weiter die Galaxien entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich von der Erde fort - und zwar offenbar in jeder Raumrichtung.
Später haben andere das dadurch erklärt wurde, dass sich der Kosmos eben selbst ausdehnen muss.