Wird das Universum irgendwann dunkel sein?
Es soll ja sein das in Trillionen Jahren alles im universum still und dunkel ist weil die Sterne Austerben.
13 Antworten
Ja, sofern sich das Universum immer weiter ausdehnt, wovon man derzeit ausgeht. Zudem kommt es drauf an, ob es den Protonenzerfall und die Hawking-Strahlung gibt, beides wurde noch nicht nachgewiesen, aber man glaubt, dass es beides gibt. Alle Materie würde dann durch den Protonenzerfall quasi zerstrahlen nach spätestens 10⁴⁰ Jahren, danach zerstrahlen auch die schwarzen Löcher, je nach Masse schneller oder langsamer. Nach mindestens 10¹⁰⁰ Jahren dürften auch die schwarzen Löcher zerstrahlt und letztlich explodiert sein, dann ist das Universum leer, extrem kalt und ohne jede Veränderung, was im Prinzip auch das Ende der Zeit ist, denn ohne Veränderung macht die Zeit (bzw. der Zeitbegriff) keinen Sinn mehr. Was es noch geben wird sind Teilchen, die nicht weiter zerfallen und stabil sind, das sind Photonen, Elektronen, Positronen und Neutrinos. Sie können dann aber nicht miteinander interagieren, weil sie durch die stetige Ausdehnung des Universums zu weit voneinander entfernt sind. Das Universum nähert sich also immer mehr einer Nullenergie an, die es aber nie erreicht, da das Universum ein geschlossenes System ist (davon geht man aus), gleichzeitig wird die Entropie immer größer. Kurzum: Das Universum existiert dann noch, aber es ist klinisch tot.
Das Schicksal des Universums hat viel mit dem Verlauf der Expansion zu tun. Dazu versteht man am besten zuerst die...
Hubblekonstante
Unter der Annahme einer linearen Ausdehnung des Universums ist der Skalenfaktor a(t) =D(t)/D0 einer beliebigen Distanz D und der Distanz D0 zum Zeitpunkt t0 im Universum linear abhängig von der Zeit t:
a = da/dt*t (1) mit einer Ausdehnungsgeschwindigkeit
da/dt = H*a (2)
Der Faktor H ist die Hubblekonstante (die besser Hubbleparameter heißen sollte, weil sie nicht konstant ist - in der Tat folgt aus einer linearen Ausdehnung konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit da/dt und damit H = 1/t mit 2 in 1 eingesetzt), hat beim Urknall eine Polstelle und nimmt seitdem ab, wird aber nie null.
Kosmologischer Horizont
Objekte in der Entfernung r entfernen sich mit der Geschwindigkeit v(r) = H*r von uns. Man kann nun mit der Lichtgeschwindigkeit c einen Radius rH = c/H definieren, der Hubbleradius genannt wird. Für r = rH ist die Geschwindigkeit v(rH) = c, d.h. theoretisch entfernen sich Objekte in dieser Entfernung mit Lichtgeschwindigkeit von uns (die Spezielle Relativitätstheorie gilt nur lokal und wird dadurch nicht verletzt), und man könnte meinen, dass man dann diese Objekte nie mehr sehen kann, weil ihr Licht nicht gegen die Expansionsgeschwindigkeit ankommt, aber:
1. Licht direkt hinter rH kann es, einmal ausgesandt, mit der Zeit innerhalb von rH schaffen und uns letztlich doch erreichen - die korrekte Rechnung beinhaltet eine Integration der Bewegung mitbewegter Koordinaten und des Lichtsignals von t0 bis unendlich und führt hier zu weit - außerdem...
2. ist die o.g. Annahme der linearen Ausdehnung falsch. Die Ausdehnung unterliegt bremsenden und beschleunigenden Einflüssen (zB die Massendichte einschl. dunkler Materie vs. dunkle Energie), deren Stärke nicht zeitlich konstant war oder sein wird. In Abhängigkeit von diesen Einflüssen kann der Kosmologische Horizont sich bei vorwiegender Bremsung weiter ausdehnen und mehr Objekte sichtbar machen, oder bei vorwiegender Beschleunigung schrumpfen und mehr Objekte verbergen.
Aus diesen beiden Gründen liegt der Kosmologische Horizont nicht beim Hubbleradius, sondern nach aktuellem Stand etwas dahinter (etwa 16 Mrd LJ statt 13,4 Mrd LJ). Mit weiterer Ausdehnung des Universums und sinkender Massendichte könnte die Beschleunigung gewinnen - dann würde der Hubbleparameter auf einen konstanten Wert sinken: die Lösung für die Differentialgleichung da/dt = const*a ist dann eine exponentielle Ausdehnung, die den Kosmologischen Horizont schließlich bis auf gravitativ direkt gebundene Strukturen schrumpfen ließe, und die Reste der Vereinigung aus Milchstraße und NGC224 wären allein in der Dunkelheit.
Partikelhorizont
Wo aber sind die fernsten Objekte, die wir jetzt schon sehen, wirklich? Als ihr Licht ausgesandt wurde, dh kurz nachdem das Universum transparent wurde, waren sie nur einige Mio LJ entfernt. Während ihr Licht im Raum zu uns unterwegs war, bewegte sich dieser Raum aber mit der Expansionsgeschwindigkeit von uns weg und verlängerte die Reisezeit des Lichtes (und seine Wellenlänge), bis das Licht schließlich hier ankam; inzwischen haben sich die damals aussendenden Objekte bis zum sog. Partikelhorizont entfernt (ca 46 Mrd LJ), also weit hinter dem Kosmologischen Horizont.
Ja, irgendwann wird das Universum kalt und tot sein. Ein etwas deprimierender Gedanke
Ja, das nennt man den Kältetod. Wenn sich das Universum (bis in alle ewigkeit?) weiter ausdehnt/expandiert, entfernt sich die Materie irgendwann so weit, dass es nicht mehr reicht, um Sterne zu bilden. Dann gibt's irgendwann nur noch kleine Felsbrocken, die nach und nach in die schwarzen Löcher eingesogen werden und irgendwann gibt es dann nur noch strahlung. Laut der Kältetod-Theorie.
solange nicht geklärt ist, wie es überhaupt aus dem Nichts zur Entstehung von Materie gekommen ist, erscheint es wenig sinnvoll, mit den bekannten Gesetzen der Physik, das Ende des Universums zu errechnen.
Die Beobachtung, dass das Universum unaufhaltsam expandiert, beantwortet (nur mir?) nicht die Frage nach dem Warum.
Warum hält die Gravitation Planeten im Bereich des Zentralgestirns, nicht aber Galaxien zusammen?
Die Ausdehnung des Universums wird an der Rot-Verschiebung des Lichtes erkannt.
Das bedeutet aber auch Licht "altert" nicht. Wenn es altern sollte, und dabei die Frequenz niedriger wird, dann gibt es vielleicht keine Rotverschiebung durch die Ausdehnung, dann dehnt es sich auch nicht aus.
Dann würde es da nicht logischer sein, dass die dunkle Materie das Ganze zusammenhält ?
Es expandiert aber.
Ich denk mir, dass der Zusammenhalt innerhalb der Galaxien durch die dunkle Materie einigermaßen konstant bleibt. Aber die Galaxien insgesamt expandieren. Weil die Gravitation mit zunehmender Entfernung schwächer wird.
Ich hab nur gelesen, dass die Gravitationskraft der Materie allein eine Galaxie nicht zusammenhalten könnte.
Was ist eigentlich Gravitation? Keine Materie, keine Energie - aber es hat Kraft.
Ist es eine Eigenschaft von Materie?
Eine ganz dumme Frage: Wie sind eigentlich die Ladungen in die Atome hineingekommen? Die waren ja schon von Anfang an drin. Aber trotzdem? Wie sind sie zu dieser Eigenschaft gekommen?
Ich hab bei Frederic Vester gelesen, dass das Universum aus 3 Entitäten besteht: Materie, Energie und Information.
Leuchtet mir ein. Bloß wo kommt die Information her, ohne einen Schöpfer als Erklärung zu bemühen?
Materie hat Teilchen- und Wellencharakter. Da gibt's ja Experimente, ich glaub das war was mit den Doppelspaltversuchen, weiß nicht mehr, wie das heißt.
Energie hat auch Teilchen- und Wellencharakter. Und Feldcharakter. Breitet sich im Raum aus.
Und Information? Nur Felder? Informationsfelder?
Auf diesem Gebiet bin ich nur Amateur, kann dazu nichts sagen.
.... die Frage nach dem Warum
Das ist schon erstaunlich, dass alles im Universum in Bewegung ist. Nichts steht jemals still. Auch in den Steinen findet Bewegung statt.
Drum muss ich morgen raus, in die Sonne, und mich bewegen. :-)
Weil mit zunehmender Entfernung die Gravitation schwächer wird.
Wenn es aber viel viel mehr Materie gibt als wir sehen, dann ist auch Zusammenhalt stärker? Ich meine die dunkle Materie.