THEMA:

Hoch verehrte Professoren
Warum betonen Sie bei der Interpretation auch der Hubbleschen Messungen, dass "das Universum expandiere", stets nur die Dimension des Raumes. Ist nicht auch die zeitliche Dimension wesentlich? Müsste es nicht heißen: Je jünger das Universum war, je schneller strebten die Objekte in ihm auseinander. Je näher auch zeitlich uns die Objekte sind, je langsamer streben sie auseinander. Und die uns am nächsten liegende Galaxie nähert sich sogar der unseren. Müsste die Schlußfolgerung daraus resultierend nicht eher lauten: Je länger das Universum besteht, je langsamer ist die Expansion. Möglicherweise ist der Prozeß, soweit wir sehen, bereits umgekehrt. Wo liegt mein Denkfehler? Vielen Dank für die Mühe einer Antwort, wenn Sie sich diese denn machen.

Mit freundlichen Grüßen
Klaus E, Berlin

Vorab vielen Dank für den "hochverehrten Herr Professor", so hat mich noch niemand genannt...
Aber konkret zu Ihrer Frage, die tatsächlich wesentlich komplizierter zu beantworten ist, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Bei der Zeitkoordinate handelt es sich nämlich um eine sogenannte "im Bezugssystem der Expansion mitbewegte Koordinate". Das soll heißen, dass ein Prozess (z.B. ein Zerfallsprozess), der heute eine bestimmte Zeitspanne benötigt auch zu jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit - im jeweiligen Bezugssystem gemessen - diese Zeitspanne benötigt hat. Das ist vergleichbar mit der räumlichen Expansion, d.h. der Tatsache daß sich die Objekte im Universum durch die Expansion zu keinem Zeitpunkt voneinander entfernen, sondern lediglich der Entfernungsmaßstab (der sog. Skalenfaktor) sich stetig ändert.
Im heutigen Bezugssystem lässt sich allerdings die Expansion der Zeit gegenüber früheren Bezugssystemen, die sog. Zeitdilatation, messen. Analog zur Vergrößerung der Entfernungen durch die Expansion, werden auch die Zeitabstände expandiert. Dafür betrachtet man Prozesse, von denen man möglichst genau weiss, wie lange sie ablaufen (z.B. Zerfallsprozesse). Die Dauer unserer Standardkerzen für die Entfernungsbestimmung - die Supernovae Ia - werden beispielsweise durch zwei Zerfallsprozesse von Nickel-56 zu Cobalt-56 und von Cobalt-56 zu Eisen-56 bestimmt. Diese Zeitspanne - im aktuellen Bezugssystem durch einfallendes rotverschobenes Licht gemessen, weist zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Zeitdilatationen auf.
Ich stelle Ihnen die entsprechende Publikation in den Downloadbereich unter dem Titel: Zeitdilatation bei Supernovae Ia.
Hoffentlich hilft Ihnen meine ziemlich komplizierte Antwort weiter... Dies ist übrigens auch - ganz nebenbei - der Beweis dafür, dass das Universum wirklich gemäß Allgemeiner Relativitätstheorie expandiert und die Rotverschiebung nicht anderweitig (z.B. durch Lichtermüdung) erklärt werden kann.

Hochverehrter Professor Gaßner, ich bleibe bei der Anrede,
das haben Sie nun davon, dass sie versuchen der "Öffentlichkeit" Dinge bekanntmachen zu wollen, die eigentlich nicht für diese bestimmt ist. Nicht, dass sie es nicht tun sollen, doch, doch, nur weiter, nur zu. Aber Sie müssen sich nun mit den Fragen solch unwissender Famuli wie mir herumplagen. Im Prinzip sind mir die Gesetzmäßigkeiten mittlerweile durchaus bekannt, die Sie in ihrer Antwort anführen. Auch bin ich, vor allem auch durch die nimmermüden Bemühungen Ihres Mitautors (viele Grüße übrigens), auch über die Basiserkenntnisse der Relativitätstheorie im Bilde. Und doch stellt sich mir, es wird sie nicht verwundern, die nächste Frage: Heißt Ihre Antwort nun, dass sich die Messobjekte nicht in der Entfernung befinden, welche durch die Laufzeit des Lichtes angezeigt werden oder sind Sie in der Lage, trotz der langen Laufzeitdauer des Lichtes, die Vorgänge zu messen, die gerade jetzt dort ablaufen oder antizipieren sie die Vorgänge aus der konsequenten Anwendung der Theorie?

Mit freundlichen Grüßen und mit der Bitte meine Aufdringlichkeit nicht Übel zu nehmen verbleibt

Klaus_E

Die Antwort auf Ihre Frage lautet: Ja und nein. Jede Information, die Sie "sehen" ist retardiert, d.h. das Licht hat vom beobachteten Objekt bis zu Ihnen eine gewisse Zeit gebraucht um die Strecke zurückzulegen (zumindest in Ihrem Bezugssystem). So gesehen ist alles um uns herum bereits ein bisschen älter als wir es "sehen". Im Alltag spielt das keine Rolle, aber bei den großen Entfernungen in der Astronomie führt diese Retardierung - zusammen mit einer expandierenden Raumzeit - zu gravierenden Effekten. Während das Licht zu uns unterwegs war, hat sich die Raumzeit weiter expandiert. Deshalb der erste Teil der Antwort: Ja, die Objekte sind tatsächlich beim Eintreffen des Lichts nicht mehr dort, wo sie beim Aussenden der Photonen waren. Ganz päpstlich müsste man sogar sagen: Sie sind zwar noch da wo sie waren, aber zwischen ihnen und dem Beobachter hat sich der Entfernungsmaßstab verändert". Ich hoffe, das verwirrt jetzt nicht zusätzlich...
Im Endeffekt "sehen" wir eine Rotverschiebung und übersetzen sie in eine Zeit, multiplizieren sie mit der Lichtgeschwindigkeit und sagen: "Das Objekt ist so-und-so-weit von uns weg". Genau genommen ist das falsch aber ich kenne niemanden, der sich die Mühe macht zu sagen: "Das Objekt war nach damaligem Maßstab so-und-so-weit von uns weg, als sich die Photonen auf den Weg gemacht haben". Der zweite Teil der Antwort lautet "nein", weil wir nicht "sehen" können, was sich im Augenblick an diesen entfernten Orten abspielt. Im Extremfall können Objekte bereits nicht mehr existierren, die wir heute beobachten.
Genau genommen basiert auf großen Skalen jede astronomische Beobachtung auf Theorien - aus meiner Sicht ist es höchst erstaunlich, dass wir überhaupt in der Lage sind über diese Entfernungen hinweg uns ein halbwegs schlüssiges Weltbild zusammenzureimen - das ist schon eine gewaltige intellektuelle Leistung unserer Spezies und es waren viele Generationen dafür erforderlich. Natürlich ist dieses Weltbild noch falsch - aber wie Harry immer sagt: es ist schon verdammt gut falsch...
P.S.: Haben Sie die Publikation gelesen, die ich zum Download gesellt habe?

Nein, leider nicht. Ich kann (noch) nicht genug Englisch. Sorry!

Mein Problem mit der Raumzeit
Menschen sind es gewohnt, in Bildern zu denken. Es gibt auch die Behauptung, dass es gar nicht anders möglich ist, außer in Bildern zu denken. Wenn ich z.B. das Wort „Traktor“ höre oder lese, dann erzeugt mein Gehirn ein Bild eines Traktors und dann kann das Gehirn das gehörte oder gelesene weiterverarbeiten.

Wie ist das nun mit der Raumzeit?
Das Wort „Raum“ ist leicht zu verbildlichen. Jeder kann sich ein Bild von dem Wort „Raum“ machen. Das gleiche gilt für die Zeit. Wir haben die Zeit verbildlicht. Auch wenn dieses Bild falsch ist, denn Zeit ist etwas ganz anderes, als das Bild, das wir uns daraus machen, ist es trotzdem ein Bild und wir können dieses Wort als Bild erfassen. Aber wie ist es mit dem Wort „Raumzeit“? Welches Bild kann man sich unter dem Wort „Raumzeit“ machen. Ich schaffe das jedenfalls nicht. Mir ist es nicht möglich, daraus ein Bild zu kreieren. Vielleicht können sie mir da weiterhelfen?

Mit den Bildern ist das so eine Sache. Sicherlich ist es förderlich, wenn man feste Vorstellungen hat und auch hilfreich. Sieht man einen Traktor, ist die eigene Sprache gleichgülitg, ein jeder wird einen Begriff dafür finden und zwar ungeachtet der Tatsache, ob der Recipient weiß, was er da sieht oder nicht, ob es in seiner Sprache einen festen Begriff dafür gibt oder nicht. Mit der Raumzeit ist es ähnlich. Zeit ist für mich nicht die Uhr, wie leider so oft fälschlich getan, sondern lediglich die Aufeinanderfolge von Ursache und Wirkung. Wind = Dachziegel = Mann = Tod. Das Zweite kann nicht ohne das erste geschehen. Und auch das Erste hat soviele Verknüpfungen, wie jedes Glied in der Kette. Und es gibt viele Ketten. Was aber nicht geht, ist, sich das ganze ohne den Raum vorzustellen, in dem es vor sich geht. Man kann streng genommen keinen Vorgang sehen und verfolgen ohne gleichzeitig zu wissen, dass es sich um einen zeitlichen Ablauf in einem Raum handelt. Und das nun in das Universum antizipiert. Das geht um so leichter, als es dabei um Ausdehnungen, um Räume geht, die zu Queren stets auch eine Menge an Zeit benötigt. Dieser Raum geht nicht ohne Zeit und die Zeit, die Aufeinanderfolge von Ursache und Wirkung, die selbst ja immer wieder Wirkung und Ursache, nur nicht für sich selbst sind, kann nicht sein, ohne den Raum in dem sie abläuft. Vielleicht hilft noch ein Blick in die Mathematik: Geschwindigkit ist der Quotient aus Weg und Zeit. (Aus Raum und Zeit.) Ändert sich der Weg, bei Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, muss sich die Zeit ändern. Ändert sich die Zeit, dann wird unter der gleichen Prämisse der Weg kürzer oder länger. Das ist für mich das Bild der Raumzeit. eine schlichte mathematische Formel c = s/t.

Guten Abend!

Wenn ich darf.......,

habe selbige Herausforderung zu meistern, mir aus "Raumzeit" ein Bild zu machen.

Ich versuche mir aus Raum mal Zeit, also Raum * Zeit , einen dreidimensionalen Raum vorzustellen, der größer wird, je mehr Zeit vergeht. Und je größer der Faktor Zeit, desto größer auch der Raum.
Verhältnismäßig ausgedrückt seh ich es wie Raum durch Zeit, also Raum / Zeit.
Das eine kann nicht ohne das andere sozusagen.

Übrigens, alles was wir erleben, also alles aus dem Raum stammende, ist bereits passiert. Ergo, wir leben ausschließlich in der Vergangenheit. Nichts von dem was wir da draussen sehen findet in diesem Moment statt. Gruselig die Vorstellung.
Wir leben hier in unserem winzigen Mikrokosmos und alles was wir mitkriegen von da draussen ist ein alter Hut
Wie auch immer, ich wüsste gerne mehr!

LG aus Kiel

badhofer schrieb:

Mein Problem mit der Raumzeit
Menschen sind es gewohnt, in Bildern zu denken. Es gibt auch die Behauptung, dass es gar nicht anders möglich ist, außer in Bildern zu denken. Wenn ich z.B. das Wort „Traktor“ höre oder lese, dann erzeugt mein Gehirn ein Bild eines Traktors und dann kann das Gehirn das gehörte oder gelesene weiterverarbeiten.

Wie ist das nun mit der Raumzeit?
Das Wort „Raum“ ist leicht zu verbildlichen. Jeder kann sich ein Bild von dem Wort „Raum“ machen. Das gleiche gilt für die Zeit. Wir haben die Zeit verbildlicht. Auch wenn dieses Bild falsch ist, denn Zeit ist etwas ganz anderes, als das Bild, das wir uns daraus machen, ist es trotzdem ein Bild und wir können dieses Wort als Bild erfassen. Aber wie ist es mit dem Wort „Raumzeit“? Welches Bild kann man sich unter dem Wort „Raumzeit“ machen. Ich schaffe das jedenfalls nicht. Mir ist es nicht möglich, daraus ein Bild zu kreieren. Vielleicht können sie mir da weiterhelfen?

Zum Begriff der Raumzeit muss man weit ausholen - am besten ich erstelle ein Video zu diesem Thema. Trotzdem möchte ich zumindest den Versuch unternehmen, auch hier im Forum den Begriff möglichst anschaulich zu erklären:
Zunächst benötigen wir einen anderen Begriff, nämlich "Dimension". Jedem Punkt in einem beliebigdimensionalen Raum kann ich Eigenschaften zuordnen. Beispielsweise hat jeder Punkt auf einer eindimensionalen Linie eine bestimmte Entfernung von einem definierten Nullpunkt - nennen wir diese Eigenschaft Länge. Lege ich zusätzlich eine beliebige Einheitslänge fest, so kann ich die Eigenschaft "Länge" jedes Punktes auf der Linie ausrücken durch x mal Einheitslänge. Egal wie groß oder klein ich x wähle, ich bleibe immer auf der Linie, d.h. wenn ich eine Fläche beschreiben möchte, brauche ich eine zweite Eigenschaft, nennen wir sie Breite. Auch zur Breite legen wir eine Einheitsbreite fest. Damit können wir nun jeden Punkt in der Fläche beschreiben durch zwei Eigenschaften: x mal Einheitslänge und y mal Einheitsbreite. Wichtig ist dabei, dass ich diese zwei Eigenschaften jeweils nicht durch die andere ausdrücken kann. Soll heissen: egal wie ich x wähle, aus x mal Einheitslänge wird nie eine Breite und umgekehrt. Deshalb nennt man die beiden Eigenschaften "linear unabhängig" oder "orthogonal".
Egal wie wir nun x und y wählen, daraus wird nie eine Höhe, d.h. für die Beschreibung von Länge, Breite und Höhe brauchen wir eine dritte orthogonale Eigenschaft. Jede orthogonale Eigenschaft nennen wir "Dimension". Bei der Linie war es eine Dimension, bei der Fläche zwei usw.
Ein n-dimensionaler Raum ist also dadurch festgelegt, dass ich jedem Punkt darin n orthogonale Eigenschaften zuordnen kann. Eine solche Eigenschaft muss aber nicht zwangsläufig Länge, Breite und Höhe sein, sondern könnte z.B. auch eine Lautstärke, eine Farbe, ein Geruch oder was auch immer sein - beispielsweise auch eine Zeit. Jetzt hätten wir an jedem Punkt in unserem 7-dimensionalen Raum eine Länge, Breite, Höhe, Lautstärke, Farbe, Geruch und Zeit.

Leider haben die Begriffe Raum und Dimension umgangssprachlich eine von dieser mathematischen Definition abweichende Bedeutung. Der Begriff "Dimension" wird umgangssprachlich zwangläufig mit einer reinen räumlichen Ausdehnung verknüpft. Genau diese falsche Verknüpfung führt zu den Problemen bei der Veranschaulichung höherdimensionaler Räume. Genau deshalb reden Mathematiker und Nicht-Mathematiker leider bei diesen Begriffen ständig aneinander vorbei und es kommt in Folge zu den unsäglichen Verständnisproblemen "Wie kann "leerer" Raum Eigenschaften haben - jede Eigenschaft ist doch an ein Etwas geknüpft - wie kann er sich z.B. krümmen usw."
Ich behaupte, jede/r kann sich einen 7-dimensionalen Raum wie oben skizziert vorstellen, man darf nur nicht den Fehler begehen, alle Dimensionen als räumliche Ausdehnungen zu begreifen, sonst wird es mit Lautstärke, Farbe, Geruch und Zeit natürlich schwierig...

Für den Spezialfall eines 4-dimensionalen Raumes aus Länge, Breite, Höhe und Zeit hat man einen eigenen Namen vergeben: Raumzeit. Damit lassen sich relativistische Vorgänge, bei denen neben den Raumkoordinaten auch die Zeit eine Rolle spielt, effizienter beschreiben. Man könnte aber auch die gesamte Relativitätstheorie auf einem dreidimensionalen Raum beschreiben, es wäre lediglich sehr umständlich, weil man ständig separat zusätzliche Gleichungen für die Zeit hantieren müsste.

Ergo: 4-dimensionale Raumzeit heisst nur: Jedem Punkt werden 4 Eigenschaften zugeordnet: eine Länge, eine Breite, eine Höhe und eine Zeit.

Hochverehrter Herr Professor, ich habe mich endlich durch die erwähnte Publikation gewurschtelt. Bleibt also das Fazit, weil alle beobachteten Objekte in der relativ gleichen Entfernung auch die gleichen Rotverschiebungen zeigen und auch alle anderen Objekte relative Rotverschiebungen in den entsprechend zu erwartenden Größenordnungen zeigen, dehnen sich die "benachbarten" Objekte, also auch einzelne Galaxien und -haufen, nicht so oder auch nur nicht messbar aus, wie das Universum selbst, woraus man die Schlußfolgerung ziehen muss, dass es der Raum, die Raumzeit, zwischen ihnen tut. Das wird, verzeihen sie mir die kühne Folgerung, ein Resultat der Gravitation innerhalb der beobachteten Objekte sein. Sie folgern, und das las ich bereits, dass die Gravitation über die Zwischenräume der Objekte sicher wirkt, aber schwächer ist, als das, was sie auseinander treibt. So weit, so gut. Ab hier muss ich wieder mal selber denken.

Vielen Dank für die Öffentlichmachung.
Klaus_E

Sehr spannendes Thema, freue mich auf ein Video darüber.

Vor allem bin ich gespannt, wie man in diesem Thema die Kurve kriegt, wenn man bei solch kleinen Dimensionen ankommt, dass man entwerder die Schl.-Quanten-Gr. oder String hernehmen muss, die sich ja bekämpfen wie zwei begnadete Boxkämpfer.

Von Strings halte übrigens ich auch nicht viel, obwohl Phantasie reichlich vorhanden...
Und Phantasie muss man bei Strings ja tonnenweise mitbringen, außer Sattelfestigkeit in Mathematik und Physik.
Wobei ich mit quantifizierten Zeitskalen unterhalb von Yoctosekunden ebensowenig anfangen kann.

Was sagte früher mal das Pferdle im ARD ?
- I frei mi´ halt (uf´ds video)