In welche Richtung bewegen sich unsere Galaxien?

continuum schrieb:Hat ev. das Universum auch einen leichten Drall?

Peter0167 schrieb:Die Frage lässt sich nicht beantworten, denn dafür müsste man das Universum von Außen betrachten. Des weiteren kann man nicht einfach die Rotation von Planeten mit der von Galaxien vergleichen.

Wenn du wissen willst, wie sich was im Universum bewegt, musst du erst einmal einen Bezugspunkt festlegen.

Naja, es schaut schon ein bisserl anderser aus.

In einem abgeschlossenen System sollte der Gesamtdrehimpuls sämtlicher Elemente bei Null liegen (ich weiß nicht, wie das exakt auf Physiker-Sprech lautet). Letztlich müßten alle Bewegungen in diesem System sich gegenseitig aufheben. Fliegt ein Objekt X mit Masse A und Geschwindigkeit B nach links, muß ein anderes Objekt Y nach rechtsfliegen, im Idealfall ebenfalls mit Masse A und Geschwindigkeit B. Kann aber auch 1/2A und 2B sein. Und wenn sich die beiden Objekte streifen z.B., dann dreht sich das Objekt X fortan links herum, und das Objekt Y in entgegengesetzte Richtung.

Vor ein paar Jahren hat man die Rotationsrichtung diverser Galaxien beobachtet und miteinander abgeglichen. Und verrückterweise gab es da einen Überhang um soundsoviel Prozent in die eine Rotationsrichtung. Nun hat man das ja nicht fürs ganze Universum festgestellt, sondern nur für einen Raumausschnitt. Der allerdings doch groß genug ist, daß die statistische Streuung hier schon für gleichstand hätte sorgen sollen. Ist aber nicht. Eine mögliche Erklärung: Das Universum als ganzes hat selbst einen Spin, denn dann würde wegen des Ausgleiches im Innern des Universums genauso viel gegenläufiger Spin überzählig vorkommen.

http://www.focus.de/wissen/weltraum/odenwalds_universum/tid-24024/ungeloeste-raetsel-des-alls-rotiert-unser-universum-um-die-achse-des-boesen_aid_678693.html

Das Rotieren der Sterne und Planeten scheint allerdings irrelevant dabei zu sein. Erstens sind wir weit davon entfernt, diese Rotation für einen Galaxienausschnitt zu erfassen und "auszuzählen", und zweitens würde das ja die Rotation der Galaxie beeinflussen. Und deren Rotation können wir ja beobachten und abgleichen. Müssen also nicht rauskriegen, ob das nu an rotierenden Sternen sorum ausgerichtet ist, da reicht das Wissen um ein System im Gleichgewicht.

perttivalkonen schrieb:Jedes Bild von unserem Universum verdeutlicht nur einen Aspekt oder eine Gruppe von Aspekten, aber nicht alles.

Ich denke, da sind wir uns einig. Es ist nur eine vereinfachende Analogie.

perttivalkonen schrieb:Bleibt also als Frage im Raum, ob Krümmung des Universums und Krümmung lokaler Räume zusammenhängen, gar das selbe Phänomen bilden ...

Vielleicht kann man sich das über das Ballon-Beispiel so vorstellen, wie Du es bereits beschrieben hattest:

perttivalkonen schrieb:bei einem aufgeblasenen Ballon mit Huckeln und Dellen

Die Krümmung des Universums gibt den groben Rahmen vor, aber lokale Massekonzentrationen führen zu ebenso lokalen Verwerfungen der "Durchschnittskrümmung". In hinreichend großen Raumbereichen nähert sich die jeweils gegebene Krümmung immer mehr dem Durchschnittswert an.

continuum schrieb:Hat ev. das Universum auch einen leichten Drall?

Bis jetzt konnte man darauf noch keinen Hinweis finden. Aus der Verteilung der Hintergrundstrahlung wäre das ersichtlich gewesen, weil es dann in einem Winkelabstand von 180 Grad einen kühleren und einen wärmeren Pol geben würde. Da diese Polarität fehlt, nachdem man die bekannten Eigenbewegungen von Erde, Sonne und Galaxis abgezogen hat, kann man begründet vermuten, dass das Universum als Ganzes nicht rotiert.

Hoffmann schrieb:Vielleicht kann man sich das über das Ballon-Beispiel so vorstellen, wie Du es bereits beschrieben hattest

Wir müssen nur noch rausfinden, ob das der Fall ist oder nur ein Versehen, weil wir dieses Bild ausgewählt haben.

Hoffmann schrieb:Die Krümmung des Universums gibt den groben Rahmen vor, aber lokale Massekonzentrationen führen zu ebenso lokalen Verwerfungen der "Durchschnittskrümmung". In hinreichend großen Raumbereichen nähert sich die jeweils gegebene Krümmung immer mehr dem Durchschnittswert an.

Ich kenn das Bild vom gespannten elastischen Netz, in das man Kugeln wirft. Jede Kugel bildet eine Delle im Netz. Und klar, jede Kugel zieht das Netz insgesamt nach unten, sodaß es, wäre es voller Kugeln, wie ein Beutel geformt wäre. Ist nur noch immer die Frage, ob das am gewählten Bild liegt oder tatsächlich ein übertragbarer Aspekt ist. Stell Dir doch nur mal so ein Netz vor, in dem die eine Kugel das Netz nach unten eindellt, und die nächste Kugel nach oben. Das Bild bleibt stimmig, denn Kugeln rollen weiterhin in die einzelne Delle je nach Dellenschräge, und vorbeifliegendes Licht wird eben je nach Dellenausbeulung abgelenkt. Da ändert sich durch die Dellenrichtung nicht das Geringste. Nur das Netz insgesamt, das bekommt nun keine Insgesamt-Eindellung mehr in die eine Richtung, weil es ja in beide Richtungen gleichermaßen belastet ist.

Verstehst Du? Die Insgesamtbeugung des Netzes ist Sache des gewählten Bildes.

perttivalkonen schrieb:Ist nur noch immer die Frage, ob das am gewählten Bild liegt oder tatsächlich ein übertragbarer Aspekt ist.

Das liegt natürlich am gewählten Bild, denn hierbei gibt es ja eine Vorzugsrichtung nach "unten". Weiterhin ist das "Netz" eine zweidimensionale Analogie, die im Idealfall (also ohne Kugeln) eine Ebene bildet, also selbst keine Krümmung aufweist.

Das muss ja nicht so stimmen - auch wenn man einen hinreichend großen Maßstab berücksichtigt. Insofern haben wir bereits hier eine Verengung der Sichtweise, die die Analogie nur eingeschränkt ausagekräftig werden lässt.

Der Realität näher käme ein "Netz", das a) eine Sattelfläche bildet und b) keine Vorzugsrichtung des Eindellens hat (also immer nur senkrecht zur lokal gegebenen Krümmung, aber eben nicht nur nach "unten" sondern auch nach "oben").

Hoffmann schrieb:Weiterhin ist das "Netz" eine zweidimensionale Analogie, die im Idealfall (also ohne Kugeln) eine Ebene bildet, also selbst keine Krümmung aufweist.

Naja, aber wenn man sich fragt, ob die Krümmung des Universums quasi ne Summierung der lokalen Raumkrümmungen ist? Schließlich endet keine lokale Raumkrümmung je, sondern setzt sich letztlich unendlich fort (Lichtgeschwindigkeit für die Gravitationsausbreitung als limitierender Faktor, wirkt aber schon schlappe 13 Milliarden Jahre). Selbst die lokalen Dellen können sich ja summieren.

Hoffmann schrieb:Der Realität näher käme ein "Netz", das a) eine Sattelfläche bildet und b) keine Vorzugsrichtung des Eindellens hat

Woher weißt Du, daß das der Realität näher kommt? Und weißt Du dann nicht auch schon, daß die beiden Krümmungen nicht zusammengehören?

perttivalkonen schrieb:Naja, aber wenn man sich fragt, ob die Krümmung des Universums quasi ne Summierung der lokalen Raumkrümmungen ist?

Dann würde man die Inflation als Ursache für die "Beinahe-Flachheit" des Universums nicht benötigen. Der Anteil an Materie + Dunkelmaterie reicht nicht aus, um die Expansion hinreichend schnell und hinreichend dauerhaft abzubremsen, damit Galaxien entstehen konnten. Das heißt, der Anteil an Energie, der eine Ruhmasse besitzt, bewirkt zwar einige "Kräuselungen" auf der "Oberfläche", aber die "Oberfläche" selbst, ergibt sich aus dem Energie-Input infolge der Inflation.

perttivalkonen schrieb:Und weißt Du dann nicht auch schon, daß die beiden Krümmungen nicht zusammengehören?

Sie gehören insofern zusammen, weil es dieselbe Raum-Zeit betrifft, die das Universum ausmacht. Die lokale Krümmung ergibt sich ja aus der Summe von universaler Krümmung und Gravitationskrümmung.

In einem bestimmten Punkt der Raum-Zeit summieren sich zwar die gravitativen Wirkungen aller Masseobjekte, die sich innerhalb des Vergangenheits-Lichtkegels befinden, aber wegen der im Groben gegebenen Isotropie der Masseverteilung heben sie sich im Groben auch gegenseitig auf.

Nur näher gelegene Objekte drücken dem Raum die "maßgebende Delle" auf, die dann die Bewegungsrichtung eines sich in diesem Punkt befindenden Objekts festlegt.

perttivalkonen schrieb:Woher weißt Du, daß das der Realität näher kommt?

Nach allem was man weiß, ist das Universum schwach hyperbolisch gekrümmt. Und das zweidimensionale Analogon einer hyperbolischen Geometrie entspricht einer Sattelfläche.

@Hoffmann

Hoffmann schrieb:Dann würde man die Inflation als Ursache für die "Beinahe-Flachheit" des Universums nicht benötigen.

Na aber wohl! Ohne die Inflation wäre die gravitationsbedingte Raumkrümmung ja extrem gewesen, vergleichbar mit dem Netz aus meinem Bild, das voller Kugeln zu einem Beutel durchhängt. Das Netz hängt expandiert (wir vernachlässigen mal die größere Zugfestigkeit eines gedehnten Netzes) genauso tief wie expandiert, weil genau so viele Kugeln drin liegen. Nur sieht ein Netz geringer seitlicher Ausdehnung halt wie ein Beutel aus, ein Netz, das genauso tief durchhängt, aber sehr viel breiter ist, sieht hingegen beinahe flach aus. Und man hat den Eindruck, daß die vielen Dellen das Netz nur lokal ein wenig einbeulen, aber nicht das Netz insgesamt runterziehen. Ist aber dennoch der Fall. Beim Netz.

Die Gesamtmasse reicht nicht aus, die Expansion zu stoppen, aber wieso sollte sie nicht ausreichen, die Krümmung des Universums zu verursachen?

Hoffmann schrieb:Sie gehören insofern zusammen, weil es dieselbe Raum-Zeit betrifft, die das Universum ausmacht. Die lokale Krümmung ergibt sich ja aus der Summe von universaler Krümmung und Gravitationskrümmung.

Da steige ich dann aus. Für mich ist die Frage, ob die Krümmung des Universums überhaupt vergleichbar ist mit der Krümmung des Raumes durch Gravitation. Ich erinnere an das Bild von der CT-Scheibe der Tuba und der Raumkrümmung als verzerrtes Karoraster. Übertrag mal das verzerrte Karoraster auf den Ballon, dann ist Raumkrümmung und Universumskrümmung was total verschiedenes und summiert sich nicht wie bei nem gedellten Ballon.

Ich bin zu wenig informiert, kann hier echt nur fragen, ob oder ob nicht. Deswegen ja meine Frage: weißt Du's? Daß Universumskrümmung und gravitative Krümmung sich addieren, hast Du ja wie ne Tatsache erwähnt.

Hoffmann schrieb:Nach allem was man weiß, ist das Universum schwach hyperbolisch gekrümmt.

Vor ein paar Wochen hat mir ein Allmy-Physikgenie ein Video gezeigt, in dem ein Physiker (in einer alten / ehemaligen Kirche, wie's aussah) nen Vortrag gehalten hat, ob das Universum unendlich sei, und er folgerte: ja, denn es ist nicht gekrümmt, sondern eben. Ja scheiße, was ist denn nun "nach allem, was man weiß"? Das, was Du weißt, oder das, was der weiß? Oder darf sich das jeder ausdenken?

@perttivalkonen

O.K., ich sehe schon, die herangezogenen Analogien verzerren ihrerseits das Bild des ohnehin bereits lokal verzerrten Universums ... ;)

Ich mache mich mal kundig, wie man das Ganze so aufdröseln kann, dass man das als Laie (der ich auch bin!) wenigstens so weit nachvollziehen kann, dass es dem gegenwärtigen Wissensstand nahekommt, ohne ihn zu verzerren. Ich habe da einige Foren in petto, wo ich mich noch mal schlau machen kann und poste dann noch einmal etwas dazu. Falls ich es heute nicht schaffe, dann morgen. Anderenfalls würden wir uns wahrscheinlich nur mit unserem gegenseitigen Halbwissen in Verständnisfragen verzetteln.

Hoffmann schrieb:Ich mache mich mal kundig, wie man das Ganze so aufdröseln kann, dass man das als Laie (der ich auch bin!) wenigstens so weit nachvollziehen kann, dass es dem gegenwärtigen Wissensstand nahekommt

Ist es nicht so das sich die Gravitation aller Objekte gesamt gesehen aufhebt und so gesehen der Raum flach und nicht gekrümmt ist?

@fritzchen1

Nein. Die beschleunigte Expansion zeigt, dass der Raum nicht exakt "flach" sein kann und auch nicht "elliptisch".

Hoffmann schrieb:Nein. Die beschleunigte Expansion zeigt, dass der Raum nicht exakt "flach" sein kann und auch nicht "elliptisch".

Exakt flach nicht. Das ist er Lokal ja auch nicht.

aus wiki


"Intuitiv liegt die Vermutung nahe, dass aus der Urknalltheorie eine „Kugelform“ des Universums folgt; das ist jedoch nur eine von mehreren Möglichkeiten. So wurden neben einem flachen unendlichen Universum viele andere Formen vorgeschlagen. Darunter beispielsweise eine Hypertorusform, oder auch die in populärwissenschaftlichen Publikationen als „Fußballform“ und „Trompetenform“ bekannt gewordenen Formen. Einige Daten des Satelliten WMAP sprechen auch dafür, dass das Universum ein Ellipsoid ist.[5]

Im CDM-Standardmodell (CDM von engl. Cold Dark Matter, „kalte dunkle Materie“) sowie dem aktuelleren Lambda-CDM-Standardmodell, das die gemessene Beschleunigung der Expansion des Universums berücksichtigt, ist das Universum flach, das heißt, der Raum wird durch die euklidische Geometrie beschrieben"

Hoffmann schrieb:Die beschleunigte Expansion zeigt, dass der Raum nicht exakt "flach" sein kann

Wie gesagt, dieser Behauptung folgen nicht mal alle Physiker. Nachher gehts doch nicht so tatsachig behauptet...

@fritzchen1

fritzchen1 schrieb:Ist es nicht so das sich die Gravitation aller Objekte gesamt gesehen aufhebt und so gesehen der Raum flach und nicht gekrümmt ist?

Wie soll sich denn die Gravitation gegenseitig aufheben können? Dafür bräuchte man doch sowas wie Antigravitation.

mfg
kuno

@fritzchen1

O.K., ich muss mich in die Materie erst noch genauer einlesen. Mein Verständnis geht so weit, dass aus den Friedmann-Gleichungen folgt, dass das Universum immer entweder expandiert oder kontrahiert, aber niemals statisch ist.

Auch ein flaches Universum nähert sich asymptotisch einem Ende der Expansion an, erreicht es aber nie. Das bedeutet zugleich, dass die Raumkrümmung kein Resultat der darin befindlichen Massen ist, sondern unabhängig davon vorliegt.

Der Masseanteil bewirkt dann die Verzögerung der Expansion, indem sie die Raumkrümmung beeinflusst, aber sie verursacht diese nicht. Aber wie gesagt, ich muss mich da noch einlesen. Vielleicht bin ich morgen etwas schlauer.

kuno7 schrieb:Wie soll sich denn die Gravitation gegenseitig aufheben können?

Vielleicht dachte er versehentlich an die Librationspunkte, wo die Gravitation zweier Körper sich tatsächlich "aufhebt".

Hoffmann schrieb:Der Masseanteil bewirkt dann die Verzögerung der Expansion, indem sie die Raumkrümmung beeinflusst

Na hier intrpretierst Du die Expansion des Raumes aber als Fluktuation von Körpern. Masse bewirkt die Verzögerung der Fluktuation von Körpern, indem sie den Raumlokal beeinflußt. Aber warum sollte die Raumexpansion davon betroffen sein? Ein Raum mit Dellen kann doch trotzdem expandieren. Gravitation wirkt doch auf massebehaftete Objekte (bzw. auf Objekte mit einem Masseäquivalent; Photonen haben ja keine solche, wenn man noch "ruhe" davor schreibt; die freilich werden auch nur abgelenkt, nicht jedoch ausgebremst). Wie kann ein expandierender Raum, also der Raum selbst, durch Gravitation in seiner Expansion ausgebremst werden?

perttivalkonen schrieb:Wie kann ein expandierender Raum, also der Raum selbst, durch Gravitation in seiner Expansion ausgebremst werden?

Das Ausbremsen erfolgt, wenn eine kritische Materiedichte überschritten wird. Bleibt diese Dichte unter dem kritischen Level, hält die Expansion an. Beim Überschreiten dieser Dichte wird ein Endpunkt der Expansion erreicht und es folgt darauf eine Kontraktion hin zu einem Big Crunch.

Nachlesen kann man das hier:

Wikipedia: Dichteparameter

Allerdings sehe ich gerade, dass auch die Dunkle Energie in diesen Dichteparameter mit eingeht. Daher erscheint das Universum also flach, obwohl es sich beschleunigt ausdehnt ... O.K., das muss ich erst noch verarbeiten ...

Hoffmann schrieb:Das Ausbremsen erfolgt, wenn eine kritische Materiedichte überschritten wird. Bleibt diese Dichte unter dem kritischen Level, hält die Expansion an. Beim Überschreiten dieser Dichte wird ein Endpunkt der Expansion erreicht und es folgt darauf eine Kontraktion hin zu einem Big Crunch.

Ich kenn diese Erklärung, aber das betrifft nicht die Expansion des Raumes, sondern der Materie. Sagte ich doch bereits.

Und da wirds dann haarig, weil bei einem expandierenden Raum irgendwann mal der "Horizont überschritten wird, wo selbst Licht nicht schnell genug ist, um diesen Horizont je zu überschreiten. Bei expandierender Materie kann die kritische Masse durchaus lokal gravitativ stark genug sein, allumfassend sämtliche Materie zur Kontraktion in einem Punkt zu bewegen. Doch beim expandierenden Raum, deutlich größer als ein Horizont-Horizont-Durchmesser, ist ein einziger Big Crunch ausgeschlossen.

perttivalkonen schrieb:Ich kenn diese Erklärung, aber das betrifft nicht die Expansion des Raumes, sondern der Materie.

Doch, das betrifft die Expansion des Raumes - einschließlich der sich darin befindenden Materie. Die Materie selbst expandiert ja nicht, sondern folgt in seiner Abstandsentwicklung zu anderen - hinreichend weit entfernten Objekten - nur der Expansion des Raumes. Auf kleineren Skalen gewinnt dann die lokale Gravitation die Überhand und bindet z.B. die Sterne einer Galaxie in der selbigen.

Der Dichteparameter bezieht sich aber auf die gesamte Materiedichte im Universum - und damit auf die Auswirkungen auf die Expansion des gesamten Raumes. Also auch auf die Bereiche, die jenseits unseres Ereignishorizontes liegen. Das heißt, ein Big Crunch ist durchaus drin.

@Hoffmann

Hoffmann schrieb:Doch, das betrifft die Expansion des Raumes

Argumentativ ist das mal ein bisserl dünne, einfach nur "isso!" Ich fragte nach dem Wie.

Daß die Materie mit dem Raum mitexpandiert und keine Eigenbewegung dabei macht (macht sie zwar, ist aber letztlich zu vernachlässigen), ist mir durchaus bekannt. Dennoch würde Gravitation in Größe der "kritischen Masse" eben nur die Materie anziehen, was zu einer verstärkten Eigenbewegung der Materie führt.

Und nun erklär mir doch mal, wie jetzt also der Raum selbst durch Gravitation kritischer Masse zur Expansionsumkehr und letztlich Kontraktion gebracht wird.

Im expandierenden Raum kann Materie nur in lokalen Größen zu einer Eigenbewegung undzur Konzentrierung gebracht werden. In größeren Maßstäben entfernen sich diese lokalen Materiekanhäufungen dennoch voneinander, expandiert der Raum also völlig, wie gehabt. Und er expandiert selbst dort, wo die Materie aufeinander zufliegt. Selbst wenn es auch für einen noch größeren Raum genügend kritische Masse für eine Kontraktion der Materie gäbe, auch da würde der Raum ja weiter expandierne, sodaß es wieder auf mehrere solcher lokalen Superansammlungen von Materie hinausliefe. Die Obergrenze für eine solche Materiezusammenballung ist nun mal der "Lichthorizont", von dem ich sprach.

Es bleibt also dabei: die kritische Masse würde innerhalb des expandierenden Raumes dazu führen, daß Materie sich via Eigenbewegung zusammenballt, aber der Raum weiterhin expandiert. So, wie wir es im beobachtbaren Universum tatsächlich sehen können.

Wie also kann der expandierende Raum selbst durch Gravitation zusammengezogen, zumindest in seiner Expansion ein wenig ausgebremst werden. Diese Frage ist unbeantwortet, Dein "isso" zähle ich nicht.

Pertti