Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

OmegaMinus schrieb:Es ist das beste Modell, dass wir derzeuit haben.

Ja, vermutlich. Aber das hört sich so an, als wenn es schon "ziemlich gut" sei.
Es ist aber höchstspekulativ, mit, wenn man ehrlich ist, ziemlich extremen Annahmen:
Inflation!
Dunkle Energie!
Dunkle Materie!

Inzwischen wird das schon in der Schule gelehrt, als wenn es gesichertes Wissen wäre.

@OmegaMinus
@stefan33
Das Standardmodell ist eine Krücke. Es hat nur einen Vorteil: Es gibt kein besseres Modell.
Ich sehe das ganze als eine aktuelle Krise in der Kosmologie. Von den beiden Hauptkrücken Dunkle Energie und Dunkle Materie einmal abgesehen zeigen zeigen Messwerte und Beobachtungen häufig etwas anderes als man erwartet hat.
Ob das auf einen unbekannten Faktor zurückzuführen ist oder auf ein kompliziertes Zusammmenspiel mehrerer Faktoren ist noch völlig unklar.
Es bleibt spannend.

stefan33 schrieb:Es ist aber höchstspekulativ, mit, wenn man ehrlich ist, ziemlich extremen Annahmen:
Inflation!
Dunkle Energie!
Dunkle Materie!

Richtig, und für alle Annahmen gibt es gute Gründe.

Die erste Idee für Dunkle Materie kam schon Fritz Zwicky, 1933. Das berühmte Paper von Rubin, Ford und Freeman erschien 1980. Es gibt Hinweise für weak gravitational lensing, Simulationen zur zur Strukturformatione usw. usf.

Für die Dunkle Enrgie gab es doch einen Nobelpreis für den Nachweis der beschleunigten Expanison.

Sabine Hossenfalder hat oder hatte mal ein MOND-o-Meter, was - je nach aktuellen Funden - die Wahrscheinlichkeit angab, ob nun MOND oder DM die Ursache ist.

Aber das ganze ist halt spekulativ, aber nicht völlig aus der Luft gegriffen. Wir sind halt auf der Suche.

stefan33 schrieb:Inzwischen wird das schon in der Schule gelehrt, als wenn es gesichertes Wissen wäre.

Ganz klares Schulversagen. Überhaupt sollte man bei der Wissenschaftsvermitlung darauf Wert legen: Die Speisekarte ist nicht das Menü, das beste Modell ist nicht die Realität.

Grüße
Omega Minus

OmegaMinus schrieb:Für die Dunkle Enrgie gab es doch einen Nobelpreis für den Nachweis der beschleunigten Expanison.

Ja, "dunkle Energie" ist noch das seriöseste Konzept.
Ist ja nur ein Name, z.B. für die kosmologische Konstante oder so etwas.

Lupo54 schrieb:zeigen Messwerte und Beobachtungen häufig etwas anderes als man erwartet hat.

Den Eindruck kann man natürlich gewinnen, wenn man die Schlagzeilen der Boulevardpresse verfolgt. Im richtigen Leben sind die Forscher oft weniger verblüfft als es dargestellt wird.

Wissenschaft ist ein ewiges Wechselspiel zwischen Theorie und Experiment. Neue Experimente liefern neue Daten, mit denen Theorien bestätigt, verfeinert oder auch verworfen werden. Ohne unsere Theorien und Modelle hätten wir ja noch nicht einmal die Grundlage für Erwartungswerte, die dann entweder falsch oder nicht falsch sein können.

Das Vorhersage-Potential einer Hypothese oder einer Theorie ist limitiert, daher ist es auch völlig normal wenn neue Daten auch mal "Grenzen überschreiten", das macht das Ganze doch nur interessanter. Ich würde in diesem Zusammenhang nicht von einer "Krise" sprechen, dies wäre nur der Fall, wenn die Naturwissenschaften einen Absolutheitsanspruch an sich selbst stellen würden.

Das tun sie aber nicht, im Gegenteil, man geht sogar fest davon aus, dass alle Theorien letztlich falsch sind. Die Naturwissenschaften suchen daher auch nicht nach der "Wahrheit", sondern versuchen mit allen Mitteln ihre eigenen Fehler aufzudecken und zu korrigieren. Diese Methodik als unseriös darzustellen ist ein großer Fehler, der oft von Menschen begangen wird, die dieses erfolgreiche Prinzip nicht einmal im Ansatz verstanden haben. :)

Peter0167 schrieb:Diese Methodik als unseriös darzustellen

Nichts würde mir ferner liegen. Wir wissen es zur Zeit ganz einfach nicht besser.
lch sehe die derzeitige Krise auch nicht grundsätzlich negativ sondern als Chance, sozusagen als Sprungbrett für neue Erkenntnisse.
lst ja auch nicht das erste Mal. Google mal wenn nicht schon bekannt "Ultraviolett-Katastrophe".
Um 1900 wurde festgestellt dass sich kurzwellige Strahlung, z.B. das Ultravolett, anders verhält als nach der klassischen Physik vorausgesagt. Die Sache wurde geklärt duch die Entdeckung der Quantenmechanik.
Vielleicht kommt ja irgendwann ein moderner Max Planck daher und hilft der Kosmologie durch einen neuen Blick auf physikalische Vorgänge weiter.

Lupo54 schrieb:Inzwischen ist das Objekt mit annähernd Lichtgeschwindigkeit weitergeflogen

Die Objekte fliegen nicht voneinander weg, sondern es entsteht neuer Raum zwischen den Objekten. Wenn diese weit genug auseinander liegen, entsteht dazwischen mehr Raum, als vom Licht in der gleichen Zeit überbrückt werden kann.

JokerClz schrieb:Die Objekte fliegen nicht voneinander weg, sondern es entsteht neuer Raum zwischen den Objekten.

Ist mir bekannt.

JokerClz schrieb:Wenn diese weit genug auseinander liegen, entsteht dazwischen mehr Raum, als vom Licht in der gleichen Zeit überbrückt werden kann.

Ich habe vorsichtshalber noch mal nachgerechnet. Wenn man die Hubble-Konstante, die irgendwo um die 70 km/s x Mpc liegen soll auf den postulierten Radius des Universums von 13,8 Mrd. Lichtjahren hochrechnet ist man tatsächlich im Bereich der Lichtgeschwindigkeit (300.000 km/s). Das kommt schon hin.

@Lupo54

Nein.
Die Einheit der Hubble-Konstanten ist 70 km/s/Mpc.

Wenn zwei Objekte ein Megaparsec von einander entfernt liegen, entsteht zwischen ihnen 70 km neuer Raum pro Sekunde. Liegen sie zwei Megaparsec entfernt, entsteht 140 km neuer Raum.

1 Megaparsec (Mpc) entspricht ungefähr 3,26 Lichtjahre (Lj). Wenn du nun mit 13,8 Mrd Lj rechnest:

13.800.000.000 Lj = 4.233 mpc

Das multipliziert mit der Hubble-Konstanten:
4.233 Mpc * 70 km/s/Mpc = 296.100 km/s

Das gilt aber nur für den Moment, in dem die Objekte 13,8 Mrd Lj entfernt sind. Eine Sekunde später sind es aber schon 13,8 Mrd Lichtjahre und 296.100 km. Um das genau zu rechnen, ist vermutlich ein Integral nötig, das übersteigt aber meine Mathekenntnisse am frühen Morgen.

Abschätzung: nach einem Jahr wären es 9.337.809.600.000 km, also ungefähr 1 Lichtjahr. Nach einer Mrd Jahren also 1 Mrd Lichtjahre.
Dann sind die Objekte schon 14,8 Mrd Lj voneinander entfernt, das sind 4540 Mpc. Ergibt:

4.540 Mpc * 70 km/s/Mpc = 317.800 km/s

Und wenn du das jetzt für 13,8 Mrd Jahre machst, und es etwas genauer rechnest, wirst du auf die 46,6 Mrd Lj kommen.

Hinzu kommt, dass nach dem aktuellen Modell die Hubble-"Konstante" NICHT konstant ist.
Daher nennt man es besser Hubble-Parameter.

Lupo54 schrieb:Google mal wenn nicht schon bekannt "Ultraviolett-Katastrophe".
Um 1900 wurde festgestellt dass sich kurzwellige Strahlung, z.B. das Ultravolett, anders verhält als nach der klassischen Physik vorausgesagt.

Sehr misverständliche Formulierung. Geht nicht darum, wie sich kurzwellige Strahlung verhält, sondern wieviel kurzwellige Strahlung im Spektrum eines schwarzen Körpers vorhanden ist.

Grüße
Omega Minus

JokerClz schrieb:@Lupo54

Nein.
Die Einheit der Hubble-Konstanten ist 70 km/s/Mpc.

@JokerClz
Bevor Du @Lupo54 berichtigst,
schau Dir lieber mal Deine Berechnungen und Einheiten an - da stimmt auch einiges nicht.

:melden: ;)

Der genaue Wert der Hubble-Konstante ist immer noch Gegenstand intensiver Forschung und Debatte in der Kosmologie. Es gibt aktuell zwei Hauptgruppen von Messungen, die zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen führen, was als "Hubble-Spannung" bekannt ist:

Messungen aus dem frühen Universum (z.B. Planck-Satellit, kosmischer Mikrowellenhintergrund): Diese Methoden tendieren zu einem Wert um die 67,4 km/(s ⋅ Mpc).

Messungen im lokalen Universum (z.B. mit Supernovae vom Typ Ia, Cepheiden mit dem Hubble- oder James-Webb-Teleskop): Diese Methoden ergeben tendenziell einen höheren Wert, oft um die 73 km/(s ⋅ Mpc).

Die Tatsache, dass diese Werte nicht perfekt übereinstimmen, ist ein wichtiges Rätsel für die Kosmologen. Kürzlich veröffentlichte Daten des James-Webb-Teleskops deuten darauf hin, dass sich die Werte möglicherweise annähern könnten, aber die "Hubble-Spannung" ist noch nicht vollständig gelöst. Ein kürzlich veröffentlichter Mittelwert basierend auf JWST-Daten liegt bei 70,4 km/(s ⋅ Mpc).

Es gibt also keinen einzelnen, unumstrittenen "aktuellen" Wert, sondern ein Spektrum von Werten, die je nach Messmethode und den zugrunde liegenden kosmologischen Modellen variieren.

Quelle: https://gemini.google.com/app/8d863b519756d250?hl=de

delta.m schrieb:Bevor Du @Lupo54 berichtigst,
schau Dir lieber mal Deine Berechnungen und Einheiten an - da stimmt auch einiges nicht.

Mit den ersten 90% des Textes komme ich klar. Aber dann wirds kompliziert

JokerClz schrieb:Ergibt:

4.540 Mpc * 70 km/s/Mpc = 317.800 km/s

Das ist dann schon um einiges über Lichtgeschwindigkeit. Es ist nun nicht so dass ich das in diesem speziellen Fall für unmöglich halte. Es bewegt sich hier ja nichts, die Vergrößerung der Stecke erfolgt durch neuen Raum der neu entsteht und/oder von irgendwoher "eingeleitet" wird.
Ich nehme mal an das die 46,6 Mrd Lichtjahre dadurch zustande kommen dass ich die 13,8 Mrd Lichtjahre nehme, weitere 13,8 Mrd Lichtjahre dazurechne, auf 27,6 Mrd. Lichtjahre komme und der Rest von 19 Mrd Lichtjahren dem Umstand geschuldet ist dass sich das Universum auch weiterhin an die Hubble-Konstante hält und sich schon seite einiger Zeit mit einer ständig steigenden Überlichtgeschwindigkeit ausdehnt.
Man berichtige mich falls ich falsch liege.
Bei dieser schönen Rechnung gibt es zudem Unwägbarkeiten:
So wie die Hubble-Konstante definiert ist als Maß der Raumzunahme im Universum mit einem festen Wert bekommen wir bei der Rückrechnung Probleme. Ein weniger großes Universum bedingt dann auch zwangsläufig eine kleinere Geschwindigkeit der Raumausdehnung. Ein sehr frühes Universum mit einer Größe von 1 Mpc, also etwa drei Millonen Lichtjahren würde sich nur noch mit gemütlichen ca. 70 km/sec ausdehnen, ein noch kleineres (jüngeres) Universum mit noch kleineren Werten. Was dazu führt, dass dann der Urknallzeitpunkt immer weiter nach hinten geschoben wird, mathematisch nie erreicht werden kann und sich vor allem nicht als Knall, sonder als sehr langsam ablaufendes Ereignis dargestellt hätte.
Das scheinen die Komologen auch bemerkt zu haben.

In allgemeiner Form sollte der Begriff Hubble-Parameter H {\displaystyle H} verwendet werden, da er nur im Raum, jedoch nicht in der Zeit konstant ist, sondern sich mit der Zeit verändert.

Quelle: Wikipedia: Hubble-Konstante
Wenn ich den Wikipedia-Artikel richtig verstanden habe wird ein (zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. der Gegenwart) sich gleichmäßiges ausdehnendes Universum unterstellt. Das kann aber nicht sein, denn auf den 13,8 Mrd Lichtjahren der theoretisch beobachtbaren Entfernungsstrecke sehen wir mit steigender Entfernung Galaxien zu einem Zeitpunkt der Vergangenheit als der jetzige Wert von etwa 70 Km/s/Mpc nicht galt sondern höher war.
Kommen die 46.6 Mrd. Lichtjahre evtl. aus einer Berechnung die das berücksichtigt?

Lupo54 schrieb:Wenn ich den Wikipedia-Artikel richtig verstanden habe wird ein (zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. der Gegenwart) sich gleichmäßiges ausdehnendes Universum unterstellt. Das kann aber nicht sein, denn auf den 13,8 Mrd Lichtjahren der theoretisch beobachtbaren Entfernungsstrecke sehen wir mit steigender Entfernung Galaxien zu einem Zeitpunkt der Vergangenheit als der jetzige Wert von etwa 70 Km/s/Mpc nicht galt sondern höher war.
Kommen die 46.6 Mrd. Lichtjahre evtl. aus einer Berechnung die das berücksichtigt?

Die gut 46 Mrd. Lichtjahre ist streng genommen die Ausbreitungsstrecke des Lichts, das erst 380.000 Jahre nach dem Urknall letztlich "freigesetzt" wurde.

Der Hubble-Parameter ist ja bekanntlich ein wichtiger Bestandteil des ΛCDM-Modells, das davon ausgeht, daß nach einer langen Phase abgebremster Expansion, für das Universum gemäß Beobachtungsdaten seit ca. 6 Mrd. Jahren eine Umkehr eintrat und es seit dem beschleunigt expandiert. Weißt schon, Dunkle Energie als heute verallgemeinerte kosmologische Konstante bzgl. zeitlich variabler Energiedichten usw. Genau dies wurde (Hubble-Zeit als Kehrwert der Hubble-Konstante im Vergleich zum Weltalter bei konstant gleichmäßiger Expansion in einem leeren Universum) u.a. auch für die Berechnung zu Grunde gelegt, die heute für die Beschreibung des Partikelhorizonts angenommen werden.

Hier wird es aber auch nochmal etwas ausführlicher beschrieben:

Wikipedia: Beobachtbares Universum#Zusammenhang mit dem Skalenfaktor

Kreisel:
Ich gucke gerade die Phyisk-Videos von Paul Wagner und da ist er gerade bei den Kreisbewegungen.
Er zeichnet da manchmal seine "Erdäpfel" mit einer Rotationsachse.
Da kam mir die Frage: Kann man einen Kreisel herstellen, der total krumm ist (wie eine Kartoffel) und trotzdem perfekt rotiert?
Ich denke ja, wenn man entsprechend eine variable Dichte zulässt. Richtig?

stefan33 schrieb am 15.07.2025:Inzwischen wird das schon in der Schule gelehrt, als wenn es gesichertes Wissen wäre.

Ist das so? Wird es wirklich so gelehrt, als sei es sicheres Wissen? Soweit ich weiß, wird es genau so gelehrt wie es ist. Eine Theorie, die aktuell am besten diese Aspekte beschreibt.

Peter0167 schrieb am 15.07.2025:Das tun sie aber nicht, im Gegenteil, man geht sogar fest davon aus, dass alle Theorien letztlich falsch sind. Die Naturwissenschaften suchen daher auch nicht nach der "Wahrheit", sondern versuchen mit allen Mitteln ihre eigenen Fehler aufzudecken und zu korrigieren. Diese Methodik als unseriös darzustellen ist ein großer Fehler, der oft von Menschen begangen wird, die dieses erfolgreiche Prinzip nicht einmal im Ansatz verstanden haben.

Eine schöne und sinnvolle Zusammenfassung.