PLANCK-Mission der ESA: Neue Karte der Hintergrundstrahlung

21. März 2013 von Andreas Müller in Allgemein

Heute morgen ab 10:00 Uhr MEZ veröffentlichte die ESA auf einer Pressekonferenz die neue Karte zur Verteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung am ganzen Himmel (siehe auch Artikel bei Jan Hattenbach). Gibt es also Neuigkeiten für die Kosmologie, gar eine Revolution in unserem Weltbild?

Die Entdeckung der kosmische Hintergrundstrahlung
Im Unterschied zu den vielen knappen Pressemitteilungen und Blog posts, die heute erschienen sind, möchte ich gerne nochmal fast die ganze Geschichte erzählen und die heutige, weltweit aufmerksam verfolgte Veröffentlichung der PLANCK-Daten einordnen. Holen Sie sich einen Kaffee, Whiskey, ein Bier oder eine Milch mit Honig und lehnen Sie sich bitte zurück.

1965 entdeckten die Radioastronomen Arno Penzias und Robert Wilson die kosmische Hintergrundstrahlung bzw. den kosmischen Mikrowellenhintergrund (engl. cosmic microwave background, CMB) mit einer Hornantenne. Es war eine zufällige Entdeckung, denn eigentlich wollten die beiden die Milchstraße radioastronomisch erforschen. Wie sich herausstellte, machten sie eine der größten Entdeckungen des 20. Jahrhunderts. Sie wiesen eine elektromagnetische Strahlung nach, die aus einer extrem frühen Epoche kosmischer Entwicklung stammt - einer Zeit, als es nicht mal Sterne, Galaxien oder unser Sonnensystem gab. Und noch mehr: Sie war ein eindrucksvoller Beleg für den Urknall!

Die anschließenden Analysen ergaben, dass es sich um Wärmestrahlung handelt. Der russische Theoretiker George Gamow sagte diese kosmische Strahlungsform voraus. Mit einem viel kleineren Experiment an der Princeton University suchten die Kollegen dort erfolglos nach dem, was Penzias und Wilson da fanden. Schon wenige Minuten nach dem Urknall, entstanden die leichtesten chemischen Elemente (primordiale Nukleosynthese). Das waren im Wesentlichen 75% Wasserstoffatomkerne, 25% Heliumatomkerne und Spuren von Lithiumatomkernen. In dieser einige tausend Grad warmen Ursuppe gab es noch keine neutralen Atome, denn es war einfach zu heiß, so dass Elektronen nicht an Atomkerne gebunden werden konnten. In der Ursuppe wimmelte es daher nicht nur von leichten Atomkernen (vor allem Protonen), sondern auch von Elektronen und Lichtteilchen, die aufgrund der Wärmestrahlung entstanden. Da die Lichtteilchen an den Elektronen gestreut wurden, waren sie gewissenmaßen in der Ursuppe gefangen.

Erst etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall war das Universum so weit expandiert und abgekühlt, dass die Elektronen von den leichten Atomkernen eingefangen werden konnten. Die ersten neutralen Atome entstanden in dieser sog. Rekombinationsphase. Nun war der Weg frei für die Lichtteilchen, denn sie wurden kaum noch an freien Elektronen gestreut.

Die Uratome waren 380.000 Jahre nach dem Urknall im Mittel etwa 3000 Grad warm. Mit Wärmebildkameras kann man die Wärmestrahlung messen, die z.B. Menschen abgeben. Penzias und Wilson hat nun diejenige der kosmischen "Ursuppe" aufgefangen. Allerdings hatte sich die Strahlung auf ihrem Weg vom Entstehungsort kurz nach dem Urknall bis in unser Milliarden Jahre altes Universum stark verändert. Ein wesentlicher Punkt ist die kosmologische Rotverschiebung: Da sich das Universum ausdehnt, zieht es nach und nach die Lichtwellen der Hintergrundstrahlung auseinander und zwar so weit, dass sie bei uns als Mikrowellen mit Wellenlängen um einen Millimeter herum ankommen. Die Kosmologen drücken dies mit der Rotverschiebung z aus. Diese dimensionslose Zahl ist eine Alternative zur Entfernung, denn z nimmt mit der Entfernung zu (Hubble-Gesetz). Außerdem kann die Rotverschiebung häufig recht leicht aus einem Spektrum bestimmt werden. Da mit der Wellenlänge auch die Temperatur der Strahlung nachlässt, ergibt sich ein Zusammenhang von Temperatur vor Ort der Ausstrahlung und Temperatur am Empfänger. Die Hintergrundstrahlung aus einer Epoche mit Rotverschiebung z = 1100 wird von einer Temperatur am Entstehungsort von 3000 Grad auf etwa 2,7 Grad hier bei uns abgekühlt – man muss nur die 3000° durch 1100 teilen.

Die Entdeckung von Penzias und Wilson war eine Revolution! Denn die Beobachtung der Hintergrundstrahlung beweist, dass der ganz frühe Kosmos klein, heiß und dicht war. Sie ist ein Beweis für den Urknall. Dafür erhielten die beiden den Nobelpreis für Physik im Jahr 1978.

BILD: Die Geschichte des Universums mit Urknall, Entstehung der Hintergrundstrahlung und unserem heutigen, lokalen Kosmos (Credit: WMAP Science Team, NASA)

Richtungsvariationen der Hintergrundstrahlung
Die NASA schickte später eine Mission ins Rennen, um die kosmische Hintergrundstrahlung noch genauer und am ganzen Himmel zu kartieren. Man wollte auch das Profil der Planck-Kurve, die ein eindeutiges Indiz für Wärmestrahlung ist, über einen größeren Wellenlängenbereich bestätigen. So wurde 1989 der Cosmic Background Explorer (COBE) gestartet. 1992 wurde vom COBE-Team die präziseste Planck-Kurve veröffentlicht, die jemals gemessen wurde:

BILD: Spektrum der CMB-Wärmestrahlung, eine sog. Planck-Kurve. Aus ihr folgte mit hoher Genauigkeit die Temperatur der Hintergrundstrahlung zu 2,725 Kelvin. Die Fehlerbalken wurden um den Faktor 400 vergrößert, damit sie im Kurvenverlauf überhaupt sichtbar werden! (Credit: COBE Team, NASA)

1992 wurde auch die erste Karte der Hintergrundstrahlung veröffentlicht, die die räumliche Verteilung der Strahlung am ganzen Himmel zeigte (die sog. CMB allsky map).

BILD: Die CMB-Himmelskarte von COBE. Rot sind die Bereiche die geringfügig über der Temperatur von 2,725 Kelvin liegen. Bei den blauen Flecken ist sie geringfügig darunter. "Geringfügig" heißt hier auf einem Level von 10 Mikrokelvin! (Credit: John Mather, COBE, NASA)

Diese CMB-Karte war ein Meisterwerk! Denn die Hintergrundstrahlung wird durch zahlreiche Effekte verdeckt. Um sie selbst sichtbar zu machen, müssen die Kosmologen, eine Reihe von Effekten berücksichtigen und herausrechnen, und zwar diese:

 

  1. Was den Kosmologen den ungetrübten Blick auf die kosmische Hintergrundstrahlung verwehrt, sind zum einen der überall in der Milchstraße fein verteilte Staub und zum anderen die vielen kosmischen, punktförmigen Einzelquellen – Sterne, Galaxien etc. –, die im gleichen Wellenbereich strahlen, in dem wir hier auf der Erde die Hintergrundstrahlung beobachten. Diese vielen Quellen müssen heraus gerechnet werden, indem man sie entweder modelliert oder sozusagen aus der CMB-Karte "ausschneidet" (maskiert) und somit nicht berücksichtigt.
  2. Unser Sonnensystem bewegt sich durch die Milchstraße. Mit einer Geschwindigkeit von 220 km/s kreisen wir um das Galaktische Zentrum. Je nachdem, wohin wir an den Himmel schauen, bewegen wir uns relativ zum weit entfernten Himmelshintergrund entweder auf in zu oder von ihm weg. Durch den Doppler-Effekt verändert das auch die Hintergrundstrahlung: Bewegen wir uns auf sie zu, wird sie Doppler-blauverschoben; bewegen wir uns von ihr weg, ist es eine Doppler-Rotverschiebung. Dieser Effekt heißt auch Dipol-Anisotropie und beeinflusst das Bild, das wir von der Hintergrundstrahlung auf der Erde messen, am stärksten.
  3. Darüber hinaus wird die Hintergrundstrahlung von massereichen Strukturen angezogen. Dieser Effekt der Gravitationsrotverschiebung verändert ebenfalls die Hintergrundstrahlung und heißt integrierter Sachs-Wolfe-Effekt (ISW-Effekt). Dabei summieren sich die Gravitationsrotverschiebungseffekte an vielen einzelnen Galaxienhaufen entlang der Sichtlinie auf.
  4. Zwischen der kosmischen Epoche 380.000 Jahre nach dem Urknall und unserer Jetztzeit liegen Milliarden Jahre kosmischer Entwicklung, in der Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen, unsere Milchstraße und ein recht komplexes interstellares Medium entstanden. Die Hintergrundstrahlung muss, um zu uns zu gelangen, an all diesen in der Zwischenzeit entstandenen Strukturen "vorbei". Das bleibt natürlich nicht ohne Folgen, und  das ursprüngliche Strahlungsfeld wechselwirkt insbesondere mit dem heißen Gas der Galaxienhaufen und wird gestreut. Das ist der Sunyaev-Zel'dovich-Effekt.

Ein Verständnis der Effekte 1–4 (dazu auch mein Blogpost von 2009) und ihre korrekte Berücksichtigung ist kein leichtes Unterfangen. Die Pionierleistung gelang 1992 den COBE-Forschern und sie veröffentlichten die erste Karte der Hintergrundstrahlung, wie sie am ganzen Himmel ausschaut.

Solche elliptischen Karten resultieren, wenn man den kompletten Himmel über eine sog. Mollweide-Projektion auf eine flache Ellipse abbildet. In etwa links oben ist der Nordhimmel, den wir auch von Europa aus sehen können; rechts unten ist der Südhimmel. Diese Karte ist angepasst an die Milchstraße und man spricht von galaktischen Koordinaten. Vertikal verläuft die Skala der galaktischen Breite; horizontal diejenige der galaktischen Länge. Im Zentrum der Ellipse befindet sich das Zentrum der Milchstraße (galaktische Breite und Länge sind hier beide null). Die Scheibe der Milchstraße, die wir am Himmel als Band der Milchstraße erkennen können, verläuft horizontal von links nach rechts (nur galaktische Breite ist null).

Die Karte selbst ist nun farbkodiert nach einer Temperatur. Ein Wärmestrahler kann eindeutig durch die Angabe seiner Temperatur beschrieben werden. Wir sehen die Hintergrundstrahlung auf der Erde bei einer Temperatur von etwa 2,725 Kelvin, also sehr nah am absoluten Nullpunkt.

Die roten und blauen Flecken entsprechen nun Abweichungen von dieser Temperatur von 2,725 Kelvin. Blau bedeutet etwas unterhalb von 2,725 Kelvin und rot bedeutet etwas darüber. Offenbar variiert die Strahlungstemperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung geringfügig, je nachdem wohin man genau am Himmel schaut.

Nun, wie interpretiert man die Flecken? Das ist das Aufregende! Das "Babyfoto des Kosmos" zeigt hier Dichteunterschiede, also erste Strukturen, die sich schon 380.000 Jahre nach dem Urknall im Urgas gebildet haben. Die Hintergrundstrahlung wurde durch den Effekt der Gravitationsrotverschiebung verändert und verlor an den dichteren, massereicheren Strukturen mehr Strahlungsenergie, als in den weniger dichten Bereichen. Das ist der Sachs-Wolfe-Effekt (nicht zu verwechseln mit dem integrierten Sachs-Wolfe-Effekt, s.o.) und er dominiert die CMB-Fluktuationen oberhalb von etwa 10 Winkelgrad.

Die Dichtefluktuationen waren die Saat für die heute sichtbare, komplexe, großräumige Struktur von Galaxien und Galaxienhaufen! Für diese revolutionäre Entdeckung gab es für die COBE-Teamleiter John Mather und George Smoot 2006 den Nobelpreis für Physik, zum einen für die viel genauere Bestätigung der Wärmestrahlung und – vor allem – zum anderen für die Entdeckung der richtungsabhängigen Variationen (Anisotropien) im Bereich von 10 Mikrokelvin. Das war der zweite Nobelpreis für die kosmische Hintergrundstrahlung.

Nachfolgermission: Auf COBE folgte WMAP
Im Sommer 2001 wurde eine NASA-Mission gestartet, die noch genauer als COBE die Hintergrundstrahlung kartieren sollte. Der Satellit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, kurz WMAP.

WMAP hatte eine viel größere räumliche Auflösung als COBE, so dass die Strukturen in der Temperaturverteilung viel genauer gemessen werden konnten.

BILD: Die CMB-Karte von WMAP9, 2012 (Credit: WMAP Science Team, NASA)

Zum Erstaunen der Kosmologen fand man mit WMAP einige unerklärliche Anomalien, z. B. bei einer Winkelgröße von 10°, also den eher größeren Strukturen in der CMB-Karte.

Besonders auffällig war ein großer, kühler Fleck (auf der Karte zu sehen als blaue Region rechts unten), der sog. "cold spot", den es nur am Südhimmel gibt. Mit COBE wurde diese Struktur noch nicht gesehen.

Die Messergebnisse von WMAP
In welchem Universum leben wir? Genau darüber machen die CMB-Messungen eine Aussage, denn man kann aus ihnen den folgenden Satz kosmologischer Parameter bestimmen:

  • Den Anteil gewöhnlicher Materie (auch baryonische Materie). Das ist der Anteil derjenigen Materie, aus der alles Materielle besteht, dem wir im Alltag begegnen: Berge, Wasser, Erde, Luft, Menschen – aber auch die Sonne, die Planeten, alle Sterne, die wir beobachten.
  • Den Anteil Dunkler Materie. Diese rätselhaft neue Materieform ist uns gänzlich unbekannt. Ihr Nachweis auf der Erde ist noch nicht gelungen. Seit den 1930er Jahren finden Astronomen Hinweise in Galaxien und Galaxienhaufen, dass sie nicht allein aus normaler Materie bestehen können. Ob sich aber hinter der Dunklen Materie eine neue Teilchenspezies verbirgt ist unklar. In Teilchenphysikexperimenten wie CRESST sucht man danach.
  • Den Anteil Dunkler Energie. Hierbei wird es noch mysteriöser. Seit 1998 wissen die Astronomen anhand der Beobachtungen von Sternexplosionen vom Typ Ia, dass das Universum beschleunigt expandiert. Der mittlere Abstand zweier weit entfernter Galaxienhaufen nimmt demnach immer schneller zu. Beschreiben kann man das mit der kosmologischen Konstante, die Albert Einstein 1917 einführte. Physikalisch erklären, was diese seltsame, antigravitative Kraft ist, können die Physiker und Astronomen bis heute nicht.
  • Die Hubble-Konstante. Diese Größe der relativistischen Kosmologie ist ein Maß für die Expansionsgeschwindigkeit des Universums in unserem lokalen Kosmos. Noch in den 1990er Jahren schwankte ihr Zahlenwert zwischen 50 und 100 km/s/Mpc und sorgte für heftigen Streit zwischen den Kosmologen. Dank der modernen, experimentellen Kosmologie hat sich ihren Zahlenwert bei etwa 70 eingependelt mit einer nur noch geringen Unsicherheit.
  • Das Alter des Universums. Im Prinzip folgt es schon direkt aus dem Kehrwert der Hubble-Konstante als eine obere Altersgrenze, aber man kann es mit Kenntnis der bereits genannten kosmologischen Parameter genauer berechnen.
  • Die Krümmung des Universums. Die Krümmung ist eine Eigenschaft der Raumzeit des ganzen Universums. Sie kann positiv, negativ oder null sein. Die Messdaten legen eine Krümmung von null nahe, d.h. wir leben in einem flachen Kosmos, in dem die Euklidische Geometrie gilt, z.B. der Satz "Die Winkelsumme in einem Dreieck beträgt 180 Grad.".

Achtung! Gerne wird vergessen zu erwähnen, dass sich die Anteile der baryonischen Materie, der Dunklen Materie, der Dunklen Energie und der Strahlung zeitlich ändern. Die Zahlenangaben gelten meistens nur für unseren lokalen Kosmos bei einer kosmologischen Rotverschiebung von z = 0. Dringt man tiefer in den Kosmos ein und möchte diese Anteile in einer anderen Epoche, d.h. bei einer anderen Rotverschiebung angeben, dann sind es andere Zahlen! Der Grund: die unterschiedlichen Materie- und Energieformen dünnen sich unterschiedlich mit der Ausdehnung des Universums aus (Für Experten: Man sieht das direkt an der Friedmanngleichung). Vergleichen wir beispielsweise die Anteile der Materie- und Energieformen von heute mit denen zur Epoche, als sich die kosmische Hintergrundstrahlung auf den Weg machte, also vor 380.000 Jahren, dann ergeben sich die folgenden beiden Tortendiagramme:

BILD: Anteile von Materie- und Energieformen im Vergleich. Oben 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall – heute. Unten: 380.000 Jahre nach dem Urknall (z = 1100). Hier dargestellt noch mit den alten WMAP-Daten. Kurz nach dem Urknall war die Dunkle Energie noch irrelevant. Die Dynamik des Kosmos wurde dominiert von der Dunklen Materie. Geht man zu noch früheren Epochen zurück – wenige Jahrtausende nach dem Urknall – dann dominierte die sogar Strahlung im Kosmos. (Credit: WMAP Science Team, NASA)

Vor-PLANCK-Ära: Die 9-Jahres-Messdaten von WMAP
Im Dezember 2012 veröffentlichten die WMAP-Forscher den aktuellen Datensatz für die kosmologischen Parameter. Nach diesen WMAP9-Daten ist unser Universum bestimmt durch die folgenden Parameter (bei z = 0):

  • gewöhnliche Materie: 4,6 %
  • Dunkle Materie: 24 %
  • Dunkle Energie: 71,4 %
  • Hubble-Konstante: 69,32 km/s/Mpc
  • Alter des Universums: 13,77 Milliarden Jahre
  • flaches Universum: k = 0

(Quelle: WMAP9-Daten, Dez 2012)

Die PLANCK-Mission
Im Mai 2009 katapultierte die Europäische Weltraumbehörde ESA den PLANCK-Satelliten auf seine interplanetare Reise. Die Mission: Eine noch genauere Kartierung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die Kosmologen wollten noch mehr über die frühesten kosmischen Entwicklungsphasen und über die Dunkle Materie und Dunkle Energie herausfinden.

PLANCK nahm Platz am Lagrange-Punkt L2, der sich auf der von der Sonne abgewandten Seite hinter der Erde befindet. Die Drehachse des Satelliten zeigt Richtung Sonne, so dass die empfindlichen Messinstrumente vor der Sonneneinstrahlung geschützt werden.

Deutschland ist Mitgliedsstaat der ESA und trug in 2012 mit knapp 18 % zum ESA-Haushalt bei. Bei der PLANCK-Mission gibt es eine starke Beteiligung aus München: Dr. Torsten Enßlin vom MPI für Astrophysik (MPA) leitet die deutsche PLANCK-Beteiligung. Prof. Dr. Rashid Sunyaev und Prof. Dr. Simon White, beide Direktoren am MPA sind Co-Investigatoren von PLANCK. Weiterhin ist Prof. Dr. Jochen Weller (LMU) Mitglied der PLANCK-Kollaboration.

Heute, am 21.03.13, wurde erstmals die neue PLANCK-Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung vorgestellt, die aus 50 Millionen Pixeln besteht. So sieht sie aus:

BILD:  Temperaturverteilung in der kosmischen Hintergrundstrahlung - alle Vordergrundquellen und Störeffekte wurden herausgerechnet. Blaue Bereiche liegen etwas unterhalb der Temperatur von 2,725 Kelvin und rote Bereiche geringfügig darüber. (Credit: PLANCK-Kollaboration, ESA)

Wie damals beim Übergang von der Hornantenne zu COBE und von COBE zu WMAP sind wir nun in einer neue Ära der experimentellen Kosmologie eingetreten.

Es ist ein bisschen so, wie wenn man eine Brille aufsetzt, die den Blick auf winzige Strukturen am Himmel schärft. Das Bild wurde so scharf, dass man mit bloßem Auge nun noch mehr Details im Muster der Hintergrundstrahlung sieht als bei der WMAP-Karte.

BILD: Direkter Vergleich der CMB-Karten von WMAP mit PLANCK. Sofort fallen die feineren Strukturen bei PLANCK auf, was insbesondere dann wichtig wird, wenn man zu kleinen Winkelskalen in das Bild hinein zoomt. (Credit: PLANCK-Kollaboration, ESA)

PLANCK-Daten mit Vordergrund
Ein Gefühl, für die Meisterleistung in der Herstellung der CMB-Karte ohne Vordergrundquellen bekommen wir, wenn wir einen Blick auf die Messdaten der Instrumente mit Vordergrundquellen werfen und zwar bei unterschiedlichen Frequenzen der Strahlung:

BILD: PLANCK-Himmel bei unterschiedlichen Frequenzen, von links oben nach rechts unten: 30, 44, 70, 100, 143, 217, 353, 545, 857 GHz. Farbkodiert dargestellt sind bei den ersten sieben Karten Temperaturabweichungen in Mikrokelvin von der Hintergrundstrahlung, die auf sechs Zehnerpotenzen rangieren! Die beiden unteren Karten zeigen farbkodiert die Oberflächenhelligkeit in Einheiten von Kilojansky pro Steradiant, also einen Strahlungsfluss pro Raumwinkelelement (Credit: PLANCK-Kollaboration, ESA; Fig. 9 aus paper I)

Man erkennt auf allen Frequenzkarten immer einen langen, horizontalen Balken: Das ist unsere Milchstraße. In ihr befinden sich Sterne und vor allem kalter Staub, der hier bei den größten Frequenzen (unten) am stärksten den Blick auf den Mikrowellenhintergrund "vernebelt". Rechts unten als kleine Fleckchen am Südhimmel gut zu erkennen, sind die beiden Magellanschen Wolken, eigenständige, irreguläre Galaxien in der Lokalen Gruppe, die natürlich ebenfalls zum Vordergrund beitragen. Bei mittleren Frequenzen (Mitte) stört der Vordergrunds nicht so sehr und die Fluktuationen in der Hintergrundstrahlung sind schon trotz Vordergrund zu sehen!

Bei den COBE-Daten oben hatten wir das Spektrum der Wärmestrahlung betrachtet und gesehen, dass die Planck-Kurve ihr Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von ungefähr 2 mm hat. Rechnen wir diese Wellenlänge um in eine Frequenz, so erhalten wir rund 150 GHz. Das bedeutet, dass die höchste Intensität des Mikrowellenhintergrunds bei den Frequenzkarten in der Mitte zu sehen sein muss. 

PLANCKs Messungen der kosmologischen Parameter
Die Messdaten von PLANCK zur kosmischen Hintergrundstrahlung bestätigen im Wesentlichen die bereits bekannten kosmologischen Parameter, wie sie von WMAP veröffentlicht wurde:

  • gewöhnliche Materie: 4,9 %
  • Dunkle Materie: 26,8 %
  • Dunkle Energie: 68,25 %
  • Hubble-Konstante: 67,11 km/s/Mpc
  • Alter des Universums: 13,819 Milliarden Jahre
  • flaches Universum: k = 0

(Quelle: PLANCK Collaboration: Cosmological Parameters, best fit data, Mrz 2013, )


Welche Form der Dunklen Energie?
Im Kosmos gibt es unterschiedliche Formen von Materie und Energie. Man kann sie alle über die sog. Zustandsgleichung charakterisieren. Sie macht eine Aussage darüber, wie sich eine Substanz verändert, wenn man Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck oder Dichte verändert. So erhöht sich in einer Luftpumpe der Druck der eingeschlossenen Luft, wenn man durch die Pumpbewegung das Volumen für die Luft verkleinert (Gesetz von Boyle und Mariotte).  

Je nach Substanz oder Energieform gelten allerdings unterschiedliche Zustandsgleichungen. So verhält sich normale Materie völlig anders als Licht. Und diese wiederum ganz anders als Dunkle Energie, die antigravitativ ist. Um die verschiedenen Materie- und Energieformen in der Kosmologie zu charakterisieren, bietet sich die Einführung des sog. w-Parameters an. Im Prinzip handelt es sich dabei um das Verhältnis Druck geteilt durch Dichte (bis auf einen konstanten Faktor c2). Normale Materie, Dunkle Materie, Licht und verschiedene Formen von Dunkler Energie wie die kosmologische Konstante, Quintessenz  und die Phantom-Energie kann man mit dem w-Parameter in verschiedene "Schubladen" sortieren:  

 

BILD: w-Parameter für unterschiedliche Substanzen, Materie- und Energieformen. (Credit: Andreas Müller, Ulrike Ollinger, Exzellenzcluster Universe)

Darüber hinaus kann man untersuchen, wie sich der w-Parameter mit der Zeit bzw. der kosmologischen Rotverschiebung z ändert. Ein Maß dafür ist die Größe w' = dw/dz. Die kosmologische Konstante hat ein w = -1 und ändert sich zeitlich bzw. mit der Rotverschiebung nicht. Daher gilt für sie w' =0.  

Der w-Parameter und seine Ableitung w'  wurden nun mithilfe der neuen PLANCK-Daten ebenfalls bestimmt (siehe Kosmologie-Papier von PLANCK). Mit den PLANCK-Daten allein sind die Aussagen allerdings nicht so stark, so dass die Forscher die PLANCK-Daten mit anderen experimentellen Daten kombiieren. Dazu verwendeten sie zusätzlich Daten der NASA-Vorgänger-Mission WMAP, verschiedene Datensätze Daten von Supernova-Explosionen und Daten von Galaxienhaufen. Insgesamt finden sie eine gute Verträglichkeit unterschiedlicher Datenkombinationen mit der kosmologischen Konstante w = -1. Alles spricht nach wie vor dafür: Einstein hatte 1917 mit der Einführung seiner kosmologischen Konstante Lambda Recht! 

Was heißt das? Oder gibt's Neuigkeiten von PLANCK?
Verglichen mit WMAP9 ist das Universum nun 50 Millionen Jahre älter geworden. Die Dunkle Energie fällt um drei Prozentpunkte schwächer aus. Und die Expansionsgeschwindigkeit ist etwas kleiner, als zuvor gemessen.

Das ist neu: Drei merkwürdige Anomalien
Die Kosmologen analysieren die CMB-Karte nur zum Teil anhand der bunten, ellipsenförmigen Bilder, die auch hier zu sehen sind. Eine viel genauere Analyse erlauben Diagramme, die Leistungsspektren (engl. power spectra) genannt werden. Dabei wird die Temperaturfluktuation über einem Winkel im Gradmaß bzw. über einem Multipolmoment aufgetragen (genauer erklärte ich das schon in meinem Blogpost von 2009).

Anomalie 1: An die Messdaten von PLANCK wird ein Modell mit sechs Parametern angepasst ("Datenfit"). Bei den kleinen Winkelskalen ist alles prima und die Messdaten stimmen sehr gut mit dem Modell überein. Bei großen Winkelskalen allerdings, etwa zwischen 10° und 90° (im Leistungsspektrum ganz links), gibt es große Abweichungen. Dieses Phänomen wurde "verlorene Leistung" (engl. "missing power") genannt. Die Ursache für diese Abweichung von den gemessenen Fluktuationen und dem Modell ist unklar – es könnte sich sogar einfach um eine statistische Fluktuation handeln, die somit kein neues, physikalisches Phänomen erfordert.

Anomalie 2: Die zweite Merkwürdigkeit wurde "Hemissphärenasymmetrie"  genannt. Vergleicht man nämlich auf der PLANCK-CMB-Karte den Nordhimmel (etwa links oben) mit dem Südhimmel (rechts unten), dann erkennt man viel mehr Strukturen am Südhimmel. Der Nordhimmel ist verhältnismäßig "glatt und einheitlich", man könnte auch sagen, er bietet weniger Kontrast. Das wurde natürlich nicht erwartet und stellt die Kosmologen vor ein Rätsel! 

BILD: Darstellung zur Hemisphärenanomalie. Die mittleren Temperaturen auf der nördlichen Hemisphäre (oberhalb der weißen Line) sind etwas geringer, als auf der südlichen Hemisphäre (unterhalb der weißen Line). (Credit: PLANCK-Kollaboration, ESA)

Im Standardmodell der Kosmologie gilt das kosmologische Prinzip, nach dem kein Ort im Kosmos gegenüber einem anderen Ort besonders ausgezeichnet wäre. Ein derartige Asymmetrie zwischen Nord- und Südhimmel widerspricht dem kosmologischen Prinzip! Ist das Universum vielleicht doch nicht isotrop, d.h. nicht in allen Richtungen gleich? In der Tat gibt es schon lange dafür kosmologische Modelle. Es wäre allerdings auch hier möglich, dass es sich um eine rein statistische Fluktuation handelt. Dann müsste man sich darüber nicht den Kopf zerbrechen und könnte an einem isotropen Kosmos festhalten.

Anomalie 3: Schon mit WMAP wurde ein erstaunliches Muster in der Karte der Hintergrundstrahlung gefunden. Nicht gemeint sind die Initialen von Stephen Hawking, sondern bereits bei WMAP erwähnte "cold spot". Er befindet sich am Südhimmel, auf der CMB-Karte rechts unten und ist eine auffallend große, blaue Region, die demnach wesentlich kälter ist. PLANCK bestätigte den cold spot. Es ist vollkommen unverstanden, worum es sich dabei handelt. Auch hierfür gibt es die Möglichkeit, dass es eine rein statistische Fluktuation sein könnte ohne aufregende Physik.

Die CMB-Karte und Inflationsmodelle
Bei allen Flecken, die die Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung zeigt, sollte man nicht vergessen, dass es sich zunächst einmal um eine extrem gleichförmige Verteilung der Temperatur am ganzen Himmel handelt. Zum Vergleich: Die CMB-Karte ist gleichmäßiger, als der beste blaue Himmel, den Sie je gesehen haben! Die CMB-Anisotropien werden ja erst auf einem viel kleineren Level sichtbar, nämlich wenn man von Temperaturabweichungen im Bereich von 10 Mikrokelvin (einem Hunderttausendstel von einem Grad) spricht. Salopp gesagt: Die Anisotropien sind ein Mini-Effekt, der erst nach der Investition von viel Gehirnschmalz und einem tiefen Griff in die Trickkiste der Experimentatoren zutage tritt. Deshalb bekamen die COBE-Leute verdientermaßen den Nobelpreis.

Die zunächst einmal bescheinigte Isotropie stellt bei der kosmischen Hintergrundstrahlung jedoch ein Problem dar: Woher weiß die eine Seite des Universum links unten auf der Karte, dass sie sich genauso wie eine andere Region auf der Karte oben rechts genau auf die Temperatur von 2,725 Kelvin einstellen soll? Räumlich sind diese Regionen des Universums unter Umständen Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt. Wie konnten sie sich dennoch auf die identische Temperatur einstellen, ohne in thermischem Kontakt gewesen zu sein?

Die Messungen von WMAP und PLANCK legen außerdem nahe, dass das Universum flach ist, d.h. großräumig betrachtet ist die innere Geometrie flach wie eine Tischplatte. Wie kommt das?

Die Lösung für beide Probleme heißt Inflation. Kosmologen meinen damit (im Unterschied zu Finanzmanagern) eine extrem schnelle Ausdehnungsphase im extrem frühen, jungen Universum. Wir reden hier von einer Zeit etwa 10-30 Sekunden nach dem Urknall – ein Wimpernschlag ist dagegen eine Ewigkeit. Die Inflationsphase war extrem kurz. Wie der Kosmologe George Efstathiou heute in der ESA-Pressekonferenz sagte, dehnte sich das Universum von der Größe eines Atomkerns während der Inflation auf Grapefruit-Größe aus.

In den Modellen wird diese rapide Ausdehnungsphase von einem neuen Feld verursacht: dem Inflaton. Wie das Higgs-Teilchen soll es (in den einfacheren Modellen) ein Skalarfeld sein, d.h. es befindet sich gleichermaßen überall im Kosmos. Die Kosmologen befinden sich aktuell in einer misslichen Lage: Sie benötigen die Inflation, um die Beobachtungen (CMB-Isotropie und kosmische Flachheit) erklären zu können, aber sie haben keine Ahnung, welches der vielen Inflationsmodelle in einem mittlerweile beachtlich angewachsenen Zoo von Modellen dasjenige ist, das die Natur beschreibt.

Erzählt uns PLANCK etwas Neues über das Universum?
Kosmische Zahlen: In meinem Blogpost vom Juli 2009 fragte ich noch: "Wird PLANCK unsere Sicht auf das Weltall verändern?" und stellte in Aussicht, das ich kein entscheidendes Update zu den Zahlenwerten der Anteile von gewöhnlicher und Dunkler Materie sowie Dunkle Energie erwarte. Hier fühle ich mich nun bestätigt.

Drei Anomalien: Die drei oben beschriebenen Merkwürdigkeiten sind wirklich spannend und könnten neue Physik versprechen. Ebenso wahrscheinlich ist es leider auch, dass sich alles in Wohlgefallen auflöst, weil es sich um rein statistisch bedingte Fluktuationen handeln könnte.

Unendliches Universum? Ich hatte ein bisschen erhofft, dass sich mit den detaillierteren Fleckenmustern von PLANCK mehr zum Thema Topologie sagen lassen würde. Denn eine spannende Frage ist, ob unser Universum wirklich unendlich ist oder doch in einem endlichen Volumen Platz hat und nur so aussieht, als ob es unendlich groß wäre. Es wäre durchaus der irrwitzige Fall denkbar, das Lichtteilchen auf der einen Seite ein solches Fake-Universum verlassen und auf einer anderen Seite wieder in das Universum eintreten. Als Konsequenz würde wir zwar in verschiedene Richtungen schauen, aber dasselbe, sich wiederholende Muster in der CMB-Karte sehen können. Tatsächlich untersuchten das die Kosmologen schon mit WMAP und auch bei PLANCK, indem sie Korrelationsanalysen verschiedener Bereich in der CMB-Karte durchführten. Aber leider sehen die Kosmologen auch mit PLANCK dafür keine Anzeichen. Dieser Durchbruch blieb aus, und es gibt keinen Grund nicht so wie bislang im Standardmodell der Kosmologie von einem unendlichen, sozusagen einfach gestrickten Universum auszugehen.

Paralleluniversen: Knapp gesagt liefert PLANCK auch für Paralleluniversen keinerlei Anzeichen, auch nicht für die Branenmodelle der Stringtheorie. Ich gebe dennoch nicht die Hoffnung auf, dass sich mein Aprilscherz von 2010 bewahrheitet.

Verbindung von Quantenvakuum, CMB und großräumiger Struktur
Was mich schon vor der Veröffentlichung der aktuellen PLANCK-Daten faszinierte, ist die wundersame Verbindung unseres lokalen Universums – das aus Galaxien und Galaxienhaufen besteht –, mit dem ganz frühen Kosmos derjenigen Zeit, als sich die Hintergrundstrahlung auf den Weg machte. Diese Verbindung wurde klar, als die Forscher von genügend vielen Galaxienhaufen die Positionen bzw. Rotverschiebungen genauer bestimmen konnten.

In dem Urgas breiteten sich Schallenwellen aus. Sie starteten einige tausend Jahre nach dem Urknall und breiteten sich im Gas mit halber Lichtgeschwindigkeit aus, bis es etwa 380.000 Jahre alt war. Dann machte sich die Hintergrundstrahlung mitsamt der Information über diese Schallwellen auf den Weg und brachte sie zu uns auf die Erde. Die charakteristische Längenskala, um die sich die Schallwellen in den vielleicht 370.000 Jahren ausbreiten konnten, ist heute noch in den Galaxienhaufen sichtbar, wie Korrelationsstudien gezeigt haben! D.h., dass das charakteristische Muster in den Dichteschwankungen im Urgas sich in die Milliarden Jahre später entstandenen Galaxienhaufen einprägte. Das ist eine beobachtete Tatsache.

Die Kosmologen spekulieren jedoch noch weiter und versuchen eine Brücke zu den ganz frühen Epochen zu schlagen. Sollte das Universum wirklich aus dem "Nichts", physikalisch gesprochen dem Quantenvakuum entstanden sein, dann würde die Inflation derjenige Mechanismus sein, der die Quantenstrukturen zu makroskopischen Strukturen innerhalb der Größe einer Grapfruit "aufgeblasen" hat. Fasst man die Strukturbildung der letzten ca. 14 Milliarden Jahre zusammen, so ergibt sich folgendes Bild:

BILD: Verbindung von Mikrokosmos und Makrokosmos (Credit: Buch "Raum und Zeit" von A. Müller, Springer Spektrum, 2013; WMAP Science Team; V. Springel, MPA)

PLANCK und das Universum - Was nun und wie geht's weiter?
Die Veröffentlichung der PLANCK-Daten hat im Wesentlichen unser Bild vom Universum bestätigt. Die Zahlensätze wurden leicht modifiziert, aber nicht so sehr, dass wir von jetzt an keinen Schlaf mehr finden werden.

Spannend sind die Anomalien, die die PLANCK-Forscher weiter verfolgen werden. Aufregend wäre es, wenn sie tatsächlich etwas mit neuer Physik zu tun hätten.

Eine Sensation, die man als Unbeteiligter nicht so sehr als solche erkennen würde, brachte heute Dr. Torsten Enßlin vom MPA auf den Punkt. Er wies darauf hin, dass die sehr unterschiedlichen Analysen der PLANCK-Daten wirklich wunderbar zusammenpassen. Es gibt kaum Widersprüchlichkeiten. Eine große Konsistenz gibt es auch zu anderen Missionen wie WMAP bzw. Messungen der Supernova-Gruppen.

Konkret erwartet uns der nächste, aktualisierte PLANCK-Daten-Release Anfang 2014. Weiterhin werden insbesondere in den nächsten zwei Jahren viele weitere Analysen mit den PLANCK-Daten folgen. Hervorzuheben sind dabei Untersuchungen der Dichtefluktuationen, deren Abdrücke im Muster der Hintergrundstrahlung zutage traten. In der Statistik würde man für sie eine gleichförmige Verteilung einer Gaußschen Glockenkurve folgend erwarten. Viele kosmologische Modelle sagen allerdings eine Abweichung von der Gauß-Form voraus, die die Fachwelt Non-Gaussianities nennt. Dazu gibt es wissenschaftliche Publikationen en masse und gerne hätten die Forscher das ein oder andere Modell mithilfe der CMB-Daten ausgeschlossen. Das steht nun bevor.

Ein weiterer Punkt betrifft die Polarisationsdaten von PLANCK. Hier könnte es wirklich spannend werden, weil sie Auskunft darüber geben, ob und wie sich Gravitationswellen kurz nach dem Urknall ausbreiteten. Steht uns da ein "Blick hinter den Urknall" bevor?

Wer es genau wissen will
Ein ganzes Bündel vieler und dicker wissenschaftlichen Publikationen der PLANCK-Kollaboration erschien heute auf der ESA-Website. Morgen, 22.03.13, werden sie auf dem Preprint-Server arXiv erhältlich sein.

Weitere Links
-PLANCK-Wissenschaftler Ensslin und Efstathiou im Interview, heute journal, ZDF
-Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft anlässlich der Veröffentlichung der PLANCK-Daten
-PLANCK-Artikel bei astronews.com
-ESA-Link zu PLANCK
-Buchtipp "Raum und Zeit" von Andreas Müller, Springer Spektrum, 2013

Komplette Liste der 29 wissenschaftlichen Publikationen der PLANCK-Kollaboration
-Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results
-Planck 2013 results. II. The Low Frequency Instrument data processing
-Planck 2013 results. III. LFI systematic uncertainties
-Planck 2013 results. IV. Low Frequency Instrument beams and window functions
-Planck 2013 results. V. LFI calibration
-Planck 2013 results. VI. High Frequency Instrument data processing
-Planck 2013 results. VII. HFI time response and beams
-Planck 2013 results. VIII. HFI photometric calibration and mapmaking
-Planck 2013 results. IX. HFI spectral response
-Planck 2013 results X. Energetic particle effects: characterization, removal, and simulation
-Planck 2013 results XI. Consistency of the data (in Vorbereitung)
-Planck 2013 results. XII. Component separation
-Planck 2013 results. XIII. Galactic CO emission
-Planck 2013 results. XIV. Zodiacal emission
-Planck 2013 results. XV. CMB power spectra and likelihood
-Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters (!!)
-Planck 2013 results. XVII. Gravitational lensing by large-scale structure
-Planck 2013 results. XVIII. Gravitational lensing-infrared background correlation
-Planck 2013 results. XIX. The integrated Sachs-Wolfe effect
-Planck 2013 results. XX. Cosmology from Sunyaev-Zeldovich cluster counts
-Planck 2013 results. XXI. Cosmology with the all-sky Planck Compton parameter y-map
-Planck 2013 results. XXII. Constraints on inflation (!!)
-Planck 2013 results. XXIII. Isotropy and Statistics of the CMB
-Planck 2013 Results. XXIV. Constraints on primordial non-Gaussianity (!!)
-Planck 2013 results. XXV. Searches for cosmic strings and other topological defects (!!)
-Planck 2013 results. XXVI. Background geometry and topology of the Universe (!!)
-Planck 2013 results. XXVII. Doppler boosting of the CMB: Eppur si muove
-Planck 2013 results. XXVIII. The Planck Catalogue of Compact Sources
-Planck 2013 results. XXIX. Planck catalogue of Sunyaev-Zeldovich sources
-Planck intermediate results. XIII. Constraints on peculiar velocities

(!!): Wissenschaftlich besonders interessant!


91 Kommentare zu “PLANCK-Mission der ESA: Neue Karte der Hintergrundstrahlung”

  1. Daniel Fischer Antworten | Permalink

    "Es gibt kaum Widersprüchlichkeiten"?

    Eine gravierende Diskrepanz zwischen den Planck-Papers (namentlich der Nr. XVI) und eigentlich als etabliert geltenden Erkenntnissen der Kosmologie Anno 2013 betrifft die Hubble-Konstante: Der Planck-Wert und die rund 74 km/s/Mpc, die inzwischen zahlreiche direkte Methoden der Messung der Expansionsgeschwindigkeit des Kosmos liefern, liegen um mehrere Standardabweichungen auseinander. Und man kann die Planck'sche Zahl nicht mal eben ad hoc anpassen, denn dann ginge nämlich der restliche Fit baden. Dieses Problem wurde außer in besagtem Paper selbst nur bei der amerikanischen Pressekonferenz heute durch eine Frage aufgeworfen, und die Antwort aus dem Panel - ich weiß nicht von wem, es war eine Telefonkonferenz - war verblüffend: Der Widerspruch sei so gravierend, dass darin tatsächlich "neue Physik" verborgen liegen könnte, etwa in Richtung einer zeitlichen Varibilität der Dunklen Energie. In den kommenden 1-2 Jahren werde das noch zu großen Diskussionen führen ...

  2. typ42 Antworten | Permalink

    vielen dank für den guten artikel! ein kleiner fehler hat sich eingeschlichen: wmap ist 2001 gestartet, nicht 2011

  3. Andreas Müller Antworten | Permalink

    @D. Fischer, @typ42

    @D. Fischer,
    Hm, der Wert von 74 km/s/Mpc erscheint mir etwas hoch. Bei dieser Angabe kommt es immer darauf an, ob man nur eine Methode nutzt, mehrere kombiniert oder weitere Annahme macht (z.B. den flat prior k =0).
    H0 bei WMAP9 lag unterhalb von 70 km/s/Mpc.
    Daher sehe ich da erstmal keine große Diskrepanz.

    @typ42Vielen Dank für den Hinweis! Der Tippfehler ist korrigiert.

    Beste Grüße, Andreas Müller

  4. Paul Stefan Antworten | Permalink

    Unendliches Universum?

    Wie ist die Rede von einem unendlichen Universum zu verstehen? Es hat sich vor endlicher Zeit in endlicher Geschwindigkeit ausgebreitet, müsste somit eigentlich auch eine endliche Ausdehnung haben. Was außerhalb der Grenze kommt, Quantenvakuum, Quantenchaos, "Nicht" oder "leerer" Raum, können wir wohl nicht wissen.
    Oder war schon der Anfangszustand im Urknall unendlich und hat sich seitdem nur ausgedehnt?

  5. M. Z. Antworten | Permalink

    @Daniel Fischer

    Neue Physik müsste eine Physik sein, in der das Äquivalenzprinzip beispielsweise endlich zu Ende gedacht wird.
    Die Menschen denken in Schritten - wenn man ihnen etwas erklärt oder wenn sie selbst etwas entdecken, entstehen im Nu Stabilitäten, in denen die neuen Erkenntnisse eine Zeitlang "überdauern". Es ist meistens unmöglich die Konsequenzen revolutionärer Erkenntnisse weiter zu verfolgen, bis neue Stufe der Erkenntnis erreicht wird - vielleicht liegt das an der Einmaligkeit hervorragender Köpfe und an der Vielzahl mittelmäßiger, ich weiß es nicht
    Heutiges Bild der Wirklichkeit muss jedenfalls dringend erneuert werden. Wir - das Publikum - sind von den immer wiederkehrenden Erklärungsversuchen im Stil Dr. Michio Kaku gelangweilt, trotz der bunten Bilder.
    Da muss endlich was Neues passieren, allein schon wegen der Quote

  6. Herr Senf Antworten | Permalink

    Steilvorlage

    Fangen'se doch mal mit an, warum die anderen?

  7. M. Z. Antworten | Permalink

    Herr Senf

    klar, :)
    Ich bemühe mich zwar, aber alleine richte ich nichts aus gegen Sonden, Bilder, Narzismus. ES ist ein Prozess, es dauert.
    Peace

  8. M. Z. Antworten | Permalink

    @Andeas Müller

    OK, verstanden, Herr Senf.
    Lieber Andreas,
    Dein Impact muss enorm sein.
    Ich kann mich damit nicht vergleichen (zw. 0-30-101 views pro Tag). Bin ein Privatmann, nicht organisiert, dennoch im Kopf ähnlich gut sortiert wie Du.
    Ich befinde mich im Besitz einer entscheidenden Information - innerhalb meines logischen Systems macht der Unterschied oder die Inkompabilität zwischen Relativitäts- und Quantentheorie EINEN SINN.
    Ich brauche Hilfe, ich brauche eine Plattform.
    Hinweis, damit Du mich nicht für einen Idioten hältst:
    Die Raumzeit besteht aus 3 Raum- und einer Zeitkoordinate. Blockade: Raum und Zeit werden als Entitäten getrennt behandelt.
    Blockade-Korrektur: Raum und Zeit sind wirklich dasselbe.
    Lösung: Quantenmechanik behandelt Erscheinungen der Gegenwart, Relativitätstheorie Erscheinungen (jetzt kommt's) der Vergangenheit.
    Ich bin bereit. Es ist alles ausgearbeitet und sogar als Buch publiziert.
    Alles macht auf einmal Sinn.
    Bist Du selbstlos genug?

  9. Kai Neuhaus Antworten | Permalink

    Anomalie Nr 2 wegen Gravitationswelle

    Hallo,

    was ich mich frage wenn ich das Bild zu der Hemisphärenanomalie sehe: Kann die Ursache dafür das Durchwandern einer extrem langen Gravitationswelle durch das beobachtbare Universum sein?
    Das Universum ist ja wesentlich größer als der Ausschnitt, den wir sehen können.
    Wenn es aus der Frühzeit des Kosmos Gravitationswellen gäbe, die so größ wären, dann müßte sich das Durchwandern einer solchen Welle doch irgendwie in der Art darstellen, wie man es in dem besagten Bild sehen kann, oder?
    Wie bei einer Welle sind seitlich des roten "Wellenberges" auch zwei blaue "Wellentäler".
    Wäre zumindest eine schöne Vorstellung. ;o)

    Viele Grüße
    Kai Neuhaus

  10. Andreas Müller Antworten | Permalink

    @Paul Stefan

    Das Universum kann durchaus unendlich sein, obwohl es vor endlicher Zeit im Urknall begann. Diese Möglichkeit bieten in der Standardtheorie die Friedmann-Universen für verschwindende Krümmung, k = 0. Ein flaches Universum mit k = 0 wird aktuell auf der Basis der Beobachtungsdaten favorisiert.

    Unklar ist dabei aber, ob das Universum endlich oder unendlich ist. Das ist eine Frage der Topologie, die nicht in den Einstein-Gleichung bzw. Friedmann-Gleichung drin steckt. Dazu möchte ich den Eintrag "Topologie" in meinem Web-Lexikon empfehlen.

    Wie man sich das anschaulich vorzustellen hat, ist natürlich schwierig. Die beste Analogie ist, dass das unendliche, flache Universum wie eine unendlich große, flache Ebene aussieht – ohne Begrenzung an den Rändern. Dieses Gebilde hätte sich im Urknall in der Inflationsära gebildet. Egal welche Krümmung es vor der Inflation gehabt hätte: Die inflationäre Ausdehnung hätte es platt gebügelt wie eine Tischplatte. Auf diese Art erklärt die Inflation elegant die beobachtete Flachheit des Universums.

    Die Ebene ist flach und hat eine unendliche Fläche, unendlich ausgedehnt in beiden Raumdimensionen. Demgegenüber ist eine andere Topologie wie der Zylinder nur noch in einer Raumrichtung unendlich, nämlich entlang der Zylinderachse, aber in der 2. Raumrichtung, nämlich entlang der Mantellinie, endlich! Eine schlauchartige Fläche wie der Torus ist in beiden Richtungen – entlang seiner Mantellinie und entlang seiner inneren Kreislinie – endlich und in sich geschlossen.

    Übrigens sind die Universen mit positiver Krümmung (k = 1) und negativer Krümmung (k = -1) nicht ganz ausgeschlossen. Es gibt immer einen Messfehler, so dass die Krümmung nicht unbedingt null sein muss. Bei positiver Krümmung ist das Universum geschlossen und endlich. Das Analogon, um sich das vorzustellen, wäre eine Kugelfläche. Bei negativer und verschwindender Krümmung kann (b) das Universum unendlich sein, muss aber nicht. Das hängt eben von der Topologie ab. Das Analogon zu einem Universum negativer Krümmung ist eine Sattelfläche, diese ist aber nicht isotrop (siehe auch Expertenfrage im Heft "Sterne und Weltraum", 3/2013, S.10)!

    Sie fragen weiterhin, ob der Zustand schon im Urknall unendlich war. Darüber lässt sich nichts sagen bzw. könnten man das sowohl bejahen, als auch verneinen. Denn in der Urknallsingularität bei R = 0 bricht die Standardtheorie (Allgemeine Relativitätstheorie, ART) in sich zusammen. Beantworten könnten das nur Theorien, die über Einsteins ART hinausgehen. Spekulative Antworten liefern darauf Hawkings Quantenkosmologie (Vorläuferuniversum mit umgekehrter Zeitrichtung), das Ekpyotische Modell (ein stringtheoretisches Branenmodell, in dem unser Universum mit einem Paralleluniversum "zusammenklatschen") oder die Loop-Quantenkosmologie (es gab keine Singularität, sondern unser Universum entwickelte sich aus einem Vorläuferuniversum im "Urschwung").

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  11. Andreas Müller Antworten | Permalink

    @Kai Neuhaus

    So einfach ist es wohl leider nicht. :)

    Spuren von Gravitationswellen sollte es auf jeden Fall in dem Muster der CMB-Karte geben. Wie sie sich genau darin manifestieren, simulieren die Kosmologen mit Modellen. Die Information darüber steckt in der Polarisation der Hintergrundstrahlung.

    Die Polarisation der Hintergrundstrahlung unterscheidet man (in Analogie zur Elektrodynamik) in zwei Formen: E-Moden (E: in der Art des elektrischen Felds, "rotationsfrei") und B-Moden (B: in der Art des magnetischen Felds, "divergenzfrei"). Dazu gibt es sehr gute Erläuterungen und schöne, anschauliche Darstellungen bei den Kosmologen in Berkeley.

    Polarisation tritt auf, sobald die CMB-Photonen an freien Elektronen im Urgas gestreut werden (Thomson-Streuung). Das ist ein reiner Effekt der Plasmaphysik. Da die mittlere freie Weglänge der Photonen am Ende der Rekombinationsepoche, etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall, plötzlich sehr groß wurde ("das Weltall wurde durchsichtig"), entstand hierbei der wesentliche Beitrag der E-Moden-Polarisation, der im CMB-Muster noch nachweisbar ist.

    Interessanter wird es bei den B-Moden, denn sie enthalten den Modellen zufolge den wesentlichen Anteil der Spuren von der Inflation und von Gravitationswellen. Die Gravitationswellen dehnen und strecken die Wellenlänge der CMB-Strahlung, was im CMB-Muster nachgewiesen werden könnte.

    Die CMB-Polarisation wurde erstmals 2002 im Experiment Degree Angular Scale Interferometer (DASI) am Südpol nachgewiesen (ein nature paper).

    Die E-Moden werden erst im Temperaturfluktuationsbereich von wenigen Mikrokelvin sichtbar und wurden erstmals 2004 mit dem Experiment CBI nachgewiesen.

    Schwieriger ist es bei den B-Moden: Sie treten erst bei Fluktuationen von 0,1 Mikorokelvin in Erscheinung und wurden bislang noch nicht nachgewiesen!

    Einer der wichtigen nächsten Schritte in der Analyse der PLANCK-Daten wird sein, die Polarisation der Hintergrundstrahlung auszuwerten. Die generelle Schwierigkeit in der Analyse ist, dass die ursprünglichen E- und B-Moden vom Vordergrund (Galaxien, Staub etc.) "verwischt" werden. Vor allem darin steckt die Information über Inflation und Gravitationswellen, die sich im Urknall selbst und kurz danach gebildet haben sollen.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  12. M. Z. Antworten | Permalink

    Stellen wir uns vor, dass das Universum nur aus zwei Gegenständen besteht: aus einem "Urknallaugenblick", der in der tiefstmöglichen Vergangenheit liegt und aus der Gegenwart, in der wir stehen.
    Alles, was wir in einem solchen Universum betrachten gehört der Vergangenheit.
    Wir beobachten, dass der Urknallaugenblick sich von uns "entfernt". Wir interpretieren diese Beobachtung als Beweis dafür, dass sich unser Universum insgesamt ausdehnt. Aus unserer Perspektive betrachtet stimmt das auch, doch würde es auch stimmen aus der Perspektive eines Beobachters, der das Universum im Augenblick des Urknalls betrachtet und in SEINE Vergangenheit schaut?
    Der zeitliche Maßstab, den wir dazu benutzen, die dynamische Richtung der Universumsveränderung als expansiv zu bestimmen muss umgekehrt werden, da wir stets die Vergangenheit des Universums betrachten, nicht etwa seine Gegenwart. Zu behaupten, das Universum expandiere gegenwärtig ist nicht richtig, denn alle Indizien dieser "Expansion", ausnahmslos der Vergangenheit angehören.
    Ein Denkmodell: Eine Videokamera und eine altmodische CRT Röhre. Wir zerschlagen die Fernsehröhre - es folgt eine Implosion.
    Alles wird per Video aufgenommen. Wenn wir die Videoaufnahme rückwärts laufen lassen werden wir eine Explosion des Röhrenmaterials betrachten, die solange andauert, bis sich das Glas zur makelloser CRT-Röhre ausdehnt - genau das beobachten wir im Universum: eine kausal verkehrte Chronologie, welche die Implosionsbewegung aus unserer Perspektive als Expansion sehen lässt.
    Wir betrachten, indem wir immer weitere räume des Universums erreichen, immer tiefere Vergangenheit, welche sich von uns entfernt. Stellen wir die Vergangenheit als Ausgangspunkt der Bewegung und als Position eines Betrachters erhalten wir das Bild eines in die Zukunft kollabierenden Universums.

    Hat jemand eine Meinung dazu?

  13. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Wir schauen immer in die Vergangenheit, wenn wir in den Kosmos blicken. Genauso ginge aber anderen Beobachtern, die von uns u.U. Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das erklärt sehr schön die Analogie des "Luftballon-Modells", das Sie sicher kennen. Das bedeutet, dass andere Beobachter, egal wo sie sind, ebenfalls ein beschleunigt expandierendes Universum sehen würden. Sie sehen auch dieselbe Urknallsingularität, die wir sehen.

    Ein in Zukunft wieder kollabierendes Universum ist von der Theorie her schon in den klassischen Friedmann-Modellen gestattet. Nur benötigen Sie dann genügend viel Materie, um die Expansionsbewegung aufzuhalten (Technisch: die mittlere Dichte muss oberhalb der sog. kritischen Dichte wie sie in der "Friedmannologie" definiert ist liegen). Das beobachten die Kosmologen aber nicht, wie nun der Satz der kosmologischen Parameter der PLANCK-Daten erneut bestätigt!

    In nicht-klassischen Modellen, wie dem Zylischen Modell, das auf einem Branenmodell bzw. der Stringtheorie basiert, könnte es erneut zu einem Urknall kommen. Der nächste "Knall" würde unabhängig vom Satz der kosmologischen Parameter wieder geschehen, nämlich dann, wenn unser Universum (erneut) mit einem Paralleluniversum kollidiert. Nur ist dieses Modell ist extrem spekulativ, zumal es keinerlei experimentelle Hinweise auf die Existenz von räumlichen Extradimensionen gibt.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  14. M. Z. Antworten | Permalink

    Vielen Dank...ich habe mich mit Ihnen geduzt, daher schlag ich vor, dass wir die informelle Option vorziehen.
    Ja, das was Du sagst stimmt und gegen die perspektivische Äquivalenz sage ich auch nichts. Was ich meine ist eben diese Vergangenheit, die wir und alle anderen Betrachter bei jeder Beobachtung empfangen.
    Beobachten wir immer tiefere Vergangenheit, je tiefer wir in den Kosmos schauen, betrachten wir einen rückwärts laufenden Film, der uns die verkehrte Kausalität eines sich explosiv ausdehnenden Universums zeigt. Wenn wir den Film jedoch "richtigrum" angucken würden, würden wir die Kausalität einer implosiven Bewegung betrachten (also die Kausalität eines in unsere Richtung kollabierenden Universums). Es geht mir um nichts anderes, als um den Fluss der Zeit oder die Chronologie der Ereignisse.

  15. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Hm, die Zeitrichtung ist doch eindeutig festgelegt. Das ist sie in Gestalt des kosmologischen Zeitpfeils in den Friedmann-Modellen, wenn wir der sog. kosmischen Zeit folgen mit (klassisch) t = 0 im Urknall und t = 13,8 Mrd. Jahre in unserem heute.
    Das ist sie auch in Gestalt des thermodynamischen Zeitpfeils (der mit dem kosmologischen zusammenhängt) gemäß der beobachteten Zunahme der Entropie.

    Ich sehe da keine Möglichkeit die Zeitrichtung einfach herumzudrehen, ohne den 2. Hauptsatz der Thermodynamik zu verletzen.

    Genau das vertiefe ich übrigens in meinem Buch "Raum und Zeit" (Link rechts oben).

  16. M. Z. Antworten | Permalink

    Entropie spielt hier keine Rolle, weil wir nicht über den Zeitpfeil reden, sondern über den Zeitpfeil der Betrachtung.
    Der zeitliche Pfeil der Betrachtung ist stets in die Vergangenheit gerichtet, also zeitverkehrt, nicht wahr?
    Die Konsequenzen finden statt vor den Ursachen...das Bild des Mondes (Konsequenz) ist jünger als das Bild des Jupiters (Ursache)...obwohl es eigentlich umgekehrt gesehen werden müsste

  17. M. Z. Antworten | Permalink

    @ Andreas

    Die Konsequenzen finden statt vor den Ursachen...das Bild des Mondes (Konsequenz) ist jünger als das Bild des Jupiters (Ursache)...obwohl es eigentlich umgekehrt gesehen werden müsste...um dem Universum eine expandierende Dynamik zu bescheinigen.
    Der kosmologische Zeitpfeil und der Zeitpfeil der Betrachtung stehen sich entgegen.
    Deshalb, wenn wir betrachtend feststellen, das sich das Universum ausdehnt ist diese Feststellung, als Konsequenz der Beobachtung, bezüglich des kosmologischen Zeitpfeils zeitverkehrt.
    Wir betrachten keine Expansion...wir sehen sie, doch in Wirklichkeit (zeitpfeilkonform) muss sie eine Implosion sein...

  18. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ok, im "Zeitpfeil der Betrachtung" sehen wir eine Implosion; dieser Zeitpfeil zeigt uns jedoch Akausalitäten. Wir müssen in daher herumdrehen, um die realen Abläufe zu beschreiben.

    Und weiter? Worauf willen Sie hinaus?

  19. M. Z. Antworten | Permalink

    @Andreas (jetzt komme ich durch)

    Im "zeitpfeil der Betrachtung" sehen wir genau das, was wir sehen: eine Expansion. Akausal ist diese Betrachtung bezogen auf den thermodynamischen oder kosmologischen Zeitpfeil.
    Wenn wir den kosmologischen Zeitpfeil als den primären annehmen (müssen wir ja, allein schon wegen dem 2. Grundsatz der TD), dann müssen wir unsere Perspektive (Beobachtungszeitpfeil) verkehrt interpretieren. Statt Expansion erhalten wir dann eine Kontraktion.
    Neue Kosmologie - darauf will ich hinaus.

  20. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Hm, wenn ich Ihrem Gedankengang folge, so würde ich sagen, dass das nicht gerechtfertigt ist: Im "Zeitpfeil der Betrachtung" sieht man eine Kontraktion, nämlich zu höheren, kosmologischen Rotverschiebungen (Entfernungen) hin ein immer kleineres und heißeres Universum.

    Wenn Sie nun invertieren, wird daraus die Expansion, wie sie der zunehmenden kosmischen Zeit folgt.

  21. M. Z. Antworten | Permalink

    @ Andreas

    Andreas, Du kannst mich duzen - bin total unbedeutend.
    "sieht man...ein immer kleineres und heißeres Universum"
    Das stimmt leider nicht, obwohl es konsenstheoretisch in sich stimmig sein mag.
    Wenn Du von einem immer kleiner werdenden Universum sprichst, dann müsstest Du dich als Beobachter im Randbereich eines überschaubaren Raumes platzieren. Doch wir sehen den Urknall nicht als einen Punkt im Raum, sondern gleichmäßig im Raum verteilt (siehe Dein Hintergrundstrahlungsartikel). D.h. wir befinden uns stets ungefähr im Zentrum des Universum, wobei die Raumzeit samt immer höher rotverschobenen Materie immer umfangreicher wird (expandiert). Paradoxerweise wird das beobachtete Universum immer umfangreicher und heißer (deshalb sehen wir eben seine Expansion)
    Wenn ich mir den Urknall, wie ich den durch Planck-Bilder "sehe" in der Vergangenheit vorstelle und wenn ich mich selber in der Gegenwart erfahre, dann heißt es für mich, dass das Universum von der unvorstellbaren Anfangsgröße (der PLANCKBILDER) auf meine lokale (punktförmige) Gegenwartsgröße geschrumpft.

    Hier findest Du eine Grafik, welche Dir holzschnittartig zeigt, was ich mit dem ganzen meine:
    http://perspektivenlogik.wordpress.com/...pektive/

  22. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ich glaube, wir verwenden in vielen Fällen einfach unterschiedliche Bedeutungen für bekannte Begriffe.
    Wenn ich mir die verlinkte Abbildung anschaue, finde ich den Begriff "Vektor" ebenfalls in einer anderen Bedeutung wieder, als ich in in der Mathematik kennen gelernt habe.

    Wenn wir uns nicht auf eine gemeinsame Sprache, die der Naturwissenschaften und Mathematik einigen, dann erschwert das unsere Kommunikation erheblich, und es wird sehr mühsam.

    Ich geb' auf. :)

  23. M. Z. Antworten | Permalink

    hahaha
    Dass Du mich nicht verstehst kann doch nicht etwa daran liegen, dass ich das Wort "Vektor" nicht mit mathematischer Präzision benutze. Du verstehst mich nicht, weil Du nicht verstehst, wovon ich spreche, bzw. das, wovon ich spreche das Ende deiner speziellen Berechtigung bedeutet.
    Das hat mit den Worten nichts zu tun.
    Egal, ich gebe auf

  24. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ende meiner Berechtigung? Da musste ich breit grinsen. Ich fühle mich echt nicht bedroht. Im Gegenteil: Viel Erfolg bei der Ausarbeitung der "Neuen Kosmologie"! Ich fürchte nur, dass es schwer wird die etablierten Kosmologen zu überzeugen.

  25. M. Z. Antworten | Permalink

    @aAndreas

    Nichts für Ungut Bruder, ich wollte nicht unhöflich sein - ich schätze dich und deine Arbeit sehr.
    Ich bin auch weit davon entfernt, dir keinen schönen Abend zu wünschen.
    Ich würde mich freuen, Dir meine bescheidene Position irgendwann zu erklären.

  26. Kai Neuhaus Antworten | Permalink

    Anomalie Nr 2 wegen Gravitationswelle?

    @Andreas Müller:
    Vielen Dank für die Erklärungen.
    Wie so oft ist diese Welt komplizierter, als man es als Laie gemeinhin glaubt. ;o)

    Kann man denn aus den PLANCK-Daten die 0,1-Mikrokelvin-Fluktuationen herausarbeiten, um die B-Moden zu entdecken?
    Oder ist eine Nachfolgemission geplant, die diese Empfindlichkeit erreicht?

    @M.Z.
    Wie so oft ist diese Welt komplizierter, als man es als Laie gemeinhin glaubt!

  27. M. Z. Antworten | Permalink

    @Kai Neuhaus

    haben bestimmt auch die gesagt, welche Galilei überzeugen wollte

  28. Paul Stefan Antworten | Permalink

    Paul Stefan @ Andreas Müller

    Vielen Dank für Ihre ausführliche Erklärung und Ihre links!

    Ganz klar ist mir das noch nicht. Ich hatte mich aber nicht ganz klar ausgedrückt und meinte eigentlich einen Zeitpunkt kurz nach dem Urknall und zu Beginn der Inflation. Wenn das Universum vor der Inflation geschlossen gewesen sein sollte, hatte es vermutlich eine endliche Energie. Wenn es dann topologisch in ein unendliches Universum überführt wird, hat es dann eine unendliche Energie??

    Beste Grüße

    Paul Stefan

  29. Andreas Antworten | Permalink

    @Paul Stefan

    Puh, jetzt wird es kompliziert mit Betrachtung von Spezialfällen.

    Was genau in der Inflationsepoche geschieht, hängt sehr vom betrachteten Inflationsmodell ab, und da gibt es einen ganzen Zoo – sicherlich mehr, als ich zu überblicken vermag. Ich möchte da also nicht meine Hand dafür ins Feuer legen, was in dem ein oder anderen Modell so alles passieren kann.

    Dennoch kann man recht allgemeine Aussagen über offene und geschlossene Universen (zumindest auf der Basis des Standardmodells: ART) lesen, die ich hierzu erwähnen kann:

    Geschlossene Universen haben auch einen endlichen Energieinhalt. Hier wäre der Energieerhaltungssatz – an dem die Physiker sehr hängen! –, also gültig.

    Offene Universen dürfen den Energieerhaltungssatz verletzen bzw. können eine unendliche Energie haben.

  30. Andreas Antworten | Permalink

    @Kai Neuhaus

    Ja, PLANCK soll die Fähigkeiten haben, um B-Moden zu entdecken. Dazu gibt's auch eine Publikation von Efstathiou & Gratton.

    Zurzeit gibt es allerdings mit den Daten noch Analyseprobleme (nachzulesen in o.g. paper I), so dass die Polarisationsanalyse noch eine Weile auf sich Warten lassen wird. Die Ergebnisse dieser Analyse werden wirklich spannend werden! Lassen wir mal die o.g. Anomalien beiseite, steckt in den Polarisationsmessungen das größte Potenzial für wissenschaftliche Durchbrüche!

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  31. M. Z. Antworten | Permalink

    also Jungs, wenn ihr glaubt die Schlacht gewonnen zu haben....so einfach ist es nicht, wie der Laie sich gemeinhin vorstellt

  32. Kai Neuhaus Antworten | Permalink

    ;o)

    @M.Z.
    Ich fühle mich geschmeichelt, von Ihnen zitiert zu werden! ;o)

  33. M.Z. Antworten | Permalink

    Kosmologie der Mitte

    Es ist zu Bedauern, dass eine interessante Diskussion derart durch Emos und gekränkten Stolz beeinflusst und verzerrt wird.
    Ich möchte trotzdem zum Punkt kommen und meine Position klarstellen. Ich tue es gerne für all diejenigen, welche die gestrige Diskussion verfolgt haben (werden)...

    Wenn man die PLANCK-Bilder, welche Andreas seinem Artikel angehängt hat, anschaut, versteht man eines: das, was wir als Hintergrundstrahlung definieren, das, was in bildlicher Form dargestellt wird, das also, was wir "die Überreste des Urknalls" nennen ist erstens sehr weit von uns entfernt, zweitens kommt von überall her, drittens ist das Abbild eines Ereignisses, das vermutlich in einem einzigen Punkt geschehen ist und zu dessen Bestandteilen alles, was wir heute beobachten, alles was der Fall ist, zählte.

    These: jeder mögliche Beobachter innerhalb des Universums sieht dieses Phänomen genau so, wie wir es sehen.
    Beweis: die Genese aller Beobachter und aller Beobachtungsorte im Universum ist unserer gleich - alles hatte seinen Ursprung in einem einzigen Punkt im Augenblick des Urknalls - alle Orte des Universums, unabhängig wo sie sich gegenwärtig befinden, waren Bestandteile des gleichen Ereignisses, dessen Überreste wir als Hintegrundstrahlung empfangen.
    Wenn wir die Hintergrundstrahlung als ein Phänomen sehen, das uns von überall her erreicht und davon ausgehen, dass alles im Universum im Augenblick des Urknalls in enem einzigen Punkt sich befand, dann müssen wir annehmen, dass die Perspektive eines jeden Beobachters seit Beginn der Zeit, stets die eines unmittelbar beteiligten (gewesen) ist.
    D.h. Die aperspektive auf die Hintergrundstrahlung wäre unmittelbar nach dem Urknall dieselbe sein wie heute (von den offensichtlichen Unterschieden wie Temperatur etc. abgesehen).
    Das Problem, das wir mit dieser Vorstellung haben ist die Perspektive - wir stellen uns den Urknall als eine Explosion, die wir als Unbeteiligte (von Außen) anschauen. Diese Perspektive ist falsch - richtig wäre sich den Urknall von Innen betrachtend vorstellen-

    1. jeder Beobachter, zu jeder Zeit ist ein Bestandteil des Universums, auch zum Zeitpunkt des Urknalls (die gesamte TV- und Computerikonografie des Urknalls ist daher falsch und irreführend - Urknall soll stets aus der Perspektive des Inneren einer Explodierenden Kugel dargestellt werden)

    2. Urknallaugenblick ist aus der Perspektive der Mitte ein Ereignishorizont, der sich vom Betrachter wegbewegt (und da er den Betrachter vollständig umhüllt /einschließt entsteht der Eindruck, dass der gesamte Raum expandiert).
    Doch warum expandiert dieser "Ereignishorizont" immer schneller?
    Davon habe ich gestern mit Andreas gesprochen...

    3. Es besteht eine deutliche Diskrepanz zwischen der primären Kausalität des Universums und der Kausalität der Beobachtung. Ein Beobachter sieht die Ereignisse in umgekehrten Reihenfolge bezogen auf den kosmologischen Zeitpfei und die Objektentfernung - je weiter ein Objekt entfernt ist, desto älter sein Bild
    Denkmodell: stellen wir uns nun ein Universum vor, das ausschließlich aus dem Urknall, dem Mond und der Erde besteht. Die Kausalität dieses Universumsmodells ist einfach: die Ursache allen Seins ist der Urknall, seine Konsequenzen sind der Mond und die Erde.
    Die Kausalität aus der Perspektive des Urknalls entspricht dem thermodynamischen Zeitpfeil, Zeitpfeil der Beobachtung ist akausal - die Konsequenzen geschehen vor den Ursachen (aus der Sicht eines irdischen Beobachters ist der Mond - die Konsequenz des Urknalls - jünger als seine Ursache - der Urknall. FÜR DEN IRDISCHEN BEOBACHTER GESCHEHEN DIE KONSEQUENZEN VOR DEN URSACHEN = KOSMOLOGISCHE AKAUSALITÄT DER BETRACHTUNG.

    4. Was sich daraus ergibt ist einfach - Wir müssen die Kausalität der Beobachtung umkehren, um die Wirklichkeit richtig zu sehen. Tuen wir das, ergibt sich ein Bild eines in Richtung der Gegenwart kollabierenden Universums.
    Daraus ergeben sich viele anderen Konsequenzen (z.B. die Nichtnotwendigkeit der Dunklen Energie in den kosmologischen Modellen), von den allerdings zu sprechen würde Eure Aufnahmebereitschaft auf eine harte Probe stellen.

    Ich hoffe, ich habe mich etwas klarer als gestern ausgedrückt und bitte um Verzeihung, wenn ich jemanden gekränkt habe. Es liegt natürlich an mir, wenn mich die Leute nicht verstehen. Es ist allerdings nicht der einfachste Stoff, um den es hier ging.
    Schöne Zeit und besucht mich ab und an auf meiner Seite. Dort wird alles ausführlicher erklärt.

  34. Kai Neuhaus Antworten | Permalink

    Stolz und Voruteil

    Was mich betrifft bin ich nicht gekränkt! ;o)

    Ich möchte aber, als Laie, der in wissenschaftlichen Veröffentlichungen nie etwas anderes als das gelesen hat, über mein Verständnis des Zeitfeils im Gegensatz zu Ihrem schreiben.

    Sie haben das schöne Bild eines Fernsehfilms gebracht und sagen nun, dass wir beim Blick in die Weiten des Universums sehen, wie dieser Film rückwärts läuft und sich so die Kausalität umkehrt.

    Dieses Bild ist jedoch falsch!
    Ich bin so frech und stelle diese Aussage als Tatsache dar, weil ich wie gesagt noch nie etwas Gegenteiliges gelesen habe. Wenn Sie andere Quellen haben ausser Ihre eigenen Theorien bitte ich um Quellenangaben.

    Um bei Ihrem Bild zu bleiben, sehen wir den Film hier auf der Erde zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Wenn von hier bis zum Rand des beobachtbaren Universums ganz viele Fernseher sind, die diesen Film zeigen, dann sieht man bei jedem TV, der noch weiter weg ist, den Film zu einem früheren Zeitpunkt.
    ABER DIE HANDLUNG AN SICH AUF JEDEM DIESER GERÄTE FOLGT UNSEREM ZEITPFEIL UND LÄUFT NICHT RÜCKWÄRTS.

    MfG

  35. M. Z. Antworten | Permalink

    Was Sie betrifft verstehe ich die Kausalität so: Sie können nicht gekränkt sein, weil Sie nicht an der Diskussion teilgenommen haben, ohne Sie kränken zu wollen...
    Ich entdecke viel und ich bearbeite viele Baustellen gleichzeitig. Als ich entdeckt habe, dass die meisten Lösungen durch logische Blockaden verhindert werden und als ich daraufhin mein logisches System halbwegs fertig entworfen habe, habe ich überlegt wie ich diese Logik nennen soll - ich dachte mir, es müsste so etwas wie "Perspektivenlogik" sein...ich googelte danach und es wurden weltweit 0 Einträge gefunden. Wenn Sie heute danach googeln, finden Sie 4 erste Seiten voll von meinen Publikationen.
    Ich bin so frech und behaupte, dass Sie wirklich nichts anderes lesen konnten - mit dem kosmologischen Modell, das Sie kritisieren, ist es ähnlich wie mit der Perspektivenlogik - ich habe mir das ganze ausgedacht.

    Was Ihre Kritik angeht - vielen Dank dafür - ich kann mit Ihrem Bild nichts anfangen - es enthält einen Kategoriefehler (Ihr Kritikpunkt ist inkompatibel zu den gestellten Thesen...rein logisch) Es ging mir nicht um einen Film, der früher oder später zu sehen ist, es ging um die Aufnahme der Röhrenimplosion, welche rückwärts angeschaut eine Explosion gewesen wäre.
    Was Ihren Standpunkt angeht:
    Für jeden einzelnen Fernseher gilt genau das Modell, das ich entworfen habe.

    Warum hassen Sie mich?

  36. Kai Neuhaus Antworten | Permalink

    ...

    Sehr geehrter Herr M.Z.,

    ich hasse Sie nicht noch sonst einen Menschen und werde mich aus dieser Diskussion ausklinken.

    Ein schönes Restwochenende noch.

  37. Andreas Müller Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ich dachte, Sie geben auf? :)

    Also das, was Sie im Beitrag "Kosmologie der Mitte" geschrieben haben, kann ich gut nachvollziehen und entspricht auch in so ziemlich allen Teilen der Sichtweise gemäß der gängigen Lehrmeinung. Natürlich müssen wir beim Blick in die Weiten des Kosmos, die Bilderreihenfolge, wie wir sie sortiert nach "zunehmender Tiefe sortiert" wahrnehmen, umkehren, damit wir eine kosmologische Entwicklung ableiten können. Das ist schon lange bekannt und nichts Neues.

    Daher frage ich: Wo ist hier der Ausgangspunkt zu einer "Neuen Kosmologie"? Oder bitte mal in 3-5 Sätzen ausgedrückt, was ist neu an Ihrer "Theorie"?

    Außerdem möchte ich betonen, dass ich die Diskussion immer sachlich geführt habe (siehe oben). Von einer emotional geführte Diskussion oder gekränktem Stolz kann zumindest von meiner Seite aus keine Rede aus.

    Bleiben wir bitte sachlich.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  38. E.S. Antworten | Permalink

    Gedanke von M.Z.

    Bin gerade auf dieses Forum gestossen und möchte Allen, aber vor allem Ihnen Hr. Andreas Müller, für Ihren Beitrag in diesem Forum sehr danken.
    Ich find den Gedanken von M.Z. auch sehr interessant, möchte ihm auch ein paar Zeilen widmen; weiss aber auch, dass man irgendwann auch ein Ende finden muss und kann nicht erwarten, damit nun gleich einen Experten umzustimmen.

    Ich glaube M.Z. meint Folgendes:
    U p1 p2 p3 p4 B
    U= Urknall
    B= heutiger Beobachter
    p1,p2,p3,p4 = Punkte, Abst symb. beschl.
    Exp. Von B aus betrachtet ensteht
    genau das umgedrehte Bild

    Ich habe mich vor etlichen Jahren mal in einer eigenen Webseite dem Thema gewidmet - unmöglicher Schreibstil, Hauptbeitrag in sich oft widersprüchlich und eigentlich dem Forum nicht würdig, so meine heutige selbstkritische Einschätzung.
    Ich erwähne es nur, weil der Unterbeitrag (Konsequenzen) zum M.Z. Gedanken viel Verwandtschaft zeigt.

  39. M. Z. Antworten | Permalink

    @ Ansreas

    Wer sagt da, ich hätte von dir gesprochen, zeig mir den....:)
    Das, was Du "Theorie" nennst ist ein Bruchteil dessen, was ich in jahrelanger Arbeit ausgearbeitet habe und was nur zum Teil mit Kosmologie zu tun hat.
    Doch davon hier zu sprechen wäre "kontraintuitiv".
    Was diesen kleinen Bruchteil angeht:
    Neu an dieser Vorstellung ist, dass sie die Umkehrung unseres Universumsbildes anregt und die Unumgänglichkeit dieser aufzeigt*.
    Dadurch entsteht zB die Möglichkeit, die beobachtete, beschleunigende Universumsexpansion nicht als Effekt der Auswirkung einer hypothetischen dunklen Energie, sondern als Urknalleffekt zu interpretieren. Bereiche der beschleunigten "Expansion" sind räumlich gesehen in der Nähe des energetischen Höhepunktes des Universums (Urknallsnähe), deshalb bewegen sie sich (zeitverkehrt) mit entsprechend hoher Geschwindigkeit weg von der Urknalllinie (ich mache hier den gleichen Fehler, der überall begangen wird - ich benutze Präsens, aber ich bemerke es auch).

    *zurück zum Fernseh-Metapher: Sie entspricht zufälligerweise dem dynamischen Bild, mit dem wir im Universum zu tun haben. angenommen es gibt zwei Menschen A und B. A würde sich im Besitz einer Videokamera befinden, mit dieser würde er die Implosion einer altmodischen CRT-Röhre filmen. A könnte dann B überzeugen, dass die CRT-Röhren explodieren. B´s Bedenken würde er mit seiner VideoAufnahme beseitigen, die er rückwärts laufen ließe.
    Für B stünde die Gewissheit einer explosiven Dynamik außer Frage, doch seine Überzeugung würde auf A´s gemeinen Lüge fußen. Die Wahrheit wäre natürlich - eine CRT-Rohre implodiert.
    Darum (parallel) muss das Expansionsbild des Universums sich ändern. Unsere Perspektive erschafft eine falsche Vorstellung von Wirklichkeit. Unsere Überzeugung fußt auf einer gemeinen Lüge der verkehrten Wahrnehmung.

    Wenn das nix Neues ist, dann werde ich zum Bäcker

  40. M. Z. Antworten | Permalink

    @E.S.

    Vielen Dank, für Ihr Interesse.
    Es ist so, dass ich mich als eine Art Rückkopplung ansehe, mit dieser Rückkopplung kann ich die Historie der allgemeineren Schleife beeinflussen.
    Das ist meine Aufgabe
    Leider sind die Teilnehmer der allgemeineren Schleife fast nie erfreut, gestört zu werden.
    Wie alt waren Sie als sie es geschrieben haben?

  41. Andreas Müller Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Hm.

    Ich versuche ja Ihre Ausführungen zu verstehen und darin neue Ansätze für die Kosmologie zu erkennen. Aber leider finde ich – gemessen am Standardmodell der Kosmologie – in den einigen ihrer Erklärungen Missinterpretationen; auf der anderen Seite schreiben Sie (z.B. im Beitrag "Kosmologie der Mitte") Etabliertes, das ich unterschreiben macht. Dieser Mix aus angemessenen und unangemessenen Erklärungen macht es mir so schwierig, zu erkennen, was Ihr neuer Ansatz ausmacht.

    Zwei Beispiele zu meines Erachtens unangemessenen Erklärungen gibt es in Ihrem letzten Post.
    1) Sie schreiben: "Neu an dieser Vorstellung ist, dass sie die Umkehrung unseres Universumsbildes anregt und die Unumgänglichkeit dieser aufzeigt." – Was soll das bitte heißen? Sollen wir nun den thermodynamischen Zeitpfeil aufgeben? So verstehe ich Sie. Und dazu wäre ich als Physiker nicht bereit.

    2) Weiterhin schreiben Sie:
    "Bereiche der beschleunigten 'Expansion' sind räumlich gesehen in der Nähe des energetischen Höhepunktes des Universums (Urknallsnähe), deshalb bewegen sie sich (zeitverkehrt) mit entsprechend hoher Geschwindigkeit weg von der Urknalllinie."
    Das ist auf jeden Fall ein Widerspruch zur gängigen Lehrmeinung und zum Standardmodell der Kosmologie, welches besagt: Kurz nach dem Urknall (nach der Inflationsära) war die Dunkle Energie überhaupt nicht relevant! Es gab in dieser Epoche auch gar keine beschleunigte, sondern eine verzögerte Expansion.
    Die Dunkle Energie wurde erst viel später – Milliarden Jahre nach dem Urknall – relevant, als alle anderen Materie- und Energieformen durch die Ausdehnung zu weit ausgedünnt waren. Die Dunkle Energie ist ein Effekt später, kosmologischer Epochen, nämlich in unserem lokalen Universum.
    Anfänglich verzögerte Ausdehnung und später beschleunigte Ausdehnung sehen Sie, wenn Sie der roten Kurven in diesem WMAP-Plot von links nach rechts folgen. Die Kurve berechnet sich aus einem Friedmann-Weltmodell (also aus der ART), wenn man die mit WMAP, PLANCK etc. gemessenen Parameter (Anteile Dunkler Materie, Dunkler Energie, Flachheit etc.) zugrunde legt.

    Wir kommen in unserer Diskussion nicht zusammen, weil sie Thesen aufstellen, die meines Erachtens in zu krassem Widerspruch zur Standardkosmologie stehen. Ich will ja nicht sagen, dass die Standardkosmologie der Weisheit letzter Schluss ist – unerklärliche Probleme gibt es da genug.

    Aber man muss mit scharfem Auge schauen, welche Konzepte man aufgibt und welche man in einer kosmologischen Theorie einbettet. Vor allem muss man immer wieder die Theorie an den Beobachtungen messen. Und hier ist mir eben nicht klar, welche grundsätzlich neuen Erklärungen, Aussagen und Vorhersagen Ihre Hypothesen machen.

    Sie sind den Beweis schuldig geblieben, was Ihre Hypothesen für unser naturwissenschaftliches Weltbild bringen.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  42. M. Z. Antworten | Permalink

    @ Andreas

    Ich bemühe mich sehr.
    ok konzentrieren wir uns auf Ihren Einwänden...die werde ich schön sauber aus dem Weg schaffen...das kann ich.
    Und bitte, nicht mit unangemessen übertreiben, ich bringe etwas Neues ins Spiel - meine Argumentation ist nicht unqualifiziert und nicht unangemessen - ich warte bis es in Deinem Kopf klick macht Andreas - im schlimmsten Fall musst Du alles vergessen, was in Deiner Schleife Rolle spielt...

    1)Thermodynamischer Zeitpfeil bleibt unangetastet. Wir müssen zwei Dinge auseinanderhalten: das, was Wirklich der Fall ist und das, was wir wahrnehmen und für wahr halten.
    Ich spreche seit gestern von zwei Zeitpfeilen - von dem thermodyn. und dem Zeitpfeil der Betrachtung. Nur der thermodynamischer Pfeil kann als gültig verstanden werden. Der Zeitpfeil unserer Wahrnehmeng bedarf der Umkehrung. Die Unumgänglichkeit dieser Umkehrung versuchte ich in der Fernseh-Metapher auszudrücken (gemeine Lüge unsere verkehrten Wahrnehmung - ja das ist unangemessen, aber bildhaft)

    2)Aus unserer Perspektive (der Expansion) spielt die Dunkle Energie tatsächlich keine Rolle in Urknallnähe, doch sie spielt Rolle in dem gesamten sich ausdehnenden Raum des Standardmodells (der umkehrungsbedürftig ist)
    "Bereiche der beschleunigten 'Expansion' sind räumlich gesehen in der Nähe des energetischen Höhepunktes des Universums (Urknallnähe), deshalb bewegen sie sich (zeitverkehrt) mit entsprechend hoher Geschwindigkeit weg von der Urknalllinie."
    Aus der Perspektive des Standardmodells bewegen sich die "Bereiche der beschleunigten Expansion" in Richtung der Urknalllinie und ihre Geschwindigkeit erhöht sich sukzessiv (deshalb sprechen wir von der beschleunigten Expansion, die wir beobachten. Aus der "verkehrten" Perspektive meines Modells verhält es sich umgekehrt - in Wirklichkeit bewegen sich diese Bereiche weg vom Urknall und ihre Geschwindigkeit verringert sich sukzessiv...bis sie im lokalen Jetzt gänzlich zum Stillstand kommt.

    Meine These stehen natürlich in zu krassem Widerspruch zur Standardkosmologie, sie haben mit dieser insofern zu tun, dass sie ihr teilweise gegenüberstehen.

    "Die Dunkle Energie ist ein Effekt später, kosmologischer Epochen, nämlich in unserem lokalen Universum."...Du meinst natürlich unser gegenwärtiges Universum, nicht lokales, oder? Und hier regt sich auch in mir der Widerspruch: Wir sprechen, wenn wir von den äußeren Bereichen des expandierenden Universums sprechen, von der Vergangenheit des Universums, nicht von seiner Gegenwart.
    Wir kommen ohne Blatt Papier und Bleistift nicht weiter
    Das Zauberwort heißt "Perspektivenwechsel"
    Grüße

  43. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ja, wir kommen ohne Blatt Papier und Bleistift nicht weiter.

    Und noch mehr: Die Naturwissenschaft ist eine exakte Wissenschaft und ihre Sprache ist die Mathematik. Irgendwann muss man auch mal eine Fundamentalgleichung formulieren und rechnen, sonst bleiben wir auf einem geisteswissenschaftlichen Niveau stehen.

    Wir könnten hier viel Prosaisches von uns geben und über Begrifflichkeiten und Definitionen streiten, aber das führt uns irgendwann nicht weiter. Irgendwie sind wir in einer Sackgasse.

    Gibt es Ihre Ansätze auch schon mathematisch ausformuliert? Auf Ihrer Website konnte ich nichts finden.

  44. M. Z. Antworten | Permalink

    Nein Andreas, was soll das denn?
    Du möchtest mich also mit der Mathematik-Keule erschlagen?
    Hast Du dir die Mühe gemacht meine letzte 1 und 2 zu lesen?
    Ich werde dir was sagen:

    Du wirst bald sehr viele Gleichungen auf meiner Website vorfinden und Du wirst dich wundern, was ich alles mit ihnen zum Ausdruck bringe und wie einfach und verständlich sie sind.

    Mathematik ist keine Kunst - sie ist ein INSTRUMENT, wie ein Hammer. Sie ist auch eine Wand, hinter der sich ein...Banderillero verstecken kann.

  45. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Ich hab's gelesen, aber ich frage mich nach wie vor, was es bringt.

    Zu 1): Was hilft mir der "Zeitpfeil der Betrachtung"?

    Zu 2): Was ist die "Urknalllinie"? Ich dachte, der Urknall war ein punktförmiges Ereignis in t=R=0. Sie verwenden immer wieder Begriffe, ohne zu erklären, was das ist. Wie soll man das dann – bei allem Wohlwollen – verstehen?

    Zum Stillstand: Das beobachten Astronomen nicht. Galaxien, Sterne, Planeten – alles bewegt sich in unserer unmittelbaren Umgebung und auch weit weg von uns.

    Auch wenn wir die Mathematik erstmal beiseite lassen. Was ist der neue Ansatz? Alle großen, erfolgreichen Theorien beruhen auf (von der Beobachtung motivierten) Axiomen (Newton) oder Postulaten (Einstein).

    Was ist Ihr Axiom? Welche Beobachtung(en) motiviert es?

  46. M. Z. Antworten | Permalink

    zu 1) hab nichts mehr als ich gesagt habe zu sagen...
    zu 2) Wie siehst Du das Bild der Hintergrundstrahlung, als einen Punkt?
    Ich interpretiere die PLANCK-Bilder als zweidimensionale Darstellung einer Kugel, einer Kugel, die das Universum enthält. Der äußerste Rand dieser Kugel ist die Urknalllinie, ist doch nicht schwer zu begreifen, oder?
    t=R=0 bei einem Modell des kollabierenden Universums ergibt t=R=0 in der Gegenwart
    "Zum Stillstand: Das beobachten Astronomen nicht. Galaxien, Sterne, Planeten – alles bewegt sich in unserer unmittelbaren Umgebung und auch weit weg von uns."
    Ich meine Stillstand, den wir in unserer LOKALEN GEGENWART wahrnehmen (bis sie im lokalen Jetzt gänzlich zum Stillstand kommt).
    ...Lokale Gegenwart ist mein Zimmer und ich vor dem Computer, nicht die Galaxie M31 - diese gehört jederzeit Vergangenheit an.
    Der Begriff "gegenwärtiges Universum" ist unangemessen, denn alles, was diesem "gegenwärtigen Universum" hinzugerechnet wird, gehört bereits der Vergangenheit an.

    Postulate? Meine GANZE POST IST VOLL von Postulaten.
    Ich hab keinen Nerv mehr auf diese Diskussion, aber ich hab viel gelernt...
    Andreas, ich habe dich überwunden.

  47. Paul Stefan Antworten | Permalink

    @ Andreas Müller

    Vielen Dank für die Antwort. Mit zwei Semester Physik reichen meine mathematischen Fähigkeiten leider nicht, um kosmologische Fragen näher auf den Leib zu rücken. Ich ahnte nicht, dass es so viele Inflationsmodelle gibt. Mein Nichtwissen ist aber immerhin auf sokratische Weise ein klein wenig begrenzt worden, vielen Dank!

    Beste Grüße

  48. Hoffmann Antworten | Permalink

    M.Z.

    Was Du machst, ist, die Erscheinung als Wesen zu postulieren. Aufgrund der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit blicken wir aus unserer Beobachterperspektive in die Vergangenheit. Wir sehen die Objekte im Universum so, wie sie einmal waren. Je weiter ein Objekt entfernt ist, um so "früher" ist dessen Zustand, wenn wir es wahrnehmen. Die Ursache dafür ist aber nicht eine verkehrte Kausalität - wie Du zu meinen nahelegst - sondern der Umstand, dass eine größere Entfernung eine größere Lichtlaufzeit nach sich zieht.

    Je weiter wir in den Raum hineinblicken, um so größer wird die scheinbare Projektionsfläche. Dies ergibt sich aus dem schlichten Umstand, dass wir uns als Beobachter im Zentrum einer scheinbaren Kugel befinden, dessen Radius beliebig groß ist - je nachdem, ob der Blick durch Objekte verstellt ist oder nicht. Die Projektionsfläche unserer optischen Wahrnehmungen ist jedoch immer kugelförmig - lediglich nahe Objekte können wir dreidimensional wahrnehmen.

    Da wir uns nun im Zentrum einer scheinbaren Kugel befinden und gewissermaßen von innen auf die Kugelfläche blicken, ergibt sich als maximale Entfernung das, was in der Kosmologie als Ereignishorizont bezeichnet wird. Jenseits davon befinden sich Objekte, die so weit entfernt sind, dass die Lichtlaufzeit nicht ausreicht, um die Distanz zu uns zu überbrücken.

    Der Mikrowellenhintergrund liefert uns jedoch Informationen über den Zustand, den das Universum hatte, in dem es sich vor etwa 13,8 Milliarden Jahren befand. Dass es sich dabei um eine Projektion in Gestalt einer Kugelfläche handelt, auf die wir von innen blicken, ergibt sich aus dem oben Gesagten. Es ist lediglich ein perspektivischer Effekt, der sich daraus ergibt, dass wir das Universum von innen heraus beobachten.

    Wäre es möglich, das Universum von "außen" zu beobachten, würden wir es auf uns zukommen sehen. Wir könnten dann eine Blauverschiebung der Objekte registrieren, die sich radial von den "schnellsten" Objekten gemessen graduell abschwächt. Da wir uns aber im Universum befinden, können wir es selbstverständlich nur von "innen" beobachten. Die gemessene Rotverschiebung im Innern des Universums zeigt uns nun, dass sich der Raum des Universums ausdehnt. Folglich beobachten wir eine Expansion und keine Implosion. Anderenfalls hätten wir eine Blauverschiebung.

    Dein Gerede von der Perspektivenumkehr ist daher völlig verfehlt und hat mit den realen Gegebenheiten nichts zu tun.

  49. Aend Antworten | Permalink

    Keine Dunkle Energie in Planck-Daten

    Lieber Herr Müller,
    vielen Dank erstmal für ihren informativen und gut verständlichen Artikel.
    Bei der Betrachtung der beiden Tortendiagramme, die den prozentualen Anteil der Energien bzw. der Materie heute im Vergleich zum Zeitpunkt der Entstehung der kosmischen Hintergrundstrahlung darstellt, fiel mir auf, dass es damals offensichtlich keine Dunkle Energie gab.
    Das irritiert mich ein wenig: Bisher ging ich davon aus, dass der Begriff "Dunkle Energie" für jene Kraft steht, die -entgegen der Wirkung der Gravitation- für die Expansion des Kosmos verantwortlich ist.
    Falls das so ist, und es in dieser frühen Phase des Universums keine Dunkle Energie gab, weshalb ist es dann nicht aufgrund seiner eigenen Gravitation kollabiert? Und wie konnte es vorher überhaupt -ohne Dunkle Energie- expandieren?
    Vielen Dank im voraus für die Beantwortung meiner Frage!

  50. Andreas Antworten | Permalink

    @Aend

    Dankeschön für die lobenden Worte und vor allem für Ihre sehr gute, vollkommen berechtigte Frage! Die Darstellung mit den Tortendiagrammen war mir wichtig, denn es ist ein weit verbreiteter Irrtum, dass die Dunkle Energie zu allen Zeiten die Dynamik des Universums dominierte. Das tut sie erst in unserem Jetzt – 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall.

    Tja, aber zu Recht fragen Sie nun, was dann die kosmische Expansion überhaupt in Gang brachte. Das war die bereits erwähnte Inflation, die kurze Phase extremer Ausdehnung zu extrem kurzen Zeiten nach dem Urknall, (aber zu Zeiten, die deutlich über der Planck-Zeit lagen).

    Das Universum hat sozusagen "den Schwung der anfänglichen, inflationären Phase mitgenommen". Danach wollte die Expansion eigentlich wieder "verhungern" und in Form einer verzögerten Expansion abnehmen. Doch während sich alle Materie- und Energieformen mit dem wachsenden Universum ausdünnten, blieb eine Energieform konstant und konnte nun – zu späteren Entwicklungsphasen – zuschlagen: die Dunkle Energie. Und zwar nicht irgendeine Form von Dunkler Energie, sondern eine ganz bestimmte: Einsteins kosmologische Konstante – wie nun auch die neuen PLANCK-Daten nahe legen.

    Dieses wechselseitige Ausdehnungsverhalten des Kosmos können Sie anschaulich verfolgen, wenn Sie der roten Kurven in diesem Diagramm von links nach rechts folgen. Die Kurve zeigt die Größe des Universums (sein "Weltradius") über der Zeit, und sie folgt rechnerisch aus der Friedmanngleichung der relativistischen Standardkosmologie (im Prinzip die mit kosmologischen Annahmen umgeformte Einsteinsche Feldgleichung der ART). Die rote Kurve ist am Anfang rechtsgekrümmt: das ist die verzögerte Expansion. Ausgerechnet bei "heute" (ein Koinzidenzproblem?) ändert sich ihr Krümmungsverhalten und sie wird linksgekrümmt: das ist die beschleunigte Expansion. Sie kann nur durch eine neue antigravitative "Kraft" erklärt werden, die Dunkle Energie genannt wurde.
    Auf dem anfänglichen, rechtsgekrümmten wollte die Gravitation der Dunkle Materie sozusagen die Expansion in einer Kontraktion umkehren. Dann wurde aber die Dunkle Materie so stark ausgedünnt bzw. die Dunkle Energie so dominant, dass die Dunkle Energie das "Ruder herumgerissen hat", hin zu einer beschleunigten Ausdehnung.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  51. Aend Antworten | Permalink

    Inflation und Dunkle Energie

    Lieber Herr Müller,
    vielen Dank für Ihre Antwort! Wenn ich Sie richtig verstehe, war also die kosmische Inflation für die erste expansive Phase des Universums verantwortlich, die Dunkle Energie gab es also noch gar nicht, sie entstand erst später und sorgt heute für die beschleunigte Expansion des Universums? Stimmt das so?
    Oder gibt es die Dunkle Energie schon immer, ihr Anteil war jedoch zum Zeitpunkt der Entstehung der kosmischen Hintergrundstrahlung so verschwindend gering, dass sie im besagten Diagramm nicht berücksichtigt wird?
    MfG

  52. Andreas Antworten | Permalink

    @Aend

    Guten Morgen.

    Letzteres ist sehr wahrscheinlich. Wenn es sich bei der Dunklen Energie um Einsteins kosmologische Konstante (Lambda) handelt – und dafür sprechen die Messdaten – dann war sie auch schon immer da. Dynamisch relevant wurde sie erst später. Das Tortenstück der Dunklen Energie ist 380.000 Jahre nach dem Urknall extrem schmal (Übrigens gibt es das gelbe Photonen-Tortenstück auch noch 13,8 Mrd. Jahre – unserem heute – nach wie vor noch, in Form der Hintergrundstrahlung! Aber auch hier gilt, das das gelbe Stück in unserem heute extrem schmal ist.).

    Auch Felder, die durch ein Skalarfeld beschrieben werden (die zurzeit kaum favorisierte Quintessenz – eine Form von Dunkler Energie, die sich zeitlich ändert; das sehr spekulative Radion; aber auch das mittlerweile sehr wahrscheinlich am LHC nachgewiesene Higgs-Teilchen), wären immer da. Aber ihre zeitliche Entwicklung sorgt dafür, dass mal wichtig, und mal vernachlässigbar sind.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  53. Aend Antworten | Permalink

    Kosmologisches Prinzip

    Ich wünsch Ihnen auch einen guten Morgen und bedanke mich für die gut verständliche Antwort auf meine Frage!

    Um mal wieder auf die Planck-Ergebnisse zurückzukommen:
    Mir scheint, als ob die Anomalien (Anisotropie der Nord/Südhemisphäre) im CMB ein weiteres Indiz (neben Dark Flow und der bevorzugten Drehrichtung von Galaxien) dafür sind, dass das kosmologische Prinzip (kP) evtl. doch noch einmal überdacht werden müsste...

    Jetzt meine Frage: Ist das kP nur eine "Arbeitshypothese", die auch -falls sie den Beobachtungen widerspricht- verworfen werden kann, ohne dass das L-CDM-Standardmodell kollabiert?
    Oder ist das kP fundamentaler und unverzichtbarer Bestandteil gut überprüfter Theorien (wie der ART, von deren Gültigkeit ich überzeugt bin).

    M.a.W.: Widerspricht ein nicht-isotropes Universum irgendeinem "ehernen Gesetz" der Physik?

    Ich freue mich bereits auf Ihre Antwort!
    MfG

  54. Andreas Antworten | Permalink

    @Aend

    Das kosmologische Prinzip ist mehr als eine Arbeitshypothese, denn wir und Astronomen beobachten, dass es ja offenbar ganz gut erfüllt ist. Es ist motiviert durch Beobachtungen.

    Aus diesem Prinzip resultiert zum Beispiel eine bestimmte Form für die Raumzeit bzw. Metrik, die unseren Kosmos offenbar sehr gut beschreibt. Sie ist kugelsymmetrisch. Das und andere Prinzipien definieren den Ansatz für die bewährten Friedmann-Weltmodelle.

    Möglicherweise galt aber das kosmologische Prinzip nicht zu allen Zeiten kosmischer Entwicklung. Die PLANCK-Daten könnten dafür Anhaltspunkte liefern, aber ich bin optimistisch, dass wir das kosmologische Prinzip erstmal nicht aufgeben müssen.

    Ein Beispiel für ein anisotropes Universum, das das kosmologische Prinzip verletzt, ist das Horn-Universum, das Ulmer Kosmologen entwickelten.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  55. Aend Antworten | Permalink

    OK, damit wären meine brennendsten Fragen zu dieser Thematik beantwortet. Vielen Dank für Ihre Erklärungen!
    P.S.: Haben Sie schon mal was zum Thema "Simulation des Universums am Computer" gebloggt? Falls nein: Dieses Thema würde mich sehr interessieren.
    MfG

  56. Spritkopf Antworten | Permalink

    Anisotropie

    Ist eigentlich bei dieser Karte auch die Bewegung der Milchstraße durch den Raum herausgerechnet worden? Und wenn nicht, könnte die beobachtete Anisotropie daher rühren?

    Wir müssen ja davon ausgehen, dass unsere Galaxis nicht fix im Raum hängt wie die Spinne in der Mitte ihres Netzes, sondern aufgrund gravitativer Einflüsse eine Eigenbewegung aufweist. Wenn wir beispielsweise feststellen, dass die Andromedagalaxie mit 300 km/s auf uns zufliegt, dann ist das doch in Wirklichkeit ein Kollisionskurs zweier sich durch den Raum bewegender und sich gegenseitig anziehender Galaxien.

  57. Andreas Antworten | Permalink

    @Spritkopf

    Steht oben im Blog post. :)
    Vollkommen richtig, dass es diesen Effekt geben muss. Im Prinzip ist es ein Doppler-Effekt, und er wird im Zusammenhang mit der CMB-Karte Dipol-Anisotropie genannt (Effekt 2 in meiner Auflistung oben). Das wurde berücksichtigt und ist den Kosmologen bekannt.

    Weiterer Punkt zu den Anomalien:
    Die Hemisphärenanomalie (Anomalie 2 in meiner Liste) folgt ungefähr der Ekliptik, d.h. die Ebene des Sonnensystem, in der die Planeten kreisen (=Ekliptik) teilt den CMB-Himmel in "oben" und "unten", wobei sich "oben" und "unten" unterscheiden, und zwar in der Ausprägung der Fluktuationen.

    Das ist sehr komisch. Und wie der ESA-Kosmologe George Efstathiou erklärte, wäre es sehr seltsam, wenn unser Sonnensystem etwas mit der CMB-Karte zu tun hätte. (Esoteriker, bitte lasst jetzt Eure Verschwörungstheorien stecken!)
    Klingt eigentlich nach einem systematischen Fehler, aber die PLANCK-Wissenschaftler werden das sicherlich schon ausgeschlossen haben. Hoffe ich.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  58. Spritkopf Antworten | Permalink

    @Andreas

    Hm, in deiner Effektliste lese ich nur von der Kreisbahn unseres Sonnensystems um das Zentrum der Milchstraße herum, aber nicht von der Bewegung der Milchstraße selber.

  59. M.Z. Antworten | Permalink

    Hallo Andreas,

    Egal, was Du von meinen Thesen hältst, Du musst zugeben, dass sie nicht die dümmsten sind (und wenn sie dumm sind, dann zumindest nicht einfach). :)))

    Ich empfehle die Lektüre des kosmologischen Teils von Indiversum, bis hin zur 1. Gegenperspektive. In diesem Abschnitt werden Probleme behandelt, welche uns in unserem individuellen Erkenntniszugang unterscheiden.
    Ich habe mir überlegt auf deine Vorwürfe einzugehen, doch ich glaube, man kann die Spannung vermeiden, indem man es erstmal mit dem Vorhandenen probiert.
    Solltest Du Zeit dafür finden, ich fände es gut:

    http://perspektivenlogik.wordpress.com/...er-blog/

    Maciej Zasada

    p.s.
    die Logiker behaupten, ich sei unqualifiziert, denn ich kein ausgebildeter Allquantor und Operator bin, doch ich bin derjenige, welcher der Welt eine neue Logik schenkt. Keiner von den aktuell Lebenden kann dasselbe von sich behaupten.
    Ich muss mich nicht beweisen und ich muss mich nicht ausdrücken wie ein etablierter Kosmologe.
    Ich bin vollkommen unbedeutend...bis auf die Ideen, die ich in mir trage.

  60. Andreas Antworten | Permalink

    @Spritkopf

    Richtig, die Bewegung der Milchstraße hätte ich explizit ergänzen sollen. Ich suche mal die Zahlen heraus, damit wir Sonnensystem vs. Milchstraße vergleichen können.

  61. Andreas Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Lieber Maciej

    Du hast mich noch nicht überzeugt, aber vielleicht finde ich die Zeit, über Ostern ein paar Deiner Zeilen zu lesen.

    Beste Grüße,
    Andreas

  62. Tobias Seyb Antworten | Permalink

    How to Be Taken Seriously By Scientists

    Ich bin sehr gespannt, ob wir hier eine neue Physik kennenlernen. "Im Zweifel für den Angeklagten", aber da habe ich meine Zweifel.

    Mir ist ein interessanter Podcast eingefallen, in dem diskutiert wird, wie revolutionäre Ideen eine Chance haben, von der scientific community ernstgenommen zu werden.

    Bisher habe ich allerdings noch das dumme Gefühl, dass M.Z. einer der typischen "Einstein hatte Unrecht, und nur ich kenne die Wahrheit" - Vertreter ist. Ich würde mich hier gerne täuschen - mal abwarten.

    Hier ist der link:

    http://www.astronomycast.com/...sly-by-scientists/

    Es gibt auch eine Transskription auf der Seite.

    Also, ich bin gespannt auf die neue Physik.

  63. Andreas Antworten | Permalink

    @Spritkopf

    Ich habe mal recherchiert, um die Einzelbeiträge in der beobachteten Dipolanisotropie herauszubekommen.

    Der Mikrowellenhintergrund ist ein nahezu ideales, isotropes Medium, gegenüber dem wir uns bewegen. Wir, das ist die Erde, die allerdings Teil des Sonnensystem ist; das Sonnensystem ist wiederum Teil der Milchstraße; diese teil der Lokalen Gruppe; diese fliegt zum Virgo-Haufen usw.

    Man kann nun die Einzelbeiträge zur relativen Temperaturschwankung Delta T/T ausrechnen, wenn man die Relativgeschwindigkeit v kennt. Es gilt nämlich Delta T/T = v/c mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit c.

    Nun die Einzelbeiträge:

    a) Die Erde bewegt sich einmal im Jahr um die Sonne mit einem mittleren Abstand von rund 150 Mio. km (der Astronomischen Einheit). Daraus folgt eine Bahngeschwindigkeit von v_Erde = 30 km/s.
    Der entsprechende Beitrag zur relativen Temperaturfluktuation wäre demnach v/c = 0,0001.

    b) Die Sonne bewegt sich einmal in 225 Mio. Jahren ("Galaktisches Jahr") um das Zentrum der Milchstraße mit einem mittleren Abstand von rund 26.000 Lichtjahren. Daraus folgt eine Bahngeschwindigkeit von v_Sonne = 230 km/s
    Der entsprechende Beitrag zur relativen Temperaturfluktuation wäre demnach v/c = 0,0008.

    c) Die Milchstraße bewegt sich innerhalb der Lokalen Gruppe mit etwa v_Milchstraße = 100 km/s. Der entsprechende Beitrag zur relativen Temperaturfluktuation wäre demnach v/c = 0,0003.

    d) Die Lokale Gruppe bewegt sich mit etwa 400 km/s in Richtung Virgo-Haufen, v_LG = 400 km/s. Der entsprechende Beitrag zur relativen Temperaturfluktuation wäre demnach v/c = 0,001.

    Schon mit COBE wurde beobachtet, dass sich die Erde mit einer Relativgeschwindigkeit von etwa 360 km/s gegenüber dem absoluten CMB-Hintergrund bewegt.
    PLANCK hat diesen Wert nun bestätigt und lieferte 369 km/s, entsprechend v/c = 0,001 (Quelle: PLANCK paper XXVII, s.o.).

    Die 369 km/s bekommt man aus der korrekten, vektoriellen Überlagerung aller Einzelgeschwindigkeitsvektoren.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  64. Spritkopf Antworten | Permalink

    Danke für die Mühe, Andreas.

    Diese 369 km/s sind somit plusminus 30 km/s in Abhängigkeit von der Jahreszeit.

  65. Karl Bednarik Antworten | Permalink

    ESA veröffentlicht neue PLANCK-CMB-Daten

    Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat nun noch genauere Daten der vom Planck-Weltraumteleskop gemessenen kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung veröffentlicht.

    Durch den massiven Einsatz mehrerer Großrechner gelang es der ESA den störenden Einfluss des galaktischen Halos auf die Mikrowellen zu kompensieren.

    Die neueren Ergebnisse deuten in die Richtung eines stark gekrümmten sphärischen Universums oder gar in die Richtung eines Innenweltkosmos.

    Ein erstes Bild der neuen Daten:

    http://members.chello.at/....bednarik/PLANCK-6.JPG

  66. Karl Bednarik Antworten | Permalink

    Keine Hohlwelt

    Dieses Osterei zum 1. April habe ich selbst bemalt.

    Es zeigt die Erdoberfläche so, wie sie sich die Hohlwelt-Fanatiker vorstellen würden.

  67. Andreas Antworten | Permalink

    @E.S. Galaxienhaufen, bulk u. dark flow

    Ich habe in meiner Liste (Kommentar 28.03.12, 17:06) sicherlich nicht alle Geschwindigkeitsvektoren genannt, die zu unserer Gesamtbewegung im Kosmos beitragen. Darüber hinaus sind die Fehlerbalken der Geschwindigkeitsangaben zum Teil recht ordentlich. Insbesondere wird die großräumige Bewegung auf der Skala von Galaxienhaufen (einige zehn bis tausend Mpc, also alles jenseits des Virgo-Haufens) schon seit Jahrzehnten kontrovers diskutiert.

    Im Papier "PLANCK intermediate results. XIII" wird dazu etwas mehr gesagt. Es geht darum, ob es bei Abständen von einigen hundert Mpc geordnete, kohärente Materieflüsse ("bulk flows") gibt. Sie könnten von den weit entfernten, extrem massereichen Norma- und der Shapley-Supergalaxienhaufen ausgehen und auch auf den Virgo-Haufen einwirken. Mitte bis Ende der 1990er Jahre schien eine Evidenz für solche Bewegung (mit Geschwindigkeiten von 350-700 km/s) gefunden worden zu sein. Um das Jahr 2000 herum wurde das wiederum auf der Grundlage von Supernova-Ia-Beobachtungen verneint. Schwierig ist das offenbar deshalb, weil recht genaue Abstandsinformationen vorliegen müssen, um das Hubble-Gesetz zu korrigieren.

    Bei größten Skalen (kosmologische Rotverschiebungen von z = 0,2 bis 0,3) wurden ebenfalls bulk flows mit sogar einigen 1000 bis 4000 km/s Geschwindigkeit vermutet (Kashlinsky et al 2008; Abate & Feldman 2012)!! In diesem Zusammenhang ist von einem "dark flow" die Rede, weil die Ursache für diese großräumige Bewegung ungeklärt blieb.

    PLANCK beschränkt nun derlei Bewegungen auf Geschwindigkeiten unterhalb von etwa 250 km/s bei Abständen von rund 3 Gpc. Damit widerlegen sie offenbar die beiden o.g. Papers und die Hypothese vom "dark flow". Im "Nahbereich" zwischen rund 70 bis 170 Mpc – das ist gerade im Bereich von Norma- und Shapley-Superhaufen – kann PLANCK leider keine harten Aussagen zur Bulk-Motion-Debatte liefern.

    Beste Grüße,
    Andreas

    PS: Zu den Entfernungsangaben in den PLANCK papers. Der Parameter h in den Kosmologie-Papers stammt aus den 1990er Jahren, als die Hubble-Konstante noch stark zwischen 50 und 100 km/s/Mpc schwankte. Seit PLANCK gilt recht exakt h = 0,67.

  68. E.S. @Andreas Antworten | Permalink

    Vielen Dank für deine Mühe

    Die bertroffene Fläche auf der CMB sollte aufgrund der Entf. ja auch immer kleiner werden und man könnte schon auf die Idee kommen nicht herauszurechnen, sondern die Aufnahmen durch Umgebungsbetrachtung zur Ermittlung der Diff.geschw. zu nutzen.

  69. Cryptic Antworten | Permalink


    3. Darüber hinaus wird die Hintergrundstrahlung von massereichen Strukturen angezogen. Dieser Effekt der Gravitationsrotverschiebung verändert ebenfalls die Hintergrundstrahlung und heißt integrierter Sachs-Wolfe-Effekt (ISW-Effekt). Dabei summieren sich die Gravitationsrotverschiebungseffekte an vielen einzelnen Galaxienhaufen entlang der Sichtlinie auf.

    Das klingt extrem abenteuerlich. Ich weiß nicht wie man (Sie?) zu solchen Schlüssen kommen kann. Ist etwa die "Blauverschiebung" verboten oder was?

  70. Andreas Antworten | Permalink

    @Cryptic

    Keine Angst, ich veröffentliche hier nicht meine Privat-Kosmologie. Das kann man alles nachlesen bzw. nachrechnen.

    Nehmen wir mal die Andromedagalaxie. Sie befindet sich in unserer lokalen Galaxiengruppe (der "Lokalen Gruppe") und bewegt sich tatsächlich auf uns zu. Andromeda ist einfach zu nah und hier spielt die kosmologische Rotverschiebung keine Rolle. Sie bewegt sich mit -300 km/s auf uns zu, so dass jede Emission von Andromeda einer Doppler-Blauverschiebung unterliegt.

    Um diese Doppler-Geschwindigkeit mal zu vergleichen, nehmen wir nun eine Galaxie in großer Entfernung an, sagen wir 10 Mpc bzw. 100 Mpc. Setzen wir die Distanzen in das Hubble-Gesetz ein (mit der Hubble-Konstanten von 67 km/s/Mpc gemäß PLANCK), so errechnen wir scheinbare (!) Fluchtgeschwindigkeiten von 670 km/s für die 10 Mpc entfernte Galaxie bzw. 6700 km/s für die 100 Mpc entfernte Galaxie. Die Entfernungen entsprechen umgerechnet in kosmologischeRotverschiebungen z = 0,002 (10 Mpc) bzw. z = 0,02 (100 Mpc) – wir reden hier noch vom nahen Kosmos, denn es gibt Galaxien da draußen mit kosmologischen Rotverschiebungen von z = 0,1, z = 1 und nahe an z = 10 mit entsprechend größeren Fluchtgeschwindigkeiten (Achtung, das lineare Hubble-Gesetz gilt nur bis z = 0,1).

    Vergleichen wir nun die Geschwindigkeiten der kosmologisch betrachtet verhältnismäßig nahen Galaxie bei 100 Mpc Entfernung (z = 0,02) mit der Andromedagalaxie, so stellen wir fest, dass wir Eigenbewegungen und Blauverschiebungseffekte vernachlässigen können.

    Vorsicht! Die kosmologische Rotverschiebung ist keine Doppler-Rotverschiebung, sondern ein allgemein relativistischer Effekt durch die Ausdehnung der Raumzeit. Man kann dem zwar formal eine Geschwindigkeit zuordnen (cz, siehe Hubble-Gesetz) und damit rechnen, aber es ist keine Doppler-Geschwindigkeit!

    Bitte schauen Sie bei den Details zum Thema integrierter Sachs-Wolfe-Effekt auch in das oben verlinkte PLANCK paper XIX. Darin finden Sie Abb. 6, die direkt und sehr anschaulich den summierten Gravitationsrotverschiebungseffekt von Galaxienclustern zeigt. In dem Paper steht auch, dass die Dunkle Energie den Einfluss der Gravitationspotentiale von Galaxienhaufen schwächt, weil die kosmische Ausdehnung der Gravitation entgegenwirkt. Die Methodik in allen Einzelheiten ist natürlich recht kompliziert, wie man dem Paper auch entnehmen kann.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  71. M.Z. Antworten | Permalink

    @ Andreas

    Die meisten Axiome meiner Privat-Kosmologie können aus den Prämissen des Standardmodells und der Relativitätstheorie abgeleitet werden. Taxonomie dieses Privat-Systems ruht auf einer Grundbegrifflichkeit, welche diesem System vorangestellt wird. Um diese als gültig zu akzeptieren ist es notwendig den kosmologischen Teil der "Perspektivenlogik" gelesen zu haben.
    Aber ich verlange zuviel...
    Hier die Axiome für dich

    Kosmologie der Mitte - Axiome.
    1. Der Raum und die Zeit sind dasselbe - der Zeitbegriff kann nicht getrennt vom Raumbegriff betrachtet werden. Die Existenz der Raumzeit ist eine Tatsache.
    Solange Abstrakta "Raum" und "Zeit" als Tatsachen gehalten werden, muss Abstraktum "Raumzeit" als Tatsache gehalten werden.

    2. Das Koordinatensystem der Raumzeit füllt die Gesamtheit des Universums, bis auf die Gegenwart aus. Die Gegenwart ist kein Bestandteil der Raumzeit.

    3. Der Ort der Gegenwart ist mit dem Ort jeweiliger Beobachtung identisch. Die Gegenwart kann ausschließlich mit dem räumlichen Aufenthaltsort einer Gegenwartsinstanz in Verbindung stehen (Gegenwartsinstanz: ein Beobachter, eine Messapparatur, ein Objekt (dem die Beobachterperspektive zugeordnet wird) oder ein raumzeitlicher Koordinatenpunkt (dem die Beobachterperspektive zugeordnet wird), in ihrer jeweiligen Gegenwart.

    Definition der Gegenwart: Wir definieren die Gegenwart als einen Augenblick, der, in der Raumzeitskala eines singulären Beobachtersystems gemessen, jeweils am weitesten vom Urknall entfernt ist.
    Definition der Raumzeitskala: Eine Raumzeitskala ist der Raumzeit-Maßstab eines singulären Indiversums. dieser ist unabhängig von der Bewegung, Zustandsveränderung oder Trägheit des Universums und gilt jeweils für das Indiversum eines einzelnen Beobachters.
    Definition des Indiversums: Ein Indiversum ist die gesamte Raumzeit, welche sich im Augenblick der Beobachtung auf ihren Mittelpunkt - die Gegenwart - bezieht.

    4. Die Zukunft ist keine Tatsache der Welt - die Existenz der Zukunft als einer physikalischen Größe ist nicht möglich (A3. / A5.). Die physikalische Existenz der zeitlichen Zukunft, wie die Existenz des zukünftigen Raumes sind ausgeschlossen. Beide existieren höchstens als Abstraktum, als Vorstellung oder als kausale Projektion (der Vergangenheit).

    5. Der Begriff der Raumzeit und der Begriff der Vergangenheit sind synonym. (Räumliche) Entfernung kann als (zeitliche) Vergangenheitstiefe zwischen zwei Punkten oder zwischen der Gegenwart eines Beobachters und der Vergangenheit eines Objektes dargestellt werden (Einzelheiten werden im Buch erläutert)

    6. Es existiert nur ein verbindlicher Zeitpfeil der Raumzeit - der Zeitpfeil thermodynamischer Kausalität.

    7. Jeder Beobachtungsakt findet aus der Perspektive der Gegenwart statt. Die einzige Möglichkeit zu beobachten besteht daher darin, in die Vergangenheit zu schauen.
    Aus der Aussage der Axiome 3., 6. und 7. ergibt sich der Widerspruch der akausalen Ausrichtung der Beobachtung (von der Gegenwart in die Vergangenheit) bezüglich der Ausrichtung thermodynamischer Kausalität (von der Vergangenheit in die Gegenwart).
    Die Beobachtete Expansion des Universum kann daher als tatsächliche Kontraktion interpretiert werden. Wir haben mit einem implosiven Prozess zu tun, wenn wir einen expansiven Prozess zeitverkehrt wahrnehmen.
    Zwischen den beiden Perspektiven wird dennoch nicht unterschieden (ja, ich behaupte in Wirklichkeit lediglich, dass eine verkehrte Auslegung der akausalen Beobachtungsrichtung möglich ist - die harte Behauptung der Notwendigkeit einer solchen war ein dialektischer Trick - man kann sich unter den Dialektikern nur als stärker oder als gemeiner als sie selbst behaupten).
    Zwischen einem Modell des expandierenden und dem des kontrahierenden Universums besteht kein logischer Unterschied - (hier endet Eure Dialektik)

    8. Jede Entfernung zwischen Objekt A und Beobachter B besitzt aus der jeweiligen Perspektive eine bestimmte Vergangenheitstiefe, jede beliebige Entfernung besitzt daher einen Wert in einer bestimmten Raumzeitskala.
    Nach A3 kann keine Entfernung zwischen Gegenwartsinstanz und Objekt klein genug sein, um Objekt und Subjekt als Bestandteile derselben Gegenwart zu betrachten.
    Kein Objekt der Beobachtung kann sich in der Gegenwart der Beobachtung befinden. Einer Beobachtung unterliegen ausschließlich Objekte der Vergangenheit (A7.)

    9. Die Perspektive auf das Universum ist allzeit eine Perspektive eines unmittelbar beteiligten (internen) Beobachters. Eine externe Perspektive ist allenfalls als Verbildlichung komplexer Sachverhalte zulässig. Der Ort einer Beobachtung ist und war immer (auch im Augenblick des Urknalls) ein inhärenter Bestandteil des Universums. Die Perspektive eines Beobachters (auch des ESA-Mikrowellenempfängers) wird von der Zentralsymmetrie des Universums bestimmt und sie bestimmt ihrerseits diese Symmetrie (ein logisches Spiel...).

    10. Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von und Wechselwirkung zwischen den Subjekten der Gegenwart.
    Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von und Wechselwirkung zwischen den Subjekten der Gegenwart und den Objekten der Vergangenheit.

    11. Jede Gegenwartsinstanz ist der Bezugsmittelpunkt der gesamten Raumzeit.

    12. Das Grundgesetz der Wirklichkeit ist das Gesetz der ökonomischen Informationsverteilung.

    A12. fetzt!

    Aber wer kann das schon sehen?

    Maciej Zasada

  72. Cryptic Antworten | Permalink

    @Andreas

    Das beantwortet meine Frage nicht. Die Strahlung wird durch eine Masse zuerst "beschleunigt" (Blauverschiebung) und dann "abgebremst" (Rotverschiebung). Wie soll in Summe eine Rotverschiebung herauskommen?

    Außerdem die Existenz einer Gravitations-rot/blau-Verschiebung wurde (noch) nicht (eindeutig) nachgewiesen.

  73. Andreas Antworten | Permalink

    @Cryptic

    Okay, verstehe jetzt das Problem.

    Implizit steckt die Antwort in meinem letzten Absatz. Die Strahlung fällt in die "Gravitationsfalle", einem Galaxienhaufen, und wird dabei blauverschoben. Nach der größten Annäherung an den Schwerpunkt des Haufens "klettert" die Strahlung aus der "Gravitationsfalle" heraus und wird wieder gravitationsrotverschoben.
    In der Zwischenzeit wurde jedoch das Gravitationspotential aufgrund der Ausdehnung des Universums geschwächt, so dass in der Bilanz die Strahlung mit etwas mehr Energie aus den Gravitationsfallen entlang der Lichtlinie herauskommt. Voraussetzung dafür ist, dass die Ausdehnung des Kosmos schon signifikant zum Tragen kommt.

    Siehe auch diese Illustration dazu.

    Beste Grüße,
    Andreas

  74. Cryptic Antworten | Permalink

    Hintergrund- oder 'Untergrundstrahlung'?

    Frage: Wie hoch ist die Temperatur des zwischenstellaren Raums? Ich würde auf um die 2,7K typen.

    Zum Vergleich: Pluto 33K-55K.

  75. Cryptic Antworten | Permalink

    "typen"

    Bitte korrigieren (falls möglich) "typen"="tippen"!

  76. Herr Senf Antworten | Permalink

    nöö, zu warm

    primordiale baryonische Materie bringt's höchstens auf 0,03 °K ohne Gravitation.
    Dunkle Materie macht's kuschelig: 10.OOO °K - Definitionsfrage oder?

  77. Cryptic Antworten | Permalink

    Kosmische Rotverschiebung

    Damit wäre (nach Herr Senf) Dunkle Materie etwa doppelt so heiß wie die Sonnenoberfläche.

    Noch zur kosmischen Rotverschiebung

    Die Urknalltheorie "fordert", dass das Universum kugelförmig und begrenzt sein muss. Nach Gravitationstheorie müsste somit eine Kraft vorhanden sein, welche alle Massen in Richtung Mittelpunkt "drückt". Wenn man Äquivalenz von Masse und Energie "ernst" nimmt, müsste Strahlung, die in Richtung "Mittelpunkt des Universums" läuft blauverschoben sein (die in umgekehrter Richtung rot). Das ergibt u.a. eine Möglichkeit den Ort des Urknalls zu bestimmen.
    Da aber auch die "normalen" Massen zum Zentrum gedrückt werden müssten (falls Gravitationsgesetz gilt), müsste das ganze Weltall rotieren um diese Kraft zu kompensieren. Das müsste zu einer "Abflachung" des Universums führen.
    Die Gravitationskräfte die in Richtung Zentrum wirken, nehmen (nach dem Gravitationsgesetz) mit der Entfernung vom Zentrum zu und die kosmische Expansion müsste immer stärker abgebremst werden je weiter sich die Masse vom Zentrum befindet.

  78. M.Z. Antworten | Permalink

    @ Andreas

    Hallo Andreas,

    hast Du dich durchgebissen?
    Ich habe heute eine neue "Erkenntnis" hinzugefügt. Es interessiert dich vielleicht, es geht um das Michelson-Morley-Experiment und um die Frage, ob wir seine Ergebnisse richtig interpretieren.

    http://perspektivenlogik.wordpress.com/...eit-c-c/

    Grüße
    Maciej Zasada

  79. M.Z. Antworten | Permalink

    Hoffman

    Entschuldigung, dass ich deine Post nicht früher entdeckt habe.
    SIE IST ZWAR IN EINEM UNERFREULICHEN TON VERFASST, DOCH SIE ERSCHEINT HIER "AKAUSAL" AUS DEM OFF (SIE WURDE wahrscheinlich NACHTRÄGLICH EINGEFÜGT), deshalb ist sie interessant für mich :)

    DU SCHREIBST, DASS ICH "DIE ERSCHEINUNG ALS WESEN POSTULIERE". WENN DU MIR DAS VORWIRFST, MUSS DU WOHL MEHR SEIN ALS ICH, DENN ICH BIN nur EIN MENSCH UND MENSCHEN SIND NICHT FÄHIG ANDERS, ALS ANHAND DER ERSCHEINUNG, AUF DAS WESEN ZU SCHLIEßEN.
    Seit dem Höhlengleichnis hat sich da nichts großartig verändert:
    ALLE MENSCHEN HALTEN ERSCHEINUNG FÜR WESEN.
    (Sokrates hält Erscheinung für Wesen.
    Sokrates ist ein Mensch)

    These: die beobachtete Expansion gehört nicht zum Wesen (oder Merkmal) des Universums, sondern sie ist eine Erscheinung.

    Beweis:
    Dein langes "Gerede" kann auf zwei Sätze kondensiert werden:
    1. Das Universum expandiert, denn "DIE GEMESSENE ROTVERSCHIEBUNG IM INNERN DES UNIVERSUMS ZEIGT UNS, DASS SICH DER RAUM DES UNIVERSUMS AUSDEHNT"
    2. "DEIN (also mein - M. Z's) GEREDE VON DER PERSPEKTIVENUMKEHR IST DAHER VÖLLIG VERFEHLT UND HAT MIT DEN REALEN GEGEBENHEITEN NICHTS ZU TUN"

    Ad 1.
    a) Die gemessene Rotverschiebung ist eine Erscheinung, kein Wesen.
    Die Rotverschiebung kann ausschließlich aus der Perspektive des gegenwärtigen Beobachters festgestellt werden. Somit ist die Rotverschiebung beobachteter Objekte erst viele Milliarden Jahre nachdem das Licht dieser Objekte entstanden ist, gemessen.
    Dies bedeutet, dass das Merkmal des "Rotverschobenseins" mit der Gegenwart der Beobachtung in Verbindung steht und nichts mit dem beobachteten Objekt im Augenblick der Lichtemission zu tun hat (right? - im Augenblick der Lichtemission!)
    Allein das bedeutet, dass wir auf die Ursache der Erscheinung (Expansion) aus der PERSPEKTIVE der Wirkung (Rotverschiebung) schließen. 
    Die Wirkung steht vor der Ursache - schon wieder.
    Ist das zu hoch?
    Das muss es sein, denn eine widersprüchliche Prämisse gebärt eine widersprüchliche Schlussfolgerung - mit dieser kann ein klassisch geprägter Verstand nicht umgehen.
    (Wenn nicht verstanden wird, nochmal Lesen)

    Krücke:
    b) Die "gemessene" Rotverschiebung ist KEIN MERKMAL des expandierenden Universums, denn würden sich auf den rotverschobenen Objekten Wesen befinden, die zur Zeit der Lichtemission mit ähnlichen astronomischen Instrumenten wie wir ausgestattet wären und würden sie in unsere Richtung schauen, würden sie auch auf die Expansion des Universum anhand gemessener Rotverschiebung unserer Position schließen - mit dem Unterschied, dass die Expansion aus ihrer Perspektive, bezogen auf unsere, eine verkehrte Richtung besäße - Perspektivenlogik, lieber Hoffmann.
    (und wenn du wieder mit der ollen Ballon-Metapher ankommen willst: LESE NOCHMALS a) und das, was du selbst geschrieben hast: "ES IST LEDIGLICH EIN PERSPEKTIVISCHER EFFEKT, DER SICH DARAUS ERGIBT, DASS WIR DAS UNIVERSUM VON INNEN HERAUS BEOBACHTEN."
    Sowohl wir, als auch "die anderen" beobachten das Universum von Innen heraus, die Richtung der Expansion spielt daher aus dieser Perspektive für alle Beobachter eine wesentliche Rolle - Wir sitzen schließlich nicht auf der Oberfläche einer expandierenden Kugel, sondern JEWEILS in ihrem Inneren. Indem sich die festgestellten Expansionsrichtungen gegenüberstehen widerspricht das der Existenz einer universalgültigen Topologie des Universums - und damit eines allgemeingültigen Universumswesens und Universumsbegriffs - womit wir glatt beim Indiversum landen )
    Die Expansion des Universum ist nicht sein Wesen, sie ist eine Erscheinung q.e.d.

    Ad 2. Hier: 
    http://perspektivenlogik.wordpress.com/...-thesen/
    (Thesen 7a /7b) wird behauptet, dass zwischen dem Modell eines expandierenden und dem eines kontrahierenden Universum kein logischer Unterschied besteht und dass zwischen der Universumbetrachtung und Objektbetrachtung ein wesentlicher Unterschied besteht - wenn sich die Beobachtung auf das Universum als Ganzes bezieht sind Objekte des Universums keine Bezugspunkte der Beobachtung. Wenn wir Objekte des Universum als Bezugspunkte heranziehen, beobachten wir diese Objekte und können nicht auf das Universum als ganzes schließen. Die Frage "warum?" wird in a) und b) beantwortet

    Somit ist deine These, welche ich in Ziff. 2. zitiere widerlegt.

    Es grüßt Euch von der anderen Seite ein frei denkender Mensch - Maciej Zasada

  80. M.Z. Antworten | Permalink

    Kosmologische Etüde 1

    Beschreibung der Tortendiagramme v. Andreas:

    "BILD: Anteile von Materie- und Energieformen im Vergleich. Oben 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall – heute. Unten: 380.000 Jahre nach dem Urknall (z = 1100). Hier dargestellt noch mit den alten WMAP-Daten. Kurz nach dem Urknall war die Dunkle Energie noch irrelevant. Die Dynamik des Kosmos wurde dominiert von der Dunklen Materie. Geht man zu noch früheren Epochen zurück – wenige Jahrtausende nach dem Urknall – dann dominierte die sogar Strahlung im Kosmos."

    Es wird richtigerweise unterschieden zwischen dem Heute - 13,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall und dem Damals der Rekombinationsphase - 380.000 Jahre nach dem Urknall. Doch der Rotverschiebungswert von z=1100 wird als Effekt der beschleunigenden Universumsexpansion zugeschrieben...

    Anhand der Rotverschiebung von z = 1100 wird also einerseits auf den Zeitpunkt der Lichtemission beobachteter Objekte (380.000 Jahre nach dem Urknall) und auf ihre relative Position bezogen auf den heutigen Beobachter (13,2 Milliarden Lichtjahre in Richtung der Beobachtung), andererseits auf die aktuelle Expansionsgeschwindigkeit des Universums geschlossen.

    Wir betrachten die Rotverschiebung beobachteter Objekte als ein Indiz für ihre Entfernung vom Beobachter (Hubbles Konstante), als ein Indiz für das Alter ihres elektromagnetischen Signals (Hubbles Konstante mal konstante Lichtgeschwindigkeit c) und gleichzeitig für ein Wesensmerkmal des expandierenden Universums, welches nichts mit den beobachteten Objekten zu tun hat, außer dass es sich in der spektralen Rotverschiebung ihres Lichts manifestiert.
    Wir stellen einerseits einen Bezug zwischen den beobachteten Objekten der Vergangenheit und der heute festgestellten Rotverschiebung ihres Lichtspektrums her, andererseits zwischen dieser Rotverschiebung und der Expansion des Universums als Ganzes.
    wenn dies zulässig ist, dann muss es auch legitim sein, einerseits den Bezugsverhältnis zwischen dem Wert der Rotverschiebung und dem jeweiligen Alter der einzelnen Objekte und andererseits dem Wert der Rotverschiebung dieser Objekte und ihrem Alter bezogen auf den thermodynamischen Zeitpfeil des Universums herzustellen.
    Mit anderen Worten: Es ist legitim die Chronologie der Universumsdynamik zeitpfeilbezogen zu rekonstruieren.
    "Zeitpfeilbezogen rekonstruieren" bedeutet hier, dass die Objekte der Beobachtung samt ihrer jeweiligen Rotverschiebung entlang einer Zeitachse eingeordnet werden, welche von der Vergangenheit in die Gegenwart reicht.
    Es werden zuerst am weitesten entfernte, älteste Objekte mit deutlichster Rotverschiebung eingeordnet, gefolgt von näheren und jüngeren Objekten mit weniger ausgeprägter Rotverschiebung.
    Wir erhalten ein dynamisches Bild des Universums, in dem die Rotverschiebung beobachteter Objekte mit der Zeit (mit dem fortschreitenden Alter des Universums) abnimmt (oder gegen diese Zeit zunimmt).

    Berücksichtigen wir den Umstand, dass die Rotverschiebung einzelner Objekte zunimmt, je weiter entfernt und je älter sie sind, dann ergibt sich das Bild eines in die Vergangenheit expandierenden Universums.
    Das Universum expandiert von der Gegenwart aus in Richtung des Urknalls, wobei die Geschwindigkeit der Expansion mit der wachsenden Entfernung einzelner Objekte der Beobachtung beschleunigt zunimmt.
    Berücksichtigen wir den Umstand, dass der thermodynamische Zeitpfeil des Universums vom Urknall aus in Richtung der Gegenwart zeigt, dann ergibt sich das Bild eines in die Gegenwart kontrahierenden Universums, wobei die Geschwindigkeit der Kontraktion mit der wachsenden Entfernung einzelner Objekte der Beobachtung beschleunigt zunimmt.

    Der Unterschied zwischen den beiden Modellen besteht u.a. darin, dass die dunkle Energie, welche im Modell des expandierenden Universums postuliert werden muss, um die beschleunigende Expansion des Universums zu erklären, nicht notwendig ist. Im Modell des kontrahierenden Universums wird die dynamische Veränderung des Universums als ein Urknalleffekt gedeutet.
    Siehe Bilder
    http://perspektivenlogik.wordpress.com/...iew=true

    Mein Ziel ist nicht eine neue Kosmologie zu etablieren.
    Mein Ziel ist ein logisches System zu etablieren, in dem neue Kosmologie zwar eine wichtige Rolle spielt (die Kosmologie ist eigentliche Metaphysik der Perspektivenlogik), in dem jedoch vorwiegend darum geht, die Verbindung zwischen vielen als unvereinbar geltenden Bereichen der Wissenschaft herzustellen.
    Innerhalb dieses Systems ergeben sich Symmetrien und Kongruenzen, welche das gesamte Wissenssystem betreffen.
    Vieles, was gegenwärtig unvereinbar erscheint wird innerhalb dieser Logik miteinander vereint sein und zusammen einen neuen Sinn ergeben.
    Die Kosmologie ist mir ein Mittel zum Zweck.
    Das Kalkül der Perspektivenlogik beruht auf der Interpretation der Quantenmechanik.
    Das System der Perspektivenlogik vereint die kosmologische Welt der Relativitätstheorie mit der Logik der Quantenphysik.
    Nichts weniger als das.

  81. M. Z. Antworten | Permalink

    Kein Kommentar?

    Bin ich ein Spielverderber?
    Ist es verboten frei zu denken?
    Ist es ein Gottesgebot an die Expansion des Universum und an die Standardinterpretation zu glauben?
    Haben wir bei der Kosmologie mit heiligem Glauben zu tun?
    Beleidige ich deinen Glauben Andreas?
    Ich stelle Thesen auf.
    Sonst nichts.
    Wenn es sich bei der Kosmologie um eine Wissenschaft handelt, dann soll es erlaubt sein, ihre Aussagen, auch die wichtigsten, einer logischen Analyse zu unterstellen.
    Und wenn sich diese als widersprüchlich erweisen, dann sollten sie durch andere ersetzt werden.
    Ja oder nein?
    Ich stelle Thesen auf.
    Ich bin kein Fanatiker und kein Glaubenskrieger.
    ---
    Maciek Zasada

  82. Bonus 234 Antworten | Permalink

    @M.Z.

    Klingt nicht unvernünftig. Bin gespannt auf die Theorie.
    Welches Bild des Universums ergibt sich für Beobachter, die sich in kosmisch signifikanten Abständen voneinander befinden?

  83. Rudolf Karger Antworten | Permalink

    Temperatur

    Hallo Herr Müller,

    Sie geben die Temperatur der Hintergrundstrahlung mit 2,7 Grad an, gemeint ist doch sicherlich 2,7 K und somit ist die Temperatur der Ursuppe 380 000 Jahre nach dem Urknall 3000 K.

    Mache ich da einen Denkfehler?

    Gruß

    Rudolf Karger

  84. Andreas Antworten | Permalink

    @Herr Karger

    Lieber Herr Karger

    Sie machen keinen Denkfehler; so stimmt's.

    Das ist so eine saloppe Sprechweise mit "Grad", bei der man spezifizieren müsste, ob man "Grad Celsius" oder "Grad Kelvin" meint. Bitte entschuldigen Sie die Ungenauigkeit.

    Beste Grüße,
    Andreas Müller

  85. Mike Dost Antworten | Permalink

    Danke

    Genau nach dieser recht umfangreichen Erklärung habe ich heute gesucht !
    Für mich, als ehemaligen Physikstudenten, der aber leider nur noch interessehalber in der Materie dabei ist, erklärt dieser Artikel sehr viel offene Fragen.

    Einfach nur nochmal,

    Danke Andreas Müller !

  86. Michael Dietrich Antworten | Permalink

    Sehr geehrter Herr Müller, als interessierter Laie danke ich Ihnen recht herzlich für diese ausführliche und nachvollziehbare Darstellung des Themas Hintergrundstrahlung. Eine Frage aber habe ich noch. Kann es sein, das wir nur reflektierte Hintergrundstrahlung sehen, reflektiert evtl. an einem imaginären „Rand des Universums“? Eine direkter Lichtstrahl aus dieser frühen Zeit des Universums breitet sich doch mit Lichtgeschwindigkeit sehr viel schneller aus alle anderen Objekte. Wie also können wir auf der Erde dieses Licht heute noch messen, wenn es nicht irgendwie reflektiert wäre?

  87. Jure Brigic Antworten | Permalink

    Sehr geehrter Herr Müller!

    Ihren Text habe ich gelesen und trotzdem bin ich genau so schlau wie vorher. Ehrlich geschrieben, daraus kann man keine tiefere Erkenntnis, weder über BB, noch was danach geschehen ist, gewinnen. Sie schreiben gerade so, als ob Sie vom Anfang an im Prozess dabei gewesen sind.

    Nun gut, Sie werden mir erlauben, dass ich Ihnen als Experten diesbezüglich paar Fragen stelle:
    1) Woher kommt diese ganze Energie? Vor dem BB gab es gar "NICHTS". Also, durch welches Wunder konnte diese ganze Energie, ganz plötzlich aus dem "Nichts" entstehen?
    Anders gefragt: Warum gab es anstelle des Nichts plötzlich "etwas", oder noch besser gefragt, woher rührt der Big Bang?

    2) Warum gibt es Sein?
    An diesem Punkt sind die Astronomen, Kosmologen und die Theologen nicht sehr weit gekommen.
    Stehen wir schon davor, Quantenaspekt des Universums vollkommen zu enthüllen und erklären, oder? Die zweite Frage ist weder identisch, noch kann sie synonym mit der ersten verwendet werden.

    3) Woher kommen Raum und Zeit, d.h. wo findet das Ganze statt?

    Ich hoffe auf eine baldige Antwort und bedanke mich im Voraus,
    MfG
    J.B.

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