Überlichtgeschwindigkeit

[Liopleurodon]

Kommt immer darauf an, wie man es betrachtet. Wenn du ein Objekt in 13. GLY (Milliarden Lichtjahre) Entfernung betrachtest, dann hat das Licht eben 13 Mia. jahre zu uns benötigt. In der Zwischenzeit hat sich das Objekt aber weiter von der Position entfernt, von dem der Lichtstrahl einst ausgegangen ist. Damit ist es "gegenwärtig" noch weiter entfernt, als es erscheint.

("gegenwärtig" ist Anführungszeichen, weil man schon zwischen Alltagsverständnis von Gegenwart und relativistischen verständnis der Gleichzeitigkeit zu unterscheiden hat.)

Ich meinte ausdrücklich das sichtbare Universum. Wie diese Regionen und Objekte heute aussehen wissen wir nicht. Wir können also nur das sichtbare Universum betrachten und beobachten. Was sich dahinter verbirgt liegt hinter unserem relativen Beobachtungshorizont. Spekulationen darüber sind genau solche; mehr Fiction als Science.

[Dannyboy]

Der Radius des sichtbaren Universums wird von ernstzunehmenden Nachschlagewerken eher mit 15 Milliarden +/- ein paar Lichtjahre angegeben. Das ergäbe dann einen Durchmesser von ca. 30 Milliarden Lichtjahren.

Kommt immer darauf an, wie man es betrachtet. Wenn du ein Objekt in 13. GLY (Milliarden Lichtjahre) Entfernung betrachtest, dann hat das Licht eben 13 Mia. jahre zu uns benötigt. In der Zwischenzeit hat sich das Objekt aber weiter von der Position entfernt, von dem der Lichtstrahl einst ausgegangen ist. Damit ist es "gegenwärtig" noch weiter entfernt, als es erscheint.

("gegenwärtig" ist Anführungszeichen, weil man schon zwischen Alltagsverständnis von Gegenwart und relativistischen verständnis der Gleichzeitigkeit zu unterscheiden hat.)

[Liopleurodon]

In diesem Fall scheint mir Wikipedia nicht ganz korrekt zu sein. Meines Wissens beträgt der Durchmesser des Sichtbaren Universums derzeit rund 92 Milliarden Lichtjahre. Diesbezüglich verweise ich mal auf Posting #12 in einem Nachbarthread und die Postings #63 und #35 in einem weiteren Threads.

Der Radius des sichtbaren Universums wird von ernstzunehmenden Nachschlagewerken eher mit 15 Milliarden +/- ein paar Lichtjahre angegeben. Das ergäbe dann einen Durchmesser von ca. 30 Milliarden Lichtjahren.

Bisher ließen sich alle Berichte über angeblich überlichtschnelle Phänomene auf sehr unterlichtschnelle Erklärungen zurückführen:

• Falsche Entfernungsmessung bei astronomischen Objekten
• Falscher Messaufbau
• Fehler in den Messgeräten
• Falsches Verständnis der Quantenmechanik
• usw. usf....

[Dannyboy]

Ah ja alle Galaxien bleiben an ihrer Stelle, aber der Raum expandiert... wie kann man das Beweisen? Der Raum ist wie bereits erwähnt keine Materie, er ist nichts.
Wie will man beweisen, dass Nichts2 kein eigenes Nichts ist sondern die Folge der Ausdehnung von Nichts1?

Beweisen kann man nur in der Mathematik. In der Physik geht das nicht.
Die Annahme, das der Raum expandiert, stellt die beste Erklärung für einige Beobachtungen dar.
Je weiter Galaxien von uns entfernt sind, desto röter ist ihr Licht. Das kann man damit erklären, das sich die Galaxien von uns entfernen. Und zwar in einem genauen Verhältnis um so schneller, je weiter sie entfernt sind.

Wie man das am besten erklären kann, kannst du selber nachprüfen. Nimm ein Gummiband und befestige in 2 cm Abständen Büroklammern daran. Dann dehne das Band vom Ende aus innerhalb 1 s um 25 %. Der Abstand zwischen Klammer 1 und 2 beträgt dann 2,5 cm (Geschwindigkeit als 0,5 cm/s). Die 1. und 5. KLammer haben aber einen Abstand von 12,5 cm (Geschwindigkeit 2,5 cm/s). Bei fünffachen Abstand also auch fünffache Geschwindigkeit.

[Halman]

Ah ja alle Galaxien bleiben an ihrer Stelle, aber der Raum expandiert... wie kann man das Beweisen? Der Raum ist wie bereits erwähnt keine Materie, er ist nichts.
Wie will man beweisen, dass Nichts2 kein eigenes Nichts ist sondern die Folge der Ausdehnung von Nichts1?

Ist der Raum wirklich nichts? Oder besitzt er physikalische Realität? Nun, die Geometrie des Raumes ist Gegenstand physikalischer Betrachtung. So kann diese positiv oder negativ gekrümmt sein.
Der dreidimensionale Raum ist Teil der vierdimensionalen Raumzeit und diese ist IMHO gem. der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) global so gekrümmt, dass der Raum expandiert. Mit dieser theoretischen Interpretation lässt sich AFAIK die Beobachtung, nach der alle Galaxienhaufen voneinander fortstreben, ohne dass sich irgendwelche einander annähern würden, am besten erkären. So kann man kein Zentrum beobachten - vielmehr scheint jeder Ort gleichermaßen ein Mittelpunkt zu sein, von dem alles fortstrebt.

Zu dieser Fragestellung gibt es sogar einen Thread und ich verweise mal auf das Posting #15 von Agent Scullie.
Ich kam zu folgendem Schluss: Nichts ist also der Auschluss irgendeinen Seins.

[horstfx]

Es ist ja nicht so, dass sich die Galaxienhaufen durch den Raum bewegen würden, vielmehr ist es der Raum selbst, welcher expandiert.
Vielleicht irritierte Dich auch die Analogie mit dem mit Münzen beklebten Luftballon. Wenn dieser aufgepustet wird, so dehnt er sich ja in dem Raum aus, in dem sich der Luftballon befindet; wir neigen ja aufgrund unserer Erfahrungswelt dazu, es uns so vorzustellen. Davon sollte man sich aber lösen.
Das Gummi des Luftballons veranschaulich auf etwas irritierende Weise den expandierenden Raum - die auf diesem aufgeklebten Münzen (Galaxienhaufen) bewegen sich gar nicht in diesem.
Gem. der gängigen Urknalltheorie gibt es kein "Außerhalb des Raumes", indem dieser hineinexpandieren könnte.

Ah ja alle Galaxien bleiben an ihrer Stelle, aber der Raum expandiert... wie kann man das Beweisen? Der Raum ist wie bereits erwähnt keine Materie, er ist nichts.
Wie will man beweisen, dass Nichts2 kein eigenes Nichts ist sondern die Folge der Ausdehnung von Nichts1?

[Halman]

wenn man wikipedia trauen kann, und das universum 78 milliarden lichtjahre ausdehnung hat, aber nur knapp 14 milliarden jahre alt ist, müsste es sich schneller als licht ausgedehnt haben

In diesem Fall scheint mir Wikipedia nicht ganz korrekt zu sein. Meines Wissens beträgt der Durchmesser des Sichtbaren Universums derzeit rund 92 Milliarden Lichtjahre. Diesbezüglich verweise ich mal auf Posting #12 in einem Nachbarthread und die Postings #63 und #35 in einem weiteren Threads.

esseiden es gab vorher ein leeres universum indas eine materie hinein expandierte - vom urknall her

Dann wäre es aber kein Urknall mehr. Diese Vorstellung, dass bereits ein unendlicher Raum da war, indem das Universum wie in einer Explosion auseinanderstrebt, kannst Du getrost vergessen.
Der Name Big Bang (Urknall) war ursprünglich ein Spottname von Fred Hoyle, welcher diese Theorie für absurd hielt. Kurioserweise wurde er so der Namensgeber dieser Theorie und dies verleitet dazu, sich eine klassische Explosion vorzustellen.
Besser ist es, von der Theorie der allgemeinen kosmologischen Anfangssingularität zu sprechen.

Es ist ja nicht so, dass sich die Galaxienhaufen durch den Raum bewegen würden, vielmehr ist es der Raum selbst, welcher expandiert.
Vielleicht irritierte Dich auch die Analogie mit dem mit Münzen beklebten Luftballon. Wenn dieser aufgepustet wird, so dehnt er sich ja in dem Raum aus, in dem sich der Luftballon befindet; wir neigen ja aufgrund unserer Erfahrungswelt dazu, es uns so vorzustellen. Davon sollte man sich aber lösen.
Das Gummi des Luftballons veranschaulich auf etwas irritierende Weise den expandierenden Raum - die auf diesem aufgeklebten Münzen (Galaxienhaufen) bewegen sich gar nicht in diesem.
Gem. der gängigen Urknalltheorie gibt es kein "Außerhalb des Raumes", indem dieser hineinexpandieren könnte.

nur wo ist das zentrum ? von irgendeinem punkt muss es dann ja hergekommen sein - ausser der urknall fand quasi überall statt weil sonst dürfte man doch in 14 MLJ keine jungen galaxien entdecken können

Deine Schlussfolgerung, dass der Urknall überall stattfand, ist zutreffend. Die räumliche Ausdehung der Anfangssingularität betrug 0 und expandierte. Dadurch wurde die anfängliche unendliche Dichte endlich und nahm im Laufe der weiteren Expansion des Raumes immer weiter ab, bis sich nach ca. 300.000 Jahren Galaxien bilden konnten.
Zu Anfang hatte der Raum also eine Ausdehung von 0 (sofern die Urknalltheorie zutreffend ist) und heute eine von über 92 Milliarden Lichtjahren.

je weiter weg desto jünger bis zur entstehung weil das licht solange brauch bis uns

Das ist richtig, wie sehen in die Vergangenheit. Bemerkenswerterweise sehen wir dennoch die gegenwärtige Entfernung.

aber wenn sie kurz nach dem knall entstanden waren sie doch dichter beisammen, daher müsste ihr licht schon damals hier gewesen sein, folglich müssten wir auch ältere galaxien vorfinden

argh - ich weiss warum ich davon kopfschmerzen bekomme

Dies ist auch ein schwieriges Thema. Hoffentlich helfen Dir die Links zu den Nachbarthread weiter. Falls nicht, einfach weiter Fragen. Wie lautet noch der Spruch: Es gibt keine dummen Fragen, nur dumme Antworten.

[Thomas W. Riker]

Der Raum kann sich schneller als Licht ausdehnen, da er keine Materie ist.
Die ältesten Galaxien sind etwa 13 Mia Jahre alt.
Zentrum: Es gibt keine privilegierten Punkt im Universum und im Urknall war, wenn man so will, das Überall.
Mir das Ganze anders als einen Luftballon mit darauf aufgezeichneten Galaxien-Punkten vorzustellen übersteigt leider auch mein Vostellungsvermögen. Die Rotlichtverschiebung (Faktor z) zum Beweis der Hubble-Konstante ist halt das, was man zum Messen hat.

Ich hoffe, Dein Kopf fühlt sich nicht so groß wie das Universum an

[Dannyboy]

wenn man wikipedia trauen kann, und das universum 78 milliarden lichtjahre ausdehnung hat, aber nur knapp 14 milliarden jahre alt ist, müsste es sich schneller als licht ausgedehnt haben

Ja, da die Geschwindigkeit der Expansion von der Entfernung abhängig ist, entfernt sich alles jenseits einer bestimmten Entfernung quasi mit Überlichtgeschwindigkeit.

Das ist aber kein Problem, da es sich nicht wirklich um eine Eigenbewegung handelt.

nur wo ist das zentrum ? von irgendeinem punkt muss es dann ja hergekommen sein - ausser der urknall fand quasi überall statt weil sonst dürfte man doch in 14 MLJ keine jungen galaxien entdecken können

Das Zentrum hat sich ausgehnt, daher ist es quasi überall.

aber wenn sie kurz nach dem knall entstanden waren sie doch dichter beisammen, daher müsste ihr licht schon damals hier gewesen sein, folglich müssten wir auch ältere galaxien vorfinden

argh - ich weiss warum ich davon kopfschmerzen bekomme

Während das Licht auf den Weg zu uns ist, haben wir uns voneinander weg bewegt.

[Bakkad Baran]

wenn man wikipedia trauen kann, und das universum 78 milliarden lichtjahre ausdehnung hat, aber nur knapp 14 milliarden jahre alt ist, müsste es sich schneller als licht ausgedehnt haben

esseiden es gab vorher ein leeres universum indas eine materie hinein expandierte - vom urknall her

nur wo ist das zentrum ? von irgendeinem punkt muss es dann ja hergekommen sein - ausser der urknall fand quasi überall statt weil sonst dürfte man doch in 14 MLJ keine jungen galaxien entdecken können

je weiter weg desto jünger bis zur entstehung weil das licht solange brauch bis uns

aber wenn sie kurz nach dem knall entstanden waren sie doch dichter beisammen, daher müsste ihr licht schon damals hier gewesen sein, folglich müssten wir auch ältere galaxien vorfinden

argh - ich weiss warum ich davon kopfschmerzen bekomme

[Halman]

Ähm tut mir Leid wenn ich eine Wissenslücke in Astrophysik habe, aber wie soll sich das Universum ausdehnen? Das Universum ist doch kein definiertes Raumvolumen, sondern die Verteilung von Materie in einem unendlichen (?) Raumbereich. Es kann doch gar keine "Grenze" haben oder habe ich irgendwas verpasst? Dass sich die Materie in diesem unbegrenzten Raum weiter verteilt ist ja klar, aber wo sollte es da eine Grenze geben? Diese müsste ja durch bestimmte Eigenschaften definiert sein.
Wie sollte man einen unendlichen Raum von einem unendlichen Raum mit den gleichen Eigenschaften abgrenzen?

Mag sein, dass ich mich etwas unglücklich ausgedrückte habe. Beobachtungen ferner Galaxien belegen, dass diese von uns fortstreben und zwar umso mehr, je weiter sie von uns entfernt sind (zunehmende Rotverschiebung). Gem. der Allgemeinen Relativitätstheorie lässt sich dies so erklären, dass die räumlichen Abstände zwischen den Galaxienhaufen zunehmen.
Innerhalb von Galaxienhaufen und kleineren kosmische Strukturen, wie Galaxien und Sonnensystemen, überwiegt die Gravitation. Als Analogie könnte man sich die Galaxienhaufen wie Münzen auf einem Luftballon denken, den man aufbläst: Die Münzen bleiben unverändert, aber die Abstände zwischen ihnen wachsen an. Und ein solches Anwachsen der räumlichen Abstände ist AFAIK auch in einem unendlichen Universum möglich. Denke Dir hier als Analogie einen Raum, der durch unendlich viele Würfel definiert wird. Nun könnte ja das Volumen der Würfel zunehmen - dann würde die Dichte in diesem unendlichem Universum abnehmen, obgleich die unendliche Anzahl der Würfel nicht vermehrt wird.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 1 Minute und 57 Sekunden:

Im Moment nimmt man für das Weltall eine Ausdehnung von 78 MiaLj an, damit wäre es wie eine Kugeloberfläche zwar unbegrenzt, aber nicht unendlich, da es sich ja weiter ausdehnt (Hubble-Konstante).

Umfassen diese 78 MiaLj nicht lediglich den sichtbaren Bereich eines möglicherweise unendlichen Universums, in dem der Raum flach ist? IMHO deuten die neuesten Erkenntnisse darauf hin, aber ich mag mich irren.

[Thomas W. Riker]

Ähm tut mir Leid wenn ich eine Wissenslücke in Astrophysik habe, aber wie soll sich das Universum ausdehnen? Das Universum ist doch kein definiertes Raumvolumen, sondern die Verteilung von Materie in einem unendlichen (?) Raumbereich. Es kann doch gar keine "Grenze" haben oder habe ich irgendwas verpasst? Dass sich die Materie in diesem unbegrenzten Raum weiter verteilt ist ja klar, aber wo sollte es da eine Grenze geben? Diese müsste ja durch bestimmte Eigenschaften definiert sein.
Wie sollte man einen unendlichen Raum von einem unendlichen Raum mit den gleichen Eigenschaften abgrenzen?

Im Moment nimmt man für das Weltall eine Ausdehnung von 78 MiaLj an, damit wäre es wie eine Kugeloberfläche zwar unbegrenzt, aber nicht unendlich, da es sich ja weiter ausdehnt (Hubble-Konstante).

[horstfx]

Aber eine Frage beschäftigt mich schon länger und daher stelle ich sie einfach mal: Warum kann die Expansion des Universums mit FTL vonstatten gehen, wohingegen die Kontraktion/Expansion beim Alcubierre-Warpantrieb dies nicht kann? Hängt es damit zusammen, dass die globale Expansion des gesamten Raumes, im Unterschied zu einer hypothisch angenommenen Ausbreitung der Warpblase mit FTL, eben nicht zu kausalen Zeitschleifen führt, da sich ja bei der Expansion des gesamten Raumes nichts mit FTL von Ereignis A zu Ereignis B bewegt?

Ähm tut mir Leid wenn ich eine Wissenslücke in Astrophysik habe, aber wie soll sich das Universum ausdehnen? Das Universum ist doch kein definiertes Raumvolumen, sondern die Verteilung von Materie in einem unendlichen (?) Raumbereich. Es kann doch gar keine "Grenze" haben oder habe ich irgendwas verpasst? Dass sich die Materie in diesem unbegrenzten Raum weiter verteilt ist ja klar, aber wo sollte es da eine Grenze geben? Diese müsste ja durch bestimmte Eigenschaften definiert sein.
Wie sollte man einen unendlichen Raum von einem unendlichen Raum mit den gleichen Eigenschaften abgrenzen?

[Halman]

so? Und zwar wäre der Unterschied zur gravitativen Krümmung welcher?

Der Unterschied besteht darin, dass der Raum nicht gekrümmt wird, im Unterschied zu Gravitationsfeldern.

Oder verhält es sich etwas so, dass gem. der Terminologie der Physik auch die raumzeitliche Krümmung der Alcubierre-Warpblase als eine Form der Gravitation zählt?

nicht? Warum nicht? Wegen dem - von dir behaupteten - Unterschied zur gravitativen Krümmung?

genau

soll das der Grund sein, warum es sich nicht um einen Gravitationsantrieb handeln soll?

ja

tut der Alcubierre-Antrieb dies nicht?

Doch, dies tut er natürlich.

Nun, ich erinnerte mich vage an folgende Aussage von Dir aus einem Nachbarthread, die ich hier mal rausgesucht habe:

weil das Gravitationsfeld den ART-Feldgleichungen gehorcht, aus denen hervorgeht, dass das so ist. Außerdem würde es zu kausalen Schleifen führen, wenn es anders wäre.

In diesem Posting gabst Du aber zu bedenken:

die vorderste Front der Alcubierre-Warpblase müsste sich raumartig bewegen, ebenso die Materie in der Blasenwand, die die Krümmung erzeugt, deswegen ist der Alcubierre-Antrieb in der ART auch nicht realisierbar.

Bemerkenswert finde ich, dass die Expansion des Universums nicht dieser Beschränkung unterliegt.

um zu verstehen, warum sich eine Wellenart mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, reicht es zu wissen, dass sie einer Wellengleichung

1/c² d²/dt² h(x,t) - d²/dx² h(x,t) = 0

gehorcht, wobei h(x,t) die Auslenkung der Welle ist. Für eine ebene Welle, die sich mit der Phasengeschwindigkeit c fortpflanzt, gilt:

h(x,t) = cos(k x - ω t + φ0)

mit ω = k c. Durch Berechnung der zweiten Ableitungen nach t und x sieht man, dass die Wellengleichung erfüllt wird:

1/c² d²/dt² h(x,t) = - 1/c² ω² cos(k x - ω t + φ0) = - ω²/c² h(x,t) = -k² h(x,t)

d²/dx² h(x,t) = - k² cos(k x - ω t + φ0) = -k² h(x,t)

Vielen Dank für die exakte und detaillierte Erkärung. Allerdings sind unsere relativen Standpunkte sehr verschieden. Was für Dich vergleichweise einfach ist, mag für mich schwerlich nachvollziebar sein.
Dies erinnert mich an einen guten Bekannten, den ich einmal wöchentlich besuche. Dabei handelt es sich um einen sehr gebildeten Mediziner, von dem ich jedesmal was neues lerne. Was für ihn selbstverständliches Wissen ist, höre ich mitunter zum erstenmal und mag für mich völliges Neuland sein. So gehe ich auf Entdeckungsreise, in der Hoffnung, Bruchteile einordnen und verstehen zu können, bei Dingen, die für wirklich hochgebildete Leute ein "alter Hut" sind.
Silvia Arroyo Camejo urteilte in ihrem Quantenbuch, dass viele Menschen im physikalischem Verständnis rund 300 Jahre zurück sind. Falls ich für mich beanspruchen darf, im Grundverständnis bereits irgendwo in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts festzustecken, wäre es sogesehen also gar nicht mal so schlecht.

Aber eine Frage beschäftigt mich schon länger und daher stelle ich sie einfach mal: Warum kann die Expansion des Universums mit FTL vonstatten gehen, wohingegen die Kontraktion/Expansion beim Alcubierre-Warpantrieb dies nicht kann? Hängt es damit zusammen, dass die globale Expansion des gesamten Raumes, im Unterschied zu einer hypothisch angenommenen Ausbreitung der Warpblase mit FTL, eben nicht zu kausalen Zeitschleifen führt, da sich ja bei der Expansion des gesamten Raumes nichts mit FTL von Ereignis A zu Ereignis B bewegt?

[Agent Scullie]

Ganz so einfach ist das leider nicht. Deine Beschreibung mit einer Gravblase erinnert mich ein wenig am Warp-Antrieb, welcher ja auf eine geometrische Veränderung der Raumzeitmetrik basiert, welche sich allerdings von der gravitativen Krümmung unterscheidet.

so? Und zwar wäre der Unterschied zur gravitativen Krümmung welcher?

Bei der Alcubierre-Warp-Blase wird die Raumzeit auf eine Weise gekrümmt, durch die der Raumteil der Raumzeit vor dem Schiff kontrahiert wird und hinter dem Schiff expandiert (die Entfernung zum Ziel wird damit verkürzt, während sie im gleichen Verhältnis zum Startpunkt verlängert wird). Innerhalb dieser Warpblase steht das Raumschiff tatsächlich still - es ist die Warpblase, welche sich mit dem Schiff bewegt. Dies ist aber KEIN Gravitationsantrieb!

nicht? Warum nicht? Wegen dem - von dir behaupteten - Unterschied zur gravitativen Krümmung?

Der Raum wird in dieser Warpblase nicht gekrümmt, sondern kontrahiert und expandiert - bleibt aber glatt.

soll das der Grund sein, warum es sich nicht um einen Gravitationsantrieb handeln soll?

Ein Gravitationsantrieb, welcher wie von Dir beschrieben "gravwellenpulse" verwendet, erzeugt aber offenbar Gravitationswellen und diese unterliegen den einsteinischen Feldgleichungen der Allgemeinen Relavitätstheorie.

tut der Alcubierre-Antrieb dies nicht?

Nun, annähernd statische Gravitationsfelder, wie sie Planeten und Sterne erzeugen, scheinen ja instantan zu wirken. Dies liegt natürlich daran, dass sich diese Gravitionsfelder kaum merklich verändern.
Erzeugen aber Himmelskörper Gravitationswellen, so bereiten sich diese mit Lichtgeschwindigkeit aus. Leider vermag ich nicht die einsteinischen Feldgleichungen zu verstehen, aus denen dies hervorgeht.

um zu verstehen, warum sich eine Wellenart mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, reicht es zu wissen, dass sie einer Wellengleichung

1/c² d²/dt² h(x,t) - d²/dx² h(x,t) = 0

gehorcht, wobei h(x,t) die Auslenkung der Welle ist. Für eine ebene Welle, die sich mit der Phasengeschwindigkeit c fortpflanzt, gilt:

h(x,t) = cos(k x - ω t + φ0)

mit ω = k c. Durch Berechnung der zweiten Ableitungen nach t und x sieht man, dass die Wellengleichung erfüllt wird:

1/c² d²/dt² h(x,t) = - 1/c² ω² cos(k x - ω t + φ0) = - ω²/c² h(x,t) = -k² h(x,t)

d²/dx² h(x,t) = - k² cos(k x - ω t + φ0) = -k² h(x,t)