Ist die Dehnung des Raums Physik?

[Jogi]

Hallo Eugen.

Zitat von Bauhof

1. welches Grav.-Potential?
Es ist doch weit und breit keine gravitierende Massenansammlung vorhanden.

Deshalb "skalares" Potential.

Auch wenn keine baryonische Materie vorhanden ist, so ist das Vakuum doch nicht eine absolute Leere.
Und das, was in diesem Vakuum unsichtbar existent ist, hat, wenn man es nicht direkt selbst als Energie bezeichnen mag, doch ein Energiepotential und damit ein Massenäquivalent.
Eine homogene und isotrope Verteilung dieses Potentials angenommen, kommt man eben zu einem skalaren Potential, das sich durch reale Expansion "verdünnt".

2. Wohin soll ein expandierendes Universum "aus"- oder "aufsteigen"?

Das entspricht der Frage, wohin sich ein Universum denn ausdehnen soll.

Ich weiß es auch nicht, aber wir beobachten global eine Expansion der sichtbaren Materieverteilung im Universum.
So steigen z. B. bei zwei voneinander weg strebenden Galaxien beide jeweils für sich aus dem Potential der anderen auf, und das gilt ja prinzipiell für alles im Universum.

[Timm]

Hallo Eugen,

Zitat von Bauhof

Wenn beide Differenzen nicht gleich groß sind, dann hat sich der Abstand der beiden Sonden vergrößert. Und zwar allein durch die Dehnung des Raumes, denn eine Abstandsvergrößerung durch mögliche Pekulariarbewegungen wurde durch die Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung ausgeschlossen.

Wenn ich Deine Anordnung richtig verstehe, bedeutet sie, daß sich mitbewegte (-> jeweils in Ruhe zu ihrem CMB) Beobachter gegenseitig rotverschoben sehen und sich das mitteilen. Du hast also quasi die kosmologische Rotverschiebung, bei der Pekuliargeschwindigkeiten kaum noch eine Rolle spielen, experimentell mit großer Genauigkeit nachgestellt.

Ich glaube, es ist naheliegend zu sagen, wenn die Abstände zunehmen (hast Du ja gemessen), muß sich der Raum zwischen den Objekten gedehnt haben (oder zusätzlicher Raum hinzugekommen sein). Aber es tauchen Fragen auf, wie etwa:

Wenn die Dehnung von Raum ein physikalischer Prozess ist, wie soll man sich den vorstellen? Kann man Nichts dehnen?

Sollte ein solcher physikalischer Prozess unabhängig von den verwendeten Koordinaten sein? Mitbewegte Koordinaten bieten sich zwar an, es gibt aber auch andere.

Das Photon wird im lokalen IS bei A emittiert und kommt nachdem der Skalenfaktor zugenommen hat in einem davon verschiedenen lokalen IS bei B rotverschoben an. Wie interpretiert man das?

Gruß, Timm

[Bauhof]

Zitat von Timm

Wenn ich Deine Anordnung richtig verstehe, bedeutet sie, daß sich mitbewegte (-> jeweils in Ruhe zu ihrem CMB) Beobachter gegenseitig rotverschoben sehen und sich das mitteilen. Du hast also quasi die kosmologische Rotverschiebung, bei der Pekuliargeschwindigkeiten kaum noch eine Rolle spielen, experimentell mit großer Genauigkeit nachgestellt.

Ich glaube, es ist naheliegend zu sagen, wenn die Abstände zunehmen (hast Du ja gemessen), muß sich der Raum zwischen den Objekten gedehnt haben (oder zusätzlicher Raum hinzugekommen sein).

Hallo Timm,

um Missverständnisse zu vermeiden, schildere ich das Gedankenexperiment nochmals mit anderen Worten:

Jede der beiden Sonden bringt sich relativ zur Hintergrundstrahlung in Ruhe. Wenn das so ist, dann befinden sich beide Sonden auch relativ zueinander in Ruhe, weil jede Sonde sich relativ zur Hintergrundstrahlung in Ruhe befindet.

Wenn nun die Sonden sich mehrmals die Uhrzeit gegenseitig zusenden und die Radiosignallaufzeit ist immer gleich, dann hat sich der Abstand zwischen den Sonden nicht verändert. Eine Veränderung der Radiosignallaufzeit würde eine Veränderung des Abstandes bedeuten, ganz gleich, wie groß der Abstand tatsächlich ist.

M.f.G. Eugen Bauhof

P.S.
Das das eine riesige Herausforderung an die Messtechnik bedeuten würde, ist wohl klar.

[Jogi]

Zitat von Bauhof

Eine Veränderung der Radiosignallaufzeit würde eine Veränderung des Abstandes bedeuten, ganz gleich, wie groß der Abstand tatsächlich ist.

...und das wage ich, zu bezweifeln.

Wie Einstein sagte, es handelt sich bei der Expansion nicht um Raum-, sondern um Raumzeitexpansion.
Und weil das so ist, wird die die rein räumliche Abstandsvergrößerung durch eine abnehmende Signallaufzeitdilatation kompensiert.

[Timm]

Zitat von Jogi

...und das wage ich, zu bezweifeln.

Wie Einstein sagte, es handelt sich bei der Expansion nicht um Raum-, sondern um Raumzeitexpansion.
Und weil das so ist, wird die die rein räumliche Abstandsvergrößerung durch eine abnehmende Signallaufzeitdilatation kompensiert.

Jogi, vielleicht sollten wir uns erst mal einigen, was wir unter Abstand in gekrümmter Raumzeit meinen.

Abstand in mitbewegten Koordinaten: Der ist im dynamischen FRW Modell zeitlich konstant, die Galaxien bewegen sich nicht voneinander fort. Wenn das so ist, sagt Eugen, die Signallaufzeiten aber zunehmen, kann das nur durch eine Dehnung des Raums erklärt werden.

Abstand definiert als "Eigenlänge" (proper distance): Die Länge zwischen 2 Objekten zu einem festen Zeitpunkt, gemessen mit Maßstäben. Diesen Abstand kann man deshalb mit Lichtsignalen nicht messen, er ist ja raumartig.

Welche Abstandsdefinition meinst Du nun mit "räumliche Abstandsvergrößerung "? Und was bedeutet "abnehmende Signallaufzeitdilatation" konkret bezogen auf die Signallaufzeiten zwischen 2 mitbewegten Objekten? Ich will nur Missverständnisse ausschließen.

Gruß, Timm

[Jogi]

Hallo Timm.

Zitat von Timm

Jogi, vielleicht sollten wir uns erst mal einigen, was wir unter Abstand in gekrümmter Raumzeit meinen.

Eugen geht bei seinem Aufbau doch erklärtermaßen von ungekrümmter Raumzeit aus, oder irre ich mich?

Welche Abstandsdefinition meinst Du nun mit "räumliche Abstandsvergrößerung "?

Raumartig.
Ohne Berücksichtigung raumzeitlicher Effekte.
(Was aber in der Praxis nicht funktionieren wird...)

Und was bedeutet "abnehmende Signallaufzeitdilatation" konkret bezogen auf die Signallaufzeiten zwischen 2 mitbewegten Objekten?

Okay, das ist mißverständlich ausgedrückt.

Ich versuch's nochmal anders:

Eugen's Experiment soll in unserem realen Universum stattfinden, das, wie ich schon sagte, nirgendwo eine absolute Leere aufweist.
Das Quantenvakuum ist immer und überall da und es dilatiert durch seine (skalare, homogen und isotrop wirkende) Gravitation die Zeit und damit auch die Signalgeschwindigkeit im Vergleich zu einem tatsächlich vollkommen leeren Universum.
Natürlich sind in so einem Vergleich auch die Distanzen verkürzt, was zu eben jener von mir angesprochenen Kompensation führt, also einem Nullergebnis des Experiments.

Unser Universum mit seiner abnehmenden globalen Dichte des Vakuums expandiert asymptotisch zu einem "leeren" Universum, aber wie gesagt, die gravitative Dilatation und Längenkontraktion nehmen dabei im Gleichschritt ab, c bleibt immer c.

Ideal als masselos angenommene Referenzobjekte, die sich zum CMB und somit auch zueinander in Ruhe befinden, vergrößern nur aus Sicht des "leeren" Universums ihren Abstand zueinander.

Innerhalb ihres gegenseitigen Wahrnehmungsbereiches ändert sich (theoretisch) nichts.
Eine Zunahme der Rotverschiebung, die das eine Objekt beim anderen beobachtet, wäre nicht zu erwarten.


Gruß Jogi

[Timm]

Hallo Jogi,

Zitat von Jogi

Eugen geht bei seinem Aufbau doch erklärtermaßen von ungekrümmter Raumzeit aus, oder irre ich mich?

Ja, da irrst Du. In flacher Minkowski-Raumzeit ist jede Frequenzverschiebung zwischen inertialen Beobachtern eine "reine" Dopplerverschiebung. Da gibt's keine Mehrdeutigkeiten und keine Interpretation als Raumdehnung.

Im Folgenden tue ich mir etwas schwer zu verstehen, was Du sagen willst, kann aber auch an mir liegen.

Zitat von Jogi

Eugen's Experiment soll in unserem realen Universum stattfinden, das, wie ich schon sagte, nirgendwo eine absolute Leere aufweist.
Das Quantenvakuum ist immer und überall da und es dilatiert durch seine (skalare, homogen und isotrop wirkende) Gravitation die Zeit und damit auch die Signalgeschwindigkeit im Vergleich zu einem tatsächlich vollkommen leeren Universum.

Das Quantenvakuum mit anziehender Gravitation (im Gegensatz zur kosmologischen Konstanten) würde die die Expansion abbremsende Wirkung der Materieenergiedichte weiter verstärken. Es gibt Rechnungen auf Basis der Nullpunktsenergie, aber da ergeben sich irrsinnige Werte, die das Universum zum sofortigen Kollaps brächten. Du nimmst nun eine wohl "schache" Variante an, ist allerdings soz. off-Modell.

Sprichst Du (-> Signalgeschwindigkeit dilatiert) von einer Laufzeitverzögerung im Sinne des Shapiro-Effekts, nur übertragen von Schwarzschild- auf FRW-Raumzeit?

Zitat von Jogi

Natürlich sind in so einem Vergleich auch die Distanzen verkürzt, was zu eben jener von mir angesprochenen Kompensation führt, also einem Nullergebnis des Experiments.

Heißt das bezogen auf Eugen's Experiment, daß während das Universum expandiert die Laufzeiten zwischen den mitbewegten Sonden zeitlich konstant sind?

Zitat von Jogi

Unser Universum mit seiner abnehmenden globalen Dichte des Vakuums expandiert asymptotisch zu einem "leeren" Universum, aber wie gesagt, die gravitative Dilatation und Längenkontraktion nehmen dabei im Gleichschritt ab, c bleibt immer c.

Längenkontraktion klingt nach Lorentz-Trafo, wendest Du hier die SRT in der gekrümmten Raumzeit an?

Gruß, Timm

[Jogi]

Zitat von Timm

Das Quantenvakuum mit anziehender Gravitation (im Gegensatz zur kosmologischen Konstanten) würde die die Expansion abbremsende Wirkung der Materieenergiedichte weiter verstärken.

Offenbar wirkt die Gravitation im Quantenvakuum jedoch abstossend.

Sorry für OT:
Das liegt in meiner Vorstellung an einer speziellen Eigenschaft der dunklen Materie, die sie grundsätzlich von baryonischer Materie unnterscheidet.
DM wird von Gravitation abgestossen, ihre eigene Gravitationswirkung auf baryonische Materie ist jedoch anziehend, so "zieht" die DM bei ihrer Expansionsbewegung die baryonische Materie mit.

Sprichst Du (-> Signalgeschwindigkeit dilatiert) von einer Laufzeitverzögerung im Sinne des Shapiro-Effekts, nur übertragen von Schwarzschild- auf FRW-Raumzeit?

Ohne das jetzt im Detail überprüft zu haben, ja.

Heißt das bezogen auf Eugen's Experiment, daß während das Universum expandiert die Laufzeiten zwischen den mitbewegten Sonden zeitlich konstant sind?

Davon gehe ich aus, aber genau das wäre ja mit dem Experiment zu überprüfen.

Denkt man diesen Gedanken mal bezogen auf das, was wir so schon im Universum beobachten können, ergibt sich für mich Folgendes:

Hätten wir vor, na, sagen wir mal 10 Mrd. Jahren die Möglichkeit gehabt, die Rotverschiebung einer weit entfernten Galaxie zu messen, so hätte sich dieser Wert bis heute nicht verändert.
Voraussetzung hierfür wäre jedoch eine ideale, nicht von lokalen Massen beeinflusste Messung (wie sie Eugen vorschwebt).

Längenkontraktion klingt nach Lorentz-Trafo, wendest Du hier die SRT in der gekrümmten Raumzeit an?

Ja.
Im Vergleich zu einem absolut leeren Universum (was sich ja nur denken, aber niemals präparieren lässt...)

[Timm]

Hallo Eugen,

Zitat von Bauhof

Jede der beiden Sonden bringt sich relativ zur Hintergrundstrahlung in Ruhe. Wenn das so ist, dann befinden sich beide Sonden auch relativ zueinander in Ruhe, weil jede Sonde sich relativ zur Hintergrundstrahlung in Ruhe befindet.

Wie meinst Du mit "relativ zueinander in Ruhe"? Ändert sich der raumartige Abstand bei aufeinander folgenden festen Zeitpunkten nicht?

Eine Veränderung der Radiosignallaufzeit würde eine Veränderung des Abstandes bedeuten, ganz gleich, wie groß der Abstand tatsächlich ist.

Nur damit Klarheit herrscht, Du erwartest beim expandierenden Universum zunehmende Laufzeiten, also zunehmende Abstände, oder?

Gruß, Timm

[Bauhof]

Zitat von Timm

Wie meinst Du mit "relativ zueinander in Ruhe"? Ändert sich der raumartige Abstand bei aufeinander folgenden festen Zeitpunkten nicht?

Hallo Timm,

ich weiß nicht was du mit "raumartigen" Abstand meinst. Wenn das Universum nicht expandiert, dann ändert sich der Abstand zwischen den beiden Sonden zu keinem Zeitpunkt.

Zitat von Timm

Nur damit Klarheit herrscht, Du erwartest beim expandierenden Universum zunehmende Laufzeiten, also zunehmende Abstände, oder?

Ja, wenn das Universum expandiert, dann erwarte ich mit dem Fortschreiten der Zeit zunehmende Abstände zwischen den beiden Sonden, obwohl sie sich relativ zur kosmischen Hintergrundstrahlung nicht bewegen.

Ich wundere mich ein wenig, denn das von mir vorgestellte Gedankenexperiment basiert doch nur auf die hausbackene Standard-Kosmologie, wie sie z.B. der Physiker Martin Bäker hier anschaulich vorstellt.

M.f.G. Eugen Bauhof