Was passiert mit Photonen, wenn sie die Ausdehnung erreichen

Hallo! :)

Das Universum dehnt sich langsamer aus, als Photonen im All sich fortbewegen. Sie reisen mit 300.000 km pro sekunde und das Universum dehnt sich ungefähr mit 75tausendkilometernprostunde aus.

Das Universum hat zwar keinen Rand in dem Sinne, aber was würde passieren, wenn ein Lichtstrahl und die Ausdehnung des Universums beide gleichzeitig vom minimalsten Punkt aus starten, oder wenn die Photonen eben die Ausdehnung erreichen? Wenn sie nun mal schneller sind, als sich der Raum ausdehnt, dann muss auch etwas passieren, oder nicht?

Entsteht dann eine Art Schleife, dass der Strahl gebogen wird und einen Kreis zieht? Der Raum dehnt sich ja in überall gleichzeitig aus, demnach nehme ich an, dass auch der Photonenstrahl nicht auf einer geraden bleibt, sondern einen Looping macht. Oder auch nicht, aber er soll nicht rundherum reisen sondern auf einer Geraden bleiben und darlegen was passiert wenn die Ausdehnung erreicht wird.

Bin gespannt auf eure Antworten.

Kephalopyr schrieb:Das Universum dehnt sich langsamer aus, als Photonen im All sich fortbewegen.

Das Universum dehnt sich, je größer die Abstände sind, scheinbar schneller aus.
Das nennt sich skalierte Expansion.

Diese Expansionszunahme in großen Skalen wird über den Hubble-Parameter bestimmt.
Dabei führt diese skalierte Expansion dazu, dass zwei Punkte, die sich voneinander entfernen und deren Entfernung groß genug ist, mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen. Das ist die Lichtgrenze oder der Ereignishorizont. Die Information von Punkt A ist von der Raumzeitmetrik von Punkt B abgekoppelt. Die Expansion geht schneller von statten, als dass das Photon diese Distanz je aufholen könnte, da dieses begrenzt ist.

Die Stichwörter dazu sind Hubble-Radius und Ereignishorizont.

Kephalopyr schrieb:Der Raum dehnt sich ja in überall gleichzeitig aus, demnach nehme ich an, dass auch der Photonenstrahl nicht auf einer geraden bleibt, sondern einen Looping macht. Oder auch nicht, aber er soll nicht rundherum reisen sondern auf einer Geraden bleiben und darlegen was passiert wenn die Ausdehnung erreicht wird.

Der Urknall stellt keine Explosion, sondern eher eine Implosion dar, dessen "Rand" innen & nicht außen liegt.

Der Raum ist begrifflich in der Kosmologie nicht als ein Körper zu betrachten, der ein Volumen besitzt wie ein Luftballon mit einer Art Grenze, sondern als ein Hintergrund vor dem etwas stattfindet. Wo nichts passiert, also auch keine Zeit vergeht, weil nichts existiert, existiert auch kein Raum. Dort macht der Begriff keinen Sinn. Wenn dieses Photon nun ungeachtet der obigen Beschreibung einen "Rand" erreichte, führte das theoretisch nur dazu, dass dort fortan ein Raum zu definieren wäre, den dieses Photon durchläuft. Das Universum dehnte sich demzufolge nur immerweiter aus.

Das Universum selbst scheint dabei brettflach zu sein, sprich es ist keine Krümmung wie die Erdkrümming zu sehen, die das Photon umlenken könnte. Es fliegt immer weiter geradeaus und wird nur von Massen von dessen Kurs angebracht. Zudem hat es die frühe kosmische Inflation nach dem Urknall - Hyperinflation - schwierig gemacht, festzustellen wie groß das Universum tatsächlich ist. Diese Information existiert hinter der genannten Lichtgrenze.

Theoretisch denkbar sind deshalb uA sogenannte Taschenuniversen, also wie Luftblasen im Schaumbad oder ein zerrissener Schwamm, die als voneinander getrennte Raumbereiche geschaffen wurden, in denen die innere Expansion langsam genug war, um einen kleineren räumlichen Horizont vor einem Hyperraum zu bilden, der diese Bubbles beinhaltet.

Kephalopyr schrieb:Das Universum dehnt sich langsamer aus, als Photonen im All sich fortbewegen. Sie reisen mit 300.000 km pro sekunde und das Universum dehnt sich ungefähr mit 75tausendkilometernprostunde aus.

Sorry, das ist schlicht falsch, woher hast Du bitte diesen Wert.
Die Ausdehnungsgeschwindigkeit beträgt nach derzeitigem Stand ca. 67 km/s pro Megaparsec. Ein Megaparsec ist dabei eine Längeneinheit von etwa 3.260.000 Lichtjahren.

Sind zwei Punkte weit genug voneinander entfernt, so wächst der Raum zwischen ihnen mit Überlichtgeschwindigkeit und der andere Punkt (oder der Rand) wird unerreichbar.

Ob das Universum überhaupt einen Rand hat, ist dabei eine andere Frage. Möglicherweise ist es unendlich groß, möglicherweise "endlich, aber unbegrenzt", in sich gekrümmt.

Mr.Stielz schrieb:Ob das Universum überhaupt einen Rand hat, ist dabei eine andere Frage.

Naja. Zumindest von unserem Planeten aus gesehen, gibt es so eine Art "Rand" - den Ereignisshorizont.

Vielleicht war ja das gemeint?

Ich denke den Photonen ginge es ähnlich wie uns Menschen wir würden das "Ende" niemals erreichen können.
in diesem kurzen Video wird erklärt warum uns selbst bei Reisen mit Lichtgeschwindigkeit 94 % des Universums unerreichbar sind.

Gibt es Orte, die wir nie erreichen können?

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@Mr.Stielz

Also dehnt sich doch das Universum schneller aus als Lichtgeschwindigkeit? Wenn das Licht die Ausdehnung nicht einholen kann, auch wenn beide von einem minimalsten Punkt aus gleichzeitig starten, würde die Ausdehnung irgendwann schneller sein?

Kephalopyr schrieb:auch wenn beide von einem minimalsten Punkt aus gleichzeitig starten, würde die Ausdehnung irgendwann schneller sein?

Ist das nicht genau der Effekt den wir erleben wenn wir in den Himmel sehen? Wenn das Photon schneller wäre könnten wir dann noch etwas von dem Universum um uns herum wahr nehmen?

Wenn der Urknall von Murmelgröße auf Billionen Km innerhalb einer billionstel Sekunde statt gefunden hatt dann ist die Ausdehnung von Anfang an schneller. Das Photon wird der Grenze niemals näher kommen können als beim "Start" deines Intergalaktischen Wettrennen.

Inv3rt schrieb:Theoretisch denkbar sind deshalb uA sogenannte Taschenuniversen, also wie Luftblasen im Schaumbad oder ein zerrissener Schwamm, die als voneinander getrennte Raumbereiche geschaffen wurden, in denen die innere Expansion langsam genug war, um einen kleineren räumlichen Horizont vor einem Hyperraum zu bilden, der diese Bubbles beinhaltet.

Klingt interessant, aber was ich nicht so ganz verstehe ist, dass es doch dann tatsächlich etwas gibt, das schneller als Lichtgeschwindigkeit ist. Zumindest liest sich das bis jetzt so.

amtraxx schrieb:in diesem kurzen Video wird erklärt warum uns selbst bei Reisen mit Lichtgeschwindigkeit 94 % des Universums unerreichbar sind.

Das kenne ich schon! :}
Schon traurig aber auch unheimlich wie riesig die Distanzen tatsächlich sind. Unvorstellbar.

amtraxx schrieb:Ist das nicht genau der Effekt den wir erleben wenn wir in den Himmel sehen? Wenn das Photon schneller wäre könnten wir dann noch etwas von dem Universum um uns herum wahr nehmen?

Wenn der Urknall von Murmelgröße auf Billionen Km innerhalb einer billionstel Sekunde statt gefunden hatt dann ist die Ausdehnung von Anfang an schneller. Das Photon wird der Grenze niemals näher kommen können als beim "Start" deines Intergalaktischen Wettrennen.

Also, ja, darum geht es mir: die Ausdehnung ist schneller als Photonen. Dann haben wir doch etwas, das schneller als Licht sein kann? :ask:

Kephalopyr schrieb:Klingt interessant, aber was ich nicht so ganz verstehe ist, dass es doch dann tatsächlich etwas gibt, das schneller als Lichtgeschwindigkeit ist. Zumindest liest sich das bis jetzt so.

Jaein.
Der Raum selbst kann sich mit ÜLG ausdehnen.
Die Materie, die diesen Raum besetzt - oder erst zu einem Raum macht, für den sich der Begriff lohnt - hingegen nicht.

Dazu gibt es den berühmten Rosinenteig-Vergleich, wobei die Abstände zwischen den Rosinen exponentiell anwachsen, sobald der Teig aufgeht.

Dabei bewegt sich der Teig selbst gar nicht, sondern er geht durch das Backen nur auf. Die einzelnen Bestandteile darin werden auseinandergestoben, so wie die Materie durch die dunkle Energie - also das was den Raum expandieren oder aufgehen lässt - auseinandergestoben wird. Es findet dabei auf große Skalen eine Addition an sich kleiner "Aufblähungen" statt, die wenn es diese großen Distanzen dann betrifft, den Kohl fett & fetter machen.

Um nun von Rosine zu Rosine zu reisen (zB Galaxienhaufen, die sich relativ zueinander mit LG voneinander entfernen), müsstest du dich während des Fluges schneller als mit LG bewegen, um diese Expansion während der Eigenbewegung auszugleichen. Allerdings ist es der Materie scheinbar energietechnisch nicht möglich, sich schneller von ihrem Intertialsystem hinfortzubeschleunigen als mit LG. Denn dieser Teig, der bewegt sich selbst wie geschrieben nicht.

Btw, falls du dich fragst, was diesen Teig aufblähen lässt.

Es wird dabei zB von einer Vakuumenergie ausgegangen, die dafür sorgt, dass sich in einem absolut leeren Raum permanent virtuelle Teilchen & Antiteilchen aus diesem Nichts bilden (wovon nach dem Urknall mehr Teilchen als Antiteilchen übriggeblieben sind), die sich sofort wieder gegenseitig auslöschen. Sie erzeugen damit allerdings Energie & damit auch Masse, die sich "dazwischendrängt" wie die Luft im Teig.

Eine andere Hypothese - neben mathematischen Unebenheiten der Gravitation in der Allgemeinen Relativitätstheorie - dazu ist, dass es ein noch unbekanntes & unbeobachtetes Teilchen gibt, welches das Universum durchzieht & der Materie die Eigenschaft zuschreibt, der Gravitation entgegenzuwirken. Ein bisschen der UFO-Antrieb der möglichen Lösungen.

Inv3rt schrieb:Der Raum selbst kann sich mit ÜLG ausdehnen.
Die Materie, die diesen Raum besetzt - oder erst zu einem Raum macht, für den sich der Begriff lohnt - hingegen nicht.

Dann kann man doch schon sagen, dass etwas schneller als Lichtgeschwindigkeit sein kann.
Klar sprechen wir hier nur von der Ausdehnung des Raumes selbst, aber das zeigt doch eigentlich, dass Lichtgeschwindigkeit keine allgegenwärtige Höchstgeschwindigkeit sein kann, wenn es um die Gesamtheit vom Universum geht, also nicht nur was innerhalb des Raumes liegt, sondern eben auch der Raum selbst!

Ich habe eben recherchiert:

Warum dehnt sich der Raum aus?

Wie eine Antischwerkraft treibt sie das Universum auseinander. Und weil ihre Energiedichte, also die Energie pro Raumvolumen, konstant ist, wird die Dunkle Energie umso größer, je mehr sich der Raum ausdehnt. Wenn es so weitergeht, wird das Universum bis in alle Ewigkeit expandieren, und zwar immer schneller.

Quelle: https://www.zeit.de/zustimmung?url=https%3A%2F%2Fwww.zeit.de%2Fzeit-wissen%2F2010%2F02%2FDossier-Kosmos%2Fseite-6 (Archiv-Version vom 13.08.2022)

Das mag jetzt ein seltsamer Vergleich sein, aber im Spiel "Destiny" gibt es einen Gegner, der dich mit Sphären beschießt. Die töten dich nicht, sie schießen dich nur immer weiter von ihm weg und je mehr er dich damit beschießt, desto schneller und weiter wirst du von ihm weggestoßen. Man hat da keine Möglichkeit mehr das irgendwie zu ändern. So in der Art stelle ich mir die Expansion des Raumes im Bezug auf Dunkle Energie vor. Ich frage mich jedoch, wieso wir nichts davon mitbekommen, weder das Vorhandensein oder Mehrwerden der Dunklen Energie, noch den Geschwindigkeitsschub des Universums.

Inv3rt schrieb:müsstest du dich während des Fluges schneller als mit LG bewegen, um diese Expansion während der Eigenbewegung auszugleichen.

Also ist nicht mal ein Raumschiff mit konstanter Lichtgeschwindigkeit sinnvoll? Na toll,
dann kann man ja schon vorsichtig behaupten, dass es nahezu unmöglich scheint, immer weiter ins Universum vorzudringen. Die Entfernungen sind schon riesig, aber wenn nicht mal Lichtgeschwindigkeit zeitlich ausreicht(obwohl wir ja eh nicht lange leben), dann ist das doch ein Ding der Unmöglichkeit, oder? Einziger Ausweg KÖNNTEN Wurmlöcher sein, aber auch das klingt alles sehr gewagt und spekulativ.

Inv3rt schrieb:Ein bisschen der UFO-Antrieb der möglichen Lösungen.

Also beide Theorien klingen jetzt nicht schlecht, aber wäre es nicht schon längst mal möglich gewesen, das unbekannte Teilchen zu entdecken? :ask:

Fraglich, ob ein solcher Antrieb nicht viel mehr nach hinten losgehen könnte. Ich weiß es nicht, ist nur ein Gedanke.

Wenn eine unendliche Raumzeitkrümmung (z.b. durch massive Massenedichtung in Schwarzen Löchern) gemäß der Einsteinschen Feldgleichungen zu einer relativen Verlangsamung des dortigen Zeitablaufes jenseits des Ereignishorizontes führt ( ich weiss: mathematisch eine spekulative aber allseits akzeptierte Therorie!) dann darf doch auch vermutet werden, dass bei einer reinen Raumausdehnung, die dann zu unterstellen ist, wenn keine Masse/Raumzeitkrümmung einwirken kann (interstellarer Raum ohne
Galaxien) dann ist es doch ebenso gerechtfertigt, durch reziproke Anwendung der identischen Feldgleichungen zu unterstellen, dass eine solche" Raumelongation" zu einer deutlich verlängerten Wegstecke für Photonen führt.

Dies bedeuted, dass in solchen Abschnitten des Universums Photonen bei konstanter (Licht-) Geschwindigkeit allein dadurch bei Messungen von Entfernungsausdehnungen (Supernovae 1a, Cepheiden, Gravitationslinsen etc.) eine Rotverschiebung bewirken.

Damit ist die Wegstrecke im gesamten Universum nicht linear, sondern abschnittweise abhängig von der jeweilig dort herrschenden (masseabhängigen) Raumzeitkrümmung.
Damit würde auch ein neuer Erklärungs-Ansatz für Hubble-Parameter und H-Konstante bei den jüngst gemessenen erheblich abweichenden Beschleunigungskonstanten entstehen : 68-75

\[H_\approx 70\,\rm{\frac{km}{s\cdot Mpc}}\]

Quelle: JoWe