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  Frage zu Hawkings Rückwärtslichtkegel |
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dbs
Ehemals Aktiv 
Dabei seit: 15.04.2011
Mitteilungen: 124
 |  Themenstart: 2013-03-18
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Hallo,
ich arbeite mich gerade durch das Universum in einer Nussschale und habe zu dieser Stelle einige Verständnisfragen. Ich zitiere mal den Abschnitt:
\quoteon
Da das Universum expandiert und früher alles wesentlich näher zusammenlag, blicken wir, je weiter wir zurückschauen, durch Regionen von immer höhrerer Meteriedichte. Einiges von dem Licht, das uns erreicht, stammt gar aus einer Zeit, bevor sich überhaupt so etwas wie Galaxien gebildet hatte: So beobachten wir einen schwachen Hintergrund von Mikrowellenstrahlung (eines niederenergetischen Verwandten des sichtbaren Lichts), der sich aus viel früherer Zeit, als das Universum noch erheblich dichter und heißer als heute war, entlang des Rückwärtslichtkegels bis zu uns ausbreitet. Durch Einstellen der Empfänger auf verschiedene Mikrowellenfrequenzen können wir das Spektrum (die Verteilung der Energie auf die Teilwellen unterschiedlicher Frequenz) dieser Strahlung messen. Wir finden ein Spektrum, das für die Strahlung eines Körpers mit der Temperatur von 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt charakteristisch ist. Diese Mikrowellenstrahlung eignet sich zwar nicht zum Auftauen einer tiefgefrorenen Pizza, doch der Umstand, dass das Spektrum so genau mit der Strahlung eines Körpers von 2,7 Grad übereinstimmt, gibt und einen wichtigen Hinweis: Die Strahlung muss aus Regionen kommen, die für Mikrowellen undurchlässig sind. (Warum?)
Nun wird auf eine Abbildung mit folgendem Begleittext verwiesen:
Das Spektrum - die Verteilung der Strahlungsleistung auf die verschiedenen Frequenzen - der kosmischen Hintergrundstrahlung ist typisch für das Strahlungsspektrum eines heißen Körpers. Um ein Wärmegleichgewicht zu erreichen, müssen Strahlung und Materie viele Male aneinander gestreut haben. Daraus lässt sich auf eine Materiedichte in der Vergangenheit schließen, die ausreichte, um unseren Vergangenheitslichtkegel nach innen zu biegen.\quoteoff
Wahrscheinlich bräuchte ich nur mal eine etwas genauere Erläuterung von dem, was da vor sich geht, denn einige Details scheinen doch ausgespart.
Z.B. verstehe ich noch nicht, warum diese 2,7° über dem absoluten Nullpunkt den Schluss erzwingen, dass da so viel Masse vorhanden gewesen sein muss. Warum wird dann überhaupt von einem "heißen" Körper geredet? 2,7° über absolut Null finde ich jetzt nicht so wahnsinnig heiß. :)
Und wie äußert sich das Wärmegleichgewicht, von dem auch noch die Rede ist?
Danke für alle, die da ein bisschen niederenergetische Mikrowellenstrahlung ins Dunkel bringen können.
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moep
Senior 
Dabei seit: 21.06.2006
Mitteilungen: 1781
| Beitrag No.1, eingetragen 2013-03-20
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Ich habe das Buch selbst frueher mal gelesen und finde es jetzt, nachdem ich ein Physikstudium hinter mir hab, eigentlich ziemlich schlecht, und dieser Absatz ist ein gutes Beispiel dafuer warum...
Zunaechst einmal laesst sich allein aus der Hintergrundstrahlung und ohne zusaetzliche Annahmen und Informationen ueberhaupt nicht ableiten, was die Materiedichte ist. Und tatsaechlich ist es auch heute noch unklar, was sich ja an dem ganzen Thema Dunkle Materie/Energie zeigt.
Die Hintergrundstrahlung ist lediglich (zusammen mit der beobachteten Expansion) ein starkes Indiz fuer den Urknall: Wenn es einen Urknall gab, bei dem das Universum mit einer hohen Energie-/Materiedichte begonnen hat, dann kuehlt diese mit der Expansion ab, dabei "kondensiert" die Energie-/Materieansammlung und es bilden sich stabile Elementarteilchen (Elektronen, Photonen etc), Atome, Molekuele etc, die am Anfang noch recht hohe Energie haben (also noch sehr "heiss" sind). Nehmen wir an, dass die Abkuehlungszeit sehr viel groesser ist als die mittlere Dauer der Wechselwirkung der Teilchen ist, dann kann man erwarten, dass das Universum im grossen und ganzen im thermischen Gleichgewicht ist. Teilchen in so einem thermischen System im Gleichgewicht haben ein charakteristisches Energiespektrum, das nur von der Temperatur des Systems abhaengt - genau dieses Spektrum wird bei der Hintergrundstrahlung beobachtet. Und da die Hintergrundstrahlung aus nichts anderem als Photonen besteht, liegt der Schluss nahe, dass diese Photonen gerade die Relikte des Urknalls sind, und die selbe (Durchschnitts-)Temperatur hat wie die Materie im Universum.
Ich hoffe das klaert einige deiner Fragen.
Gruss,
moep
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lula
Senior 
Dabei seit: 17.12.2007
Mitteilungen: 11458
Wohnort: Sankt Augustin NRW
 | Beitrag No.2, eingetragen 2013-03-20
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Hallo
man weiss, dass die Strahlung eines "scharzen" Körpers ein bestimmtes Spektrum hat
siehe Wikipedia, Schwarzkörperstrahlung
die Hintergrundstrahlung hat nun nicht genau 2.7°K sondern auch ein Spektrumdas genauso aussieht wie in dem link .Es ist natürlich gegenüber der ursprünglichen Strahlung weit ins kalte verschoben, hat aber die richtige Form. Dass es jetz nur noch 2,7° sind liegt an der Ausdehnung des Alls, d.h. bei der Entstehung war das viele 1000°. Deshalb die Rede von heissen Strahlern bzw. Materie.
wäre es nur eine Linie oder mehrere einzelne käme die Str. nicht von Materie sondern von einzelnen Elementarteilchen.
Bis dann, lula
Linktext lesbarer gestaltet. Grüße, rlk.
[ Nachricht wurde editiert von rlk am 22.03.2013 16:42:24 ]
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dbs hat die Antworten auf ihre/seine Frage gesehen.
dbs hat selbst das Ok-Häkchen gesetzt. |
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