THEMA: Video 21 Dopplereffekt

Das war wie gewohnt eine gelungene Folge zur AR. Ich fühle mich nicht überfordert, bekomme aber doch alles Wesentliche mit. Weiter so.

Mit den Dopplereffekten wird es allerdings etwas unübersichtlich. Daher will ich mal die folgende Tabelle zur Diskussion stellen.

Dopplereffekt	Wellenlänge	Zeit	Frequenz
1. Fluchtgeschwindigkeit wesentlich kleiner als c	gedehnt	-	Rotverschiebung
2. Raumexpansion	gedehnt	-	Rotverschiebung
3. Gravitation nach AR	gedehnt	gedehnt	Rotverschiebung
4. Geschwindigkeit nahe c nach SR	gestaucht	gedehnt	in Summe kein Effekt

Rot- und Blauverschiebung infolge der Geschwindigkeit in der SR heben sich bei bewegten Objekten also gegenseitig auf. Soweit ist alles ok, jedenfalls wenn sich Länge und Zeit proportional zueinander verhalten. Das ist bei einem Lorentzfaktor nahe eins der Fall.

Wenn sich der Lorentzfaktor aber bei hoher Geschwindigkeit stark ändert, dann fällt die Wellenlänge proportional, während sich die Zeit umgekehrt proportional zum Lorentzfaktor ändert. Dann kann bei konstanter Lichtgeschwindigkeit die Frequenz nicht mehr konstant sein. Die Uhr tickt überproportional langsamer und führt zu einer Rotverschiebung.
Demnach gibt es bei schnellen, also weit entfernten Galaxien auch eine Rotverschiebung aufgrund der SR. Das würde die überproportionale Rotverschiebung anders als üblich begründen.

Gibt es denn solche "schnellen Galaxien"?
Also Galaxien mit einer Rotverschiebung die nicht aus der Raumexpansion kommt?
Sorry, ich bin nur Elektrotechniker, kein Astronom.

PS@Dick: Das Tutorial kennst Du? urknall-weltall-leben.de/images/download.../Rotverschiebung.pdf
Link ganz oben unter Wissensbox^^.

Torsten C schrieb: Gibt es denn solche "schnellen Galaxien"?
Also Galaxien mit einer Rotverschiebung die nicht aus der Raumexpansion kommt?
.

Wir können ja nur die Rotverschiebung messen. Die Raumexpansion ist eine Interpretation dieser Messung. Die SR(oder besser SRT) ist eine andere, zusätzliche Interpretation. Das Tutorial bestätigt ja diese SRT-Rotverschiebung.

Mit der restriktiven Annahme einer Raumexpansion will man theoretisch nur vermeiden, dass sich entfernte Galaxien mit (einer gemessenen) Überlichtgeschwindigkeit bewegen. Ich persönlich habe Probleme mit der Anschauung, dass der Raum expandiert, die Galaxien sich aber dabei nicht bewegen sollen. Ich neige eher zu der Annahme, dass mehrfache Dopplereffekte zusammenkommen.

Dick schrieb: Ich neige eher zu der Annahme, dass mehrfache Dopplereffekte Rotverschiebungen zusammenkommen.

Kann hier bitte mal ein Astronom antworten? Vielleicht Jörn Müller himself? Genau das habe ich mich als Elektrotechniker auch schon immer gefragt:

Könnten sich nicht beide Rotverschiebungen addieren? Und falls ja: Wissen wir schon, wieviel Rotverschiebung jeweils vom Dopplereffekt und wieviel von der Raumexpansion kommt? Oder muss das noch erforscht werden?

hab mal was in Wiki gefunden,
das besonders interessante mal fett markiert.


Beobachtungshorizon

Der Beobachtungshorizont oder auch Partikelhorizont begrenzt den Teil des Universums, von dem uns seit dem Urknall Informationen erreicht haben können.

Die Entfernung bis zum Beobachtungshorizont ist jedoch nicht durch das Alter des Universums multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit gegeben. Sie ist also nicht 13,8 Milliarden Lichtjahre. Sie wird im Rahmen des Urknall-Standardmodells auf 46,6 Milliarden Lichtjahre beziffert.[1] Es ist nämlich zu berücksichtigen, dass sich das Universum weiter ausgedehnt hat, während sich das Licht vom Beobachtungshorizont zur Erde bewegte, d. h., bereits zurückgelegte Strecken sind nachträglich länger geworden.[2] Die entferntesten Objekte, deren Licht wir heute wahrnehmen können, befanden sich zu der Zeit, als sie dieses Licht aussandten, in einer Entfernung von gerade einmal 40 Millionen Lichtjahren zur Erde – kaum näher als der damalige Ereignishorizont. Heute trennen uns von diesen Objekten die besagten 46,6 Milliarden Lichtjahre. Da sie aber schon seit langer Zeit den Ereignishorizont überschritten haben, gibt es keine Möglichkeit, jemals etwas über die derzeitigen Vorgänge in dieser Entfernung zu erfahren. Das Verhältnis dieser Entfernungen ist der Faktor der Expansion des Universums über diesen Zeitraum und zugleich die Rotverschiebung.

Oft wird auch die gleichwertige, umgekehrte Betrachtung zur Definition benutzt: Der Partikelhorizont ist dann die Kugeloberfläche, bis zu der lichtschnelle Strahlung vorgedrungen wäre, wenn sie an unserem Standpunkt unmittelbar nach dem Urknall ausgesendet worden wäre und sich ungehindert hätte ausbreiten können.


Nachtrag von mir.
die Erde hat damals noch nicht existiert. Man geht wohl davon aus, das wenn es sie damals gegeben hätte.

Dick schrieb: Ich persönlich habe Probleme mit der Anschauung, dass der Raum expandiert, die Galaxien sich aber dabei nicht bewegen sollen.

Wenn du damit eine zufällige Eigenbewegung der Galaxien meinst spricht die Korrelation Entfernung - Rotverschiebung eindeutig dagegen. Warum sollten sich Galaxien in gleicher Entfernung mit der gleichen Geschwindigkeit von uns wegbewegen?

Daran das das Universum expandiert sollten eigentlich kaum noch Zweifel bestehen.
Ob man die damit verbundene Relativbewegung jetzt als Bewegung im Raum oder einfach als Expansion des Raumes selbst versteht ist meiner Auffassung nach nur eine Frage der Zweckmäßigkeit. Das Rechnen mit einer Skalierung ist wesentlich einfacher und anschaulicher als mit Bewegung zu rechnen zumal die "Fluchtgeschwindigkeit" zum Zeitpunkt der Emission nur einen kleinen Teil der Rotverschiebung ausmacht. Bei manchen Fragestellungen mag es vieleicht sogar wieder zweckmäßig sein die Expansion als Bewegung zu verstehen (vieleicht braucht man die kin. Energie der auseinanderfliegenden Galaxien für die Energiebilanz?) Das wird ein echter Astrophysiker sicher besser erklären können.

Dick schrieb: Ich neige eher zu der Annahme, dass mehrfache Dopplereffekte zusammenkommen.

Damit hast du mit Sicherheit recht. Die Frage ist nur wie stark die einzelnen Beiträge sind. Ab einer bestimmten Entfernung wird die Rotverschiebung durch Eigenbewegungen vernachlässigbar gegenüber der Rotverschiebung durch die Expansion.


Nachtrag @ Brooder
Schau mal hier: Schneckenuniversum
Da beschrieb ich ein Universum mit einem Partikelhorizont von 20 m

Merilix schrieb: Bei manchen Fragestellungen mag es vieleicht sogar wieder zweckmäßig sein die Expansion als Bewegung zu verstehen

Nein, ist es nicht, weil ferne Galaxien dann nach ihrer Rotverschiebung mit Überlichtgeschwindigkeit unterwegs wären. Deshalb nimmt man an, dass diese Galaxien von der Raumexpansion nicht bewegt werden und der SRT-Dopplereffekt nicht zum tragen kommt.
Ich finde es dagegen plausibler, zu sagen, dass die Galaxien durch die Raumexpansion sehr wohl bewegt werden und dass zusätzlich zum expansiven Dopplereffekt der infolge der SRT wirksam ist. Auch so wird Überlichtgeschwindigkeit vermieden.

Dick, warum widersprichst du mir und verteidigst im nächsten Moment deine Vorstellung von einer Bewegung durch die Expansion? Das verstehe ich nicht.

Ich stehe zu meiner Bemerkung. Man darf nur nicht den Fehler machen die gesamte Rotverschiebung als (relativistischen) Dopplereffekt zu verstehen und sie in vollem Umfang einer Relativbewegung zuzuschreiben.
Mit "manche Fragestellung" dachte ich unter anderem an Grenzbereiche im Umfeld von Galxienhaufen wo sich gravitative Anziehung und Expansion in etwa die Waage halten oder an Energiebilanz zu jeder Zeit. Dazu müsste man der Expansion eine kinetische Energie zuordnen. Im Gegensatz zu manch anderen Kommentator im Forum glaube ich nämlich daran das Energieerhaltung immer und überall gilt; und nicht nur im Mittel. Das Thema will ich aber hier nicht weiter vertiefen.

Dick, das mit der "Überlichtgeschwindigkeit" ist mir klar. Man kann solche "Bewegungen" nicht einfach mit den aus dem Alltag gewohnten linearen Bewegungsgleichungen rechnen wo Zeit keine Rolle spielt; vielmehr denke ich man bräuchte ein Koordinatensystem in dem der ÜL-Horizont eine ähnliche Rolle spielt wie der Schwarzschildradius beim SL.

Hallo Merilix,

Bewegung durch Raumexpansion ist m.W. kein Standardmodell. Daher habe ich meine Ansicht, die du anscheinend teilst, dagegengehalten.

Man kann, wenn man den Dopplereffekt durch die SRT für Galaxien einmal akzeptiert hat, noch einen Schritt weiter gehen, indem man die Verkürzung der Längen und die Verlangsamung der Zeit nicht nur bei der Rotverschiebung des Lichts, sondern auch bei der Form der Galaxien berücksichtigt. Ferne Galaxien sind durch die Maßstabsverschiebung kleiner und drehen langsamer als es von uns aus nach unseren Maßstäben erscheint. Das ist vielleicht eine alternative Hypothese zur dunklen Materie. Die Raumzeitkrümmung wirkt wie ein Verzerrspiegel auf dem Jahrmarkt. Die wirklichen Proportionen kann man nur erahnen.

Gruß,Dick