Warum sehen wir die CMBR?

Picassodrücker · Anmeldungsdatum: 06.09.2012 Beiträge: 44

Hallo,

ich bin gerade dabei, das Horizontproblem nachzuvollziehen und bin auf einen Satz gestoßen, der mich etwas verwirrt: "Wenn wir die Hintergrundstrahlung in einer Himmelsrichtung beobachten, blicken wir auf eine Feuerwand, die sich mit zigfacher Lichtgeschwindigkeit von uns wegbewegt". Ich frage mich daher, warum wir die Hintergrundstrahlung dann überhaupt sehen, Objekte außerhalb der Hubble-Sphäre können wir ja auch nicht wahrnehmen. Ich versteh um ehrlich zu sein nicht ganz, wo da der Unterschied liegt.

Danke im Voraus!

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 305

http://www.mso.anu.edu.au/~charley/papers/DavisLineweaver04.pdf

Das Diagramm auf der 2. Seite zeigt, daß die Photonen des CMB sich nach ihrer Freisetzung tatsächlich weit überlichtschnell von unserer Weltlinie entfernt haben (dessen ungeachtet bewegen sie sich lokal mit c in unsere Richtung). Erst als sich die Expansion des Universums erheblich verlangsamt hat, begannen sie sich uns zu nähern (senkrechter Abschnitt ihrer Weltlinie, der Raum expandiert hier mit c).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18103

Die einfache Antwort ist, dass die CMB (näherungsweise) homogen und isotrop überall entstanden idt und es deswegen keinen Grund gibt, warum sie irgendwo nicht sichtbar sein sollte.

Der Begriff Feuerwand ist erkühnend, denn er suggeriert, dass es dies- und jenseits der Wand einen Raumbereich gibt, der frei von Feuer (gewesen) wäre; dem ist ist nicht so.

Picassodrücker · Anmeldungsdatum: 06.09.2012 Beiträge: 44

Ok danke, also das mit der Isotropie ist mir klar. Was mir noch nicht ganz klar ist: Wenn sich die cmbr tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit oder schneller entfernt: Warum erreichen uns die Wellen dann noch? Oder trifft diese Aussage erst ab einer bestimmten Entfernung zu? Aus dem zitierten Satz würde ich z.B. schließen, dass sich der gesamte Hintergrund schneller als das Licht von uns weg bewegt.

Aber prinzipiell wäre es eine mögliche Erklärung des Horizontproblems, dass sich die cmbr (evtl. ab einer bestimmten Entfernung) schneller als das Licht von uns weg bewegt und es daher heute zu keinem thermischen Ausgleich mehr kommen kann, oder? Nur müsste ich dann, wie gesagt, erklären können, warum uns trotzdem noch Wellen erreichen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18103

Da die CMB überall entstanden ist, existiert sie auch heute noch überall. Vergiss die Vorstellung, dass die Entstehung irgendwie lokalisiert war.

Stell dir der Einfachheit halber ein nicht-expandierendes Universum vor, wobei du zu einem Zeitpunkt t an jeder Stelle x einen kugelförmigen Lichtblitz erzeugst; dann werden zu einem späteren Zeitpunkt t' > t an jedem beliebigen Punkt x' Lichtblitze wahrgenommen, und zwar gerade die, die bei einem x entstanden sind, wobei |x'-x| = c(t'-t) gilt (die linke Seite enthält den Betrag des Abstandsvektors). D.h. die x, die wahrgenommen werden, definieren eine Kugelschale um jedes beliebige x.

In ähnlicher Form kann man auch Gleichungen in einem expandierenden Universum aufstellen und lösen. Die Definition des Abstandes ist dabei problematisch (allgemeine RT in expandierend Universum bzw. Definition des Abstandes gerade mittels Lichtstrahlen), aber zunächst besteht kein Grund, warum die Gleichung nicht für beliebiges t' > t immer lösbar sein sollte.

Den Strahlungshorizont würde ich anders definieren. Es handelt sich um die gedachte (maximale) Kugel, aus deren Inneren und bis heute Strahlung erreichen konnte. Diese Kugel wächst immer im Sinne eines Abstandsbegriffs, sie könnte aber auch schrumpfen im Sinne dessen, das Ereignisse bzw. Weltpunkte über diesen Horizont wandern. Z.B. könnte ein Quasar, von dem uns heute Licht erreicht, morgen jenseits des Horizontes liegen und somit unsichtbar werden; dennoch ist die gedachte Kugel von gestern auf heute im Sinne des Abstandsbegriffs streng monoton gewachsen (nur hat sich der Quasar schneller entfernt bzw. besser gesagt der Raum zwischen uns und dem Quasar hat sich schneller ausgedehnt als der Horizont gewachsen ist. Man darf dieser Expansion keine Geschwindigkeit zuschreiben!)

Damit erreicht uns aber immer gerade die CMB von der jeweils gerade gelten Kugelschale. Da diese Definition der Kugelschale immer gilt, erreicht uns auch immer CMB, nur eben von unterschiedlichen Kugelschalen (das Bsp. des Quasars ist etwas irreführend, da die heute gültige Kugelschale weiter von uns entfernt ist als die Quasare, aber es geht ja ums Prinzip).

Du hast recht, CMB von jenseits des Strahlungshorizontes (auch Teilchenhorizont) erreicht uns nicht und damit kann damit auch kein thermodynamisches Gleichgewicht entstehen (wenn es nicht schon entstanden ist). So nimmt man ja im Zuge des inflationären Szenarios an, dass Bereiche des Universums über den Strahlungshorizont hinausgewandert und unsichtbar geworden sind, später jedoch von dem expandierenden Horizont eingeholt wurden und heute wieder sichtbar sind.

Picassodrücker · Anmeldungsdatum: 06.09.2012 Beiträge: 44

Danke für die Erklärung, so ist es völlig klar. Dann ist das Phänomen in dem Satz, von dem ich ausgegangen bin, missverständlich geschildert, an den Teilchenhorizont hab ich gar nicht gedacht Hammer

Eine Sache verstehe ich allerdings noch nicht wirklich, nämlich warum die inflationäre Expansion notwendig ist, damit sich ein thermisches Gleichgewicht einstellen konnte, denn von der Inflation muss es ja schon ein Gleichgewicht gegeben haben, oder? So wie ich die Theorie verstanden hat sich dieses Gleichgewicht dann durch die Inflation im Makrokosmos manifestiert (was ja durchaus verständlich ist). Warum aber hätte dieses Gleichgewicht bei "normaler" Expansion nicht weiter bestehen können?

Tut mir leid, wenn ich viele Fragen stelle, hab aber eine Arbeit abzugeben, und sollte die Zusammenhänge möglichst klar darstellen und auf etwaige Fragen vorbereitet sein smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18103

Die Inflation soll erklären, warum Bereiche, die so weit auseinander liegen, dass kein thermisches Gleichgewicht eintreten kann, trotzdem im Gleichgewicht sind - nämlich weil sie es vorher schon waren und dann getrennt wurden.