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Kosmische Hintergrundstrahlung
 
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Gast8888
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Beitrag Gast8888 Verfasst am: 07. Aug 2018 09:51    Titel: Kosmische Hintergrundstrahlung Antworten mit Zitat

Frage 1:
Aus der Literatur entnehme ich für die kosmische Hintergrundstrahlung eine Temperatur von ca. 3K und eine Wellenlänge von ca. 10cm=100mm.
Aus dem Wienschen Verschiebungsgesetz folgere ich aber eine Wellenlänge von
lambda= 3mmK/3K = 1mm
also eine 100-mal zu kleine Wellenlänge...

Frage 2:
Viele sprechen von der "Temperatur" des Universums, wenn sie die kosmische Hintergrundstrahlung bezeichnen. Andere sprechen von Strahlung, die beim Urknall entstanden sei und nach der Entkopplung von Strahlung und Materie expandieren konnte.
Ich sehe ein Problem in der Kausalität: Bei der Wärmestrahlung sendet Materie eine Strahlung aus: Zuerst kommt also die Temperatur als Ursache und daraus folgt die Wellenlänge als Konsequenz. Ich vermute, dass das bei der kosmischen Hintergrundstrahlung umgekehrt ist: Die Strahlung war schon immer da. Ihre Wellenlänge hat sich aber wegen der Ausdehnung des Raums vergrössert. Es wird einfach jeder Wellenlänge (als Ursache) eine (theoretische) Temperatur (als Konsequenz) zuordnet und dann gesagt, dass Universum wäre 3K kalt.
Welche Ansicht stimmt nun? Oder sind beide miteinander verträglich?
willyengland



Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 673

Beitrag willyengland Verfasst am: 07. Aug 2018 10:18    Titel: Antworten mit Zitat

Siehe hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Cmbr.svg

Hier ist die Welllänge am Maximum ungefähr 1/6 cm.
Außerdem ist die Strahlung nicht monochrom.

_________________
Gruß Willy
Gast8888
Gast





Beitrag Gast8888 Verfasst am: 07. Aug 2018 11:20    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Willy und vielen Dank für die Antwort.
Verstehe ich das richtig:
Penzias und Wilson haben bei lambda=7cm gemessen und damit (aufgrund der nicht-Monochromie der Strahlung) "lediglich" die Existenz der Strahlung bewiesen.

Wurde dann der Peak bei ca. 1mm (entsprechend den 3K) erst später durch COBE gefunden?
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 07. Aug 2018 11:37    Titel: Antworten mit Zitat

Die obige Grafik hat mich zuerst etwas verwirrt, denn mit dem Wienschen Verschiebungsgesetz ergibt sich für T=2.725K in der Tat . In der Grafik liegt das Maximum dagegen bei etwa 1.7mm. Der Grund ist wohl, dass die Frequenz beim Maximum der spektralen Intensitätsverteilung bezogen auf die Frequenz (Intensität pro Frequenzintervall) nicht genau der Wellenlänge entspricht, wo die Intensität pro Wellenlängeneinheit maximal ist (vgl. spektrales Emissionsvermögen vs. ).

PS: Siehe auch den 3. Absatz hier. wird maximal bei 160.23 GHz, was einer Wellenlänge von 1.871mm entspricht, wird dagegen maximal bei 1.063mm.
willyengland



Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 673

Beitrag willyengland Verfasst am: 07. Aug 2018 16:55    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt verstehe ich die Frage erst richtig:
Überall steht, dass die gemessene Wellenlänge etwa 7,35 cm war.
Ja, das liegt daran, dass ihre Antenne diese Frequenz hatte.

Siehe z.B. hier:
http://www.jb.man.ac.uk/distance/frontiers/cmb/node8.htm

Zitat:
"The Bell Labs horn operated at lambda = 7 cm, smack in the middle of the microwave region (for comparison, microwave ovens use lambda = 12 cm), and so naturally its famous discovery was christened the microwave background. But these original observations were in the long-wavelength tail of the CMB spectrum, which peaks at about lambda = 1 mm. To radio engineers this qualifies as mm-wave rather than microwave, so CMB is perhaps a misnomer. It has certainly confused a number of cosmologists into thinking that "microwave" refers to millimetre rather than centimetre wavelengths."

_________________
Gruß Willy
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 07. Aug 2018 18:48    Titel: Re: Kosmische Hintergrundstrahlung Antworten mit Zitat

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Bei der Wärmestrahlung sendet Materie eine Strahlung aus: Zuerst kommt also die Temperatur als Ursache und daraus folgt die Wellenlänge als Konsequenz.


Genau so ist auch die Hintergrundstrahlung entstanden. Sie wurde ca. 380000 Jahre nach dem Urknall von rund 3000 K heißer Materie emittiert.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Ihre Wellenlänge hat sich aber wegen der Ausdehnung des Raums vergrössert.


Und deshalb hat sie heute nur noch eine Temeratur von 2,725±0,002 K.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Es wird einfach jeder Wellenlänge (als Ursache) eine (theoretische) Temperatur (als Konsequenz) zuordnet und dann gesagt, dass Universum wäre 3K kalt.


Nein. Die Temperatur wird nicht irgend einer Wellenlänge zugeordnet, sondern dem kompletten Spektrum. Das geht bei der Hintergrundstrahlung mit großer Genauigkeit, weil ihr Spektrum fast perfekt dem eines schwarzen Körpers entspricht. Die so berechnete Temperatur ist kein theoretischer Wert, sondern vollkommen real. Im Prinzip kann man sie auch mit einem Thermometer messen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17902

Beitrag TomS Verfasst am: 07. Aug 2018 20:21    Titel: Re: Kosmische Hintergrundstrahlung Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Es wird einfach jeder Wellenlänge (als Ursache) eine (theoretische) Temperatur (als Konsequenz) zuordnet und dann gesagt, dass Universum wäre 3K kalt.


Nein. Die Temperatur wird nicht irgend einer Wellenlänge zugeordnet, sondern dem kompletten Spektrum. Das geht bei der Hintergrundstrahlung mit großer Genauigkeit, weil ihr Spektrum fast perfekt dem eines schwarzen Körpers entspricht. Die so berechnete Temperatur ist kein theoretischer Wert, sondern vollkommen real. Im Prinzip kann man sie auch mit einem Thermometer messen.

@Gast8888: siehe oben:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Siehe hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Cmbr.svg

Hier ist die Welllänge am Maximum ungefähr 1/6 cm.
Außerdem ist die Strahlung nicht monochrom.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Gast8888
Gast





Beitrag Gast8888 Verfasst am: 07. Aug 2018 22:24    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank, Euch allen!

@Willy: Dein Zitat ist genau das, was ich gesucht habe! Vielen Dank.

@DrStupid: Ich verstehe Deine Argumentation und würde sie auch gerne glauben. Ich habe aber gleichzeitig auch anders lautende Informationen:
- (Kompendium der Astronomie, Kosmos-Verlag, S.351): "Das Ursubstrat ('Urbrei') bestand aus […], Photonen, […]".
- (Demtröder, Experimentalphysik 4, Springer, S.380): "bestand also die heisse 'Ursuppe' aus […] Photonen".
==> Offenbar war Photonen schon vorhanden, bevor es überhaupt Materie gab.
- (Nussbaumer, Das Weltbild der Astronomie; vdf, S.234): "Woher stammt diese Strahlung? [...] die Vereinigung von Teilchen und Antiteilchen [...] ein Lichtmeer hoher Energie hinterliess" und weiter "Als das Universum ein Alter von 300000-400000 Jahren erreicht hatte [...], war die Temperatur des kosmischen Strahlenmeers gegen 3000 Grad gesunken. […] So ist das Licht der kosmischen Hintergrundstrahlung zwar bereits im ersten Sekundenbruchteil des Universums entstanden, doch die Photonen, die wir heute als Hintergrundstrahlung beobachten, haben ihre Beziehung zu den Teilchen erst verloren, als das Universum gegen 400'000 Jahre alt war."
==> Die Photonen, also die Strahlung war also um 380'000 nach dem Urknall schon längstens da und ist nicht erst dann entstanden. Ähnliches schreibt auch (Demtröder, Experimentalphysik 4, Springer, S.383): "Wenn die Temperatur des expandierenden Universums auf Werte von T=3000K gefallen ist [...] kann die Kontiuumstrahlung nun nicht mehr mit freien Elektronen wechselwirken [...]. Während die Photonen vorher aufgrund der Streuung an den freien Elektronen einen statistisch variierenden Weg durchflogen, können sie jetzt geradlinig durch das Universum fliegen".
==> Ich vermute, dass das "Strahlenmeer" bis zum Jahr 400'000 stets im Gleichgewicht mit der Wärmestrahlung der Materie war und deshalb mit dieser übereinstimmt.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 08. Aug 2018 19:55    Titel: Re: Kosmische Hintergrundstrahlung Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:

@Gast8888: siehe oben:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Siehe hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Cmbr.svg

Hier ist die Welllänge am Maximum ungefähr 1/6 cm.
Außerdem ist die Strahlung nicht monochrom.


Ich interpretiere das mal als Zustimmung.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5029

Beitrag DrStupid Verfasst am: 08. Aug 2018 20:50    Titel: Antworten mit Zitat

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
- (Kompendium der Astronomie, Kosmos-Verlag, S.351): "Das Ursubstrat ('Urbrei') bestand aus […], Photonen, […]".
- (Demtröder, Experimentalphysik 4, Springer, S.380): "bestand also die heisse 'Ursuppe' aus […] Photonen".
==> Offenbar war Photonen schon vorhanden, bevor es überhaupt Materie gab.


Das ist korrekt, hat aber nichts mit der Hintergrundstrahlungn zu tun. Die ist zu einem späteren Zeitunkt entstanden. Von den Photonen, die vor der premordialen Nukleosynthese existierten, war da nichts mehr übrig.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
- (Nussbaumer, Das Weltbild der Astronomie; vdf, S.234): "Woher stammt diese Strahlung? [...] die Vereinigung von Teilchen und Antiteilchen [...] ein Lichtmeer hoher Energie hinterliess" und weiter "Als das Universum ein Alter von 300000-400000 Jahren erreicht hatte [...], war die Temperatur des kosmischen Strahlenmeers gegen 3000 Grad gesunken. […] So ist das Licht der kosmischen Hintergrundstrahlung zwar bereits im ersten Sekundenbruchteil des Universums entstanden, doch die Photonen, die wir heute als Hintergrundstrahlung beobachten, haben ihre Beziehung zu den Teilchen erst verloren, als das Universum gegen 400'000 Jahre alt war."


Auch das ist korrekt. Es gab schon lange vor der Entstehung der Hintergrdundstrahlung ein Strahlungsfeld das sich abgekühlt und zwischen 300000-400000 Jahre nach dem Urknall eine Temperatur von 3000 K erreicht hat. Die Photonen der heute existierenden Hintergrundstrahlung haben seit dem nicht mehr mit der Materie interagiert.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
==> Die Photonen, also die Strahlung war also um 380'000 nach dem Urknall schon längstens da und ist nicht erst dann entstanden.


"Die Photonen" und "die Strahlung" sind nicht die, die wir heute beobachten.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Ähnliches schreibt auch (Demtröder, Experimentalphysik 4, Springer, S.383): "Wenn die Temperatur des expandierenden Universums auf Werte von T=3000K gefallen ist [...] kann die Kontiuumstrahlung nun nicht mehr mit freien Elektronen wechselwirken [...].


Das bedeutet, dass sie nicht mehr absorbiert werden.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
Während die Photonen vorher aufgrund der Streuung an den freien Elektronen einen statistisch variierenden Weg durchflogen, können sie jetzt geradlinig durch das Universum fliegen".


Der gleiche Unsinn wird auch gern über Photonen behautet, die in der Sonne entstehen und angeblich 100000 Jahre später die Oberfläche erreichen. Tatsächlich ist gemeint, dass die Photonen ständig absorbiert und neue Photonen emittiert werden. Die verheerend falsche Formulierung führt leider zur absurden Vorstellung, am Ende dieses Prozesses würden immer noch dieselben Photon existieren, die am Anfang gestartet sind. Tatsächlich lassen sich die Enden der Random Walks noch nicht einmal theoretisch den Anfängen zuordnen, weil sie sich unterwegs ständig verzweigen und wieder vereinigen.

Gast8888 hat Folgendes geschrieben:
==> Ich vermute, dass das "Strahlenmeer" bis zum Jahr 400'000 stets im Gleichgewicht mit der Wärmestrahlung der Materie war und deshalb mit dieser übereinstimmt.


Das Strahlenmeer und die Wärmestrahlung der sichtbaren Materie sind identisch. Die waren von Anfang an im Gleichgewicht.
Stolperstein



Anmeldungsdatum: 15.04.2013
Beiträge: 70
Wohnort: Erfurt

Beitrag Stolperstein Verfasst am: 22. Sep 2018 22:22    Titel: Antworten mit Zitat

Mit der Hintergrundstrahlung und deren Ursprung aus dem Urknall habe ich einige Probleme.
Wo bleibt die Wand, welche die Strahlung aus dem Urknall zurückwirft. Ich finde beim besten willen keine Wand. Das Weltall breitet sich bis in alle Unendlichkeiten aus. Nur wir sehen die Materie, welche sich von uns mit einer Geschwindigkeit unter der Vakuumlichtgeschwindigkeit fortbewegt. Das ist aber keine Wand.
Die Hintergrundstrahlung scheint von Schwarzen Löchern auszugehen, denn eine Strahlung, welche sich genau senkrecht von der Oberfläche bewegt, erfährt keine Ablenkung und tritt in die Weiten das Alls. Nun ist die Massenanziehung auf einem Schwarzen Loch derart, dass dort der Zeittackt nahezu still steht. Die austretende Strahlung wird in diesem Zeittakt gebohren. Kommt diese Strahlung in den freien Raum, so erscheint sie mit geringerer Frequenz.
Und Schwarze Löcher scheinen im Weltall weit aus heufiger zu existieren, als wir uns derzeitig dies vorstellen.
Aus dieser Überlegung könnte man den Durchmesser von Schwarzen Löchern ermitteln, wozu mir noch der Nerv fehlt.

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Habe Mut deinen eigenen Verstand zu gebrauchen
g.schuetz08 at gmail.com
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17902

Beitrag TomS Verfasst am: 22. Sep 2018 23:20    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist Quatsch.

An der Stelle mal ein deutlicher Hinweis auf unsere Forenregeln:

Nicht erwünscht sind pseudowissenschaftliche Diskussionen über unfundierte, private "Theorien" außerhalb jeglichen wissenschaftlichen Konsenses, welche etablierte physikalische Theorien und Methoden ignorieren.


https://www.physikerboard.de/nutzungsbedingungen.php

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