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Was wiegt das Universum?
#1

Grösse und Masse des Universums 

Nett gemachter populärwissenschaftlicher Artikel, der in leicht verständlicher Form unter Zuhilfenahme  mathematischer Formeln diverse Kennzahlen über unser Universum errechnet. Lesenswert.

Martin
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#2

Die ist jetzt echt böse, deine Frage.

Und ich werde den velinkten Artikel morgen früh lesen (heute bin ich trotz Tee zu müde, um mich noch mit so etwas zu befassen.

Und trotzdem, ohne jetzt irgendwas gelesen zu haben (und ich werd's tun), zwei Dinge. Das Universum wiegt nix.

Denn (ich spiele auch mal exzessiv den Kalle):

1. Gib mir den Hebel. Beim Versuch, das Universum aus den Angeln zu hebeln, kann ich dir sagen, wie viel Kraft dazu nötig ist. Und dann kann ich auf die Masse zurückrechnen. Bzw. könnte ich, denn es gibt keinen solchen Punkt. Er müsste "außerhalb" des Raum-Zeit-Kontinuums liegen und wäre somit undefiniert. Es ist höchst fraglich bis äußerst unwahrscheinlich, dass so ein Punkt "außerhalb" existeren kann. "Wo" oder auch "wann" sollte der Hebel sein? Orts- und Zeitkoordinaten sind nur innerhalb des Universums definiert. Und selbst innerhalb hängt es vom Beobachter ab, was wann ist. Außerhalb gibt es "nichts", jedenfalls nichts, was uns zugänglich wäre.

1. a) Der Einwand, man könne Teile des Universums "von innen heraus" aus den Angeln hebeln, gilt nicht. Das Universum ist insofern immer ein geschlossenes System, Kraft ereugt Gegenkraft, man wird nur Teile des Universums darin bewegen können, niemals das Universum als Ganzes. Und in diesem Fall bewegen sich andere Teile davon zurück, und man hat überhaupt nichts bewiesen.

2. Energie ist Masse, ausgedrückt in der etwas abstrakten Formel E=mc².

2. a) (Theorie, Einstein & Hawking früher) Gravitation ist eine Eigenschaft von Masse. (unstreitig)
2. b) (selbe Theorie, allerdings nur Hawking und inzwischen nicht mehr) Gravitation ist negative Energie, und zwar genau -E=mc²

Ich empfinde diese Theorie als sehr sypathisch, sie vereinfacht vieles, denn sie eliminiert jeden Schöpfer. Aber morgen mehr, denn ich habe ja den Artkel, um den es geht, noch gar nicht gelesen.
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#3

Ich habe den Artikel jetzt mal quergelesen". Lese ihn  morgen nochmal genauer. 

Und, Zwischenfrage, bevor ich jetzt ins Bett gehe. Vor allem bbuchsky und Martin, ihr könntet das vielleicht beantworten.

Wir, Martin, bbuchsky und ich, befinden uns in drei Raumschiffen, angeordnet in einer Ebene und einem gleichschenkligen Dreieck irgendwo ganz am Anfang des Universums. Die genauen Abmessungen und ob wir das überleben können, ist für unsere Zwecke jetzt egal.

Und jetzt fängt der Raum zwischen uns auf einmal an mit Überlichtgeschwindigkeit zu expandieren.

Ist euch klar, was das bedeutet? Alle Beobachter (wir drei) verlieren sofort und für immer(!) jeglichen Kontakt zueinander. Wir bewegen uns voneinander fort, schneller als das Licht. Und zwar nicht, weil sich alles ausdehnt. Nein, es wird nicht alles größer. Nicht die Objekte, also die Beobachter oder Planeten, auf denen sie stünden, oder die Rauschiffe, in denen sie schweben und auch nicht sie selbst. Der Raum zwischen ihnen dehnt sich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, die Materie "schwimmt mit" (die Planeten gab es da noch nicht, aber das ist ein gutes Bild) und bekämen deswegen trotzdem keinerlei Risse.

Wir können doch also gar nicht wissen, wie viel sich kurz nach dem Urknall mit Überlichtgeschwindigkeit von uns verabschiedet hat, sich noch immer mit c von uns fortbewegt und was wir deshalb niemals wiedersehen werden.

Wenn also so etwas noch einmal passieren sollte, Wir, unsere Wohnungen und unser Planet bleiben genausogroß wie wir sind, und der Raum zwischen uns und den nächsteren großen Objekten im Universum dehnt sich aus.

Und trotzdem ist es irgendwie beängstigend, wie ich finde, dass sich der Raum am Anfang des Universums mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnen konnte und das nicht der Relativitätstheorie widerspricht. Und ich habe das auch nicht geglaubt, dass das geht. Das hat mir erst ein Astrophysiker, der inzwischen verstorbene Bernhard Philberth * (gleichzeitig katholischer Priester, aber das bloß irgendwie im Nebenberuf und Besitzer eines kleines Observatioriums in Australien) erklärt. Der Raum kann sich mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreiten, und die Objekte wandern entsprechend mit und können dann auch "Überlichtgeschwindigkeit" erreichen, aber nur relativ. So ähnich, wie wenn man Legosteinchen an einem Gummiband mit Superkleber festklebt und dann am Gummiband zieht. Dann verändert sich Abstand zwischen den Legosteinchen, aber die Legosteinchen gehen nicht kaputt, auf sie wirkt intern keine Kraft ein.

Wäre ein tolles Prinzip, um Baulücken in überfüllten Innenstädten zu machen. Funktioniert aber nicht, weil Planeten, auf denen die Städte stehen, den Raum so weit krümmen, dass er sich lokal der Ausdehnung widersetzt. Pech gehabt, Spekulanten.

Die Quintessenz ist quasi: Nichts kann sich schneller bewegen als das Licht im Vakuum. Und zwar von überall aus gesehen und ganz egal, mit welcher Geschwindigkeit und in welcher Richtung man unterwegs ist. Was aber passieren kann und nach herrschender Meinung passiert ist, ist dass sich der Raum mit Überlichtgeschwindigkeit vergrößert. Wenn sich der Raum so schnell vergrößert, ist es kein Widerspruch zur Theorie. Nur wenn sich etwas im Raum so schnell bewegen würde, wäre es einer.

Ich finde das für heute abend erstaunlich genug und wünsche allen eine gesegnete Nachtruhe. [Bild: http://www.smileygarden.de/smilie/Schlei...rl_117.gif ]
______
* Vorsicht, bbuchsky. Der Mann war sehr, sehr viel Astronom und Astrophysiker und sehr wenig Priester. Ich habe ihn kennengelernt, als er hier alles verkauft hat und kurz bevor er sich dann endgültig nach Australien zurückgezogen und sich die letzten Jahre nur noch der Astronomie gewidmet hat.
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#4

Wie schwer, wie groß und wie schnell irgendetwas ist, bleibt für den Fragesteller ein Haufen von Kathegorien, die sich an seiner Verständniswelt orientieren.

PuK´s Hebelgesetze offenbaren die Hilflosigkeit, mit der wir uns den Kathegorien zu nähern versuchen, die außerhalb unserer Begriffswelt existieren.

Nein, wenn Martin, PuK und ich in einer definierten Distanz zueinander im frühen Universum die postulierte inflationäre Ausdehnung des Raums hätten miterleben können, hätte sich die Distanz zueinander auch während des Prozesses um keinen Millimeter vergrößert.
Es gibt ja auch keinen Punkt, den wir jetzt definieren könnten, von dem aus sich das Universum in das "Vorher" ausgedehnt hat.
Das ist in etwa so zu verstehen, wie ein einfaches Experiment darlegt. Es gibt Bedingungen, unter denen man Wasser weit unter den Gefrierpunkt abkühlen kann, ohne dass es zu Eis gefriert. Ein Impuls reicht dann aus, die Flüssigkeit instantan hart werden zu lassen.
So in etwa hat man sich den Prozeß der inflationären "Ausdehnung" vorzustellen. Der mit dem postulierten Urknall in dieses angebliche "Nichts" transportierte Energieimpuls hat dem Raum eben jene Fähigkeiten verliehen, die wir jetzt langsam zu entdecken beginnen.

Wir sollten uns erstmal von Begrifflichkeiten befreien, die aus den Mythologen gesickert sind in den letzten 9000 Jahren. "Am Anfang....." ist schonmal Unsinn. Das "Nichts" jenseits den Universums ist schon mal Unsinn.
Aus dem vom "Urknall" (das "postuliert" lasse ich mal weg und nehme Anführungszeichen) ausgehenden Impuls wurde, wenigstens nach meinem irren Verständnis, dem Raum jene Eigenschaft zugeordnet, von der wir jetzt sagenhafte 7% zu kennen scheinen, ohne die kleinsten Zusammenhänge überhaupt vollumfänglich entschlüsselt zu haben. Bei gewöhnlichen Explosionen in unserem "Raum" mag es funtionieren, die Gesamtenergie und den Sprengstoff analytisch zu bestimmen, über das Universum, die Quantenfeldgeometrie und die Topologie des Universums selbst wissen wir viel zu wenig, um darüber abschließende Urteile fällen zu können.

Insofern erscheint die Fragestellung, die Martin hier reintransportiert hat, vergleichbar mit der Frage nach dem Gewicht von Tante Käthe auf einem x-beliebigen Planeten in der Andromeda-Galaxie. Hängt eben stark von den dort herrschenden "g" ab und ihrer Ernährung.......

Allein die Sache mit dem "Anfang" ist schon auf das dringende Bedürfnis zurückzuführen, dem Menschen eine für ihn verständliche Ordnung zu übermitteln, und gegebenenfalls einen "Schöpfer" einflechten zu können.

Die Sache mit dem "Higgs-Boson" oder "Higgs-Feld" verwirrt anscheinend mehr als es erklärt, dass der "Raum" selbst schon etwas "wiegt", ist offensichtlich, wenigstens scheint das für mich der einzige Weg, die "dunkle Materie" und die "dunkle Energie" unterzubringen. Auch ich unterliege da der zwanghaften Bemühung, Unbegreifliches auf eine für mich verständliche Ordnung zu übertragen.

Dass es so nicht sein kann, wie wir uns "das" vorstellen können, legt doch schon der Ausflug in die Lichtgeschwindigkeit nahe. Die Paradoxien, die sich da offenbaren, sind für unser Begriffssystem unmöglich zu verarbeiten.
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#5

Nachtrag:
Die Warnung war nett gemeint, PuK, aber unnötig. Ein Astronom bleibt jemand, der Dinge BETRACHTET, ohne sie enträtseln zu können.
Das ist wie mit einem Biologen, der seine Lebenszeit damit verbringt, einen Tiefseeschwamm im Nordmeer zu beobachten. Die Dinger "leben" 9000 oder gar 14000 Jahre. Was einem da 70Jahre intensiver Observation bringen sollen.......
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#6

(26.11.2017, 12:22)bbuchsky schrieb:  Nein, wenn Martin, PuK und ich in einer definierten Distanz zueinander im frühen Universum die postulierte inflationäre Ausdehnung des Raums hätten miterleben können, hätte sich die Distanz zueinander auch während des Prozesses um keinen Millimeter vergrößert.

Ah, ich sehe, ich muss dir da mit geeigneter Lektüre zum Sonntagmorgen  auf die Sprünge helfen. Ob inflationär oder nicht, es dehnt sich immer nur der Raum, niemals die Materie darin.

Zitat:Mrs Felix: Why don’t you do your homework?
Allen Felix: The Universe is expanding.  Everything will fall apart, and we’ll all die.  What’s the point?
Mrs Felix: We live in Brooklyn.  Brooklyn is not expanding!  Go do your homework.

(from Annie Hall by Woody Allen)
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#7

Laut dieser Quelle hier  kommt es auf die Anzahl der Baryonen an, aus denen die sichtbare Materie besteht, die man aber nur relativ ungenau mit 10^80 bis 10^81 angeben kann. Je nachdem kommt man dann durch Multiplikation mit der Baryonenmasse auf Werte zwischen 10^52 und 10^54 kg, wozu dann noch eine unbekannte "Masse" an "dunkler Materie" kommt. Bei der dunklen Materie, die über große Entfernungen offenbar genau das Gegenteil macht wie normale Materie, nämlich eine Massenabstoßung statt einer Anziehung zu bewirken, und auf eine sonstige Wechselwirkung mit allem anderen zu verzichten, bin ich mir aber nicht sicher, ob das Zeug überhaupt zur Materie gerechnet werden kann.

Aber wie schon angemerkt, die Frage ist relativ müßig, weil uns der feste Punkt fehlt, an dem wir den Hebel ansetzen könnten, um die Welt aus den Angeln zu heben.
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#8

(26.11.2017, 13:44)PuK schrieb:  Laut dieser Quelle hier  kommt es auf die Anzahl der Baryonen an, aus denen die sichtbare Materie besteht, die man aber nur relativ ungenau mit 10^80 bis 10^81 angeben kann. Je nachdem kommt man dann auf Werte zwischen 10^52 und 10^54 kg, wozu dann noch eine unbekannte "Masse" an "dunkler Materie" kommt. Bei der dunklen Materie, die über große Entfernungen offenbar genau das Gegenteil macht wie normale Materie, nämlich eine Massenabstoßung statt einer Anziehung zu bewirken, bin ich mir aber nicht sicher, ob das Zeug überhaupt zur Materie gerechnet werden kann.

Aber wie schon angemerkt, die Frage ist relativ müßig, weil uns der feste Punkt fehlt, an dem wir den Hebel ansetzen könnten, um die Welt aus den Angeln zu heben.

„Dunkle Materie“ kannste knicken, das ist m. M. nur ein gedankliches Hilfskonstrukt wie seinerzeit der „Äther“.  Vor einiger Zeit hatte ich hier einen Artikel aus einer seriösen Quelle verlinkt, der die Wechselwirkung der „Dunklen Materie“ mit einer Ergänzung der Relativitätstheorie erklärte und in Richtung Quantenphysik ging. 

Jetzt habe ich den Artikel wieder gefunden:
http://www.spektrum.de/news/der-anfang-v...ie/1437827 

Überhaupt glaube ich, dass wir das Thema Quantenphysik noch nicht im Ansatz erforscht haben und dass ein ungeheures Potential im Verständnis dieser Phänomene liegt.

Martin
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#9

(26.11.2017, 13:44)PuK schrieb:  Laut dieser Quelle hier kommt es auf die Anzahl der Baryonen an, aus denen die sichtbare Materie besteht, die man aber nur relativ ungenau mit 1080 bis 1081 angeben kann. Je nachdem kommt man dann auf Werte zwischen 1052 und 1054 kg, wozu dann noch eine unbekannte "Masse" an "dunkler Materie" kommt. Bei der dunklen Materie, die über große Entfernungen offenbar genau das Gegenteil macht wie normale Materie, nämlich eine Massenabstoßung statt einer Anziehung zu bewirken, bin ich mir aber nicht sicher, ob man das Zeug überhaupt zur Materie gerechnet werden kann.

Aber wie schon angemerkt, die Frage ist relativ müßig, weil uns der feste Punkt fehlt, an dem wir den Hebel ansetzen könnten, um die Welt aus den Angeln zu heben.

Hrnfspt.

Grundsätzlich läßt sich doch festhalten, dass sich alle Erklärungsmuster, zu denen wir uns wegen unserer begrenzten Möglichkeiten versteifen, auf der Kenntnis von recht exakt 7% des Ganzen beschränken.
Das gleicht dem Versuch, ein Fußballspiel zu kommentieren, und nur Einblick auf einen Eckpunkt zu haben. Der Rest wird erwürfelt.

Eben. Manhatten bleibt so groß, wie man es kennt, die Zuwächse an Bevölkerung haben daran wenig ändern können-ganz so kann, nicht muss, man es auch mit dem Universum sehen. Die Materie, die nach der Einnahme des Raums kondensierte, hat ihrerseits nur Relevanz, weil sie mit dem, was VORHER war, in irgendeiner Form interagiert.
Dieses VORHER ist komplett ungeklärt*, weil wir die "Natur" des Raums noch nicht begriffen bzw. geklärt haben. Es gibt eben deutlich mehr als "Höhe, Breite, Länge und Richtung", ob Zeit wirklich existiert, können wir nur anhand unseres Verfalls sicher nachweisen, ein Alter für Teilchen kann bisher nur behauptet werden.

Warum Anfang? Warum Ende? Weil diejenigen, die sich dazu berufen fühlten, dafür Antworten zu präsentieren, an Herrschaft interessiert waren, die über die beiden Begriffe Anfang und Ende hinausgehen. Man will sogar die "Ewigkeit" und das "Unendliche" beherrschen.

*Erste Versuche, die Zeit vor dem Urknall zu erschließen, liefert die Schleifenquantengravitations-Theorie von Bojowald und einiger anderer Leute. Die Mathematik dazu existiert, und wenn ich nicht zu doof wäre, die Symbole und Zeichen in der Tastatur zu finden, würde ich dir einen Therm präsentieren, den ich zur Vergrößerung meines Unverständnisses mal spaßeshalber auf eine Zimmertür geschrieben habe. Quer, wohlgemerkt, weil der Therm die Entropie eines 11-dimensionalen Raums beschreibt, und in sehr kleinen Lettern, mathematischen Symbolen, wenigen Zahlen und griechischem Buchstabensalat etwa 180 cm lang ist.
Hosianna.
Es existiert also durchaus ein Weg, vom Begriff "Anfang" Abstand zu nehmen.

Nochmal, der Energieimpuls, der ohne Zweifel vor 13,74 Milliarden Jahren dem Universum seine Funktion zugewiesen hat (Hosianna!), hat einem höchstwahrscheinlich bereits existenten Raum ein Medium verschafft, über dass dieser Raum jetzt seine rätselhaften Wirkungen verbreitet.

Diese "Anfangsgeschichte" ist eine Funktion des Schöpfungsgedankens. Davon bitte ich Abstand zu nehmen. Nur weil wir Dinge nicht verstehen, sind die nicht einfach nicht "da". Wie überrascht wir wohl erst sein werden, wenn sich aus den ersten herauskristallisierten 93% des "dunklen" Unbekannten irgendwann eine Struktur erkennen läßt, die vielfach älter ist als 13,74 Mrd. Jahre.......
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#10

Wir sind uns aber doch einig, dass die Raum- und die Zeitdimension zum Zeitpunkt des Urknalls in einem einzigen Punkt konzentriert waren. Ab dann haben sie sich ausgebreitet oder "aufgefaltet", jedenfalls einige davon. Egal, ob nun makroskopisch vier oder mikrospisch elf oder auch drölfzig.

Das Problem bei der Zeitdimension ist nun folgendes. "Zeit" ist nur ab dem Urknall definiert, und man kann sich auch seltsamerweise nicht beliebig vor- und zurückbewegen darin; alle diesbezüglichen Versuche sind gescheitert, auch wenn "Back to the Future" ein sehr netter Film ist. Vor dem Urknall ist Zeit also aus unserer Sicht nicht definiert. Ockham's Rasiermesser sagt uns, dass wir über "Zeit vor dem Urknall" gar nicht nachzudenken brauchen, weil wir nichts darüber in Erfahrung bringen können. Höchstwahrscheinlich ist die Zeit eine Eigenschaft dieses Universums, und "vor seinem Anfang" nicht definiert. Deshalb die Anführungszeichen, weil es ein "vor dem Urknall" nicht gibt, und deshalb besitzt, wenn man es trotzdem einfach mal annimmt, dass "davor" etwas passiert sein könnte, eine Aussage wie "vor dem Urknall war dies und jenes und hat dann zu x, y und z geführt" keinerlei Logik und damit auch keine Vertrauensbasis. Eine Aussage wie "Der Schöpfergott" machte mit den Fingern "schnipps", und deshalb knallte der Urknall, ist einfach kompletter Unsinn. Ohne Anwesenheit von Zeit passiert gar nichts, "weil" irgendetwas anderes war oder ist oder gar ein "höheres Wesen" etwas "veranlasst" hat. Sondern höchstens per Fluktuation von virtuellen Teilchen. Es kann ohne Zeit nichts "Wirkliches" passieren, denn ihm fehlt schlichtweg der Zeitrahmen dazu, in dem es sich ereignen könnte. Wir müssen noch nicht mal auf einen Grund abstellen, den es ohne Zeit nicht geben kann. Es kann nicht einmal grundlose (oder besser "zufällige") reale Ereignisse geben ohne Zeit, egal welche. Nur allenfalls virtuelle.

Logik hängt also immer mit Zeit zusammen. Die Ursache kommt immer, wenn auch nur winzige Bruchteile von Sekunden, vor der Wirkung. Im Extremfall nur eine "Planck-Zeit " früher. Es ist niemals so, dass zuerst die Wirkung und dann die Ursache eintritt. In Abwesenheit von Zeit kannst du also auch nicht mehr logisch argumentieren, und auch nichts mehr errechnen, deshalb hast du die schöne Tür damals völlig umsonst vollgekritzelt. Versuche, es abzuschleifen und zu überstreichen, vielleicht ist das Türblatt noch irgendwie zu retten.
.
Ein anderer Weg würde sich anbieten, der Sturz in ein schwarzes Loch. Während ein Beobachter einen dabei immer langsamer abstürzen sieht, so dass man den Ereignishorizont scheinbar nur asymptotisch erreichen kann, stürzt man in Wirklichkeit weiter. Dabei verzerrt es also die Zeit gewaltig, abhängig davon, wer man ist. Der Beobachter vom sicheren Orbit aus oder der wagemutige Astronaut, der sich direkt hinein ins schwarze Loch stürzt. Beide sehen etwas völlig anderes, und es gibt in dieser Situation so etwas wie "Gleichzeitigkeit" zwischen den Beiden ("relativistisch" gesehen) nicht einmal annähernd mehr.

Man müsste dann als mutiger Astronaut eigentlich die ganze Vergangenheit des Universums, aus dem man kommt, extrem blauverschoben sehen, was einen vermutlich in kürzester (subjektiver) Zeit grillen würde. Da kommt dann nämlich nur noch härteste Gammastrahlung bei einem an, und zwar eine riesige Menge davon. Und wenn in der Singularität ein Wurmloch existiert, dann gibt es vielleicht sogar die Möglichkeit, "durchzugehen" und in einem "anderen Universum" von einem "weißen Loch" ausgespuckt  zu werden. Dabei müsste einem dann die ganze Zukunft des anderen Universums extrem rotverschoben erscheinen. Wobei aber niemand, nicht mal die "Erfinder", wissen, ob "weiße Löcher" stabil sein könnten, oder sofort von selbst auseinanderfliegen würden. Auf der "anderen Seite" käme auch nicht mehr der PuK raus oder der bbuchsky, sondern wahrscheinlich nur eine Art durch den Fleischwolf gedrehtes und dann nochmal im Mixer püriertes, ultrahocherhitztes Plasma. Ich schätze die Chance, ein Wurmloch unbeschadet an Leib und Leben zu passieren, auf genau Null ein. Klar, die Materie und die Energie bliebe erhalten. Aber du bist halt trotzdem tot, wenn es dich in deine Grundbestandteile zerlegt hat und dann in den Weltraum geblasen hat. Etwas, das Kalle nie verstanden hat mit seinem "Energie und Materie kann man nicht vernichten, sondern nur umwandeln". Ja, stimmt, aber das ist kein Beweis für das ewige Leben, sondern man ist trotzdem endgültig tot nach der "Umwandlung".

Oder andersrum mit blau und rot. Aber blau beim Reinfallen müsste stimmen, weil sich die Zeit "außerhalb" für den Fallenden in dem Maße beschleunigt, in dem sie sich für den Beobachter vom Orbit aus scheinbar verlangsamt, wenn er den Fallenden beobachtet. Für den Fallenden verkürzen sich dann die Wellenlängen von außerhalb, und das ergibt eine "Blauverschiebung", also in den energiereichen Bereich hinein. Der Fallende müsste dem Beobachter analog dazu immer rotverschobener vorkommen, je mehr er sich dem Ereignishorizont annähert. Irgendwann würde der Fallende in Richtung rot und später schwarz "verblassen" und schließlich völlig in der Schwärze des schwarzen Lochs untergehen. Kann aber ein paar tausend Jahre dauern oder noch länger. Jedenfalls so oder ganz ähnlich. Berechnen kann man viel. Und manchmal ist so was lustig und "bewusstseinserweiternd" zu lesen. Aber man sollte das alles nicht allzu ernst nehmen. Die Gefahr, plötzlich auf ein schwarzes Loch mit einem Wurmloch darin zu treffen, ist als recht gering einzustufen. Eine Gefahr besteht weitaus realer, wenn du nur morgens aufstehst, über die Straße gehst und deinen Kopf in einen Ventilator steckst.
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