Was ist dunkle Materie und welche Wirkungen hat sie?

Question

Was ist dunkle Materie und welche Wirkungen hat sie?

Antwort

Verwandte Fragen

Was ist Lageenergie einfach erklärt?

Warum ist Wasser immer horizontal?

Welche Geschwindigkeit hat eine Gewehrkugel nach senkrechtem Abschuss beim Auftreffen auf den Boden?

Kann ein akausales Universum mathematisch existieren?

Was ist Mikrogravitation?

Wie viele Dimensionen gibt es?

Reise ich in die Zukunft des Universums, wenn ich Richtung Urknall reise?

Was sind die grundlegenden Annahmen der Kosmologie über die Raumzeit?

Was ist die Definition von Raumzeit?

Accepted Answer

Dunkle Materie ist eine hypothetische Form von Materie, die im Universum existieren soll, aber nicht direkt beobachtbar ist, weil sie keine elektromagnetische Strahlung (wie Licht) aussendet, reflektiert oder absorbiert. Das bedeutet, sie ist für Teleskope unsichtbar („dunkel“). Ihre Existenz wird aus verschiedenen physikalischen Beobachtungen abgeleitet, vor allem aus ihrer gravitativen Wirkung auf sichtbare Materie, Strahlung und die großräumige Struktur des Universums. **Physikalische Eigenschaften:** - Dunkle Materie besteht vermutlich aus bislang unbekannten Teilchen, die nur sehr schwach mit normaler Materie und Strahlung wechselwirken. - Sie macht etwa 85 % der gesamten Materie im Universum aus. - Sie ist nicht das gleiche wie „dunkle Energie“, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich gemacht wird. **Wirkungen der dunklen Materie:** 1. **Gravitationswirkung auf Galaxien:** Die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen in Galaxien ist viel höher, als es durch die sichtbare Materie erklärbar wäre. Dunkle Materie liefert die zusätzliche Masse, die diese hohen Geschwindigkeiten ermöglicht. 2. **Gravitationslinseneffekt:** Dunkle Materie kann das Licht von weit entfernten Galaxien ablenken, ähnlich wie eine Linse. Diese Effekte werden beobachtet und stimmen mit der Existenz großer Mengen unsichtbarer Materie überein. 3. **Struktur des Universums:** Die Verteilung und Entwicklung von Galaxienhaufen und großräumigen Strukturen im Universum lassen sich nur erklären, wenn es dunkle Materie gibt, die als „Gerüst“ für die Entstehung von Galaxien dient. 4. **Kosmische Hintergrundstrahlung:** Die feinen Schwankungen in der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung passen nur zu Modellen, in denen dunkle Materie enthalten ist. **Fazit:** Dunkle Materie ist ein zentrales Konzept der modernen Kosmologie und Astrophysik. Sie beeinflusst das Universum vor allem durch ihre Gravitation, obwohl sie selbst nicht sichtbar ist. Ihre genaue Natur ist bislang unbekannt, und ihre Erforschung ist eines der größten offenen Probleme der Physik.

Accepted Answer

Lageenergie, auch potenzielle Energie genannt, ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position in einem Kraftfeld besitzt – meist im Schwerefeld der Erde. Hebst du zum Beispiel ein... [mehr]

Accepted Answer

Lageenergie, auch potenzielle Energie genannt, ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position in einem Kraftfeld besitzt – meist im Schwerefeld der Erde. Hebst du zum Beispiel einen Ball an, verrichtest du Arbeit gegen die Schwerkraft. Diese Arbeit wird im Ball als Lageenergie gespeichert. Je höher der Ball, desto mehr Lageenergie hat er. Lässt du ihn los, wandelt sich die Lageenergie in Bewegungsenergie um. Die Formel für die Lageenergie ist: E = m * g * h (Masse mal Erdbeschleunigung mal Höhe).

Accepted Answer

Wasseroberflächen sind immer horizontal, weil die Schwerkraft auf alle Wassermoleküle gleichmäßig nach unten wirkt. Dadurch richtet sich die Oberfläche des Wassers so aus, da... [mehr]

Accepted Answer

Wasseroberflächen sind immer horizontal, weil die Schwerkraft auf alle Wassermoleküle gleichmäßig nach unten wirkt. Dadurch richtet sich die Oberfläche des Wassers so aus, dass sie überall den gleichen Abstand zum Erdmittelpunkt hat – das nennt man ein „Niveau“ oder eine „Wasserwaage“. Wenn Wasser in einem Gefäß ist oder sich frei bewegen kann, verteilt es sich so, dass die Oberfläche überall gleich hoch ist. Würde die Oberfläche schief stehen, würde das Wasser aufgrund der Schwerkraft sofort in die tiefere Richtung fließen, bis wieder eine horizontale Fläche erreicht ist. Kurz gesagt: Die horizontale Wasseroberfläche ist das Ergebnis der Schwerkraft, die überall gleich stark wirkt und das Wasser immer in die tiefste mögliche Lage bringt.

Accepted Answer

Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wir... [mehr]

Accepted Answer

Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wird die gesamte kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt, bis die Geschwindigkeit oben null ist. - Beim Fall zurück zum Boden wird die potenzielle Energie wieder vollständig in kinetische Energie umgewandelt. Das bedeutet: **Die Kugel erreicht beim Zurückkommen am Boden (ohne Luftwiderstand) wieder genau die Geschwindigkeit \( X \), mit der sie abgeschossen wurde.** **Antwort:** Die Geschwindigkeit der Kugel beim Auftreffen auf den Boden ist (ohne Luftwiderstand) wieder \( X \), also genauso groß wie die Anfangsgeschwindigkeit – nur nach unten gerichtet. **Mit Luftwiderstand** wäre die Geschwindigkeit beim Auftreffen geringer als \( X \), da Energie durch Reibung verloren geht.

Accepted Answer

Die Frage, ob ein akausales Universum mathematisch existieren kann, berührt sowohl Physik als auch Mathematik und Philosophie. Mathematisch betrachtet ist es durchaus möglich, Modelle zu for... [mehr]

Accepted Answer

Die Frage, ob ein akausales Universum mathematisch existieren kann, berührt sowohl Physik als auch Mathematik und Philosophie. Mathematisch betrachtet ist es durchaus möglich, Modelle zu formulieren, in denen Kausalität – also die Beziehung von Ursache und Wirkung – nicht zwingend vorausgesetzt wird. In der Mathematik gibt es viele Strukturen, die keine Kausalität enthalten oder benötigen. Zum Beispiel sind viele Gleichungssysteme, geometrische Räume oder abstrakte Mengenlehren akausal, weil sie keine zeitliche Abfolge oder Ursache-Wirkung-Relation voraussetzen. In der theoretischen Physik gibt es ebenfalls Modelle, die Kausalität nicht als Grundvoraussetzung haben. Ein Beispiel sind bestimmte Interpretationen der Quantenmechanik oder die sogenannte Blockuniversum-Interpretation der Relativitätstheorie, in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gleichermaßen „existieren“ und Kausalität eher als emergentes Phänomen erscheint. Ob ein solches mathematisches Modell die Realität beschreibt, ist eine andere Frage. Die Naturwissenschaften gehen meist davon aus, dass Kausalität eine fundamentale Eigenschaft unseres Universums ist, weil sie in Experimenten und Beobachtungen bestätigt wird. Aber rein mathematisch ist ein akausales Universum durchaus denkbar und beschreibbar. Zusammengefasst: **Mathematisch kann ein akausales Universum existieren, da es möglich ist, Modelle ohne Kausalitätsannahme zu formulieren. Ob diese Modelle die physikalische Realität beschreiben, ist jedoch eine offene Frage.**

Accepted Answer

Mikrogravitation bezeichnet einen Zustand, in dem die Schwerkraft (Gravitation) nur noch sehr schwach wirkt Dieser Zustand tritt Beispiel auf, wenn sich ein Objekt oder eine Person in einem freien Fal... [mehr]

Accepted Answer

Mikrogravitation bezeichnet einen Zustand, in dem die Schwerkraft (Gravitation) nur noch sehr schwach wirkt Dieser Zustand tritt Beispiel auf, wenn sich ein Objekt oder eine Person in einem freien Fall befindet, wie es etwa auf der Internationalen Raumstation (ISS) der Fall ist. Dort herrscht keine vollständige Schwerelosigkeit, sondern eine Restschwerkraft, die etwa ein Millionstel der Erdanziehungskraft beträgt – daher der Begriff "Mikrogravitation". In der Mikrogravitation verhalten sich Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe anders als auf der Erde. Das hat Auswirkungen auf biologische, chemische und physikalische Prozesse, weshalb Experimente in diesem Zustand für die Forschung besonders interessant sind.

Accepted Answer

Die Anzahl der Dimensionen hängt vom jeweiligen Kontext ab: 1. **Alltag und klassische Physik:** Im Alltag und in der klassischen Physik sprechen wir von drei Raumdimensionen (Länge, Breite... [mehr]

Accepted Answer

Die Anzahl der Dimensionen hängt vom jeweiligen Kontext ab: 1. **Alltag und klassische Physik:** Im Alltag und in der klassischen Physik sprechen wir von drei Raumdimensionen (Länge, Breite, Höhe) und oft einer Zeitdimension – also insgesamt vier Dimensionen (Raumzeit). 2. **Relativitätstheorie:** In Einsteins spezieller und allgemeiner Relativitätstheorie wird die Raumzeit als vierdimensional beschrieben (drei Raum- und eine Zeitdimension). 3. **Stringtheorie:** In einigen physikalischen Theorien, wie der Stringtheorie, werden mehr Dimensionen angenommen – meist 10 oder 11 Dimensionen. Diese zusätzlichen Dimensionen sind nach diesen Theorien jedoch so „aufgerollt“ (kompaktifiziert), dass sie im Alltag nicht wahrnehmbar sind. 4. **Mathematik:** In der Mathematik kann es beliebig viele Dimensionen geben, je nach Problemstellung und Modell. **Fazit:** Im Alltag und in der klassischen Physik gibt es vier Dimensionen (drei Raum- und eine Zeitdimension). In modernen physikalischen Theorien wie der Stringtheorie werden bis zu 11 Dimensionen angenommen. In der Mathematik ist die Anzahl der Dimensionen prinzipiell unbegrenzt.

Accepted Answer

Nein, wenn du in Richtung des Urknalls reist, reist du nicht in die „zukünftige Zukunft“ des Universums, sondern in seine Vergangenheit. Der Urknall markiert den Anfangspunkt von Rau... [mehr]

Accepted Answer

Nein, wenn du in Richtung des Urknalls reist, reist du nicht in die „zukünftige Zukunft“ des Universums, sondern in seine Vergangenheit. Der Urknall markiert den Anfangspunkt von Raum und Zeit in unserem Universum. Wenn du dich also in Richtung des Urknalls bewegst (theoretisch gesprochen, denn praktisch ist das nicht möglich), würdest du dich zeitlich rückwärts bewegen – also in die Vergangenheit des Universums, nicht in seine Zukunft. Die „Zukunft“ des Universums liegt zeitlich nach dem jetzigen Moment, während der Urknall am Anfang der Zeit steht. In der Kosmologie bedeutet „in Richtung Urknall“ immer: zurück in die Vergangenheit, zu einem Zeitpunkt, als das Universum jünger, dichter und heißer war.

Accepted Answer

Die Kosmologie, insbesondere das Standardmodell der Kosmologie (ΛCDM-Modell), basiert auf einigen grundlegenden Annahmen über die Raumzeit: 1. **Allgemeine Relativitätstheorie**: Die... [mehr]

Accepted Answer

Die Kosmologie, insbesondere das Standardmodell der Kosmologie (ΛCDM-Modell), basiert auf einigen grundlegenden Annahmen über die Raumzeit: 1. **Allgemeine Relativitätstheorie**: Die Struktur der Raumzeit wird durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben. Gravitation ist demnach eine Folge der Krümmung der Raumzeit durch Masse und Energie. 2. **Kosmologisches Prinzip**: Das Universum ist im Großen und Ganzen homogen (an jedem Ort gleich) und isotrop (in alle Richtungen gleich), wenn man es auf ausreichend großen Skalen betrachtet (größer als etwa 300 Millionen Lichtjahre). 3. **Dynamische Raumzeit**: Die Raumzeit ist nicht statisch, sondern dehnt sich aus. Dies wird durch die Friedmann-Gleichungen beschrieben, die Lösungen der Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie für ein homogenes und isotropes Universum sind. 4. **Vierdimensionale Raumzeit**: Die Raumzeit besteht aus drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension. 5. **Kausalität und Lichtgeschwindigkeit**: Die maximale Geschwindigkeit, mit der sich Informationen oder Materie ausbreiten können, ist die Lichtgeschwindigkeit. Dies bestimmt die kausale Struktur der Raumzeit. Diese Annahmen bilden die Grundlage für die mathematische Beschreibung des Universums in der modernen Kosmologie.

Accepted Answer

Raumzeit ist ein Begriff aus der Physik, der die Vereinigung von Raum und Zeit zu einem vierdimensionalen Kontinuum beschreibt. In der klassischen Physik wurden Raum (drei Dimensionen) und Zeit (eine... [mehr]

Accepted Answer

Raumzeit ist ein Begriff aus der Physik, der die Vereinigung von Raum und Zeit zu einem vierdimensionalen Kontinuum beschreibt. In der klassischen Physik wurden Raum (drei Dimensionen) und Zeit (eine Dimension) getrennt betrachtet. Die spezielle Relativitätstheorie von Albert Einstein führte jedoch das Konzept ein, dass Raum und Zeit untrennbar miteinander verbunden sind und gemeinsam als Raumzeit betrachtet werden müssen. Ereignisse werden in der Raumzeit durch vier Koordinaten (drei für den Ort, eine für die Zeit) beschrieben. Die Struktur der Raumzeit wird durch die Anwesenheit von Masse und Energie beeinflusst, was in der allgemeinen Relativitätstheorie zur Beschreibung der Gravitation genutzt wird.