Anhang

Experimente

Experimente? Zu so einem abstrakten Thema? Eigentlich sind es auch weniger Experimente sondern Veranschaulichungsmittel und Vorstellungshilfen.

Experiment zur Expansion

An diesem Experiment wird die Expansion des Universums gezeigt. Auf einem Luftballon sind Konfettis aufgeklebt. Wird der Luftballon aufgeblasen, entfernen sich die Konfettipunkte deutlich voneinander, wobei sich ihre eigene Größe nicht verändert. Die Konfettis symbolisieren die Galaxien bzw. Galaxienhaufen und die 2D-Oberfläche des Luftballons den 3D-Raum des Weltalls.


Experimentelle Bestimmung der "Hubblekonstante" eines Gummibandes

Es ist möglich die Expansion des Weltalls und damit auch die Hubblekonstante zu verdeutlichen, indem man ein Gummiband, an dem in regelmäßigen Abständen Schleifen befestigt sind, auseinanderzieht. Die Schleifen entfernen sich dann voneinander, ihre Position auf dem Gummiband ändert sich jedoch nicht. Die Schleifen entsprechen den Galaxien zwischen denen sich der Raum ausdehnt.
Wir benutzten ein Gummiband von 3m Länge auf das wir 10 Schleifen im Abstand von je 30 cm anbrachten. Dann zogen wir das Gummiband innerhalb von 5s lang und maßen die Positionen der Schleifen noch einmal.

Jede Schleife ist mit einer anderen Farbe dargestellt. Unten ist die relative Positionsänderung, gesehen vom Nullpunkt aus farbig gekennzeichnet. Daraus erkennt man, dass je weiter die Schleife vom Nullpunkt aus entfernt ist, desto größer ihre relative Positionsänderung ist.

Das sind wir bei der Messung.
Hier die Messwerttabelle:
Relative Positionsänderung
Geschwindigkeit, mit der sie sich entfernt haben
"Hubblekonstante" des Gummibandes Hx=vx/sx
s1=25 cm
v1=5 cm/s
H1=0,2 (cm/s)/s
s2=50 cm
v2=10 cm/s
H2=0,2 (cm/s)/s
s3=75 cm
v3=15 cm/s
H3=0,2 (cm/s)/s
s4=100 cm
v4=20 cm/s
H4=0,2 (cm/s)/s
s5=125 cm
v5=25 cm/s
H5=0,2 (cm/s)/s
s6=150 cm
v6=30 cm/s
H6=0,2 (cm/s)/s
s7=175 cm
v7=35 cm/s
H7=0,2 (cm/s)/s
s8=200 cm
v8=40 cm/s
H8=0,2 (cm/s)/s
s9=225 cm
v9=45 cm/s
H9=0,2 (cm/s)/s
s10=250 cm
v10=50 cm/s
H10=0,2 (cm/s)/s

Man kann nun die Einheit (cm/s)/s kürzen und erhält die Einheit 1/s. Der Kehrwert unser "Hubblekonstante" H=0,2 1/s ergibt ein "Weltalter" von 5s, was ja auch dem tatsächlichen Weltalter unseres Versuchs entspricht.

Das Universum als elastische Membran

Die Kreuze sind die ursprünglichen Punkte. Diese sind auf allen 4 Darstellungen gleichverteilt. Dann wird der Abstand der Kreuze um 1,05 vergrößert, die Membran auseinander gezogen. Die neuen Punkte werden durch Quadrate dargestellt. Je nachdem, wie man die nun entstandenen Bilder übereinanderlegt, entstehen scheinbare Streckungszentren. Je weiter die Punkte vom scheinbaren Streckungszentrum entfernt sind, desto größer ist der Abstand zwischen Originalpunkt und Bildpunkt. In der Animation sieht man die 2 Einzelbilder und verschiedene Möglichkeiten sie übereinander zu legen.

Dies zeigt, dass die Expansion des Weltalls keinen Mittelpunkt hat, sich der Beobachter aber jeweils im Mittelpunkt fühlt.


Experiment zur Verdeutlichung der Expansions-Rotverschiebung

Dieses Experiment dient zur Verdeutlichung, dass sich eine Lichtwelle in einem expandierenden Raum dehnt. Auf einem Luftballon wird eine Welle aufgemalt. Bläst man den Luftballon nun auf, sieht man, dass sich die Welle mit ausdehnt und die Wellenlänge vergrößert wird. Man muss bei diesem Experiment beachten, dass die 2-dimensionale Oberfläche des Luftballons den 3-dimensionalen Raum des Universums darstellt, in dem sich die Lichtwelle bewegt.