Sie können oft Aussagen von Astrophysikern und Kosmologen hören, dass sich extrem entfernte Regionen des Universums schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Aber was genau bedeutet das? Bedeuten sie, dass es Objekte im Universum gibt, die einen der grundlegendsten Werte überschreiten können?
Das grundlegendste Gesetz der speziellen Relativitätstheorie führte Einstein zur Verwirklichung der bahnbrechendsten Idee in der Physik - dass sich nichts schneller bewegen kann als Licht. Masselose Partikel im Vakuum bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, während sich alles andere - ein Partikel mit einer Masse irgendwo oder ein masseloses Partikel in einem Medium - immer langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Aber wenn es um die Expansion des Universums geht, entstehen oft Gedanken, dass dies schneller geschieht als die Lichtgeschwindigkeit. Versuchen wir herauszufinden, ob dies so ist.
Das Universum, wie wir es heute sehen, existiert seit dem heißen Urknall seit ungefähr 13,8 Milliarden Jahren. Wenn Sie jedoch fragen, wie weit wir in eine Richtung schauen können, lautet die Antwort nicht 13,8 Milliarden Lichtjahre, sondern viel mehr. Wenn Sie darüber nachdenken, können Sie sich eine doppelt so große Entfernung vorstellen: Wenn ein Objekt, das Licht emittiert, vor 13,8 Milliarden Jahren 13,8 Milliarden Lichtjahre von "uns" entfernt war, dann hat es höchstwahrscheinlich Licht emittiert und sich von uns entfernt - vielleicht sogar mit einer Lichtgeschwindigkeit. Wenn ein helles Objekt so lange existieren würde und sich ständig mit einer Geschwindigkeit von 299.792 Kilometern pro Sekunde von uns entfernen würde, würde sein Licht uns erst jetzt erreichen, obwohl das Objekt selbst bereits 27,6 Milliarden Jahre von uns entfernt wäre. Das klingt alles vernünftig, aber es kann uns zu der nicht so guten Annahme führen, dass der Raum selbst statisch ist.
Der Raum, in dem wir leben, ist nicht statisch - er erweitert sich. Darüber hinaus können wir die aktuelle Expansionsrate wie in der fernen Vergangenheit und in allen "mittleren" Epochen messen. Es stellt sich heraus, dass das Licht eines Objekts, das zum Zeitpunkt des Urknalls nur 168 Meter von uns entfernt war (okay, 10-33 Sekunden nach dem Urknall), uns erst heute, 13,8 Milliarden Jahre später, nach einer unglaublichen Reise und einem unwirklichen Grad an Dehnung erreichen würde Das Objekt selbst wäre jetzt 46,1 Milliarden Jahre von uns entfernt.
Evolution des Universums ab dem Moment des Urknalls nach dem kosmologischen Standardmodell.
"Aha! du rufst aus. "Der Raum hat sich also schneller ausgedehnt als die Lichtgeschwindigkeit!"
Oder nicht? Damit sich etwas schneller als Licht bewegen kann, muss es eine Geschwindigkeit haben: etwas, das gemessen werden kann, zum Beispiel Kilometer pro Sekunde. Aber so dehnt sich das Universum nicht aus.
Im Gegenteil, es dehnt sich mit einer Geschwindigkeit pro Entfernungseinheit aus. Dies wird normalerweise als Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec gemessen, wobei ein Megaparsec etwa 3,26 Millionen Lichtjahre beträgt. Wenn die Expansionsgeschwindigkeit 70 km / s / Mpc beträgt, bedeutet dies, dass sich ein 10 Mpc von uns entferntes Objekt im Durchschnitt mit einer Geschwindigkeit von 700 km / s aus unserer Sicht bei 200 Mpc - 14.000 km / s und bei entfernt Bei einem Objekt mit 5000 Mpc scheint es, dass es sich mit einer Geschwindigkeit von 350.000 km / s wegbewegt.
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Daraus folgt jedoch, dass sich einige Objekte schneller als Licht bewegen? Kehren wir zu Einsteins besonderer Wahrscheinlichkeit zurück und überlegen wir, was wir meinen, wenn wir sagen, dass nichts schneller als Licht reisen kann. Dies bedeutet, dass zwei Objekte, die sich im selben Raum-Zeit-Ereignis befinden und gleichzeitig denselben Raum einnehmen, sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander bewegen können. Selbst wenn sich einer von ihnen mit 99% der Lichtgeschwindigkeit nach Norden und der andere mit der gleichen Geschwindigkeit nach Süden bewegt, beträgt ihre Geschwindigkeit nicht 198% der Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander, sondern 99,995% der Lichtgeschwindigkeit. Egal wie schnell sich jeder von ihnen bewegt, sie werden niemals die Lichtgeschwindigkeit relativ zueinander überschreiten.
Das beobachtbare Universum mag aus unserer Sicht 46 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen betragen, aber es gibt definitiv Regionen außerhalb davon, die wir nicht beobachten können. 46 Milliarden Lichtjahre sind nur die Grenze für unsere Beobachtung.
Deshalb nennt man es Relativitätstheorie: Es misst die Relativbewegung zwischen zwei Objekten zum gleichen Zeitpunkt in Raum und Zeit. Diese Art der Relativitätstheorie - Spezielle Relativitätstheorie - legt jedoch die Regeln in Ihrem Bereich des nicht expandierenden Raums fest. Die allgemeine Relativitätstheorie fügt dem eine weitere Ebene hinzu: die Tatsache, dass sich der Raum selbst ausdehnt. Indem wir die Menge an gewöhnlicher Materie, dunkler Materie, dunkler Energie, Neutrinos, Strahlung und anderen Dingen im heutigen Universum messen sowie wie Licht, das uns aus verschiedenen Entfernungen im Universum erreicht, infolge der Expansion in das rote Spektrum verschoben wird, können wir nachbilden, wie groß es ist war das Universum zu jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit.
Als das Universum ungefähr 10 Tausend Jahre alt war, hatte sein beobachtbarer Anteil bereits einen Durchmesser von 10 Millionen Lichtjahren. Als sie erst ein Jahr alt war, hatte das beobachtbare Universum einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren. Als sie nur eine Sekunde alt war, hatte sie bereits 10 Lichtjahre Durchmesser. Ja, es klingt alles so, als würde es sich schneller ausdehnen als Licht. Aber zu keinem Zeitpunkt bewegte sich ein Teilchen schneller als Licht in Bezug auf ein anderes Teilchen, mit dem es interagierte.
Je weiter die Galaxie entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich von uns weg und desto mehr verschiebt sich ihr Licht in das rote Spektrum, was uns zwingt, immer längere Wellen zu betrachten. Ab einer bestimmten Entfernung sind Galaxien selbst mit Lichtgeschwindigkeit nicht mehr erreichbar.
Im Gegenteil, der Raum zwischen den Partikeln dehnte sich aus, wobei der Abstand zwischen ihnen zunahm und die Strahlungswellenlänge in diesem Raum gedehnt wurde. Dies dauerte viele Milliarden Jahre in der kosmischen Geschichte und dauert bis heute an. Obwohl wir niemals Objekte vor mehr als 15,6 Milliarden Jahren erreichen können, selbst wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit bewegen (was per Definition unmöglich ist), liegt dies nicht daran, dass sie sich schneller als Licht entfernen. sondern weil sich der Raum zwischen verschiedenen Punkten weiter ausdehnt.
Der wichtigste Aspekt ist, dass sich der Raum nicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausdehnt, sondern mit einer bestimmten Geschwindigkeit: mit einer Geschwindigkeit pro Entfernungseinheit. Je weiter das Objekt entfernt ist, das Sie betrachten, desto stärker wirkt sich die Ausdehnung auf den Abstand zwischen Ihnen aus. Je weiter ein Objekt von Ihnen entfernt ist, desto röter erscheint es und desto schneller bewegt es sich von Ihrem Standpunkt weg. Aber ist es schneller als Licht? Um dies zu messen, müssen Sie sich im selben Bereich befinden. Nichts bewegt sich in Bezug auf Ihren Standort schneller als Licht, und dies kann zu jeder Zeit über jeden Ort im Universum gesagt werden. Der Raum dehnt sich aus, aber nicht schneller als das Licht. Außerdem hat diese Ausdehnung keine Geschwindigkeit.
Vladimir Guillen
