Jeder weiß, dass sich das Universum ausdehnt. Aber wo? Was ist diese Erweiterung? Indem wir beobachten, wie der Atompilz wächst, können wir den Raum, in dem er wächst, definitiv begrenzen. Die Frage kann einerseits sehr dumm, andererseits aber sehr interessant sein.
Das Universum hat sich also seit dem Urknall ausgedehnt oder zusammengezogen (mit Rotverschiebungen bzw. Blauverschiebungen). Aber wo endet die Expansion? Es kann schließlich nicht unendlich sein. Warum sollten wir sagen, dass sich das Universum ausdehnt, als wäre es das Normalste und Natürlichste auf der Welt?
Zunächst ein paar einfache Wahrheiten
1. Sie erweitern jetzt nicht
Die Erde ist auch nicht. Weder das Sonnensystem noch die Milchstraße. Die Expansion des Universums hängt von der Schwerkraft ab, was bedeutet, dass nur lokale Schwerkraftdominanzeffekte in Regionen mit hoher Dichte beobachtet werden. Es stellt sich heraus, dass sich nicht alle Galaxien von der Milchstraße entfernen. Unser nächster Nachbar, die Andromeda-Galaxie, rast mit einer Geschwindigkeit von 80 km / s auf uns zu und wird innerhalb einiger Milliarden Jahre mit uns kollidieren.
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2. Glaube keinen Metaphern
Es mag Ihnen so erscheinen, als würde sich das Universum ausdehnen wie ein Ballon, der mit Luft gepumpt wird. "Schauen Sie genau wie das Universum!" Ein modischer britischer Wissenschaftler wird es Ihnen sagen. Wenn Sie jedoch schlau sind, werden Sie feststellen, dass sich außerhalb des Balls Platz befindet und dass sich die zweidimensionale Oberfläche des Balls in einen dreidimensionalen Raum ausdehnt. Unser Universum hat jedoch drei Dimensionen.
3. Das Universum hat kein Ende oder Ende
Wir sind uns nicht sicher, ob das Universum unendlich groß oder nur sehr groß ist, aber selbst wenn dies der Fall ist, werden Sie durch Reisen in eine Richtung, die lang genug ist, immer noch auf den ersten Platz zurückkehren. Denken Sie an Pacman, aber ohne Obst und Geister. Was das Zentrum des Universums betrifft, hilft uns hier die Ball-Analogie. Es scheint uns, dass sich alle Galaxien von uns entfernen, aber aus ihrer Sicht werden sie auch das Zentrum des Universums sein. Dies ist nur eine Illusion.
Wo also dehnt sich das Universum tatsächlich aus? Ja nach nirgendwo. Es gibt keinen Raum voller Dinge. Um dies zu verstehen, wollen wir sehen, was die allgemeine Relativitätstheorie über die Raumzeit zu sagen hat.
In der allgemeinen Relativitätstheorie (wie Fachleute sagen) ist die wichtigste Eigenschaft von Raum (und Zeit) der Abstand (und das Zeitintervall) zwischen zwei Punkten. In der Tat definiert die Entfernung den Raum vollständig. Die Entwicklung der Entfernungsskala wird durch die Menge an Materie und Energie im Raum bestimmt. Mit der Zeit nimmt die Skala zu, ebenso wie die Entfernung zwischen Galaxien. Allerdings - und das ist die Seltsamkeit - geschieht dies, ohne die Galaxien tatsächlich zu bewegen.
Vielleicht ist Ihre Intuition an diesem Punkt ins Stocken geraten. Aber das wird uns nicht davon abhalten, die Kuriositäten zu klären.
Wir haben bereits gesagt, dass sich Galaxien von uns entfernen. Nicht wirklich. Es ist nur einfacher für Wissenschaftler zu erklären, was wirklich passiert. Sie täuschen dich.
"Aber warte!" Der wissenschaftlich versierteste von euch wird sagen. - "Wir messen die Doppler-Verschiebung entfernter Galaxien." Diese sogenannte "Rotverschiebung", von der Sie wissen, ist auf der Erde fixiert und lässt uns wie die Sirene eines vorbeifahrenden Krankenwagens wissen, dass es Bewegung gibt. Dies geschieht jedoch nicht im kosmologischen Maßstab. Es ist nur so, dass sich die Größe des Weltraums ernsthaft verändert und vergrößert hat, seit die fernen Galaxien Licht emittiert haben und uns erreicht haben. Wenn sich der Raum erweitert hat, hat die Wellenlänge der Photonen zugenommen, so dass das Licht rot abgibt.
Aus diesem Ansatz folgt eine weitere Frage: "Dehnt sich das Universum wirklich schneller aus als die Lichtgeschwindigkeit?" Es ist absolut richtig, dass die meisten entfernten Galaxien ihre Entfernung zu uns schneller vergrößern als die Lichtgeschwindigkeit, na und? Sie bewegen sich nicht schneller als Licht (sie stehen im Allgemeinen still). Darüber hinaus hilft es Ihnen in keiner Weise, dies zu wissen: Informationen werden nicht übertragen. Wenn Sie ein Lebensmittelpaket schneller als mit Lichtgeschwindigkeit an eine andere Galaxie senden, können Sie dies nicht tun (und selbst hier müssen Sie es im Prinzip versuchen). Die Lichtgeschwindigkeit bleibt der universelle Geschwindigkeitsbegrenzer.
Wir haben die am weitesten verbreitete (gut oder im Bereich der Relativisten akzeptierte) Meinung über die kosmologische Expansion abgegeben, aber es wäre logisch, mit dem zu enden, was wir überhaupt nicht verstehen. All dies funktioniert hervorragend, wenn Sie Platz haben, um vorwärts zu treten und sich zu dehnen. Aber was ist am Anfang passiert, das den Raum buchstäblich aus dem Nichts gemacht hat? Die Physik hat keine Antwort auf diese Frage. Und Sie müssen warten, bis die Theorie der Quantengravitation erscheint und Licht in dieses Thema bringt.
Ilya Khel
