Warum ist das beobachtbare Universum so viel größer als dein Alter?
Kürzlich haben wir hier bei Mega Curious eine interessante Frage von Giovanni Bruno Jr., einem unserer Leser, erhalten. Nachdem Gionanni hier auf unserer Website eine Geschichte gelesen hatte - genauer gesagt eine mit dem Titel „Wenn es im Universum Millionen von Planeten gibt, wo sind dann die Außerirdischen?“ -, war er an einigen Informationen interessiert, die wir erwähnt haben, nämlich an diesen Das beobachtbare Universum hat einen Durchmesser von etwa 90 Milliarden Lichtjahren.
Unser Leser wies jedoch darauf hin, dass unser Universum vor 13, 7 Milliarden Jahren als Ergebnis des Urknalls entstanden ist und sich seitdem mit Lichtgeschwindigkeit (dh knapp 300.000 km / h) ausgedehnt hat zweitens im luftleeren raum), wenn man bedenkt, dass nichts schneller als das licht wandern kann, wie zur hölle ist das universum so gewachsen?
Giovanni zufolge sollte das Universum nach dieser Logik einen Durchmesser von knapp 14 Milliarden Lichtjahren anstelle von 90 Milliarden haben - und dies berücksichtigt nicht einmal die Größe des „nicht beobachtbaren“ Universums, das spekulativ betrachtet wird. kann sich über die Unendlichkeit und darüber hinaus erstrecken ... Also wie?
Bevor du anfängst
Zurück zum beobachtbaren Universum, um besser zu verstehen, warum es so viel größer als sein Alter ist, müssen wir uns zunächst mit einer Reihe von Fragen befassen, z. B. wie sich Licht in einem Vakuum verhält, und sogar ein bisschen Farbtheorie, damit alles funktioniert könnte am Ende Sinn machen.
Dies liegt daran, dass wir zum Verständnis der Expansion des Universums mehrere Konzepte verstehen müssen, einschließlich einer sogenannten „Rotverschiebung“ - die sich im Wesentlichen auf das Verhalten von Lichtwellen relativ zur Relativgeschwindigkeit zwischen einer emittierenden Quelle und bezieht ein Beobachter. Gehen wir dorthin?
Einige Punkte klären
Vielleicht erinnerst du dich an deine Physikstunden - und an Isaac Newton! - als Sie erfahren haben, dass Schwarz die Abwesenheit von Farbe darstellt, während Weiß im Gegenteil der Kombination aller Farben entspricht, oder? Farben sind nichts anderes als elektromagnetische Wellen, die bei bestimmten Lichtfrequenzen vibrieren, und die längste, die wir Menschen sehen können, ist rot und die kürzeste, violette.
Denn mit diesem Wissen über die Ausbreitung und Interaktion von Licht mit Materie können wir viele Dinge über Objekte bestimmen, wie z. B. ihre Temperatur, ihre Zusammensetzung und sogar ihre Position im Raum. Wenn Sie von der Ortung von Körpern im Weltraum sprechen, erinnern Sie sich vielleicht auch an das Studium des Doppler-Effekts - eine vollständige Erklärung erhalten Sie über diesen Link - oder?
Obwohl dies häufig mit der Ausbreitung von Schallwellen zusammenhängt, kann derselbe Prozess Aufschluss darüber geben, warum von bestimmten kosmischen Quellen ausgesandtes Licht zu beiden Enden des elektromagnetischen Spektrums tendiert. Beruhige dich ... lass uns das richtig erklären! Nun, der Doppler-Effekt lässt uns wissen, wie sich die Flugbahn einer Wellenlänge in Abhängigkeit von der Richtung ändert, in die sich ein Objekt bewegt.
Wenn sich ein Objekt in die entgegengesetzte Richtung bewegt, werden die Wellenlängen des Lichts "gedehnt" und tendieren zu Rot (länger). Während sich ein Objekt auf uns zubewegt, werden die Wellenlängen komprimiert und erscheinen daher bläulich (kürzer). Hier kommt die „Rotverschiebung“ ins Spiel.
Expandierendes Universum
Als die Astronomen begannen, die Entfernung zwischen Galaxien und uns zu messen - basierend auf dem Licht, das sie aussenden -, stellten sie fest, dass ihre Wellenlängen zu rot tendierten, was darauf hinweist, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung zu unserer bewegen. Aber die Wissenschaftler bemerkten etwas anderes.
Zusätzlich zu der Tatsache, dass sich Galaxien und andere Sterne im Weltraum in die entgegengesetzte Richtung von uns bewegen, haben Astronomen beobachtet, dass auch die Rotverschiebung zunimmt, was darauf hindeutet, dass diese Körper alle schneller und schneller vor uns "fliehen" - was auch immer bedeutet, dass sich das Universum ausdehnt.
Beobachtungen der Rotverschiebung zeigten auch, dass die Galaxien sich umso schneller zum Rand des beobachtbaren Universums bewegen, je weiter sie sich im Weltraum befinden. Aber diese Information ist nur eine Kuriosität! Nachdem wir nun erklärt haben, wie wir herausgefunden haben, dass sich das Universum ausdehnt, wie steht es mit der Verwechslung zwischen seinem Alter und seiner Größe?
Eine Sache ist eine Sache, eine andere Sache ist eine andere Sache
Wenn wir über eine beobachtbare Grenze des Universums sprechen, impliziert dies, dass es auch ein nicht beobachtbares Universum gibt - das weit über das hinausgeht, was unser Verstand verstehen kann. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: In diesem beobachtbaren Bereich finden Sie alle existierenden Sterne, dh 25 Milliarden Galaxienhaufen, 350 Milliarden große Galaxien, 7 Billionen Zwerggalaxien und etwa 10 22 bis 10 24 Sterne. !
Stellen Sie sich nun vor, all dies existiert auf einem Raum von nur 13, 7 Milliarden Lichtjahren Durchmesser. Hier beginnt die Verwirrung zwischen der Größe des Universums und seinem Alter. Unter der Annahme, dass der Kosmos vor fast 14 Milliarden Jahren aus dem Urknall hervorgegangen ist, weiß nicht jeder, dass sich nach dieser Theorie in den Anfängen des Weltraums der Weltraum auszudehnen begann schneller als die Lichtgeschwindigkeit.
Diese Periode wird als kosmische Inflation bezeichnet - und erklärt unter anderem, warum das Universum größer ist als sein Alter. Nach der Urknalltheorie ist der Kosmos im Handumdrehen von einem außerordentlich dichten und heißen Ort zu einem unglaublich riesigen und voller Partikel geworden, die im Laufe der Zeit alles zu formen begannen, was existiert.
Denn nachdem sich diese anfängliche Inflation verlangsamt hatte, verlangsamte sich die Expansion des Universums, und heute glauben Wissenschaftler, dass dies dank einer mysteriösen (und immer noch hypothetischen) Kraft, die als dunkle Energie bekannt ist, weiterhin geschieht. Am interessantesten ist jedoch, dass die Wissenschaft die Mechanismen der Expansion zwar noch nicht erklären kann, sie jedoch schneller zu sein scheint als die Lichtgeschwindigkeit.
Und während wir zu Beginn der Materie gesagt haben, dass nichts schneller als die Lichtgeschwindigkeit wandern kann, bricht das Expansionstempo des Universums keine Gesetze der Physik. Dies liegt daran, dass nach Einsteins Relativitätstheorie kein Körper die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann, aber das bedeutet nicht, dass Raum-Zeit dies nicht kann.
Was also passiert, ist, dass Galaxien, Sterne, Planeten und alles, was existiert, nicht durch das Universum wandern, sondern sich mit ihm ausdehnen. Dies bedeutet, dass sich Materie nicht durch den Raum bewegt, sondern durch ihn "gezogen" wird, und infolgedessen die Abstände zwischen den Galaxien zunehmen - immer dann, wenn sie nicht nah genug sind, um der Schwerkraft zwischen ihnen zu erliegen. (und sie kollidieren am Ende).
Wie ist es
Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich auf einer riesigen Straße und können weder deren Anfang noch dessen Ende sehen, um dieses Geschwätz besser zu verstehen. Stellen Sie sich nun vor, dass sich auf dieser Straße Menschen im Abstand von genau einem Meter befinden und Sie die Position "0" einnehmen. Vor dir ist die Person "1", hinter ihr die "2", die "3" usw. und hinter dir "-1", "-2", "-3" und so weiter - in beide Richtungen.
Aber diese Straße ist elastisch und beginnt sich allmählich in beide Richtungen zu dehnen - und Sie beginnen zu sehen, wie sich die Menschen vor und hinter Ihnen im gleichen Tempo hin und her bewegen, ohne dass sie gehen. . Sie sind noch vorhanden.
Wenn sich die Straße weiter ausdehnt, werden Sie bemerken, dass die Menschen, die weiter von Ihnen entfernt sind, immer weiter und weiter weg zu sein scheinen - obwohl sie keinen Schritt gemacht haben. Stellen Sie sich nun vor, dass ein Auto auf derselben Straße fährt. Stimmen Sie zu, dass die Route am Ende viel länger als gewöhnlich ist, da die Straße während der Fahrt mit dem Auto immer breiter wird?
Im Fall des Universums bewegt sich die Explosion, die dasselbe Licht emittiert hat, in dieser Zeit auch in dieselbe Richtung, obwohl das Licht sie seit ungefähr 14 Milliarden Jahren durchläuft - und fast 14 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt hat. alle. Anstatt also das beobachtbare Universum so groß wie Ihr Alter zu sein, ist es tatsächlich viel, viel größer.
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