Universum expandiert mit Überlichtgeschwindigkeit?
Verschiedene behaupten dies, jetzt auch Lesch in einer Sendung. Wie lässt sich eine solche Expansion vorstellen? Das, in was es hinein expandiert, muss doch schon vorher da gewesen sein.
Wie kann man Überlichtgeschwindigkeit in Bereichen feststellen, die man nicht mal einsehen kann?
Wie kann man Überlichtgeschwindigkeit feststellen, wenn man es könnte?
5 Antworten
Hallo Dekkert,
Universum expandiert mit Überlichtgeschwindigkeit? Verschiedene behaupten dies, jetzt auch Lesch in einer Sendung.
Ja, das ist so... wenn man Galaxien betrachtet, die weit genug weg sind.
Das Universum expandiert nänlich nicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit, sondern einer __Rate__. Das ist etwas anderes. Und darüber wird das Ganze auch verständlich. ... Hoffe ich... ;-)
Im Universum entsteht ständig neuer Raum. Dadurch entfernen sich Objekte, die irgendwo im Raum eingebettet sind, voneinander.
Pro Sekunde entstehen etwa 70 km neuer Raum pro Megaparsec. Ein Megaparsec ist eine Entfernung von etwas mehr als 3 Millionen Lichtjahren oder 30 Millionen Billionen km oder 30 Trillionen km. Ein Megaparsec ist weiter als bis zur Andromedagalaxie.
Wenn ein Obejt also genau ein Megaparsec weit weg wäre, dann wäre es 1 Sekunde später allein wegen der Entstehung neuen Raumes im Universum 70 km von uns weiter weg als vorher. (Eigenbewegungen im Raum überlagern sich dieser Raumausdehnungsrate jetzt dann noch).
Diese Rate nennt man übrigens den Hubble Parameter.
Was ist jetzt mit einem Objekt, das 2 Megaparsec weit weg ist? Genau: Nach 1 Sekunde ist das 140 km weiter weg als vorher. Weil in jedem der beiden Megaparsec 70 km neuer Raum entstanden sind. Raten addieren sich also auf mit der Entfernung.
Ein Objekt, das 3 Megaparsec weit weg ist, ist nach 1 Sekunde schon 210 km weiter weg als vorher... und ich denke, Du ahnst es jetzt schon: Seeehr weit entfernte Galaxien sind nach 1 Sekunde weiter als 300 000 km weit weg... und entfernen sich dadurch nominell schneller von uns als mit Lichtgeschwindigkeit. Seeeehr weit bedeutet dabei ein paar tausend Megaparsec. Und ja, das ist trotzdem noch im beobachtbaren Universum.
Halten wir also fest:
Die am weitest entfernten Galaxien, die wir sehen, entfernen sich pro Sekunde weiter als Licht in dieser Sekunde zurücklegt... und damit nominell mit Überlichtgeschwindigkeit. Das bedeutet aber NICHT, dass sich diese Galaxien mit Überlichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen, sondern es entsteht zwischen uns und dort so viel Raum.
Das, in was es hinein expandiert, muss doch schon vorher da gewesen sein.
Vorsicht!
Wenn wir sagen, das Universum expandiert, braucht es kein "außen". Vielleicht wird das verständlich aus dem oben Erklärtem? Es entsteht neuer Raum im Universum. Das Universum expandiert in sich selbst, es gibt mehr Raum im Universum. Das geht in einem unendlich großen Raum genauso, wie in einem Raum, der endlich groß oder geschlossen ist... und in beiden Fällen geht es eben ohne "außen".
Wie kann man Überlichtgeschwindigkeit in Bereichen feststellen, die man nicht mal einsehen kann?
Wir können diese Galaxien sehr wohl sehen.
Wir messen diese Entfernungszunahmen über der Lichtgeschwindigkeit in deren Rotverschiebung.
Wie kann es sein, dass wir die Dinger trotzdem sehen?
Weil sie damals, als das Licht, das uns heute erreicht, ausgesendet wurde, sehr viel näher bei uns waren. Aber während der Lichtlaufzeit haben sie sich noch weiter entfernt.
Vielleicht hilft zur Vorstellung ein Gummiband. Ein langes Gummiband, bei dem Du an einem Ende stehst und ein Freund von Dir am anderen Ende. Wir dehnen jetzt das Gummiband langsam auseinander, so dass der Abstand zwischen Dir und Deinem Kumpel zunimmt. Dein Kumpel lässt dann einen Bll zu Dir rollen. Wenn Du Zeit und Geschwindigkeit des Balles misst und das multiplizierst, wenn der Ball bei Dir ankommt, dann wirst Du eine Entfernung rauskriegen, die __kleiner__ ist als das, was Dein Kumpel zu diesem Zeitpunkt von Dir weg ist... und auch kleiner als die Geschwindigkeit, mit der sich Dein Kumpel mittlerweile von Dir entfernt, weil sich das Gummiband auch noch weiter gedehnt hat, als der Ball schon unterwegs war.
Ich verlinke einmal 2 kleine Videos von je nur ein paar Minuten, in denen das sehr anschaulich erklärt wird. Schau sie Dir mal an.
How can Galaxies travel faster than light? vom Astrophysiker Tony Darnell:
https://www.youtube.com/watch?v=myjaVI7_6Is&t=1s
Und von veritasium Misconceptions about the Universe:
https://www.youtube.com/watch?v=XBr4GkRnY04&t=2s
Zusammen nur gut 10 Minuten...
Grüße
Aber das tut der Raum doch. Auch zwischen Mond und Erde und zwischen Deinen beiden Augen. Nur sind das aberwitzig kleine Abstände und die Anziehungskräfte sorgen dafür, das alles schön zusammenbleibt.
Das beobachtbare Universum ist rund 46 Mia. Lichtjahre gross (Radius). Wie gross der Rest ist, entzieht sich unseren Kenntnissen. Das beobachtbare Universum misst mehr Lichtjahre als sein Alter in Jahren beträgt, weil es sich schneller als Licht ausdehnt.
Überlichtgeschwindigkeit ist tatsächlich möglich. Es bewegt sich ja nicht Masse durch den Raum, hier würde Einsteins Relativitätstheorie gelten, sondern das ganze Raum-Zeitkontinuum dehnt sich aus. Würde sich das All nicht schneller als das Licht ausbreiten, wäre das ganze Universum beobachtbar, was aber bekanntlich nicht der Fall ist.
Dass wir in Lichtjahren gemessen trotzdem weiter sehen können als das Universum Jahre alt ist, liegt daran, dass das Universum früher kleiner war und das Licht nicht wirklich von so weit her kommt.
Dass wir in Lichtjahren gemessen trotzdem weiter sehen können als das Universum Jahre alt ist
Das können wir (leider) nicht.
Wir können nur bis in eine Entfernung von 13,7x LJ weit sehen, bzw. sehen wir dort das, was sich dort vor 13,7 Mrd. Jahren befand.
Wir extrapolieren lediglich, daß diese Objekte sich genauso weiterbewegen, wie sie das zu dem damaligen Zeitpunkt getan haben und kommen auf eine heutige Entfernung von zirka 46 Mrd. LJ (die aber nicht mehr beobachtbar ist).
Ergibt sich rechnerisch.
Alles was sich auf uns zubewegt, wie etwa ein Formel 1 Bolide auf Deinen Standort Tribüne lauter wird, wird wahrnehmbarer.
Der Krach eines Boliden wird lauter.
Alles was sich von uns weg bewegt, wie jener Formel 1 Bolide der vorbei ist an der Tribüne leiser , wird nicht mehr wahrnehmbar.
Der Krach des Boliden wird nicht leiser und der Bolide langsamer, nur die Information der Tribüne wechselt, von laut nach leise.
Blau- und Rotlichtverschiebung.
Bis uns die Information nicht mehr erreichen kann.
Nur, dass das Licht nicht im Kreis fährt wie ein Formel 1 Bolide, sondern immer up, up an the Way in eine Richtung.
Da die Information uns nicht schneller erreichen kann, als das Licht, wird die Entfernung ständig größer.
Bis es schließlich doppelte oder höhere Lichtgeschwindigkeit brauchte um uns zu erreichen, was nicht möglich ist.
Das ganze entstand im Nichts, mit dem Urknall, oder biblisch "..es werde Licht", sonst sehen wir nichts, vor 13,8 Milliarden Jahren.
Und expandiert so vor sich hin, bis eben zur heutigen Größe von um 93 Milliarden Lichtjahren.
Während wir auf unserer Tribüne Erde schlicht bleiben wo wir sind.
Da die Erde sich selbst nicht bewegt, sondern die zugehörige Galaxie.
So wie ein Luftballon, schwimmen die Galaxien auf seiner Oberfläche, wie Fettaugen auf einer Suppe.
Je größer die Oberfläche des Ballons wird, je größer werden die Abstände der Fettaugen, ähm Galaxien, auf seiner Oberfläche.
Das wird immer in einer endlosen Diskussion ausarten lol
Vorab: Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Bewegungsgeschwindigkeit von Teilchen/Materie INNERHALB des Vakuums - also des luftleeren Raums im Universum.
Es gibt Überlichtgeschwindigkeit auch bei bestimmten Versuchen. Bspw. kann das Cäsium-Atom mit der Wellenlänge von Licht in Resonanz treten. Also wenn man einen Lichtstrahl durch Cäsiumgas schickt, kann die Phasengeschwindigkeit die Konstante C (Lichtgeschw. im Vakuum) überschreiten, dabei werden aber keine Informationen und Quanten übermittelt - letztendlich ist das also nur eine "Zahlenspielerei".
So ähnlich verhält sich das vermutlich auch mit der superluminativen Expansion des Raums. Edwin Hubble hatte eine Rotverschiebung im Lichtspektrum ferner Galaxien beobachtet und eine lineare Funktion ermittelt, welche man heute als Hubblekonstante kennt. Demnach entfernen sich Galaxien mit zunehmender Geschwindigkeit von der Erde aus betrachtet, je weiter sie weg sind. Allerdings ist das relativistisch wohl nicht so einfach mit den Faktoren "Geschwindigkeit" und "Abstand" in solchen Dimensionen. Also auch hier könnten das wieder rechnerische Trugbilder sein ;)
Allerdings ist der kosmologische Horizont ein starkes Indiz. Es gibt ja theoretisch unendlich viele Sterne im Weltall und wir können die meisten Nachts sehen, weil zwischen dem Stern und der Erde einfach nichts dazwischen ist. Demnach müsste die Nacht ja aber taghell vom Sternenlicht sein... so ist es aber nicht. Es gibt also viele Sterne, die so weit von uns entfernt sind, dass deren Licht noch keine Zeit hatte, uns zu erreichen...
Danke für deine ausführliche Erklärung.
Das Universum expandiert nänlich nicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit, sondern einer __Rate__.
So wie ich rate, dachte ich in diesem Moment. Etwas klarer ist es geworden.
Nur eins noch nicht. Wenn zwischen den sich voneinander entfernenden Galaxien Raum entsteht, warum dann nicht auch etwa von der Erde zu Mond. Statt der 3,8 cm jährlich vielleicht ein halber Meter oder so?