Das Universum ist 13,5 Mrd. Lichtjahre alt. Warum aber ist es größer als 45 Mrd. Lichtjahre, wenn nichts schneller als Licht sein kann?

...komplette Frage anzeigen

11 Antworten

Hallo jansch97, 

das beobachtbare Universum ist 13,8 Milliarden Jahre alt. 

Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht im Vakuum in einem Jahr zurücklegt... das sind rund 10 Billionen Kilometer. 

Jetzt würde man annehmen, dass sich daraus die Größe des Universums ergibt, indem man einfach rechnet, dass der sichtbare Radius 13,8 Lichtjahre sein müsste.

Das stimmt aber nicht, weil sich das Universum ausdehnt. 

An dieser Stelle brauchen wir noch nicht einmal darüber nachdenken, ob sich sehr weit entfernte Galaxien von uns schneller als mit Lichtgeschwindikeit bewegen... was sie tun, aber dazu gleich. 

Allein die Tatsache, dass sich das Universum ausdehnt, sorgt schon dafür, dass wir Objekte sehen können, die heute weiter entfernt sind als 13,8 Lichtjahre. 

Stell Dir vor, ein Freund von Dir steht einige Meter von Dir entfernt auf einem riesigen Gummiband. Er legt einen Stein auf die Stelle, wo er steht und beginnt dann mit einer festen Geschwindigkeit, auf Dich zuzugehen. Gleichzeitig beginnt jemand, das Gummiband gleichmäißg zu dehnen. Dein Freund wird dadurch - während er auf Dich zuläuft - immer mit dem Band von Dir weggetragen. Ist er insgesamt schnell genug, kommt er schließlich bei Dir an. Wenn Ihr beide jetzt schaut, wo der Stein liegt, dann werdet Ihr feststellen, dass der weiter weg liegt als die Strecke, die Dein Freund gelaufen ist. 

Warum? Weil sich natürlich das Band auch auf den Abschnitten gleichmäßig gedehnt hat, die Dein Freund schon durchschritten hatte. Wegabschnitte, die für Deinen Freund also noch recht kurz waren, haben sich weiter ausgedehnt, nachdem er schon durch war. 

Und deswegen ist der Stein eben inzwischen weiter weg als Dein Freund insgesamt gelaufen ist. 

Derselbe Trick ist das auch im Universum: Das dehnt sich mit einer bestimmten Rate aus. Pro Sekunde entstehen auf eine Entfernung von über 3 Millionen Lichtjahren etwa 70 km neuer Raum. Das trägt die Galaxien von uns weg. Ein einmal ausgesendeter Lichtstrahl wird auch mit dem Raum ein wenig zurückgetragen, aber eben beizeiten weniger stark als die Galaxie, die ihn ausgesendet hat, weil er uns schon näher ist. Und deswegen ist die Galaxie, die ihn ausgestrahlt hat, weiter von uns weg als "verstrichene Zeit mal Lichtgeschwindigkeit". 

Natürlich sehen wir in der Zeit zurück, wenn wir in die Tiefen des Alls blicken. Wir sehen die weit entfernte Galaxie also so, wie sie vor Milliarden von Jahren war - nicht so, wie sie heute ist. 

Jetzt noch zur Sache mit dem "überlichtschnell" - wie gesagt: Zur Erklärung, dass die Galaxie grundsätzlich weiter weg ist, brauchen wir das nicht. Nur wenn wir die Größe der Werte erklären wollen, dann schon. 

Weit verbreitet, aber trotzdem falsch ist die Vereinfachung der Aussagen von Einsteins Spezieller Relativitätstheorie auf den Satz "nichts ist schneller als das Licht". 

Tatsächlich sagt die SRT, dass für massebehaftete Objekte (also so was wie Du und ich) und Information die Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) eine obere Grenzgeschwindigkeit ist. Wo keine Masse im Spiel ist oder keine Information übertragen werden kann, können Objekte durchaus schneller als das Licht sein. Der Laserpunkt, der von einem extremst starken Laserpointer von hier auf den Mond geworfen würde, dürfte mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit über den Mondboden huschen - weil keine Informationen zwischen den Punkten der Mondoberfläche auf diese Weise mit Überlichtgeschwindigkeit übertragbar wären.

Bei der Expansion des Universum bewegt sich auch nichts mit Überlichtgeschwindigkeit durch den Raum. Alle beteiligten Galaxien sind gemütlich eingebunden in ihre lokale Umgebung und werden lediglich mit dem Raum zusammen voneinander weggetragen ("Hubble-Fluss") Es bewegt sich also nirgends eine von ihnen mit Überlichtgeschwindigkeit durch den Raum. 

Aber durch Aufsummieren der oben genannten Rate von 70 km pro Sekunde und gut 3 Millionen Lichtjahren kommt man bei sehr weit entfernten Objekten eben auf Raten, die die Lichtgeschwindigkeit übersteigen. Lokal - also in der jeweiligen Umgebung - ist die SRT niergends verletzt, der Effekt entsteht erst über das Aufsummieren vieler kleiner Raten auf sehr große Entfernungen. Und ja: Die entferntesten Galaxien und die Hintergrundstrahlung zeigen Rotverschiebungen, die einer Überlichtgeschwindigkeit entsprechen.

Grüße

P.S.: Zum Weiterlesen: Der erste Artikel erklärt es sehr simpel, der zweite geht ins Eingemachte. Je nachdem, wie genau Du es wissen möchtest. ;-)

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/07/14/wie-gross-ist-das-universum/

http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2010/09/19/wie-gross-ist-das-beobachtbare-universum/

Das Universum ist etwa 13,5 Milliarden Jahre alt, ein Lichtjahr ist die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt (genau 9,461 Billionen Kilometer). Du musst bedenken, dass sich auch Teile des Universums weiter ausgedehnt haben (und ausdehnen), die das Licht bereits hinter sich gebracht hat, wenn es auf dem Weg zu uns ist.

Die Quellen des Lichts haben sich also in der Zwischenzeit weiter von uns entfernt und die gerade noch sichtbaren am äußersten Rand des beobachtbaren Universums eben etwa 45 Milliarden Lichtjahre. Ungefähr 13,5 Milliarden Lichtjahre ist die Strecke, die das Licht bis zu uns zurückgelegt hat. Und weil es eben lichtschnell ist, folgt daraus, dass es vor etwa 13,5 Milliarden Jahren ausgesandt worden sein muss.

PS: Aber eigentlich sind es nach neuesten Messungen etwa 13,81 Jahre.

Hallo.

Dir passiert hier ein kleiner Denkfehler. 
Erstmal ist das Universum nicht "13,5 Mrd. Lichtjahre" alt, sondern einfach nur Jahre. Um genau zu sein sogar ca. 13,8 Mrd. Jahre.

Ein paar Dinge machen es nun aber komplizierter. Unter anderem waren die Bedingungen erst ca. 400.000 Jahre nach dem Urknall so, dass sich Licht ausbreiten konnte - ist nebensächlich aber sollte erwähnt werden.

Der nächste und wichtigste Punkt, der zu deinem Missverständnis führt, ist die Schlussfolgerung, dass das sichtbare Universum nur 13,5 Mrd. Lichtjahre in alle Richtungen von der Erde ausgehend groß sein kann, weil dies das Alter des Universums ist. 

Wenn wir auf der Erde den "Rand" des sichtbaren Universum ausfindig machen und eine Distanz von 13,5 Mrd. Lichtjahren bestimmen, dann darfst du nicht vergessen, dass sich das Universum in den 13,5 Mrd. Jahren, die das Licht zu uns gebraucht hat, weiterhin beständig ausgedehnt hat. 

Lässt man nun diese Ausdehnung in die entsprechenden Berechnungen einfließen, dann folgt daraus, dass wir ca. 46,6 Mrd. Lichtjahre in jede Richtung blicken. 
Das sichtbare (bzw. beobachtbare) Universum ist deshalb wesentlich größer und hat einen Durchmesser von knapp 93 Mrd. Lichtjahren. 

Ich hoffe das ganze ist verständlich. Falls das nicht der Fall ist, werde ich mich bemühen, es noch einmal anders zu formulieren, also frag sehr gerne nach.

LG. 

Nichts im Universum kann sich schneller als Licht bewegen. Der Raum selbst jedoch kann das und dehnt sich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, daher ist sein Durchmesser größer als das Universum alt ist.
LG

Der Raum kann sich schneller als das Licht ausdehnen. Die Aussage das sich nichts schneller als das Licht ausdehnen kann gilt für alles im Raum, aber nicht für den Raum selbst. Das Universum ist zwar 13,8 Milliarden Jahren alt, aber es dehnt sich nicht gleichmäßig aus, sondern beschleunigt. Der Raum hat sich in den 13,8 Milliarden Jahren deutlich weiter ausgedeht als 13,8 Mrd. Lj. Das unsichtbare Universum dehnt sich mit bis zu 3facher Lichtgeschwindigkeit aus, daher kann uns das Licht dieser Objekte auch nicht erreichen und wir sehen nur das sichtbare (beobachtbare) Universum, welchen einen Radius von ca. 46 Milliarden Lj. aufweist. Den genauen Radis des sichtbaren Universums lässt sich nicht genau berechnen, da die Hubble Konstante (die eigentlich keine Konstante ist) durch unterschiedliche Messmethoden auch unterschiedliche Werte aufweist.

nax11 10.07.2017, 22:24

Der Raum scheint sich überall konstant auszudehnen - mit 70 km/s (+/-) pro Megaparsec. Entsprechend 70 mm/s pro Parsec, oder mit 300.000 km/s bei etwas über 4800 Megaparsec. Danach überschreitet die akkumulierte Ausdehnungsrate die Lichtgeschwindigkeit - derzeit, aber das wird offenbar mit der Zeit schneller.

1

Die Expansion des Raumes erfolgt ab einer bestimmten Distanz mit Überlichtgeschwindigkeit. Die Grenze gilt für massebehaftete Objekte.

CarrieSatan 03.07.2017, 21:21

... Warte... Soweit ich weiß dehnt sich das Universum noch nicht mit Überlichtgeschwindigkeit aus. Habe ich was verpasst ?

1
Janeko85 03.07.2017, 22:33
@CarrieSatan

Die hinter dem Beobachtungshorizont liegenden Teile schon, deswegen kann man die ja nicht sehen. Die Entfernungen nehmen in jeder Sekunde um etwa 70 km pro Megaparsec (Hubble-Konstante) schon vorhandener Strecke zu.

Deswegen entfernen sich die äußersten Teile des Universums am schnellsten (und hinter dem Beobachtungshorizont eben mit Überlichtgeschwindigkeit).

Aber nicht innerhalb des beobachten Universums. Es ist eben bloß so, dass sich auch die vom Licht schon zurückgelegte Strecke weiter ausdehnt, während das Licht hierher unterwegs ist).

0

Es expandiert schneller als Lichtgeschwindigkeit.

DrJLiq 03.07.2017, 22:34

Nein, ganz sicher nicht. 

0
nax11 04.07.2017, 02:01
@DrJLiq

@ DrJLiq

Simple Mathematik:

Der  Raum expandiert mit etwa 70 km/s pro Megaparsec.

Ich runde jetzt und dann ist das 1/4286 der Lichtgeschwindigkeit. Also jenseits 4286 MPc überschreitet die Raumexpansionsrate die Lichtgeschwindigkeit.

1
grtgrt 03.07.2017, 21:36

Nachdem der Urknall vor etwa 13.8 Milliarden Jahren geschah, könnte man zunächst annehmen, der Radius unseres Beobachtungshorizonts liege bei 13.8 Mrd. Lichtjahren. Berücksichtigt man aber, dass selbst nach Ende der Inflationsphase noch Raumexpansion stattfand, vom Licht schon zurückgelegte Entfernungen sich also danach noch vergrößert haben, so kommt man auf gut die 3-fache Entfernung: etwa 46 Mrd. Lichtjahre.

http://greiterweb.de/spw/Urknall-Universum-Inflation.htm


4

Ich glaube du hast den Begriff "Lichtjahr" falsch verstanden. Auch wenn es "Lichtjahr heißt ist dies keine Zeit- sondern eine Streckenangabe ( Die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt )
LG

Denaturiert-2017-07-03, Montag, 21:30 Uhr

Ein Lichtjahr ist eine Wegstrecke und keine Altersangabe.

Du sagtest ja auch nicht, das Universum wäre ungefähr 127.723.500.000.000 km alt. Es ist ungefähr 13,5 Milliarden Jahre alt und nach gängiger Theorie dehnt es sich immer noch weiter aus.

Es gibt übrigens sehr wohl überlichtschnelle „Teilchen”.

uteausmuenchen 03.07.2017, 21:57

Es gibt übrigens sehr wohl überlichtschnelle „Teilchen”.

Nein. Tachyonen sind nach wie vor rein hypothetisch. 

2
Janeko85 03.07.2017, 22:20
@uteausmuenchen

Stimmt. Und falls Neutrinos gemeint sind, das war eine fehlerhafte Messung, die längst korrigiert wurde.

1
MatthiasHerz 03.07.2017, 23:10

Der Urknall und die damit verbundene Expansion unseres Universums ist bis dato auch rein hypothetisch.

0
uteausmuenchen 03.07.2017, 23:30
@MatthiasHerz

Der Urknall und die damit verbundene Expansion unseres Universums ist bis dato auch rein hypothetisch.

Räusper... "hypothetisch" bis auf die zahlreichen, seit 8 Jahrzehnten gesammelten Belege.... Klar. 

3
MatthiasHerz 03.07.2017, 23:42

Belege? Wie will man etwas belegen, dass bald 14 Milliarden Jahre zurückliegt.

Jahrhunderte lang konnten Menschen belegen, dass die Sonne sich um die Erde bewegt und doch haben sie sich geirrt.

0
uteausmuenchen 03.07.2017, 23:51
@MatthiasHerz

Belege? Wie will man etwas belegen, dass bald 14 Milliarden Jahre zurückliegt.

Wir nutzen hierfür üblicherweise die bequeme Tatsache, dass das Licht von damals zu uns kommt. 

Im Ernst: Über Messdaten. Die Daten reichen zurück ins wenige Sekunden alte Universum; Stichwort Hintergrundstrahlung, Anisotropien der Hintergrundstrahlung; Teilchenexperimente,....

Damit kannst Du vorwissenschaftliche Weltanschauungen ohne systematische Überprüfung an Messdaten nicht vergleichen.

Für überlichtschnelle Teilchen gibt es dagegen nicht die geringsten Hinweise

1
MatthiasHerz 04.07.2017, 00:01

Das könnte daran liegen, dass das bisherige Universum bei der Lichtgeschwindigkeit quasi aufhört, weil Einstein es „bewiesen” hat.

Der Ursprung der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung soll der Urknall sein. Den Urknall damit belegen zu wollen, ist demnach absurd.

Das wäre, wie wenn ich beweisen wollte, dass die Erde eine Scheibe ist, anhand der Tatsache, dass die Menschen es bis vor 400 Jahren als bewiesen ansahen.

0
uteausmuenchen 04.07.2017, 00:15
@MatthiasHerz

Matthias, 

beschäftige Dich doch erst ein bissi mit der Physik hinter diesen Dingen... ;-)

Das könnte daran liegen, dass das bisherige Universum bei der Lichtgeschwindigkeit quasi aufhört, weil Einstein es „bewiesen” hat.

Nein. Wir messen jeden Tag in Teilchenbeschleunigern, dass man massebehaftete Objekte nicht über die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann. 

Der Ursprung der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung soll der Urknall sein. Den Urknall damit belegen zu wollen, ist demnach absurd.

Ganz im Gegenteil. 

Gamow und Kollegen hatten in den 1940ern genügend Quantenmechanik und Teilchenphysik als Werkzeuge in der Hand, um einmal das Modell "Urknall" durchzurechnen. - Also zu berechnen, von welchen Temperaturen und Drucken man in der Kosmologie da eigentlich spricht und was das für die Teilchenphysik im jungen Universum bedeutet. Daraus berechneten sie die Hintergrundstrahlung als Vorhersage des Urknallmodells. 

Das exakte Eintreffen einer theoretisch im Voraus berechneten Beobachtung ist eben sehr wohl ein Nachweis, dass man mit dem Modell die Natur nicht so schlecht verstanden hat. 

Nur um mal ein Beispiel zu bringen: 

https://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung#/media/File:WMAP_TT_power_spectrum.png

Die graue Linie war hier zuerst da, das ist die physikalische Berechnung. Die bunten Punkte sind die Messdaten aus verschiedenen Experimenten. 

Und jetzt erklärst Du mir bitte, warum man ein Modell, das eine so gute Vorhersage der Beobachtungsdaten liefert als "reine Hypothese" bezeichnen sollte, während Du hier keine Hemmungen hast, zu behaupten, es gäbe überlichtschnelle Teilchen - für die es nicht die geringsten Beobachtungsdaten gibt.

Hm?

2
MatthiasHerz 04.07.2017, 00:49

Die Aussage darüber hast doch gerade selbst getroffen:

„Wir messen jeden Tag in Teilchenbeschleunigern, dass man massebehaftete Objekte [sic] nicht über die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann.”

Was ist mit den nicht massebehafteten?

Sagt Dir der Begriff „absolute Theorie” etwas?

Nur mal so am Rande: Ich beschäftige mich seit gut dreißig Jahren mit „der Physik hinter diesen Dingen”.

0
nax11 04.07.2017, 01:56
@MatthiasHerz

@ Mathias

Die Lichtgeschwindigkeit ist für massebehaftete Teilchen die absolute Grenze, weil die relativistische Masse exponentiell steigt und damit auch die zur Beschleunigung nötige Energie. Bei exakt LG wäre die nötige Energie unendlich, was nun mal nicht möglich ist, weshalb Masse immer wenigstens ein winziges bischen langsamer bleiben muß!

Mit exakt LG bewegen sich masselose Teilchen und zwar ausschließlich mit dieser Geschwindigkeit. 

Die sogenannten Tachyonen sind hypothetische Teilchen aus Lösungen der speziellen Relativitätstheorie, die sich niemals langsamer als mit LG bewegen können. Allerdings sind das rein mathematische Lösungen, die nicht stimmen müssen.

Beispiel: Jemand hat einen Garten von 10 * 10 m, also 100 m². Aus der Fläche kann man mathematisch wieder die Seiten berechnen, indem man die Wurzel zieht. Aber die Mathematik hat bei quadratischen Gleichungen zwei Lösungen, nämlich +10 und -10. Die negative Lösung ist aber nicht definiert.

Solche Geltungsbereiche gibt es auch bei den Relativitätstheorien, die Einstein bereits bestens bekannt waren, z.B. die Singularitäten, die die Physik verbietet. Das heißt, daß die Theorien nur bis kurz vor einem singulären Zustand die Physik reflektieren. Danach ist es reine Mathematik, die mit der realen Welt nichts mehr zu tun hat.

1
uteausmuenchen 04.07.2017, 16:16
@MatthiasHerz

Matthias, 

Hier gehst Du leider nirgends auch nur mit einem Wort auf das ein, was ich gesagt habe...

1
MatthiasHerz 04.07.2017, 02:22

Matthias, mit zwei t vor dem h, bitte.

Das wissen wir nicht, es ist nur eine Theorie. Bis vor gut 100 Jahren wussten wir nicht einmal das.

„Allerdings sind das rein mathematische Lösungen, die nicht stimmen müssen.” Eben.

Experimente und Berechnungen werden und wurden angestellt, um die aufgestellten Theorien zu beweisen oder zu widerlegen.

Etwas, das es vermeintlich nicht gibt oder gab, wird oder wurde dabei immer „nur” zufällig entdeckt.

Es ist nicht zu beweisen, dass es überlichtschnelle Teilchen nicht gibt, nur weil deren Nachweis mit heutigem Wissensstand  nicht gelingt.

Wie, z. B., funktioniert eine Quantenverschränkung? Es wäre denkbar, dass überlichtschnelle Teilchen als „Boten” fungieren oder es gibt eine wie auch immer geartete Abkürzung.

Wir wissen es nicht und bis wir wissen, kann sich niemand ruhigen Gewissens hinstellen und behaupten, das gäbe es nicht.

Aber wir kommen viel zu sehr vom Thema ab.

0
uteausmuenchen 04.07.2017, 16:46
@MatthiasHerz

Matthias, 

Das wissen wir nicht, es ist nur eine Theorie. 

Vorsicht! Du verwendest hier den Theoriebegriff im Sinne von Hypothese. Das ist aber etwas anderes. Der Theoriebegriff der Naturwissenschaft sagt nichts darüber aus,  ob ein Modell nicht eben doch bereits in Experimenten bestens bestätigt ist.- Was im Falle der Relativitätstheorie der Fall ist. 

nax11 wiederum verwendet diesen Satz in Zusammenhang mit der Aussage, dass Tachyonen nach den Gleichungen der RT zwar möglich sind, aber eben nirgends nachgewiesen wurden. Du drehst ihm da also etwas die Worte im Mund rum, indem Du diesen Satz in einen anderen Zusammenhang stellst. 

Experimente und Berechnungen werden und wurden angestellt, um die aufgestellten Theorien zu beweisen oder zu widerlegen.

Nein. Mit einer Berechnung allein kann man gar nichts belegen oder widerlegen. Die Berechnung ist die Ausführung des Modells (also der Theorie); durch sie entstehen Vorhersagen aus der Theorie für eine konkrete Beobachtungssituation (Experiment). Das Experiment überprüft also die Übereinstimmung von theoretischer Erwartung und Beobachtung im Rahmen der Messgenauigkeit. 

Es ist nicht zu beweisen, dass es überlichtschnelle Teilchen nicht gibt, nur weil deren Nachweis mit heutigem Wissensstand  nicht gelingt.

Das ist nicht der Punkt. Es geht um die von Dir in Deiner Antwort gemachte Behauptung, es gäbe sie ("Es gibt übrigens sehr wohl überlichtschnelle „Teilchen”."). Du stellst das in einer Weise dar, als sei das belegt. Und das ist eben falsch. Es gibt nicht den geringsten Hinweis auf Tachyonen oder andere überlichtschnelle Teilchen. 

Du versuchst hier den alten Trick mit der Beweislastumkehr...

Wie, z. B., funktioniert eine Quantenverschränkung? Es wäre denkbar, dass überlichtschnelle Teilchen als „Boten” fungieren oder es gibt eine wie auch immer geartete Abkürzung.

Bei der Verschränkung brauchst Du gar keine "Boten". Verschränkung bedeutet: nur ein einziger verschränkter Zustand - keine "zwei verschränkten Teilchen".

Wir wissen es nicht und bis wir wissen, kann sich niemand ruhigen Gewissens hinstellen und behaupten, das gäbe es nicht.

Wie gesagt: Anders rum wird ein Schuh draus: 

Du stellst den Urknall als rein hypothetisch dar, ein Modell, das sich in zahlreichen Tests hervorragend bewährt hat und das heute bis ins wenige Sekunden alte Universum bestens belegt ist - während Du hier keine Hemmungen hast, zu behaupten, es gäbe überlichtschnelle Teilchen - für die es nicht die geringsten Beobachtungsdaten gibt.

3

Lichtjahre ist keine Zeitangabe man kann nicht sagen das das Universum      x Lichtjahre alt ist!

Was möchtest Du wissen?