Expandiert das Universum nun schneller als das Licht sich bewegen kann oder nicht?
Ich lese immer wieder, dass die Expansion des Universums exponentiell steigt, sich also immer schneller ausdehnt. Mal lese ich aber auch, dass die Geschwindigkeit der Expansion des Raums mittlerweile abnimmt bzw. abgenommen hat. Was ist denn nun richtig? Das Universum soll sich in seinem Anfangsstadium wahrscheinlich schneller als das Licht ausgedehnt haben. Diese These gilt vermutlich aus Sicht der meisten Physiker als haltbar. Was ich mich aber frage, wenn das Universum irgendwann, vielleicht schon in absehbarer Zeit, so langsam in seiner Ausdehnung wird, dass die ersten Lichter die das Universum erblickt haben uns irgendwann erreichen könnten.
Um es in einem Satz zu formulieren: Die Expansion des Raums würde langsamer als Lichtgeschwindigkeit betragen und die ersten Lichter würden uns dementsprechend früher oder später erreichen, da der Raum in seiner Ausdehnung langsamer ist als das Licht sich bewegt. Aber wir wissen ja, dass sich bis etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall erst stabile Atome bilden konnten. Es war kein Licht da...
Jedoch meine ich mit den ersten Lichtern eigentlich die bekannten Gravitationswellen. Denn wenn unser Universum aus einer Singularität entstanden ist, dann müssten wir auch Echos vom Beginn des Universums erhalten, irgendwann. 🫣 Gravitationswellen dehnen sich ebenfalls in Lichtgeschwindigkeit aus. Wären Gravitationswellen nicht die einzige Möglichkeit, um nicht nur bis kurz danach, sondern zum eigentlichen Urknall zu gelangen? Die Informationen, sollte es sie geben, würden demnach beweisen, ob das Universum tatsächlich aus einer Singularität entstanden ist.
3 Antworten
dazu versteht man am besten zunächst die...
Hubblekonstante
Unter der Annahme einer linearen Ausdehnung des Universums ist der Skalenfaktor a(t) =D(t)/D0 einer beliebigen Distanz D und der Distanz D0 zum Zeitpunkt t0 im Universum linear abhängig von der Zeit t:
a = da/dt*t (1) mit einer Ausdehnungsgeschwindigkeit
da/dt = H*a (2)
Der Faktor H ist die Hubblekonstante (die besser Hubbleparameter heißen sollte, weil sie nicht konstant ist - in der Tat folgt aus einer linearen Ausdehnung konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit da/dt und damit H = 1/t mit 2 in 1 eingesetzt), hat beim Urknall eine Polstelle und nimmt seitdem ab, wird aber nie null.
Kosmologischer Horizont
Objekte in der Entfernung r entfernen sich mit der Geschwindigkeit v(r) = H*r von uns. Man kann nun mit der Lichtgeschwindigkeit c einen Radius rH = c/H definieren, der Hubbleradius genannt wird. Für r = rH ist die Geschwindigkeit v(rH) = c, d.h. theoretisch entfernen sich Objekte in dieser Entfernung mit Lichtgeschwindigkeit von uns (die Spezielle Relativitätstheorie gilt nur lokal und wird dadurch nicht verletzt), und man könnte meinen, dass man dann diese Objekte nie mehr sehen kann, weil ihr Licht nicht gegen die Expansionsgeschwindigkeit ankommt, aber:
1. Licht direkt hinter rH kann es, einmal ausgesandt, mit der Zeit innerhalb von rH schaffen und uns letztlich doch erreichen - die korrekte Rechnung beinhaltet eine Integration der Bewegung mitbewegter Koordinaten und des Lichtsignals von t0 bis unendlich und führt hier zu weit - außerdem...
2. ist die o.g. Annahme der linearen Ausdehnung falsch. Die Ausdehnung unterliegt bremsenden und beschleunigenden Einflüssen (zB die Massendichte einschl. dunkler Materie vs. dunkle Energie), deren Stärke nicht zeitlich konstant war oder sein wird. In Abhängigkeit von diesen Einflüssen kann der Kosmologische Horizont sich bei vorwiegender Bremsung weiter ausdehnen und mehr Objekte sichtbar machen, oder bei vorwiegender Beschleunigung schrumpfen und mehr Objekte verbergen.
Aus diesen beiden Gründen liegt der Kosmologische Horizont nicht beim Hubbleradius, sondern nach aktuellem Stand etwas dahinter (etwa 16 Mrd LJ statt 13,4 Mrd LJ). Mit weiterer Ausdehnung des Universums und sinkender Massendichte könnte die Beschleunigung gewinnen - dann würde der Hubbleparameter auf einen konstanten Wert sinken: die Lösung für die Differentialgleichung da/dt = const*a ist dann eine exponentielle Ausdehnung, die den Kosmologischen Horizont schließlich bis auf gravitativ direkt gebundene Strukturen schrumpfen ließe, und die Reste der Vereinigung aus Milchstraße und NGC224 wären allein in der Dunkelheit.
Partikelhorizont.
Wo aber sind die fernsten Objekte, die wir jetzt schon sehen, wirklich? Als ihr Licht ausgesandt wurde, dh kurz nachdem das Universum transparent wurde, waren sie nur einige Mio LJ entfernt. Während ihr Licht im Raum zu uns unterwegs war, bewegte sich dieser Raum aber mit der Expansionsgeschwindigkeit von uns weg und verlängerte die Reisezeit des Lichtes (und seine Wellenlänge), bis das Licht schließlich hier ankam; inzwischen haben sich die damals aussendenden Objekte bis zum sog. Partikelhorizont entfernt (ca 46 Mrd LJ), also weit hinter dem Kosmologischen Horizont.
Was ich mich aber frage, wenn das Universum irgendwann, vielleicht schon in absehbarer Zeit, so langsam in seiner Ausdehnung wird, dass die ersten Lichter die das Universum erblickt haben uns irgendwann erreichen könnten.
Dazu muss das Universum nicht langsamer in seiner Expansion werden.
Das Universum hat keinen Mittelpunkt. Es ist wie ein Ballon, wenn Du ihn aufbläst, der Anfangspunkt selbst wird größer. Der "Mittelpunkt" ist das Universum.
Daher kennen wir auch bereits die Strahlungsüberreste des Urknalls -> die Kosmische Hintergrundstrahlung. Die befindet sich überall, sie muss uns nicht erst erreichen.
Die Gravitationswellen vom Urknall?? Ich dachte bisher wurden nur die Wellen empfangen welche aus der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder Schwarzer Löcher ausgelöst wurden. Hast du einen Artikel darüber?
Mein Fehler, ich habe da etwas falsch gelesen.
Gemessen wurden bisher keine Gravitationswellen vom Urknall. Ich habe meine Antwort entsprechend angepasst.
die ganze frage macht keinen sinn, da es ein vergleich äpfel mit birnen ist.
die expansion des universums wird beschrieben durch den Hubble-parameter, und der hat die dimension 1/zeit.
das kannst du nicht mit der lichtgeschwindigkeit vergleichen, die die dimension länge/zeit hat.
du kannst für eine gegebene distanz fragen, um welche länge/zeit diese distanz größer wird. das ist eine geschwindigkeit mit dimension länge/zeit und das kannst du mit der lichtgeschwindigkeit vergleichen. aber diese "geschwindigkeit" ist proportional zur gewählten distanz, d.h. es macht wiederum überhaupt keinen sinn zu sagen "in dieser epoche des universums war sie größer und in jener kleiner als die lichtgeschwindigkeit", denn man kann zu jeder zeit eine distanz wählen die klein genug sodass die zunahme kleiner als die lichtgeschwindigkeit ist, und zu jeder zeit eine distanz wählen die groß genug ist sodass die zunahme größer als die lichtgeschwindigkeit ist.
Ach, stimmt ja. Die kosmische Hintergrundstrahlung. Da war ja was. 😅
Die Gravitationswellen vom Urknall?? Ich dachte bisher wurden nur die Wellen empfangen welche aus der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder Schwarzer Löcher ausgelöst wurden. Hast du einen Artikel darüber?