Hat die Ausdehnung des Universums ein Maximum?
Das Universum dehnt sich immer weiter aus, das ist klar aber erreicht es dabei irgendwann einen Punkt an dem es sich nicht mehr weiter ausdehnen kann also eben ein Maximum?
9 Antworten
Es wurde ja schon wissenschaftlich erklärt, ich versuche es mal mit einfacheren Worten und ohne Formeln und zuvielen Fachbegriffen.
Aufgrund der jetzigen wissenschatlichen Erkenntnis geht man davon aus, dass das Universum vor ca. 13,8 mrd entanden ist. Aus was - das weiß man nicht, da wird wie wild gerechnet und spekuliert. Am Anfang war es winzig aber trotzdem überall. Es gab keinen Ort, wo es entanden ist. Aber es wurde. Ganz zu Anfang ging da rasend schnell. Ach was nicht rasend, es war so schnell, dass man es nur mit Zahlen beschreiben kann; das nannte man Inflation, weil es schnell voranging. Aus NICHTS wurde ETWAS.
Dann dehte sich das ETWAS, der Raum, weiter aus (so wie ein Luftballon, der aufgeblasen wird. Es bildeten sich Vorläufer von Atomen, dann Atome und auch die ersten Moleküle.
Und weiter und weiter dehnte sich der Raum aus, der Luftballon wurde größer und je größer er wurde, umso schneller geht es. (was daran Schuld ist? Auch darüber denkt man nach und schreibt dies einer dunklen Materie und dunklen Energie zu).
Das Universum ist inzwischen größer als man hineingucken kann und je weiter man kommt umso schneller wächst es. Achtung aber: Das Universum hat keinen Rand!!! Auch wenn das schwer vorstellbar ist.
Wir haben ja gelernt, das Universum ist 13,8 Mrd. Jahre alt. Das Licht ist das schnellst was es gibt. Da sollte man denken, dass wir also 13,8 Mrd. Jahre weit ins Universum gucken kann. Klar, aber es ist ja nicht an den "Rändern" gewachsen. sondern überall und zwischen drin, deshalb können wir viel weiter sehen. Den aktuellen Daten zufolge hat unser kosmischer Horizont ringsum eine Distanz von rund 46 Milliarden Lichtjahren.
Nach manchen mathematischen Modellen sollte es eigentlich langsamer werden und aufgrund der Gravitation stoppen und dann wieder alles zusammenfallen und kleiner werden. Als Vergleich nimmt man dafür ein schwarzes Loch; diese Theorie nennt man den Big Crunch. Alles drängt sich immer mehr zusammen, bis es so heiß und dicht ist wie zu Zeiten des Urknalls. Vielleicht knallt es dann wieder, und ein neuer Zyklus des Universums beginnt. Dann sprechen die Kosmologen vom Big Bounce.
Aber andere Wissenschaftler sehen eine ständig wachsendes Ausdehnung voraus. Getrieben von der rätselhaften dunklen Energie - immer weiter und weiter. Das bleibt aber nicht ohne Folgen: Dem Universum steht der Big Freeze bevor, eine moderne Variante des Wärmetodes, denn dann verliert sich die Materie im immer weiteren Raum. Alle Strukturen zerfallen.
Aber da ist ja auch noch eine ähnliche Betrachtung: Man unterstellt, die Dunkle Energie werde einst übermächtig, dann wird sie alles auseinanderreißen, nicht nur Galaxien und Sterne, sondern auch Moleküle und Atome, bis nur noch Strahlung und unzerlegbare Teilchen übrig sind. Kosmologen sprechen vom Big Rip.
Kein Maximum. Um die Ausdehnung zu verstehen, versteht man 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) = Hr 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.
Vielen Lieben Dank für diese umfangreiche Erklärung und Antwort!!!
Nach derzeitigem Kenntnisstand nein, die Ausdehnung setzt sich wohl immer weiter fort. Ob dann irgendwann mal ein neuer Urknall durch Quantenfluktuation oder anderswie irgendwas passiert ist rein hypothetisch und ein Thema der Quantenphysik.
Um ein Maximum zu haben, müsste es etwas außerhalb des Universums geben oder der Big Crunch würde in Effekt treten.
Dahingehend gibt es ernsthafte Ueberlegungen, davon ausgehend, dass keine neue Materie oder Energie dem Universum zugefuehrt wird.
Die Ausdehnung der Raumzeit bewirkt dadurch eine Abnahme der Materie-/Energie-Konzentration. Nach dieser These waere die Raumzeit bei Unterschreiten einer bestimmten Konzentration nicht mehr stabil. Wo dieser Wert liegen soll, wird mithilfe der Quantenphysik diskutiert.
Vielen Dank