Warum soll das Universum 13 Milliarden Jahre alt sein wenn wir viele Lichtjahre weiter sehen ?
Hoffe das war verständlich
8 Antworten
dazu versteht man praktischerweise zuerst 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.
Weil das Universum kein 3 Dimensionales gebilde ist man muss hier nicht nur Entfernung sondern auch die Zeit selbst betrachten und man muss natürlich auch die Expansion beachten.
Daher ist der Ereignishorizont des Universums nicht 13 Milliarden Jahre in der Vergangenheit sondern etwa 46.3 Milliarden Jahre.
Das Alter des Universums ist also an sich schwer bezifferbar. Die 13 Milliarden Jahre ergeben sich eben lediglich dadurch, dass das Licht in einem statische Universum vom Ereignishorizont bis zu uns 13 Millarden Jahre benötigen würde.
Objekte die wir jetzt in 46 Milliarden Lichtjahren Entfernung wahrnehmen waren zum Zeitpunkt wo wir sie sehen gerade mal 40 Millionen Lichtjahre entfernt.
überlege dir wie weit etwas entfernt ist von dem wir heute das licht, das vor 13 Mrd jahren ausgesandt wurde, sehen, wenn das universum komplett statisch und unveränderlich wäre.
und überlege dir im vergleich dazu - zumindest rein qualitativ - was es bedeutet wenn das universum in der zwischenzeit expandiert.
ist es so verständlicher?
Das Universum dehnt sich seit dem Urknall laufend aus, sodass sich der heute sichtbare Bereich bis rund 46 Milliarden Lichtjahre erstreckt. Das Licht selber kommt natürlich nicht wirklich von so weit her, eben darum, weil das Universum früher bei der Aussendung dieses Lichtes kleiner war.
Das Universum dehnt sich seit dem Urknall laufend aus ...
1929 entdeckte Edwin Hubble den Zusammenhang von Rotverschiebung und Entfernung der Galaxie. Zunächst wurde der Effekt als Dopplereffekt interpretiert, bald aber auf die Expansion des Raumes zurückgeführt.
Nun gibt es aber auch die Quantenfeldtheorie des 2001 verstorbenen, deutschen Physikers Burkhard Heim.
Die Rotverschiebung des Lichtes der Spiralnebel entsteht nach Burkhard Heim nicht als Folge eines Dopplereffektes, sondern durch den Energieverlust des Lichtes bei der Streuung an Materie. Die Hintergrundstrahlung von 2,75 Kelvin erklärt Heim durch die Umwandlung eines Teils der Materie in Strahlung. Seine Ableitungen stimmen mit den Messwerten überein, jedoch nicht mit der Urknall- und Dopplereffekt-Vorstellung:
1. Die Hintergrundstrahlung ist anisotrop. Sie gehorcht nicht dem Planck'schen Strahlungsgesetz. Dies widerspricht der Urknall-Vorstellung, die zudem zu widersprüchlichen Weltaltern führt.
2. Die Rotverschiebung des Lichtes ist richtungsabhängig, was der Doppler-Effekt nicht erklären kann.
Weil es im ersten Moment nicht selbsterklärend ist, ist es in Wiki spezifisch erklärt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Beobachtbares_Universum#Beobachtungshorizont