was macht die wissenschaft für eine aussage über die größe des universums?

3 Antworten

Hallo schnaggii,

"die wissenschaft" wäre in diesem Falle die Physik, oder genau genommen die Kosmologie. ;-)

Sehr kurz kann man sagen:

Wir wissen schlicht nicht, ob das Universum als Ganzes endlich groß oder unendlich groß ist. Beides ist mit den Beobachtungsdaten vereinbar.

Und hier lassen wir stellvertretend einen Astrophysiker zu Worte kommen:

https://www.youtube.com/watch?v=Al9EyNoCsRI

Etwas ausführlicher erklärt:

Wichtig ist, dass man zwischen dem beobachtbaren Universum und dem Universum als Ganzes unterscheiden muss. Das beobachtbare Universum ist nur der Teil des Universums, den wir sehen können, weil uns das Licht aus diesem Teil des Universums erreicht - es hatte seit dem Urknall genug Zeit, zu uns zu kommen.

Das beobachtbare Universum ist deshalb wie jeder Horizont auch beschaffen: So, wie Du auf dem Meer im Mittelpunkt Deines persönlichen Horizontkreises bist, sind wir im Mittelpunkt des von uns beobachtbaren Universums. Dieses ist also eine endlich große Kugel mit uns im Mittelpunkt. Der Radius beträgt übrigens etwas über 45 Milliarden Lichtjahre.

Über das Universum als Ganzes sagt das aber überhaupt nichts aus. Weder geht man davon aus, dass das Universum als Ganzes einen "Mittelpunkt" haben muss, noch kann man sagen, ob es endlich oder unendlich groß ist.

Das können wir leider auf der Basis unserer Messungen nicht unterscheiden. Der Rest des Universums hat halt die unpraktische Eigenschaft... unbeobachtbar zu sein... ;-)

Wir können messen, dass unser Raum keine nachweisbare "Krümmung" enthält.

Ein "gekrümmter Raum" (oder genauer Raumzeit) ist schwer vorstellbar, aber durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibbar. Derartige "Krümmungen" kann man zum Beispiel über geometrische Messungen nachweisen (oder eben nicht). Nur in der ebenen Fläche ist die Winkelsumme im Dreieck 180° ("euklidisch"). Auf einer nach außen gewölbten Fläche wie der Erdoberfläche ist sie größer, auf einer nach innen gewölbten ist sie kleiner.

Messungen im Universum ergeben mit großer Genauigkeit, dass im Universum die euklidische Geometrie herrscht. Aber das muss nicht heißen, dass das Universum unendlich groß und flach ist. Denn zur flachen Geometrie passen sowohl unendliche als auch geschlossene "Topologien". Und letztlich könnte unsere Messgenauigkeit nicht ausreichen, eine eben doch vorhandene Krümmung nachzuweisen. Wir könnten auch nur in einem ungekrümmten Teil eines Universums leben, das an anderer Stelle Krümmungen aufweist... alle diese Dinge sind möglich.

Hier ist das erklärt... Obacht, Physik...

https://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_t04.html#topol

So... jetzt noch 2 Hinweise zu Einwänden, die oft vorgebracht werden, wenn jemand sagt, das Universum könnte unendlich sein:

Wie war das mit dem Urknall?

Oft liest man Kommentare wie "wenn es sich erst seit dem Urknall ausdehnt, kann es ja gar nicht unendlich sein" oder " wenn es sich noch ausdehnt, kann es ja noch nicht unendlich groß sein". Beides ist nicht korrekt.

Weder der Urknall noch die Expansion des Universums machen Aussagen über die Größe des Universums als Ganzes. "Urknall" bedeutet lediglich, dass der heute von uns aus sichtbare Teil des Universums damals ein sehr kleines Volumen einnahm. Und "Ausdehnung" beschreibt den Vorgang, dass im Universum selbst neuer Raum (genauer Raumzeit) entsteht: Das Universum dehnt sich in sich selbst aus. Beides kann also für ein grundsätzlich unendlich großes Universum sehr wohl erfüllt sein.

Müsste es in einem unendlich großen Universum taghell am Nachthimmel sein?

Nein. Auch das ist ein weit verbreiteter Irrtum.

Denn berücksichtigt man die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes und die endliche Lebensdauer der Sterne sowie die geringe Sterndichte im Universum, so kann es wieder räumlich unendlich groß sein:

Tatsächlich können nur Sterne aus einer Entfernung von 10^23 Lichtjahren rein volumenmäßig von uns gesehen werden - bei Sternen, die noch weiter weg wären, wäre ein anderer davor. Sterne haben aber eine endliche Lebensdauer - typischerweise in der Größenordnung von etwa 10^10 Jahren. Und außerdem ist die Lichtgeschwindigkeit endlich. Licht aus 10^23 Lichtjahren Entfernung kann uns gar nicht während der Lebenszeit aller Sterne im nötigen Volumen erreicht haben.

Der Nachthimmel ist also dunkel, weil die Sterne nicht lange genug Licht aussenden und nicht eng genug stehen und ihr Licht uns nur mit einer endlichen Geschwindigkeit erreicht. Es liegt am Missverhältnis der Sternlebensdauer (10^10 Jahre) zur Wartezeit (10^23 Jahre), dass die tatsächlich bei uns ankommende Energie bei weitem nicht ausreicht, um den Nachthimmel zu erhellen. Nur, wenn beide Zahlen von derselben Großenordnung wären, wäre der Nachthimmel hell. Es liegen aber 13 Zehnerpotenzen(!) dazwischen.

Und das eben ganz unabhängig davon, ob das Universum über die betrachteten 10^23 Lichtjahre hinaus endlich oder unendlich groß ist.

In der Summe bleibt deshalb leider nur: Wir wissen nicht, ob das Universum unendlich groß ist - oder nur endlich groß ist.

Grüße

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik, Schwerpunkt Geo-/Astrophysik, FAU

In dem Video bringt Fraser Cain ein Argument, das man recht oft antrifft, das bei mir als Mathematiker aber bisher jedesmal wieder Kopfschütteln auslöste. Es ist die Behauptung, dass es in einem unendlich großen Universum notwendigerweise Kopien (sogar unendlich viele identische Kopien) jedes Objekts und auch z.B. jedes Menschen geben müsse. Um zu diesem Schluss zu kommen, wird jeweils angenommen, dass die Anzahl der möglichen Anordnungen und Zustände der Teilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen, Photonen etc.) innerhalb eines vorgegebenen Volumens (z.B. 1 Kubikmeter) durch eine bestimmte (zwar große, aber eben doch endliche) natürliche Zahl N begrenzt sei. Dies ist aber einfach eine absolut unbewiesene Behauptung. Aus solchen unbewiesenen Annahmen kann man keine gültigen logischen Schlüsse ziehen.

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Das Sichtbare Universum hat einen geschätzten Durchmesser von 93 Milliarden Lichtjahren.

Übrigens: Oft hilft auch eine 5 sekunden Google Suche, bevor man von anderen erwartet, solch eine Frage zu beantworten ;)

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Interesse für Naturwissenschaften

Strenggenommen: Keine.

Wir wissen nur, wie groß der "sichtbare Teil des Universum" ist.

Und haben eine Abschätzung, wie groß der "beobachtbare" (irgendwann in der Zukunft sichtbare) Teil des Universums ist - Radius gut 45 Milliarden Lichtjahre

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