Die hier gezeigten Sterne, Galaxien und Cluster sind an die Schwerkraft gebunden und dehnen sich nicht mit dem Universum aus.Die Expansion des Universums hat eine lange und bemerkenswerte Geschichte. Als Hubble zum ersten Mal die Beziehung zwischen der Entfernung von uns zur Galaxie und der Rotverschiebung ihres Lichts bemerkte, erkannte er sofort, dass dies Konsequenzen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie waren. Als Hubble seine Entdeckung ankündigte, verzichtete Einstein sofort auf seine kosmologische Konstante - den "dummen Faktor", der das Universum statisch halten soll - und nannte es seinen größten Fehler. Aber während sich der Raum zwischen den Galaxien ausdehnt, behalten Atome, Menschen und Planeten ihre Größe bei. Was bestimmt das? Unser Leser möchte herausfinden:
Wie groß sind die Dimensionen, wenn es um die Expansion des Universums geht? Bedeutet dies, dass die Planck-Länge inkonsistent ist? Wachsen Atombahnen mit dieser Ausdehnung des Raums oder behindert eine starke Wechselwirkung dies?
Modell des wachsenden Universums „Brot mit Rosinen“, bei dem die relativen Abstände mit der Ausdehnung des Weltraums zunehmen (Test)Die Expansion des Universums ist schwer vorstellbar - weil sie überhaupt nicht intuitiv ist. Die beste Analogie wäre vielleicht, sich das Raumgewebe in Form eines Teigklumpens vorzustellen, der unter Schwerelosigkeit im Ofen aufgehängt ist. Beim Backen ist Brot für Hefe geeignet und dehnt sich gleichmäßig in alle Richtungen aus. Dies ist jedoch eine Analogie für den leeren Raum. Was wäre, wenn Sie sich einen Raum vorstellen wollten, in dem es Materie gibt: Protonen, Atome, Menschen, Planeten, Galaxien, Cluster? Es gibt zwei Möglichkeiten, sich diese Erweiterung vorzustellen.
Eine ist die Oberfläche der Kugel, auf die Münzen geklebt sind. Münzen ändern sich nicht und der Ball bläst sich auf. Das Universum wird größer und der gesamte Raum zwischen einzelnen Teilchen - oder einzelnen Galaxien - wächst ebenfalls. Es scheint, dass sich die Münze mit einer bestimmten Geschwindigkeit von ihren Nachbarn entfernt und die zweimal weiter entfernte Münze doppelt so schnell entfernt wird. Und jede Münze sieht dasselbe: Die wahrgenommene Geschwindigkeit und Rotverschiebung (Dehnung) des Lichts hängt ausschließlich von der Entfernung zu der Münze ab, die Sie betrachten. Genau das passiert hier und ist seit den 1920er Jahren bekannt. Es ist eine solche Beziehung, die im Universum existiert, wie Hubbles Gesetz uns gezeigt hat.
Eine andere Möglichkeit, sich die Erweiterung vorzustellen, besteht darin, den Ball zu nehmen, auf den die Objekte gezeichnet sind. Wenn der Ball aufgeblasen und die Oberfläche gedehnt wird, dehnen sich auch die Markierungen aus. Natürlich bewegen sich entfernte Objekte gemäß dem Hubble-Gesetz weg, aber in unserem Fall werden sie selbst zusammen mit dem Raumgefüge aufgeblasen.
Was passiert also im Universum? In welchem Ausmaß erweitert sich der Raum? Wir können erstens das Universum selbst studieren. Wenn wir entfernte Galaxien beobachten, müssen wir die Rotverschiebung und Abnahme ihrer Masse registrieren, denn je weiter die Galaxie entfernt ist, desto früher erschien sie.
Wir sehen dies, aber Sie sehen auch andere wichtige Merkmale:
• Galaxien mit einer großen Rotverschiebung haben die gleichen Spektrallinien - was bedeutet, dass sich die Eigenschaften und Größen von Atomen, die vor Milliarden von Jahren existierten, nicht von heute unterscheiden.
• Die physikalische Größe von Galaxien wird ausschließlich durch ihre Masse bestimmt. Galaxien gleicher Masse, sowohl alte als auch neue, haben die gleiche Größe.
• Das Prinzip der Bildung von Raumnetzwerken (großräumige Strukturen) hängt nur von der Menge der verfügbaren Masse in einem bestimmten Raumbereich ab.
Es stellt sich heraus, dass die Analogie mit Münzen uns näher sein wird als mit Farbe. Wenn wir das Universum beobachten, sehen wir, dass sich das Raumgefüge immer ausdehnt, es sei denn, es wird durch eine andere Kraft gestört, die Objekte zusammenzieht. Dies passt vollständig in die theoretische Basis, da Expansion trotz der weit verbreiteten Meinung nicht Stärke, sondern Geschwindigkeit ist. Wenn etwas zusammenhält, wird es unwichtig, welche Art von Kraft es bindet, ob es sich um eine Kernkraft in Protonen und Atomkernen, eine elektromagnetische Kraft in Atomen, Zellen und Menschen oder um die Schwerkraft bei Planeten, Sternen, Galaxien und Clustern handelt.
Veronica HaarclusterObwohl sich das Raumgefüge von selbst ausdehnt, dehnt es sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit pro Längeneinheit aus. (Tatsächlich ist dies eine Größe mit der Dimension der inversen Zeit). Ungefähr stellt sich heraus, dass, wenn die Kraft zwischen zwei Objekten sie schneller anziehen lässt, als der Raum zwischen ihnen aufgrund der Ausdehnung des Universums zunimmt, sie sich jedoch bereits nicht in „Farbe“, sondern in „Münzen“ verwandeln. Unsere Körper sind miteinander verbunden, jedes Atom ist miteinander verbunden, die lokale Gruppe von Galaxien ist bereits miteinander verbunden, und sogar die gesamte Gruppe von Veronicas Haaren ist miteinander verbunden. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass alles relativ ist. Die Expansion des Universums wirkt sich nicht auf unsere lokale Gruppe und alles in ihr aus, da unsere lokale Gruppe zu eng miteinander verbunden ist - aber gehen Sie darüber hinaus und der Raum wird sich weiter ausdehnen. Deshalb entfernen sich entfernte Galaxien und andere verwandte Strukturen von uns, obwohl sie alle lokal an ihren Teil des Kosmos gebunden sind.
Wir können jedoch nach willkürlich kleinen Regionen des Raums suchen, in denen es keine solche Verbindung gibt, in denen es keine Rolle gibt, und wir stellen fest, dass sich eine Region jeder Größe - mehrere Lichtjahre, Kilometer, Mikrometer, Protonendurchmesser oder Planck-Längen (oder sogar weniger) - ausdehnt nach Hubbles Gesetz. Die Geschwindigkeit der Raumausdehnung in GR ermöglicht es, das Raumgefüge so zu betrachten, als ob es vollständig kontinuierlich wäre, und es muss nicht wie in der Quantenphysik quantisiert werden. Dies gilt für die Erweiterung des Universums genau so lange, wie Sie keine zusammenhängende Struktur hineinstecken! Es gibt keine grundsätzliche Einschränkung, wie klein ein Raum sein kann, der sich gleichzeitig ausdehnt, aber dafür muss er entweder leer oder groß genug sein, damit die vorhandene Struktur die Ausdehnung nicht überwinden kann.