Fragen Sie Ethan: Wie können wir bis zum Urknall in die Vergangenheit schauen?

Unsere kosmische Geschichte des Universums widerspricht nicht den besten Beobachtungen und Theorien von heute

Die Zeit bewegt sich vorwärts und die Vergangenheit kann nicht mehr zurückgegeben werden. Aus menschlicher Sicht nennen wir dies den Pfeil der Zeit: Die Vergangenheit ist nur eine Erinnerung; Die Zukunft ist noch nicht gekommen, und alles, was wir erleben können, ist die Gegenwart. Es wird angenommen, dass alles im Universum dieser Eigenschaft gehorcht und alle Interaktionen entweder in der Vergangenheit, entweder jetzt oder in der Zukunft stattgefunden haben. Aber heißt das nicht, dass die Vergangenheit nur eine Erinnerung für das Universum werden sollte? Unser Leser ist besorgt darüber, dass tatsächlich nicht alles so ist:

Wie sehen wir CMB-Photonen, wenn die Erde zum Zeitpunkt ihrer Emission nicht existierte? Sollten diese Photonen nicht vor uns in unsere Zukunft geflohen sein?

Es ist schwierig, diese Idee zu verwirklichen: Wir erklären, dass wir auf Milliarden von Jahren zurückblicken, aber wie genau machen wir das, wenn selbst die Erde nicht so lange existiert hat?


Protoplanetare Scheibe um einen jungen Stern aus Sicht des Künstlers

Die Geschichte unseres Sonnensystems zu enthüllen ist ein bisschen wie eine Detektivgeschichte: Wir haben nur Beweise von denen, die bis heute erhalten geblieben sind und überlebt haben, und wir müssen den Rest der Geschichte, wie wir heute gekommen sind, nachvollziehen. Die Aufzeichnungen von Menschen reichen maximal mehrere tausend Jahre zurück - und davor haben wir nur Beweise für die biologische, chemische, geologische und physikalische Geschichte. Wir können die Geschichte des Lebens auf der Erde durch ein Verständnis von DNA, Evolution, fossilen Überresten, radioaktivem Zerfall, Kohlevorkommen usw. nachbilden. Wir können die Geschichte des Sonnensystems nachbilden, indem wir die unzähligen Planeten, Monde, Kometen und Asteroiden untersuchen, die uns zur Verfügung stehen. Dank der uns vorliegenden indirekten Beweise haben wir viel darüber gelernt, wie die Erde zu ihrem gegenwärtigen Zustand gekommen ist.


Eine massive Kollision großer Planetesimale führte zum Erd / Mond-System, und wir erfuhren davon, indem wir zum Mond flogen und zu den Erdbildern seiner Oberfläche zurückkehrten

Die Erde existiert nur 4,5 Milliarden Jahre - dies ist weniger als ein Drittel der Geschichte des Universums. Und wir können unsere Vergangenheit nur erraten, aber nicht direkt beobachten. Aber jemand, der sich in ausreichend großer Entfernung von uns befindet, könnte unsere Vergangenheit direkt beobachten. Warum? Denn für sie ist es die Gegenwart.


Blick auf die Erde und den Mond von Cassini in der Umlaufbahn des Saturn, 19. Juli 2013. Auf dem Bild ist die Erde etwa 67 Minuten jünger als zum Zeitpunkt der Erstellung des Fotos für uns.

Wenn Sie vom Mond zur Erde schauen, sehen Sie die Erde wie vor 1,3 Sekunden, da das Licht für eine solche Reise etwa 1,3 Sekunden benötigt. Wenn Sie auf Pluto wären, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor weniger als 5 Stunden war. Aber um wirklich zu schätzen, wie sehr sich die vergangene Erde von der Gegenwart unterschied, konnte man nur in ernsteren Entfernungen:
• Von Proxima Centauri, dem sonnennächsten Stern, sehen Sie die Erde wie vor 4,2 Jahren.
• Von Sirius, dem hellsten Stern am Himmel, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 8,6 Jahren war.
• Von Rigel, dem hellsten blauen Stern im Sternbild Orion, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 773 Jahren war.
• Von Deneb, dem am weitesten sichtbaren hellen Stern, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 2600 Jahren war.
• Von Andromeda, der der Milchstraße am nächsten gelegenen Galaxie, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 2,2 Millionen Jahren war.
• Mit Messier 84, einer der am weitesten entfernten Galaxien im Virgo-Cluster, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 60 Millionen Jahren war, kurz nach dem Aussterben der Dinosaurier.
• Mit IC 1101, der größten bekannten Galaxie im Universum, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 1,05 Milliarden Jahren war.
• Mit GN-z11, der am weitesten entfernten uns bekannten Galaxie, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 13,4 Milliarden Jahren war.

Natürlich gab es vor 13,4 Milliarden Jahren keine Erde - vielleicht existierte die Milchstraße damals nicht! Sie würden sehen, was zu dieser Zeit dort war - Materie, die sich schließlich in die Milchstraße verwandeln wird, Sterne, Planeten, von denen sich einer - nach weiteren 9 Milliarden Jahren - auf der Erde bilden wird.



Für uns funktionieren die Gesetze der Physik genauso wie für diejenigen, die sich woanders befinden. Und wenn wir all diese fernen Sterne oder Galaxien betrachten, sehen wir das Licht, das sie vor Millionen und Milliarden von Jahren emittiert haben. Dieses Licht änderte sich im Laufe der Zeit: Das Universum dehnte sich aus und die Wellenlänge des Lichts nahm zu. Das hellste Ultraviolett der entferntesten Galaxien erstreckte sich so stark, dass es vom Ultraviolett durch den gesamten sichtbaren Teil des Spektrums gelangte und sich im Infrarot befand. Es gibt wahrscheinlich Galaxien, die über die Möglichkeiten unserer Infrarot-Teleskope hinausgehen, da sich ihr Licht auf die längere Wellenlänge des Spektrums verschoben hat und für die Infrarotkamera des Hubble-Teleskops nicht zugänglich ist.



Wenn wir entschlossen genug sind, können wir außerhalb jeder Galaxie nach Anzeichen des Urknalls selbst suchen. In den frühen Zeitstadien war das Universum mit einem Meer aus Materie, Antimaterie und Strahlungsteilchen gefüllt. Im Laufe der Zeit vernichteten Materie und Antimaterie und hinterließen eine kleine Menge überschüssiger Materie, und die Wellenlängen der Strahlung wurden aufgrund der Expansion des Universums verlängert. Da Wellenlänge und Energie miteinander verbunden sind - je länger die Länge, desto weniger Energie -, kühlt sich das Universum mit der Expansion ab, was bedeutet, dass wir irgendwann ein wichtiges Stadium erreicht haben: Elektronen und Protonen begannen, neutrale Atome zu bilden, die durch Strahlung nicht mehr in Teile geteilt wurden . Ab diesem Zeitpunkt beginnt sich die Strahlung ungehindert und unkompliziert zu bewegen.



Heute sehen wir, dass diese Strahlung 13,81 Milliarden Jahre gebraucht hat, um zu uns zu gelangen. Wenn wir das Universum betrachten und Reliktstrahlung sehen, sehen wir Licht, das:
• erschien während des Urknalls,
• zuletzt interagiert und von einem freien Elektron im letzten Moment gestreut, als das Universum mit freien Elektronen gefüllt war,
• reiste 13,81 Milliarden Jahre durch ein expandierendes Universum,
• Er kam zu uns, stieg in den Detektor ein und bewegte sich nach dieser erstaunlichen Reise in den Mikrowellenteil des Spektrums.

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Das Licht des Urknalls erhöht mit der Zeit die Wellenlänge, verliert Energie und Dichte, verschwindet aber immer noch nicht; Sie müssen nur wissen, wie man danach sucht.

Dieses Licht wird zwar an unseren Augen vorbeifliegen, aber zu jedem Zeitpunkt der Zukunft wird immer ein neues Licht von weiter entfernten Punkten des Universums erscheinen, das zum ersten Mal unsere Augen erreichen wird. Es wird noch kälteres Licht aus früheren Zeiten mit einer geringeren Photonendichte sein. Nach 100 Milliarden Jahren wird es aufgrund der fortschreitenden Expansion des Universums nicht mehr Mikrowelle, sondern Radioemission sein. Aber je weiter wir schauen, desto mehr wird uns der größte Teil des Universums offenbart.



Und jemand, der sich genauso weit von uns entfernt befindet, wird weder die Erde noch die Milchstraße in unsere Richtung sehen - nur das Licht des Urknalls, genau so, wie wir es sehen, wenn wir in ihre Richtung schauen.