Ausdehnung des Raumes im Verhältnis der Masse
Das #Universum ist die Gesamtheit von Raum, Zeit, Materie und Energie. Es ist nicht klar, wie groß das Universum ist ,oder ob es überhaupt eine Grenze hat.
Die Beobachtung des Universums zeigt, dass es sich seit dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stetig ausdehnt. Die Ausdehnung des Universums 'bedeutet, dass der Abstand zwischen den #Galaxien mit der Zeit größer wird. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, wird durch die Hubble-Konstante beschrieben. Diese gibt an, wie schnell sich eine Galaxie von uns entfernt, wenn sie einen bestimmten Abstand von uns hat
.Die Hubble-Konstante hat einen Wert von etwa 70 km/s pro Megaparsec1. Ein Megaparsec ist eine astronomische Längeneinheit, die etwa 3,26 Millionen Lichtjahren entspricht2. Das bedeutet, dass sich eine Galaxie, die einen Megaparsec von uns entfernt ist, mit einer Geschwindigkeit von 70 km/s von uns wegbewegt. Eine Galaxie, die zwei Megaparsec von uns entfernt ist, bewegt sich mit 140 km/s von uns weg, und so weiter. Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich von uns weg. Die Lichtgeschwindigkeit ist die höchste Geschwindigkeit, mit der sich Materie oder Information im Vakuum ausbreiten kann. Sie hat einen exakten Wert von 299792458 m/s2. Das bedeutet, dass ein Lichtstrahl ein Jahr lang braucht, um eine Strecke von einem Lichtjahr zurückzulegen. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine fundamentale Naturkonstante und stellt einen Zusammenhang zwischen Raum und Zeit her. Kein materielles Objekt kann die Lichtgeschwindigkeit erreichen oder überschreiten.
Die Ausdehnung des Universums kann jedoch dazu führen, dass sich einige Galaxien scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Das liegt daran, dass sich nicht die Galaxien selbst überlichtschnell bewegen, sondern der Raum zwischen ihnen und uns. Die Relativitätstheorie verbietet nur die Überlichtgeschwindigkeit innerhalb der Raumzeit durch Massen, nicht aber die Ausdehnung der Raumzeit selbst. Das bedeutet, dass es keine kausale Verbindung zwischen uns und diesen Galaxien geben kann. Wir können nur das Licht sehen, das sie in der Vergangenheit ausgesendet haben, als sie noch näher an uns waren.
Um die Entfernung einer Galaxie zu berechnen, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns entfernt, muss man die Hubble-Konstante und die Rotverschiebung kennen. Die Rotverschiebung ist ein Maß dafür, wie stark das Licht einer Galaxie durch die Ausdehnung des Universums in Richtung längerer Wellenlängen verschoben wird. Je größer die Rotverschiebung ist, desto weiter ist die Galaxie von uns entfernt und desto älter ist das Licht, das wir von ihr sehen1.Die Formel für die Entfernung einer Galaxie in Abhängigkeit von ihrer Rotverschiebung z lautet:
d = c H 0 ∫ 0 z d z ′ E ( z ′ ) {\displaystyle d= {\frac {c} {H_ {0}}}\int {0}^{z} {\frac {dz’} {E(z’)}}}
Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit und H0 die Hubble-Konstante. E(z) ist eine Funktion, die vom kosmologischen Modell abhängt und die Dichte und den Druck der verschiedenen Komponenten des Universums berücksichtigt.Die Galaxis HD 1 hat eine Rotverschiebung von etwa 12. Wenn man annimmt, dass das Universum aus 70% dunkler Energie , 25% dunkler Materie und 5% normaler Materie besteht, dann ergibt sich für E(z) folgende Formel:
E ( z ) = Ω Λ + Ω m ( 1 + z ) 3 + Ω r ( 1 + z ) 4 {\displaystyle E(z)=\sqrt {\Omega {\Lambda }+\Omega {m}(1+z)^ {3}+\Omega {r}(1+z)^ {4}}}
Dabei ist ΩΛ der Anteil der dunklen Energie, Ωm der Anteil der Materie und Ωr der Anteil der Strahlung an der kritischen Dichte des Universums1.Wenn man diese Werte in die Formel für die Entfernung einsetzt, erhält man:
d gleich 299792458 m / s 70 km / s / Mpc ∫ 0 8 d z ′ ( 0.7 + 0.25 ( 1 + z ′ ) 3 + 0.05 ( 1 + z ′ ) 4 ) − 1 / 2 {\displaystyle d= {\frac {299792458\,\mathrm {m/s} } {70\,\mathrm {km/s/Mpc} }}\int _ {0}^{8} {\frac {dz’} {(0.7+0.25(1+z’)^ {3}+0.05(1+z’)^ {4})^ {-1/2}}}}
Diese Formel kann man numerisch auswerten und erhält:d ≈ 30.5 Gpc.Das entspricht etwa 99.4 Milliarden #Lichtjahren.Das ist die Entfernung, die die Galaxis HD 1 heute von uns hat, wenn wir das Licht sehen, das sie vor etwa 13.2 Milliarden Jahren ausgesendet hat. Damals war sie nur etwa 3.6 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. In der Zwischenzeit hat sich das Universum so stark ausgedehnt, dass sie nun viel weiter weg ist.
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Es ist kaum vorstellbar. Da ist eine Galaxis, die u.a. bis zu 600 km pro Sekunde dahingleitet und der Raum dazwischen mit Überlichtgeschwindigkeit. So verstehe ich es. Massen selbst- wie eine Galaxis- können nicht Überlicht annehmen, aber der Raum selbst. Zwischen Voids und Filamente gibt es also auch eine andere, hohe Geschwindigkeit, die Ausdehnung des Raumes selbst mit Überlichtgeschwindigkeit. Voids sind Leerräume und Filamente sind die Massen der Galaxien,Voids sind Leerräume. Irgendetwas hält die Galaxien auf schneller wie das Licht zu fliegen. Nicht nur die Masse. Irgendetwas bremst sie ab. Ob es nun die Masse ist, die Gravitation oder die dunkle Energie, man weis es nicht genau. Wahrscheinlich spielen diese drei Punkte eine wichtige Rolle. Denn normalerweise müssten die Galaxien sich der Geschwindigkeit des Raumes mit Überlicht anpassen. Denn das Universum dehnte sich bereits kurz nach dem Urknall, eine Atosekunde danach, mit Überlicht aus. In eine millarstel Atosekunde von der Grösse eines Protons zur Größe einer Apfelsine und dann zur Grösse der Erde. In einige Sekunden über die Grösse des Sonnensystems hinaus etc.pp.
Damals war die Zeit 5 x langsamer, aber der Raum war schnell. So entstanden die ersten Galaxien nach 250 Mio. Jahren. Sie hatten Zeit sich zu entwickeln.
Andererseits kann es sein, dass eine Galaxis scheinabr mit Überlicht dahingleitet, wenn man über den Rand der Sichtbarkeit misst. Das ist ein Zwischenspiel von der Ausdehnung des Raumes selbst und der Hubble Konstante.
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Johannes Schütte in Zusammenarbeit GPT 4 Bing