Beeinflusst die Expansion des Universums kurz nach dem Urknall die Zeit, die das Licht braucht, um uns zu erreichen?

Zu Beginn des Universums war die Expansionsrate viel größer als heute, was bedeutet, dass die Raumzeit stark gekrümmt war. Sie brauchen wirklich die allgemeine Relativitätstheorie, um richtig auszurechnen, was passiert, aber eine gute Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, dass zu dem Zeitpunkt, an dem ein Lichtstrahl von A dorthin gelangt, wo B war, die Expansion des Universums B noch weiter von A entfernt hat. Es ist wahr, dass sich nichts lokal schneller als Licht bewegen kann , aber es gibt keine solche Beschränkung für die Ausdehnung des Raums selbst. Jeder Beobachter sieht immer noch Lichtstrahlen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit an ihm vorbeibewegen, aber entfernte Punkte können so schnell auseinandergerissen werden, dass keine Nachricht zwischen ihnen übertragen werden kann. Oder eine früh gesendete Nachricht erreicht uns erst heute.

Die Oberfläche, hinter der uns keine Informationen erreichen können, wird als kosmologischer Horizont bezeichnet. In der Praxis "sehen" wir nur zurück zur Oberfläche der letzten Streuung (dem Ort, von dem der kosmische Mikrowellenhintergrund kommt). Das ist etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall. Davor ist das Universum mit einem optisch undurchsichtigen Plasma gefüllt. Aber wir können aus einer Reihe anderer Beweislinien (wie zum Beispiel der Urknall-Nukleosynthese) schließen, was früher vor sich geht. Das ultratiefe Feld von Hubble stammt aus einer späteren Zeit, als Sterne existierten und sich Galaxien bildeten. Sehen Sie sich hier eine Zeitleiste des Universums an. Diese Seite besagt, dass das ultratiefe Feld von Hubble 13 Milliarden Jahre zurückreicht.

Diese Fragen und die darin enthaltenen Links können Ihnen möglicherweise weiterhelfen. Es gibt mehr auf dieser Seite, die über dieses Zeug sprechen, bitte suchen Sie herum.

Beeinflusst die Expansion des Universums kurz nach dem Urknall die Zeit, die das Licht braucht, um uns zu erreichen?

Die Zeit, die das Licht zurücklegen musste, entspricht einfach dem Alter des Universums (oder etwas weniger, weil das sehr frühe Universum undurchsichtig war). Das Alter des Universums beträgt 14 Milliarden Jahre, so lange musste also das älteste Licht reisen.

Was die kosmologische Expansion beeinflusst hat, ist die Entfernung zwischen uns und dem Emissionspunkt dieses Lichts. Sie würden denken, dass ein Punkt, von dem dieses Licht emittiert wurde, 14 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt wäre, aber tatsächlich ist es etwa 46 Milliarden Lichtjahre entfernt, weil sich das Universum ausgedehnt hat, während das Licht auf seinem Weg war.

Ich werde die Antworten von Michael Brown und Ben Crowell ein wenig erweitern (kein Wortspiel beabsichtigt). Die Expansionsrate des frühen Universums war tatsächlich viel größer als heute. Die Expansion verlangsamte sich zunächst und beschleunigte sich erst wieder, als das Universum 7,7 Milliarden Jahre alt war, aufgrund der Wirkung der Dunklen Energie. Darüber hinaus entfernen sich entfernte Regionen des Weltraums schneller als die Lichtgeschwindigkeit von uns: das Hubble-Gesetz

Die horizontale Achse zeigt die Entfernung zu uns (in Gigalichtjahren), und die vertikale Achse ist die kosmische Zeit (links) und der entsprechende Skalierungsfaktor (rechts). Wir befinden uns im Schnittpunkt der dicken schwarzen Linien; Unser Universum ist derzeit 13,8 Milliarden Jahre alt.

Die blaue Kurve ist die Größe des beobachtbaren Universums und die rote Kurve ist unser Ereignishorizont. Die gelben Linien sind die Pfade von Photonen; insbesondere die orangefarbenen Linien sind die Bahnen der Photonen, die wir heute beobachten: unser aktueller vergangener Lichtkegel. Die schwarz gepunkteten Linien sind Regionen des Weltraums (Galaxienhaufen), die sich mit der Expansion des Universums entfernen. Schließlich sind die grünen Kurven Linien konstanter Rezessionsgeschwindigkeit: von dunkelgrün bis hellgrün haben wir$v=c$(die Hubble-Distanz),$v=2c$,$v=3c$Und$v=4c$.

Wie Sie sehen können, entfernt sich der Rand des Beobachtbaren derzeit mit mehr als 3-facher Lichtgeschwindigkeit von uns.

Wenn ein Photon aus einem Raumgebiet in unsere Richtung emittiert wird, muss es die Raumausdehnung überwinden, um uns zu erreichen: Während es auf uns zukommt, vergrößert sich der Raum, den es durchqueren muss. Es ist wie stromaufwärts zu schwimmen oder auf einem Laufband zu laufen, und das Ergebnis ist, dass Photonen viel länger brauchen, um uns zu erreichen (und wenn sie zu weit entfernt sind, können sie uns überhaupt nicht erreichen).

Lassen Sie uns in die Grafik hineinzoomen:

Wie ich bereits erwähnt habe, sind die orangefarbenen Linien die Pfade der Photonen, die wir heute beobachten. Beachten Sie die charakteristische Tropfenform: Photonen, die im frühen Universum emittiert wurden, wurden aus Regionen emittiert, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernten. Dadurch entfernten sich zunächst auch diese Photonen von uns ($v-c>0)$. Diese Photonen bewegten sich jedoch allmählich durch Regionen, die mit niedrigeren Geschwindigkeiten zurückgingen, bis sie schließlich die Hubble-Distanz (die dunkelgrüne Kurve) überquerten, die Region, bei der sie sich zurückzog$v=c$. Dies geschah, als das Universum etwa 4,1 Milliarden Jahre alt war. Danach waren die Photonen schnell genug, um die Ausdehnung des Weltraums zu überholen, und ihre Entfernung zu uns verringerte sich, bis sie uns heute endlich erreichen.

Siehe auch diesen Beitrag von mir für eine detailliertere und technische Antwort.

Das Universum dehnt sich mit einer konstanten Rate von 74 km pro MPC aus (ungefähr 3 Millionen Jahre). Die Expansionsrate ist heute viel geringer als in den frühen Jahren nahe dem Beginn des Urknalls. Da schneller als Lichtreisen nicht möglich sind; "Expansion" des frühen Universums wird einfach durch frühe Inflation verursacht.

Wenn ein Stern 13,82 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, dauert es 13,82 Milliarden Jahre, bis wir das Bild sehen, also 13,82 Milliarden + 13,82 Milliarden = 27,64 Milliarden Jahre alt, denn während dieses Bild durch den Weltraum flog, bewegte sich die Zeit immer noch vorwärts, auch wenn ich es aufstellte ein Camcorder-Teleskop 1 Lichtjahr entfernt und schaue auf die Erde, dann kann ich die Vergangenheit auf der Erde sehen, die einer Zeitreise am nächsten kommt.