Ist der Durchmesser des beobachtbaren Universums eine relative Größe?

Wenn sich der Beobachter schon immer mit hoher Geschwindigkeit bewegt hat, dann wird er/sie einen anderen Wert messen als Sie. Aber wenn er/sie jetzt auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigen würde, würden Sie das gleiche Ergebnis erzielen.

Der Grund dafür ist, dass der Radius des beobachtbaren Universums definiert ist als die Entfernung, die das Licht seit dem Urknall zurückgelegt hat, und das hängt nicht von Ihrer momentanen Geschwindigkeit ab.

Wenn sich jedoch ein Beobachter bei der Geburt des Universums beispielsweise mit 0,866-facher Lichtgeschwindigkeit bewegte, dann wäre das Universum im Referenzrahmen dieses Beobachters nur$\sqrt{1 - 0.866^2} =$1/2 des von Ihnen gemessenen Alters, also 6,9 Gyr. In diesem Alter betrug der Radius des beobachtbaren Universums nur etwa 39 Gly, also etwa das 0,8-fache des heutigen Wertes.

Beachten Sie, dass der Beobachter langsam beschleunigen müsste, damit dieses Ergebnis genau ist. Der Grund dafür ist, dass in einem expandierenden Universum eine bestimmte "eigenartige" Geschwindigkeit bzgl. die umgebende Materie wird langsam abnehmen, weil sich das mitbewegte Koordinatensystem mit dem Universum ausdehnt. Zum Beispiel ein Beobachter, der mit beginnt$v = 0.866c$zu der Zeit, als der kosmische Mikrowellenhintergrund 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde, würde sich heute nur noch mit 80 km/s bewegen, wenn er/sie nicht weiter beschleunigen würde.

Wenn der Beobachter klug wäre, würde er wahrscheinlich erkennen, dass er nicht in einem asymmetrischen Universum lebt, in dem alle Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit vorbeizuwirbeln scheint, sondern dass das Universum ziemlich isotrop ist, aber er/sie hatte irgendwie eine hohe Geschwindigkeit in Bezug auf alles andere erlangt. Daraus ließe sich dann auf das „wahre“ Alter des Universums schließen.

Was würde ein Beobachter sehen, wenn er sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen würde? Sie würden Entfernungen entlang der Bewegungsrichtung kürzer erscheinen sehen, aber Entfernungen senkrecht zu dieser Richtung würden normal erscheinen (dh die gleichen wie Beobachter in dem sich nicht bewegenden Rahmen). " Bewegt sich nicht ", sagst du wütend. "Jede Bewegung ist relativ. Wie kann es einen sich nicht bewegenden Rahmen geben?" Nun, es gibt einen speziellen Rahmen relativ zum Mittelwert der gesamten Masse im sichtbaren Universum, und in diesem Rahmen ist die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung über alle Himmelsrichtungen hinweg gleichförmig. Dies ist ein natürlicher, sich nicht bewegender (und sich nicht drehender) Rahmen für die Kosmologie, der als mitbewegter Rahmen bezeichnet wird.

Nun zurück zum beweglichen Rahmen. Dort sieht man alle nahen Galaxien in Bewegungsrichtung blauverschoben und alle nahen Galaxien dahinter rotverschoben. Daher wäre Hubbles Gesetz eine Richtungsfunktion und ziemlich kompliziert, wenn man nicht alle geeigneten relativistischen Korrekturen vornimmt. Wenn die Beobachter die Relativitätstheorie nicht kennen würden und einfach das Hubble-Gesetz anhand gemessener Geschwindigkeiten und geschwindigkeitsunabhängiger Entfernungsmaße korrigieren würden, würden sie zu dem Schluss kommen, dass das Universum wie ein abgeplatteter Ellipsoid geformt ist (zu kurz in einer Richtung und korrekt in der anderen). 2 Richtungen, aus unserer Sicht). Aber tatsächlich ist es für sie tatsächlich diese Form und sie können tatsächlich schneller zwischen Sternen und Galaxien in dieser einen Richtung reisen als wir (zumindest in ihrer Vorwärtsrichtung). Natürlich,

Sie werden auch einen Mikrowellenhintergrund beobachten, der in einer Richtung etwas wärmer und in der entgegengesetzten Richtung kälter ist und im Kreis zwischen diesen 2,7 K beträgt. Wenn sie die Relativitätstheorie kennen, werden sie verstehen, warum dies so ist und warum die Dichte von Galaxien in einer Dimension höher ist und warum Hubbles Gesetz so kompliziert ist. Aber ja, ihr Universum wird im wahrsten Sinne des Wortes kleiner sein (in einer Dimension) als unseres.

Galaxien haben alle eine gewisse Bewegung in dem sich mitbewegenden Rahmen und dies wird als besondere Geschwindigkeit bezeichnet. Die Milchstraße wird mit ungefähr 50 km/s in Richtung der Andromeda-Galaxie gezogen, und die gesamte Lokale Gruppe wird mit 100–200 km/s in Richtung des Virgo-Haufens (dem Zentrum des Lokalen Superhaufens) gezogen. Galaxien im Virgo-Haufen haben eine Geschwindigkeitsdispersion von 700 km/s, einige bewegen sich also etwa doppelt so schnell. Und eine große Region in der Umgebung bewegt sich aufgrund von Superclustern in großen Entfernungen mit ~ 500 km / s. Da sich diese eigentümlichen Geschwindigkeiten jedoch tendenziell auf weniger als 2.000 km/s summieren, wird keine außerirdische Rasse relativistische Geschwindigkeiten erreichen, es sei denn, sie befinden sich in einem selbst entwickelten Raumschiff.

Noch ein Thema. Auf der Zeitskala von einer Milliarde Jahren oder mehreren bewegt sich dieser sich bewegende Rahmen zu einem Ort im Raum, der sich mit einer ähnlichen Geschwindigkeit bewegt, und so werden sie mit dem sich nicht bewegenden (aber expandierenden) Rahmen verschmelzen. Also verwandelt sich ihr abgeflachtes Universum langsam in ein kugelförmiges, es sei denn, sie haben ein Mittel, um kontinuierlich zu beschleunigen.