Warum haben wir den Urknall nicht gesehen?

Ihre Frage besteht aus zwei Teilen. Erstens, warum können wir Dinge sehen, die „46 Milliarden Lichtjahre entfernt“ sind, wenn das Universum nur etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist? Denn das Universum dehnt sich aus. Wie weit reist ein Photon in 13,8 Milliarden Jahren in einem expandierenden Universum? Es kommt auf die Expansionsgeschwindigkeit an. Ich gebe ein vereinfachtes Beispiel, um den Punkt zu veranschaulichen:

Stellen Sie sich ein Universum vor, das 10 Milliarden Jahre alt ist. Seine Expansionsgeschichte ist einfach. Es begann mit der Größe$R$, die 5 Milliarden Jahre lang konstant blieb, dann verdoppelte sich die Größe plötzlich auf$2R$, und blieb für weitere 5 Milliarden Jahre konstant. Wie weit ist das Photon also nach 10 Milliarden Jahren von seinem Ausgangspunkt entfernt? Nun, es legt in den ersten 5 Milliarden Jahren 5 Milliarden Lichtjahre zurück. Wenn sich die Größe des Universums verdoppelt, verdoppelt sich auch der Raum zwischen ihm und seinem Ursprungspunkt, so dass es direkt nach der Verdoppelung 10 Milliarden Lichtjahre von seinem Ausgangspunkt entfernt ist. Dann legt er in den nächsten 5 Milliarden Jahren weitere 5 Milliarden Lichtjahre zurück und endet 15 Milliarden Lichtjahre von seinem Ausgangspunkt entfernt. Beachten Sie, dass die konstante Lichtgeschwindigkeit der speziellen Relativitätstheorie hier intakt durchkommt – das Photon endet 15 Milliarden Lichtjahre von seinem Ausgangspunkt entfernt nach 10 Milliarden Jahren, bewegt sich aber immer mit hoher Geschwindigkeit$c$und nur 10 Milliarden Lichtjahre "gereist". Offensichtlich ist eine plötzliche Verdoppelung der Größe nicht realistisch, aber die gleiche Idee gilt für eine allmählichere, sanftere Expansion. Beachten Sie, dass die Erweiterung nicht unbedingt "schneller als Licht" sein muss (was auch immer das bedeutet). Jegliche Expansion bedeutet, dass das Photon bei seiner Ankunft weiter von seinem Ausgangspunkt entfernt sein wird als in einem statischen Universum erwartet.

Zweiter Teil zu Ihrer Frage: Warum können wir den Urknall nicht sehen? Denn ein Photon kann uns vom Urknall nicht direkt erreichen. An einem sonnigen Tag kann ich die Sonne deutlich sehen, weil die meisten ihrer Photonen, die ich beobachte, die Sonnenoberfläche verlassen und ungehindert entlang reisen, um mich zu erreichen. Wenn es bewölkt ist, gibt es immer noch Sonnenlicht - Sonnenphotonen erreichen mich - aber ich kann die Sonne nicht direkt sehen, weil die Photonen auf dem Weg von den Wolken gestreut werden. Das frühe Universum war „bewölkt“ – es war voll von ionisiertem Plasma, das sehr häufig Photonen streute. Als sich das Universum ausdehnte und das Plasma abkühlte, wurde es schließlich für die Photonen transparent und die "Urknall-Photonen" reisen seitdem mehr oder weniger ohne Streuung. Diese "Oberfläche der letzten Streuung"