Was ist der Beweis dafür, dass sich entfernte Galaxien aufgrund der Weltraumexpansion mit Geschwindigkeiten von mehr als ccc von uns entfernen?

Es gibt Hinweise darauf, dass Galaxien bei Rotverschiebungen größer als etwa sind$\sim1.5$bewegen sich in der Tat schneller als das Licht von uns weg. Wir können die Rotverschiebungen messen und ihr Licht beobachten.

Die Gleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) für die Rotverschiebung ist nicht dieselbe wie in der speziellen Relativitätstheorie, die bei c für eine unendliche Rotverschiebung maximal ist. Das Verhältnis von Rotverschiebung zu Geschwindigkeit ist eine lineare Annäherung an beide, und wenn Sie etwa z = 0,5 und höher erreichen, beginnt es von der GR-Gleichung abzuweichen. V=HD, die Hubbles-Beziehung für die Geschwindigkeit als Funktion der Entfernung und der Hubble-Konstante, bleibt auch nach v>c gültig. Sowohl GR als auch SR (spezielle Relativitätstheorie) sind ungefähr linear, v = cz, für Geschwindigkeit und Rotverschiebung bei niedrigeren Geschwindigkeiten. SR schlägt bei c aus, GR bewegt sich weiter nach oben.

Das alles wird in Büchern wie Dodelson ziemlich gut erklärt, und Sie können es auch im folgenden Arxiv-Artikel sehr schön erklärt und grafisch darstellen (alle drei Kurven, GR, SR und die lineare Beziehung). Abbildung 1 zeigt insbesondere alle 3 Kurven, aber der Artikel enthält die Gleichungen. Siehe
https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0011070v2.pdf

Dieser Effekt bestimmt nicht die Form oder Geometrie, sondern wird vollständig von ihnen bestimmt. Insbesondere die Lamda-Friedman-Robertson-Walker-Lösung von Einsteins Feldgleichungen (mit einer kosmologischen Konstante) führt bei angenommener Isotropie und Homogenität für kosmologische Entfernungen genau zu den beobachteten Werten für z als Funktion der Entfernung.

Bearbeiten: Antwort auf den Kommentar von @Yogi DMT unten.

Nein, andersherum. Die Kämme sind die gleichen, mit Ausnahme der räumlichen Ausdehnungen und des Abstands zwischen den Kämmen. Angenommen, es hat N Zyklen emittiert. Es muss die gleiche Anzahl von empfangenen vollständigen Zyklen sein, aber der von der gleichen Anzahl von vollständigen Zyklen abgedeckte Raum ist größer, also ist die Wellenlänge größer. Sehen Sie sich ein paar Websites an.

Dieses gibt eine grundlegende Interpretation der gravitativen Rotverschiebung, einschließlich der kosmologischen Rotverschiebung: http://curious.astro.cornell.edu/physics/104-the-universe/cosmology-and-the-big-bang/expansion-of -das-universum/610-was-ist-der-unterschied-zwischen-der-doppler-rotverschiebung-und-der-gravitativen-oder-kosmologischen-rotverschiebung-advanced . Es beantwortet Ihre Frage nicht genau, gibt Ihnen aber ein Gefühl für die gravitative und kosmologische Rotverschiebung.

Dieses nächste gibt mehr Details und detailliertere Unterschiede, viel spezifischer, und leitet auch im Abschnitt über die Expansion des Weltraums die Gleichung für die kosmologische Rotverschiebung im Standard-Kosmologiemodell her. Es zeigt, dass 1+z =$a_{now}$/$a_{then}$, wobei die a's der Skalierungsfaktor des Universums sind, dh Das Verhältnis in der Gleichung ist das Verhältnis der Universumsgrößen (oder sagen wir die Entfernung zu einer entfernten spezifischen Galaxie) von Zeit zu Zeit. Jetzt ist, wenn das Licht empfangen wird, dann ist, wenn es emittiert wird, in der mitbewegten Zeitkoordinate. Dieses nächste gibt mehr Details und detaillierte Unterschiede, auch im Abschnitt über die Expansion des Weltraums wird die Gleichung für die kosmologische Rotverschiebung im Standard-Kosmologiemodell abgeleitet. Es zeigt, dass 1+z =$a_{now}$/$a_{then}$, wobei die a's der Skalierungsfaktor des Universums sind, dh das Verhältnis in der Gleichung ist das Verhältnis des Universums (oder sagen wir die Entfernung zu einer entfernten spezifischen Galaxie) hin und wieder. Jetzt ist, wann das Licht empfangen wird, dann ist, wenn es emittiert wird, in der mitbewegten Zeitkoordinate, die für die kosmologische Metrik verwendet wird. Es ist unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Redshift zu finden

Sie müssen bei diesen Berechnungen immer darauf achten, Koordinatensysteme in derselben Gleichung oder demselben Konzept nicht zu verschieben. Leicht zu verwirren, aber die Mathematik ist irgendwie einfach.

Wenn sich die Galaxie schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würde, könnten wir sie nicht sehen. (offensichtlich) Per Definition existiert es außerhalb des "beobachtbaren Universums". Wir können es nicht nur nicht mit unseren Augen „beobachten“, es können uns auch überhaupt keine Informationen erreichen. (ähnlich dem Inneren eines Schwarzen Lochs). Es kann uns in keiner Weise beeinflussen.

Die Frage, ob Dinge außerhalb des beobachtbaren Universums „existieren“, ist so etwas wie ein „Zen-Rätsel“. Es eröffnet eine sehr tiefe philosophische oder metaphysische Debatte über die Definition des Wortes „existieren“.