Gibt es eine realistische, verständliche, beweisbare (sogar in gewissem Umfang) Erklärung/Modell für die Ausdehnung des Universums? Was ist seine Form? und warum? Ich meine physikalische Erklärungen, die nicht philosophisch sind, da es um eine physikalische Einheit geht, das Universum. Wenn ich versuche, darüber nachzudenken, ist es fast so, dass ich überhaupt nicht denken kann!
Hinweis Ich bin fast zufrieden, dass es auf diese eine Frage keine Antwort gibt! Ich achtete auf alle Kommentare und verbrachte Zeit damit, die empfohlenen Videovorträge anzusehen (ich empfehle sie nicht), nur um die Antwort zu suchen, aber ich bekam überhaupt nichts über die Frage. Die Diskussionen und Vorträge sind für mich mathematische Spiele, die für mich körperlich weit entfernt sind. Ich respektiere die gesamte Wissenschaft, die mit der Kosmologie zu tun hat, aber zu dieser Frage haben selbst große Forscher (einige haben kürzlich den Nobelpreis erhalten) nichts zu sagen, außer mit Formeln und Grafiken zu spielen. Ich suchte nach körperlicher Bedeutung.
Ich habe mein Interesse an dieser Frage verloren.
Ich habe meine Antwort in zwei verschiedene Abschnitte (Form und Umfang) aufgeteilt. Obwohl die beiden in physikalischer und mathematischer Hinsicht sehr verwandt sind, veranschaulichen sie verschiedene Aspekte der Kosmologie unseres Universums. Ich habe mir erlaubt, eine ziemlich lange Antwort zu posten, da ich glaube, dass die hier gestellten Fragen nicht einfach durch eine einfache Aussage beantwortet werden können. Stattdessen glaube ich, dass die Antworten aus mehreren Richtungen angegangen werden müssen, die alle in Mathematik und Physik verwurzelt sind, aber dennoch auf einer eher philosophischen Grundlage zusammenlaufen. Philosophische Grundlagen sind schließlich der gemeinsame Ausgangspunkt für einige der aufregendsten Theorien innerhalb der Physik.
Die Form des Universums hängt von der Gesamtkrümmung ab (was ungefähr dasselbe ist). Die Krümmung hängt durch Einsteins Gleichungen von der Menge an Materie und Energie im Universum ab. Die Krümmung und der Energiegehalt können daher mit einem kosmologischen Modell geschätzt werden (das typische ist CDM). Die Krümmung beeinflusst die Expansionsgeschichte des Universums, die mit großräumigen Strukturen wie Galaxienhaufen und der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) untersucht werden kann. Unter Verwendung dieses kosmologischen Modells zusammen mit Beobachtungen kann man die Wahrscheinlichkeit der Parameter im Modell berechnen. Dadurch erhält man eine Krümmung gleich oder sehr nahe bei Null. Das Analogon davon ist ein flaches, glattes und unendlich ausgedehntes Bettlaken.
Die Krümmung erscheint dann als natürlicher Parameter im geometrischen Modell der Raumzeit. Wie Sie diesen Parameter interpretieren, liegt ganz bei Ihnen. Viele Leute denken gerne an Analogien. Die Form des Universums oder Raumzeit in GR ist in mathematischer Hinsicht analog zu der Form anderer geometrischer Objekte, wie Orangen oder Sättel. Da die Raumzeit in GR 4-dimensional ist, werden die einzigen physikalischen Analogien, die wir uns vorstellen können, niederdimensionale Äquivalente davon sein. Unter der Annahme, dass GR die einzige Theorie ist, die wir in großem Maßstab verwenden sollten, sind diese Analogien tatsächlich sehr genau. Dies ist nicht unbedingt der Fall für allgemeinere kosmologische Theorien, von denen einige sogenannte topologische Defekte (z. B. kosmische Strings) und andere geometrische Objekte vorschlagen, die nicht so leicht visualisiert werden können.
Das Nachdenken über die Form des Universums ist daher ein sehr interessantes und höchst nicht triviales Unterfangen.
Die Ausdehnung des Universums ist auch eine sehr interessante und nicht triviale Sache. Einige Lösungen deuten darauf hin, dass das Universum unendlich sein könnte. Andere schlagen vor, dass es endlich ist, aber ohne Begrenzung (wie die 2D-Oberfläche der Erde). Jetzt gibt es ein paar natürliche Inhaltsstoffe, was die Diskussion in eine noch interessantere Richtung lenkt. Diese sind: die endliche Lichtgeschwindigkeit, das endliche Alter des Universums und die Expansion des Universums. Vielleicht kennen Sie das Olbers-Paradoxon . Wenn nicht, ist die Lektüre sehr zu empfehlen.
Im Grunde veranschaulicht es unsere Unfähigkeit, unendlich weit weg im Universum zu sehen. Daher der Begriff 'The Observable Universe'. Dies ist eigentlich eher eine Aussage über Kausalität als über technologische Begrenzung. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und sich das Universum ausdehnt, gibt es eine Grenze für die Entfernung, über die wir Signale senden und empfangen können. Wir können tatsächlich noch einige sehr weit entfernte Objekte beobachten, die ihr Licht vor sehr langer Zeit ausgestrahlt haben, aber wir werden nie in der Lage sein, ihnen ein Signal zurückzusenden, weil sich das Universum zu schnell ausdehnt, also wird das Licht es niemals können Holen Sie es ein, auch wenn es unendlich lange unterwegs ist. Dieses Beispiel veranschaulicht den Kern der Angelegenheit über die Ausdehnung des Universums, nämlich Horizonte. Jenseits dieser Horizonte können wir niemals hoffen zu erreichen,
Eine weitere interessante Folge der Expansion des Universums ist, dass weit entfernte Objekte aus unserem Horizont gleiten. Aus diesem Grund könnte man sagen, dass die Menge an Inhalt (an sichtbarer Materie) im beobachtbaren Universum tatsächlich abnimmt, während das Universum selbst immer größer wird.
Der Grund dafür, diese Frage der Horizonte zur Sprache zu bringen, ist, dass Aussagen über das Universum jenseits der Horizonte (und bis in die Unendlichkeit darüber hinaus) am Rande der Philosophie stehen. Das bedeutet nicht, dass man aufhören sollte, darüber nachzudenken oder Fragen zu stellen, ganz im Gegenteil. Aber es bedeutet, dass ein Konsens oft schwer zu erreichen ist. Es gibt viele exotische Ideen über die Natur des nicht beobachtbaren Universums. Dazu gehören Multiversum, ewige Inflation, lokale Leere und viele andere. Ich schlage vor, darüber zu lesen, wenn dies von Interesse ist.
Ich möchte mit einer Referenz enden, die sehr auf Horizonte ausgerichtet ist. Es enthält einige sehr informative Diagramme, die einige der verschiedenen kosmologischen Horizonte veranschaulichen, die in unserem Universum vorhanden sind. Ich sollte warnen, dass sie selbst von Fachleuten nicht leicht zu verstehen sind, aber sie vermitteln viele Informationen und Einsichten, wenn man sich etwas Zeit nimmt.
[1] TM Davis, „ Fundamentale Aspekte der Expansion des Universums und der kosmischen Horizonte “, Februar 2004.
Wenn wir das Universum in seiner Gesamtheit beobachten könnten, wüssten wir seine Größe. Die Ausdehnung des Universums bleibt jedoch unbekannt. Das beobachtbare Universum besteht aus dem, was mit Teleskopen gesehen werden kann und ist derzeit durch die Teleskoptechnologie begrenzt.
Der Durchmesser des beobachtbaren Universums wird auf etwa 28 Milliarden Parsec (93 Milliarden Lichtjahre) geschätzt, 3 was den Rand des beobachtbaren Universums auf etwa 46–47 Milliarden Lichtjahre entfernt setzt.[4][5]
-Wikipedia (Link oben)
[Bearbeiten] Hier ist ein Modell , wie unvorstellbar riesig das Sonnensystem ist: Wenn die Sonne eine 8-Zoll-Bowlingkugel wäre, wäre Pluto in 1 Kilometer Entfernung so groß wie ein Stecknadelkopf. Das Sonnensystem erstreckt sich bis zu Kometen, die 25-mal so weit entfernt sind wie Pluto – oder 25 km im Modell.
Der nächste Stern ist 265,6-mal so weit entfernt wie Kometen, was im Modell 6.640 km entspricht. Wenn also die Sonne die Größe einer 8-Zoll-Bowlingkugel hätte, wäre der nächste Stern so weit entfernt wie der Erdkern (der Erdradius). Der Radius des bekannten Universums ist 10 Milliarden Mal weiter entfernt als der nächste Stern, der in unserem Modell 66,4 Billionen km entfernt ist. Der nächste Stern ist 39,7 Billionen km entfernt. Wenn die Sonne also einen Durchmesser von 8 Zoll hätte, wäre die Ausdehnung des bekannten Universums anderthalbmal so weit entfernt wie der nächste Stern. Mein Gehirn explodiert gleich! Bitte stimmen Sie ab, bevor dies der Fall ist.
Wenn wir die Quelle von „Materie“ und „Raum“ im Universum herausfinden könnten, würden wir alle Antworten bezüglich des Universums erhalten.
Das Universum ist für die Zwecke der Wissenschaft das sichtbare Universum, da alles andere vom Positivismus ausgeschlossen wird. Es ist eine Kugel mit uns im Zentrum, mit einer Wand in 13,7 Milliarden Lichtjahren Entfernung (gemessen durch die Definition von „jetzt“ entlang eines Lichtstrahls, der auf der Erde beginnt und in einem rückwärtsgerichteten Kegel ausgeht), an der die Urknall kann als immer noch schlagend angesehen werden, und diese Wand ist wie ein Horizont eines schwarzen Lochs, das mit etwas weniger als Lichtgeschwindigkeit nach außen fliegt und das irgendwann in der Zukunft stärker verlangsamen wird, wenn es dunkel wird. Energie dominiert, und dann höre auf und sitze einfach da und sauge alles von uns weg, bis das gesamte beobachtbare Universum ein Horizont ist, der von einem fast leeren De-Sitter-Raum umgeben ist (nur wir und einige benachbarte Galaxien) mit einer kosmologischen Horizont-Kugelwand in einem Radius von etwas wie 70 Mrd. Lichtjahre.
Das ist es. Das ist das Universum. Alles andere ist eine ungerechtfertigte Extrapolation mit Modellen, die außerhalb des kosmologischen Horizonts von zweifelhafter Gültigkeit sind, und die Extrapolationen sind nicht notwendig, da sie die Beobachtungen nicht direkt beeinflussen.
Die Form des Universums um jeden Beobachter herum ist kugelförmig, wir befinden uns also nicht an einem besonderen Ort. Das ist ein wenig kontraintuitiv.
Ich glaube, ich kann Ihnen helfen, diese Frage (ohne Mathematik) zu visualisieren.
Beginnen wir mit dem Universum am Anfang, zum Beispiel ist das gesamte Universum der Einfachheit halber 1 Meile breit.
Der Druck bei dieser Größe ist extrem, also drückt alles auf das Ding daneben. Sobald diese Dinge also immer weiter vordringen, wächst das Universum aufgrund des hohen Drucks zunächst sehr schnell.
Dies kann man sich als einen Wassertropfen vorstellen, der sich immer dünner und dünner über die Oberfläche eines Glastisches ausbreitet.
Sie fragen physikalisch, wie viel sich dieser eine Tropfen "ausbreiten" kann, die einfachste physikalische Antwort ist, dass es keine Grenze (unendlich) gibt.
Das Wasser wird sich für immer ausbreiten, wenn der Druck abnimmt, Sie erwarten, dass sich die Geschwindigkeit der Ausbreitung verlangsamt, aber in einer reibungsfreien Umgebung gibt es nichts, was das Wasser verlangsamen könnte, der ursprüngliche Druck drückt weiter und erhöht die Geschwindigkeit immer wieder.
Wenn Sie am Anfang sind (oder irgendwo in der Mitte), wird das Wasser an den Rändern so weit entfernt sein, dass Sie es nicht mehr sehen können. Sobald Sie sich also außerhalb Ihrer Sicht befinden, können Sie nicht mit 100%iger Genauigkeit sagen, wie weit die Ränder (unbeobachtbares Universum) entfernt sind. Sie können nur den physischen Horizont (beobachtbares Universum) beschreiben.
Sehen Sie keine Mathematik, die Sie niemals erreichen können, aber es ist irgendwo da. (So groß, dass es nicht im Rahmen des normalen Grundes liegt, es in die Gleichungen einzubringen, daher = Infinite sagt nur wirklich: "Wir haben keine so großen Zahlen". Neue Mathematik wird verwendet Alltägliche und neue Theorien bewähren sich immer wieder. Wir müssen unser „Verständnis“ dessen, was wir uns vorstellen können, und das, was existiert, überarbeiten, beginnen langsam miteinander übereinzustimmen, während wir neue Wege finden, frühere „unendliche“ Ideen zu messen.
Grant Thomas
QMechaniker
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