Wenn sich das Universum nicht schneller als das Licht ausdehnen würde, wären unsere Nächte dann heller als der Tag?

Es gibt eine gemeinsame QnA, die viele Kinder amüsiert und inspiriert hat:

Es gibt Milliarden von Sternen am Himmel. Wenn wir die von allen Sternen empfangenen Lichter kombinieren, würde es dann nicht die Sonne schlagen? Warum ist die Nacht wirklich dunkel?
Das liegt daran, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und die Lichter der meisten Sterne auf dem Weg zur Erde sind.

Meine Frage: Wenn sich das Universum zu keinem Zeitpunkt schneller als das Licht ausdehnen würde, wären unsere Nächte dann heller als der Tag?

Der gesunde Menschenverstand sagt: Ja. Aber unglücklicherweise ist das Universum voller gesunder Menschenverstandsbrecher. Gibt es sonst noch etwas, was das beeinflussen kann?

Hinweis: Ich spreche nur von sichtbarem Licht. Ich weiß, die Nacht ist schon in anderen Wellenlängen hell.

Update:
Ich kläre das Verhaltenssetup des Universums in der If-Klausel:

  • Die Expansionsgeschwindigkeit des Universums wird klassisch mit Super Cluster Red Shift berechnet. Hier gibt es keinen global getrennten GR-Referenzrahmenfehler.

  • Das Universum dehnt sich heute aus, beschleunigt sich aber nicht. Ähnlich wie bei der ursprünglichen Entdeckung von Hubble, außer dass die Inflation das Universum nicht schneller als das Licht beschleunigen sollte.

Meine vernünftige Argumentation:

  • Nachdem das Universum für Licht transparent wurde, sollten alle leuchtenden Objekte bis zu ihrem Tod kontinuierlich eine mögliche Position der Erde beleuchten. Da das Universum jung ist, sollte die Todeswahrscheinlichkeit gering sein.

  • Bis zur Geburt der Erde und bis heute sollte das Licht der meisten etwas jüngeren Sterne die Erde erreichen, um kontinuierlich beleuchtet zu werden.

Das ist die Argumentation meines gesunden Menschenverstandes.

Wenn ich immer noch nicht klar bin, lassen Sie es mich wissen.

Das Problem ist diese scheinbar unschuldige Aussage Wenn sich das Universum nicht zu irgendeinem Zeitpunkt schneller als das Licht ausdehnt . Dies ist mit der FLRW-Metrik grundsätzlich nicht kompatibel. Damit wir Ihre Frage vernünftig beantworten können, müssen Sie angeben, womit Sie die allgemeine Relativitätstheorie und/oder die FLRW-Metrik ersetzen.
Ich stimme JRennie zu, werde aber diesen Gedanken hinzufügen: Wenn sich das Universum viel langsamer ausdehnen würde als es ist, oder wenn wir in der Nähe des Zentrums einer dichten Galaxie leben würden, wären viel mehr Sterne viel näher bei uns , und der Himmel wäre viel heller. Wie viel heller, hängt von der Wahl des Szenarios ab. (Stichwort die Sci-Fi-Geschichten..)
@JohnRennie Beim Umgang mit GR-Problemen denke ich nicht, dass wir immer die Erweiterung des Universums berücksichtigen. Also, wo treffe ich Metrik ? Es ist gleich.
@JohnRennie Wenn Sie auf "Das Universum dehnt sich in GR nicht wirklich schneller als das Licht aus, weil die Berechnung schummeln würde.", dann denke ich ... :)
@CarlWitthoft Ja, das sagt der gesunde Menschenverstand. Aber das Universum hat meinen gesunden Menschenverstand viele Male durcheinander gebracht.
Eventuell sollte die Frage nach einem statischen kosmologischen Modell gestellt werden. Wie würde der Nachthimmel in einem solchen Universum aussehen?
Erfordert die übliche Auflösung des Olbers-Paradoxons eine Inflation/Beschleunigung des Universums? Ich glaube nicht.
@innisfree Dann ist es vielleicht die Antwort. Geben Sie Ihre Begründung an.
Entschuldigung, ich irre mich. Die Auflösung des Olbers-Paradoxons im Licht des BB erfordert eine Erweiterung zur Rotverschiebung des Lichts. Siehe die Diskussion unter Wiki en.wikipedia.org/wiki/Olbers'_paradox
Sie könnten ein statisches Einstein-Universum verwenden, in dem die kosmologische Konstante die Masse ausgleicht, oder ein geschlossenes Universum an dem Punkt, an dem es von Expansion zu Kontraktion wechselt. Oder ein topologisch geschlossenes Universum, nehme ich an.
@JohnRennie Siehe das Update.
Hier gibt es einen Hinweis auf eine klar definierte Frage, aber Sie müssen Ablenkungsmanöver ignorieren. Die Lichtgeschwindigkeit hat nichts mit Olbers oder mit Horizonten oder mit irgendetwas zu tun, wenn es um die Ausdehnung des Universums geht. Der springende Punkt bei Olbers ist das endliche Alter des Universums. Darüber hinaus ändert die kosmologische Rotverschiebung die Energie des Lichts, aber es ändert nichts daran, ob Ihre Sichtlinie auf der Oberfläche eines Sterns endet oder nicht, daher ist es hier irrelevant.
@Chris ja du hast recht. Redshift ist für Olbers nicht relevant. Ein neues paradoxes Ergebnis taucht auf, man betrachtet Licht aus dem Urknall. Die Auflösung dieses neuen Paradoxons ist die Rotverschiebung. Aber das Original Olbers' ist endlich alt.
Tatsächlich wird JEDES gleichmäßig expandierende Universum eine Entfernung haben, in der es sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit zurückzieht, vorausgesetzt, das Universum ist groß genug. Es erfordert keine Beschleunigung der Inflation. Es ist also entweder "schneller als Licht über eine gewisse Entfernung hinaus" oder "statisch".
Jemand sollte darauf hinweisen, dass die "gemeinsame QnA", auf der diese Frage basiert, lächerlich falsch ist. Erstens gibt es etwa 10 Milliarden Billionen Sterne am Himmel, nicht nur Milliarden. Zweitens lautet die Antwort nicht, weil das Licht keine Zeit hatte, uns zu erreichen. Wir können den CMB sehen, der vor irgendwelchen Sternen gemacht wurde.
@ Jim Milliarden ist eine ungefähre Zahl. Auf die Korrektheit kommt es hier nicht an. Und obwohl wir CMB empfangen können, bedeutet das nicht, dass Lichter von allen Sternen uns erreicht haben. Das Universum ist seit der Produktion von CMB gewachsen (klassischerweise schneller als Licht).
"Milliarden sind eine ungefähre Zahl" 12 Größenordnungen entfernt, nicht zu grob
@Jim Sogar die richtige Zahl kann in Milliarden ausgedrückt werden. Hier geht es wirklich nicht darum.
Wenn wir mit "Sternen am Himmel" tatsächlich "mit bloßem Auge sichtbare Sterne" meinen, dann überschätzen Sie beide um viele Größenordnungen. Und dies ist normalerweise die Bedeutung, die von diesen Kindern implizit angenommen wird.

Antworten (2)

Olbers Paradoxon geht von einem unendlichen und statischen Universum aus (auch von einem unendlichen Leben des Universums und der Sterne).

Kosmologische Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universums verschiebt sichtbares Licht in den Infrarot- oder Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums. Die CMB-Strahlung ist der deutlichste Effekt.

Das beobachtbare Universum ist endlich (mehr oder weniger 93 Milliarden Lichtjahre). Dies begrenzt die Anzahl der Galaxien, von denen wir Strahlung empfangen.

Sterne haben endliches Leben.

Zusätzlich könnte auch ein Teil des Universums mit einer Rezessionsgeschwindigkeit größer als c (in der Zukunft) in den Ereignishorizont eintreten, aber sie werden bei z um mehr als 1,8 rotverschoben, weg von der sichtbaren Region.

Referenz: arXiv:astro-ph/0310808v2 13. November 2003

Peacock Cosmological Physics Cambridge Press 2010 (Abschnitt 12.1)

Missverständnisse von Davis Linewear über Big Bang Scientific American März 2005

Ich mag dieses Video von MinutePhysics zu diesem Thema. Es kann als Grundierung Dinge klären.

Wenn Sie behaupten, dass sich das Universum mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit ausgebreitet hat, müssen Sie innehalten und sich fragen, was mit einer solchen Aussage eigentlich gemeint ist. Was bewegt sich in Bezug auf was?

In der Standardkosmologie beschreiben wir die Expansion des Universums mit der Hubble-Rate H ( T ) . H ( T ) ist aber keine Geschwindigkeit, sondern eine "Rate" [ H ] = T ich M e − 1 . Die "scheinbare Geschwindigkeit" (entspricht ungefähr der Rotverschiebung) zwischen zwei entfernten Punkten D im Ruhesystem des Universums ist dann

v = H ( T ) D
Für jede gegebene Hubble-Rate können wir a finden D für die die "scheinbare Geschwindigkeit" formal größer ist als die Lichtgeschwindigkeit, aber auch eine andere D wofür es nicht ist. Dies ist nur ein Ausdruck der Tatsache, dass es bei jeder positiven Expansionsrate und einem unendlichen Universum immer nur endliche Regionen geben wird, die wir erreichen können, da die Entfernung zwischen uns und dem Rest einfach schneller wächst, als wir uns bewegen können.

Das liegt daran, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und die Lichter der meisten Sterne auf dem Weg zur Erde sind.

Das stimmt, aber Sie müssen auch einen zweiten Effekt berücksichtigen - die Rotverschiebung. Gäbe es keine Rotverschiebung, also keine Ausdehnung des Universums seit seiner Entstehung, wären die Sterne ständig auf dem Hintergrund eines schwach leuchtenden Orange (Temperatur ∼ 3000 K ) Hintergrund der letzten Streuung von primordialem Plasma und wir würden auch viel mehr Sterne sehen - Schicht für Schicht, die ein Stück der Geschichte des Universums darstellt, da jede Schicht weiter mehr Zeit brauchte, um zu uns zu gelangen. (Wir sehen dieses „ursprüngliche Plasmaglühen“ als CMB). Da unser Universum jedoch eine Expansionsgeschichte hat, wurden die Lichtwellen „gedehnt“ und somit bis zur Unsichtbarkeit rotverschoben.

Aber ja, wenn die Expansion viel langsamer wäre, würden die Sterne viel heller erscheinen, da nicht so viel Abstand zwischen uns gewachsen wäre, und mehr von ihnen wären im sichtbaren Spektrum, da sie durch die geringeren nicht so rotverschoben wären erweitertes Universum. Wenn wir das etwas weiter strecken, könnten wir tatsächlich auch nachts viel Licht genießen. Aber Vorsicht, was Sie sich wünschen, dieses Paket würde auch viel mehr von der Kraft der kosmischen Strahlung wie Gammastrahlenausbrüche usw. usw. enthalten.

Wenn sich das Universum nicht schneller als das Licht ausdehnen würde, wären unsere Nächte dann heller als der Tag?
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