Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Angenommen, der Urknall beginnt in einer kleinen Region und die maximal mögliche Geschwindigkeit nach Einstein ist die Lichtgeschwindigkeit, wie kann das Universum einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren haben? Nach meinem Verständnis könnte es max. Radius von nur 13,8 Milliarden Lichtjahren. Kann das jemand einem Nicht-Astrophysiker erklären.
Deine Annahme ist falsch. Das Universum kann (und ist) sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen.
Das Photon, das im frühen Universum in Richtung unseres Planeten emittiert wurde, musste ein sich ausdehnendes Universum durchqueren. Dieses Photon erfuhr eine Rotverschiebung, das heißt, seine Wellenlänge nahm zu und seine Frequenz ab. Wir messen die Wellenlänge dieses Photons, vergleichen sie mit einem nicht rotverschobenen Photon und berechnen die Skala, die dann auf den Radius des beobachtbaren Universums angewendet wird.
Das Lesen dieser Wikipedia-Seite sollte Ihnen ein vollständigeres Verständnis des Problems vermitteln.
Weit entfernte Galaxien entfernen sich schneller von uns als = 299 792 458 m/s, aber das bedeutet nicht, dass sie die Grenze der Lichtgeschwindigkeit überschreiten. Diese Galaxien müssten noch lokal mit Lichtgeschwindigkeit gemessen werden (unter der Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit und die Gesetze der Physik im gesamten Universum gleich sind), und sie würden niemals aufholen und sich schneller bewegen als Photonen, die sich an ihnen vorbeibewegen: Photonen, die diese Galaxien in der von uns wegführenden Richtung passieren, entfernen sich immer noch schneller von uns als diese Galaxien.
Wir beobachten, dass sich eine Galaxie im Durchschnitt umso schneller von uns entfernt, je weiter sie entfernt ist. Wenn wir bedenken, dass sich unsere Galaxie nicht an einem besonderen Ort im Universum befindet (so wie unsere Sonne sich nicht an einem besonderen Ort in unserer Galaxie befindet und die Erde kein Planet ist, um den sich der Rest des Universums dreht), dann denken wir an irgendeinen andere Galaxien sollten die gleiche Beobachtung machen wie unsere, das heißt, dass sich andere Galaxien von ihnen entfernen und dass sie umso schneller zurückweichen, je weiter sie entfernt sind. Wir nennen das die Expansion des Universums.
Einige Leute werden Ihnen sagen, dass diese Ausdehnung darauf zurückzuführen ist, dass der Raum zwischen den Galaxien „gedehnt“ oder „erzeugt“ wird, als ob der Raum eine Entität oder Substanz wäre, die tatsächlich gedehnt oder erschaffen wird. Für mich ist das eine schlechte Erklärung, weil niemand jemals diese Entität oder Substanz entdeckt hat, die wir Raum nennen, denn jetzt ist es eher eine theoretische Abstraktion als etwas mit einer greifbaren Realität.
Falls Sie sich fragen, die Geschichte ist, dass die am weitesten entfernte Materie, die wir sehen (der kosmische Mikrowellenhintergrund oder kurz CMB), 42 Millionen Lichtjahre von uns entfernt war, 380.000 Jahre nach dem Urknall, damals, als sie die ausstrahlte Licht, das wir jetzt wahrnehmen, und diese Materie ist jetzt 46 Milliarden Lichtjahre entfernt (was wir den Radius unseres beobachtbaren Universums nennen).
Der Grund, warum wir kein Licht von mehr als 380.000 Jahren nach dem Urknall sehen können, ist, dass das Universum vor dieser Zeit für zu dicht gehalten wurde, um Licht ungehindert reisen zu lassen, ohne ständig von der umgebenden Materie resorbiert zu werden.
Der Grund, warum dieses Licht so lange gedauert hat, um uns zu erreichen, ist, dass 380.000 Jahre nach dem Urknall die Materie, die 42 Millionen Lichtjahre entfernt war (die Materie, die das Licht aussendete, das wir CMB nennen), viel schneller zurückwich als von der zukünftigen Milchstraße, daher entfernte sich das Licht, das sie zu uns ausstrahlte, tatsächlich weiter.
Und der Grund, warum uns dieses Licht überhaupt erreicht hat, ist, dass das Universum sich während der ersten 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall vermutlich verlangsamt hat (im Gegensatz zu den letzten 5 Milliarden Jahren, in denen angenommen wurde, dass es beschleunigt wurde). Das bedeutet, dass sich Galaxien (oder zukünftige Galaxien) während der ersten 9 Milliarden Jahre mit abnehmender Geschwindigkeit voneinander entfernten. Die Materie, die das CMB aussendete, verlangsamte sich nicht genug, um sich auf weniger als zurückzuziehen von uns, aber das Licht, das es 380 000 Jahre nach dem Urknall aussendete, erreichte schließlich einen Punkt, an dem sich Galaxien langsamer von uns entfernten als , dh ein Punkt, an dem dieses Licht begann, sich uns zu nähern (mit anderen Worten, der kugelförmige Bereich, in dem sich Galaxien langsamer von uns entfernen als schnell genug vergrößert, so dass das Licht des CMB schließlich eindrang), und 13,8 Milliarden Jahre später erhalten wir es schließlich.
Die Werte für das Alter des Universums und den Radius des beobachtbaren Universums werden berechnet, indem die Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie gelöst werden, wobei angenommen wird, dass das Universum homogen und isotrop ist, und kosmologische Beobachtungen verwendet werden, um die verschiedenen Parameter in den Gleichungen abzuschätzen.
Wenn Sie mehr erfahren möchten, ist dies eine nützliche Lektüre über Galaxien, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen, und die Expansion des Universums: Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe
Um die Antwort von sich selbst zu erweitern -
Derek von Veritasium auf Youtube erklärt den Teil "(und ist)" -
... Dies verstößt nicht gegen Einsteins Relativitätstheorie, da sich nichts schneller durch den Raum bewegt als Licht, es ist nur so, dass sich der Raum selbst so ausdehnt, dass weit entfernte Objekte schnell voneinander entfernt sind. ...
Harogaston