Wie kann ein Quasar 29 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sein, wenn der Urknall erst vor 13,8 Milliarden Jahren stattfand? [Duplikat]

Im expandierenden Universum muss man etwas vorsichtig sein, um genau zu definieren, was man unter Entfernung versteht. Die hier in diesem Artikel erwähnte "richtige Entfernung" bedeutet die zum gegenwärtigen Zeitpunkt gemessene Entfernung. Wir müssen vorsichtig sein, um zu definieren, was wir mit dem letzten Satz meinen – Zeit ist relativ, wissen Sie. Aber wenn das Universum ungefähr homogen ist, dann gibt es eine „natürliche“ Wahl der Zeitkoordinate, die „kosmische Zeit“ genannt wird. Wenn Sie sich viele, viele Herrscher zwischen Ihnen und dem Quasar ausstrecken, dann entspricht die richtige Entfernung der Gesamtlänge aller Herrscher, addiert zum gegenwärtigen Wert der kosmischen Zeit.

Das ist jedoch nicht dasselbe wie die Entfernung, die das Licht zurückgelegt hat. Es gibt verschiedene ausgefallene allgemein-relativistische Gründe, warum dies nicht der Fall ist, aber die Grundidee ist sehr einfach. Dieser Quasar bewegt sich von uns weg, also war er uns früher näher. Das Licht, das wir jetzt sehen, wurde emittiert, als die Entfernung viel kürzer war, also musste es nicht annähernd 29 Milliarden Lichtjahre zurücklegen.

Die Wahrheit ist, dass diese Zahl von 29 Milliarden Lichtjahren auf der Grundlage eines bestimmten Modells des Universums berechnet wird; es wird nicht direkt gemessen. Das Berechnungsmodell basiert auf der Allgemeinen Relativitätstheorie und beinhaltet das beste derzeit gemessene Alter des Universums. So ziemlich per Definition kann es keinen Widerspruch zwischen dieser Entfernung und dem Alter des Universums geben.

Ja, da fehlt dir etwas. Wenn Sie mit der speziellen Relativitätstheorie vertraut sind, wissen Sie, dass sich Geschwindigkeiten nicht so einfach addieren wie in der Newtonschen Mechanik. Wenn sich ein Raumschiff bewegt$c/2$nach rechts und ein anderer bewegt sich$c/2$nach links ist die relative Geschwindigkeit zwischen ihnen nicht$c$, wie man erwarten könnte, aber$4c/5$.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie gilt dasselbe für Entfernungen und Geschwindigkeiten. Im flachen Raum definieren wir den Abstand zwischen zwei Objekten als die Länge der (einzigartigen) geraden Linie von einem zum anderen, aber in der allgemeinen Relativitätstheorie kann der Raum gekrümmt sein und es gibt keine „gerade Linie“. Das nächste Analogon ist eine Geodäte, die ein glatt gekrümmter Pfad zwischen zwei Punkten ist, deren Länge ein (lokales) Minimum ist. Die Entfernung zu dem von Ihnen angegebenen Quasar ist definiert als die Länge einer bestimmten Geodäte, die ihn mit uns verbindet.

Aber es gibt keinen Grund zu erwarten, dass sich geodätische Entfernungen genauso verhalten wie geradlinige Entfernungen im flachen Raum. In der FLRW-Metrik (die die Grundform des gesamten Universums in der Urknall-Kosmologie definiert) gibt es Geodäten, die länger sind als die Geodäten vom Urknall, die wir zur Definition des "Alters des Universums" verwendet haben. Es ist also überhaupt kein Widerspruch, einen Quasar zu haben, dessen "richtige Entfernung" oder "Mitbewegungsentfernung" von uns 29 Milliarden Lichtjahre beträgt.

Übrigens, eine andere scheinbar widersprüchliche Sache, auf die Sie stoßen könnten, sind relative Geschwindigkeiten, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit sind. Dies kann passieren, weil die relative Geschwindigkeit auch in GR eine knifflige Sache ist, die erst definiert wird, wenn Sie sich für einen bestimmten Pfad zum "parallelen Transport" des Geschwindigkeitsvektors entscheiden. Die Relativgeschwindigkeit zwischen zwei nahen Objekten ist wohldefiniert und kann niemals größer sein als$c$, aber die relative Geschwindigkeit zwischen zwei sehr weit entfernten Objekten (bestimmt definiert) kann größer sein als$c$.