Wie schnell reist Raum/Zeit?

Ihre Frage ist sehr einfach zu beantworten, da die Antwort nur der Wert der Hubble-Konstante (oder ihrer Umkehrung der Hubble-Zeit) ist. Das Problem ist, dass es einem Nichtphysiker schwer zu erklären ist, was die Antwort bedeutet. Ich werde es versuchen, aber Sie werden es vielleicht schwer finden.

Wenn wir die Ausdehnung des Universums beschreiben, können wir nicht einfach von seiner Größe sprechen. Das liegt daran, dass die Größe des Universums unbekannt ist, und es kann tatsächlich unendlich sein, in diesem Fall hat es überhaupt keine Größe. Wir umgehen dies, indem wir die Ausdehnung mit der Entfernung zwischen Objekten im Universum beschreiben.

Angenommen, es gibt eine Galaxie, die 10 Milliarden Lichtjahre entfernt ist. Wenn sich das Universum ausdehnt, bedeutet dies, dass die Entfernung zur Galaxie zunimmt. Wenn sich das Universum also um den Faktor zwei ausdehnt, würde die Entfernung zur Galaxie 20 Milliarden Lichtjahre betragen. Wenn sich das Universum dagegen zusammenziehen würde, würde die Entfernung zur Galaxie abnehmen. Wenn sich das Universum auf die Hälfte zusammenziehen würde, wäre die Entfernung zur Galaxie 5 Millionen Jahre.

Mathematisch beschreiben wir die Expansion mit einem Skalierungsfaktor, den wir schreiben als$a(t)$. Wir definieren den Skalierungsfaktor im Moment als eins. Wenn sich der Skalierungsfaktor also auf zwei erhöht, bedeutet dies, dass alles doppelt so weit entfernt ist und das Universum doppelt so groß ist. Wenn der Skalierungsfaktor auf abnimmt$0.5$es bedeutet, dass alles doppelt so nah ist und das Universum sich halbiert hat. Wir berechnen die Art und Weise, wie sich der Skalierungsfaktor mit der Zeit ändert, indem wir die allgemeine Relativitätstheorie verwenden, und die Ergebnisse sehen so aus ( aus dieser Frage entnommen ):

Angesichts der Tatsache, dass die Beschreibung der Expansion des Universums ziemlich kompliziert ist, gibt es keine einfache Antwort auf Ihre Frage Wie schnell reist Raum/Zeit? , aber wir könnten zum Beispiel sagen, wie lange es dauert, bis sich das Universum verdoppelt hat. Das scheint ein vernünftiges Kriterium für die Geschwindigkeit der Expansion zu sein. Diese Verdopplungszeit wird Hubble-Zeit genannt und wir können sie aus dem Skalierungsfaktor berechnen. Die Variation der Hubble-Zeit sieht folgendermaßen aus (aus derselben Frage wie im obigen Diagramm):

Der$y$Achse zeigt das Verhältnis der Hubble-Zeit zu ihrem aktuellen Wert von etwa$14.5$Milliarden Jahre. So$2$auf der$y$Achse bedeutet die Hubble-Zeit ist$29$Milliarden Jahre und$0.5$auf der$y$Achse bedeutet eine Hubble-Zeit von$7.25$Milliarden Jahre.

Die Grafik zeigt, dass die Hubble-Zeit kurz nach dem Urknall sehr kurz war, sodass sich das Universum alle paar Sekunden verdoppelte. Im Moment verdoppelt es sich jedes Mal$14.5$Milliarden Jahren, und in Zukunft pendelt sich die Verdopplungszeit auf einen konstanten Wert von rund ein$17$Zu$18$Milliarden Jahre.

Ich begann mit der Messung des Hubble-Parameters, von dem Sie sicher schon gehört haben. Der Hubble-Parameter ist nur der Kehrwert der Hubble-Zeit. Ein großer Hubble-Parameter bedeutet also, dass sich das Universum schnell ausdehnt, und ein kleiner Hubble-Parameter bedeutet, dass sich das Universum langsam ausdehnt. Das Nützliche am Hubble-Parameter ist, dass er uns sagt, wie schnell sich entfernte Galaxien von uns entfernen. Die Geschwindigkeit$v$von einem Objekt in der Ferne$d$wird gegeben von:

Wo$H$ist der Hubble-Parameter. Dies ist als Hubbles Gesetz bekannt . Der Hubble-Parameter hat mit der Zeit abgenommen, also in den vergangenen Objekten$10$Milliarden Lichtjahre entfernt bewegten sich schneller als sie es jetzt sind.

Es gibt also viele Möglichkeiten zu beschreiben, wie schnell sich das Universum ausdehnt, aber keinen einfachen Weg. Ich hoffe jedoch, dass dies die Dinge etwas klarer gemacht hat, ohne zu viele Gehirnzellen zu schmelzen.

Wie schnell reist Raum/Zeit?

Schnell. Beachten Sie jedoch, dass es kein Reisen an sich gibt und dass sich der Raum ausdehnt. Mal googlen dazu. Raumzeit ist ein abstraktes Ding „Raum zu allen Zeiten“. Hier ist eine Darstellung davon, mit freundlicher Genehmigung der NASA:

Es sieht aus wie ein Champagnerglas, das auf der Seite liegt, ohne Griff oder Sockel. Die Zeitachse geht von links nach rechts und der Durchmesser nimmt zu. Nehmen wir an, das reale Universum ist kugelförmig und wird ständig größer. Wenn Sie alle Milliarden Jahre eine Scheibe aus der Mitte nehmen und alle Ihre Scheiben wie Brotscheiben von links nach rechts anordnen würden, wäre die Form, die Sie am Ende hätten, wie diese Champagnerflöte. Jede vertikale Linie steht für eine Milliarde Jahre.

Es wird gesagt, dass es vor dem Urknall kein Davor gab, da Raum/Zeit im Urknall erschaffen wurde. Der Urknall erzeugt eine schnelle Ausdehnung von Raum/Zeit ... also wie schnell ist schnell?

Schnell. Der Urknall ist der helle Fleck links, wo die Sektflöte beginnt. Die Zeit danach soll die Inflation gewesen sein, als sich das Universum sehr, sehr schnell ausdehnte. Aber niemand weiß das genau, es gibt keine wirklichen Beweise für Inflation. Es gibt jedoch gute Beweise dafür, dass sich das Universum ausdehnt. Dazu findest du Artikel wie diesen :

„Dank des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA ist die genaueste Messung, die jemals über die Expansionsgeschwindigkeit des Universums vorgenommen wurde, in vollem Gange. Der Weltraum selbst reißt aus allen Nähten und dehnt sich mit einer Geschwindigkeit von 74,3 plus oder minus 2,1 Kilometern aus ( 46,2 plus oder minus 1,3 Meilen) pro Sekunde pro Megaparsec (ein Megaparsec entspricht ungefähr 3 Millionen Lichtjahren). Wenn diese Zahlen etwas zu viel sind, um darüber nachzudenken, seien Sie versichert, dass das wirklich, wirklich schnell ist. Und es wird die ganze Zeit schneller. .

Aber das sagt dir nicht wirklich, wie schnell. Um ein Gefühl dafür zu bekommen, schauen Sie sich das beobachtbare Universum auf Wikipedia an:

"Die Bewegungsentfernung von der Erde zum Rand des beobachtbaren Universums beträgt etwa 14 Gigaparsec (46 Milliarden Lichtjahre oder 4,3 × 10 ²⁶ Meter) in jede Richtung".

Der Radius des beobachtbaren Universums beträgt 46 Milliarden Lichtjahre. Das tatsächliche Universum könnte größer sein, aber wir haben keine Beweise dafür, und wir haben sicherlich keine Beweise dafür, dass das Universum unendlich ist. Lassen Sie uns also zunächst mit den 46 Milliarden Lichtjahren fortfahren und das Universum als eine sich ausdehnende Kugel vorstellen:

_{CCASA-Bild des beobachtbaren Universums von Azcolvin429, siehe Wikipedia}

Der Radius hat sich in 13,8 Milliarden Jahren von einer kleinen Größe auf mindestens 46 Milliarden Lichtjahre ausgedehnt. Wie schnell expandiert es also? Im Durchschnitt ist es mindestens das 3,333333-fache der Lichtgeschwindigkeit. Wie geht das schnell? Und das nur für den Anfang, denn es wird immer schneller . Und siehe Artikel wie diesen , die behaupten, dass der Durchmesser des Universums mindestens 156 Milliarden Lichtjahre beträgt.

„Die gesamte Entfernung, die das Licht im frühen Universum zurückgelegt hat, wird durch die Expansion des Universums vergrößert“, erklärt Neil Cornish, ein Astrophysiker an der Montana State University. "Betrachten Sie es wie Zinseszins". Benötigen Sie ein Bild? Stellen Sie sich das Universum nur eine Million Jahre nach seiner Geburt vor, schlägt Cornish vor. Eine Ladung Licht wandert ein Jahr lang und deckt ein Lichtjahr ab. „Damals war das Universum etwa 1.000 Mal kleiner als heute“, sagte er. "So hat sich dieses eine Lichtjahr nun auf 1.000 Lichtjahre ausgedehnt." Alle Stücke summieren sich auf 78 Milliarden Lichtjahre. Das Licht ist nicht so weit gereist, aber „der Startpunkt eines Photons, das uns heute erreicht, nachdem es 13,7 Milliarden Jahre gereist ist, ist jetzt 78 Milliarden Lichtjahre entfernt“, sagte Cornish. Das wäre der Radius des Universums, und das Doppelte – 156 Milliarden Lichtjahre – ist der Durchmesser. Das basiert auf einer Ansicht, die zu 90 Prozent in der Zeit zurückgeht, also könnte sie etwas größer sein. „Man kann es sich wie einen Kugeldurchmesser vorstellen“, fügte Cornish tröstend hinzu.

Ich selbst mag den Zinseszins. Ich mag keine Inflation oder das unendliche Universum, aber diesen Zinseszins mag ich .