Wenn ich mir Vorlesungen über Kosmologie ansehe, scheint es, dass sich der Raum zwischen Galaxien immer schneller ausdehnt. Meine Frage ist, da es der Raum ist, der sich (beschleunigend ausdehnt), die spezielle Relativitätstheorie in diesem Fall nicht gilt? Mit anderen Worten, da es nichts ist, was mit relativer Entfernung beschleunigt, würden sich irgendwann Galaxien, die weit genug voneinander entfernt sind, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit trennen?
Bitte beachten Sie, dass ich nicht frage, ob sich die Galaxien schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen würden, sondern ob die Expansionsrate des Weltraums schneller als Lichtgeschwindigkeit ist, sodass jede Galaxie tatsächlich so wäre, als ob sie sich hinter einem Ereignishorizont befände, wo sogar Licht vorhanden ist kann nicht entkommen?
Wenn ja, gibt es einen Namen für einen solchen Ereignishorizont, der durch die Ausdehnung des Weltraums außerhalb verursacht wird, und nicht für den herkömmlichen Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs, der durch die Ausdehnung des Weltraums innerhalb des Ereignishorizonts verursacht wird?
Wie könnte man zwischen einem ebenen Horizont eines Schwarzen Lochs und einem galaktischen ebenen Horizont unterscheiden, der durch die beschleunigte Ausdehnung des Weltraums außerhalb verursacht wird? (nicht sicher, ob die Konzepte von innen und außen in solchen Fällen noch sinnvoll sind)
Tatsächlich wird jede gleichmäßige Ausdehnung des Universums, egal wie klein, in ausreichend großen Abständen die Galaxien dort - die lokal in Ruhe sind - schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Egal wie langsam die Ausdehnung ist, Hauptsache sie ist überall im Raum gleichmäßig!
Dies verstößt nicht gegen irgendwelche Gesetze der Physik; Die spezielle Relativitätstheorie verbietet es, aber die spezielle Relativitätstheorie stützt sich auf eine Minkowski-Raumzeitgeometrie, die nur lokal eine gültige Annäherung ist (ähnlich wie die Annäherung der flachen Erde nur lokal gültig ist). Sie können es sich wie Rosinen in einem aufgehenden Teig vorstellen - die Ausdehnung des Teigs kann dazu führen, dass zwei weit entfernte Rosinen mit Überlichtgeschwindigkeit voneinander zurückweichen, aber nichts kann schneller als Licht von einer Rosine zur anderen reisen.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Entfernung, in der sich das Universum mit Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt, kein Horizont ist. Wir können viel weiter sehen. Dies liegt daran, dass sich die Expansion des Universums verlangsamt (oder vielmehr verlangsamt hat), was bedeutet, dass sich die Hubble-Sphäre nach außen bewegt. Photonen, die von einer Region emittiert werden, sagen wir , wird lokal umziehen auf uns zu, die sich noch immer von uns entfernt . Dadurch wird es in Regionen gebracht, die sich noch langsamer von uns entfernen usw., bis es in die Hubble-Sphäre gelangt, wo es sich auf uns zubewegt. Daher entfernen sich viele der Galaxien, die wir heute sehen, schneller als das Licht von uns – und das schon immer!
Aber es gibt einen Horizont – oder besser gesagt, es gibt zwei: den Teilchenhorizont und den Ereignishorizont. Der Teilchenhorizont ist die Entfernung, aus der Licht emittiert wird können uns inzwischen erreicht haben. Dieser wird ewig weiter wachsen und ist derzeit etwa 46 Milliarden Lichtjahre entfernt. Aber der Partikelhorizont wird zunehmend rotverschoben, was zu einem Zeitdilatationseffekt führt, was bedeutet, dass es zwar keine Begrenzung gibt, wie weit wir sehen können, aber eine zeitliche Begrenzung, wie viel wir sehen können. Am Teilchenhorizont können wir im Grunde nur sehen, was passiert ist , Urknall selbst, was in der Praxis den kosmischen Mikrowellenhintergrund bedeutet, der etwa 380.000 Jahre später emittiert wurde.
Die Zeitdilatation bedeutet auch, dass es eine Grenze gibt, wo Licht, das zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. jetzt, emittiert wird, uns jemals erreichen kann. Diese Grenze wird Ereignishorizont genannt , und diese entfernt sich in absoluter Entfernung von uns, kommt aber immer näherzu uns in sogenannter co-moving distance. Dies bedeutet in der Praxis, dass sich der Horizont langsamer nach außen bewegt als die Ausdehnung des Universums, sodass Galaxien in seiner Nähe ihm „entkommen“. Das bedeutet nicht, dass wir diese Galaxien nicht mehr sehen können, sondern dass sich ihre Geschichte, wie wir sie sehen, verlangsamen und schließlich zum Stillstand kommen wird, wenn sich ihre Rotverschiebung der Unendlichkeit nähert – vergleichbar damit, wenn etwas in ein Schwarzes Loch fällt. Der Ereignishorizont wäre derselbe wie die Hubble-Sphäre in der Speziellen Relativitätstheorie, aber in der Allgemeinen Relativitätstheorie, die unser Universum regiert, ist dies nicht der Fall. Der Ereignishorizont unterscheidet sich auch (sehr!) von unserem Teilchenhorizont.
Etwas zusammenfassen:
Ja, in der Tat, unter den Umständen, die Sie beschreiben, bildet sich ein Horizont, und er wird kosmologischer Ereignishorizont genannt . Wenn Sie nach diesem Begriff googeln, finden Sie viele Artikel zu diesem Thema, obwohl Wikipedia mich ausnahmsweise im Stich gelassen hat und keinen guten Artikel zu diesem Thema hat. Allerdings wäre nicht jede Galaxie hinter ihrem eigenen Horizont, da Gruppen von Galaxien dazu neigen, gravitativ aneinander gebunden zu sein. Zum Beispiel würde die Milchstraße an Andromeda und etwa ein Dutzend kleinerer Galaxien gebunden bleiben.
Ihre Frage legt nahe, dass Sie sich diesen Horizont als eine Art Hülle vorstellen, die Außenstehende daran hindern würde, in die Galaxie hinter dem Horizont zu schauen, aber es ist wirklich umgekehrt. Der kosmologische Ereignishorizont ist wie eine Hülle, die uns daran hindert, hinauszuschauen. Insofern ist es das Gegenteil eines Schwarzen Lochs, das uns daran hindert, hineinzuschauen.
Eine kurze Fußnote: Ich hatte ein anderes Google und fand http://www.mso.anu.edu.au/~charley/papers/DavisLineweaver04.pdf , was eine interessante Lektüre zu diesem Thema zu sein scheint.
Eduard