Woher wissen wir mit Sicherheit, dass sich der Weltraum ausdehnt?

Woher wissen wir mit Sicherheit, dass sich der Weltraum ausdehnt?

Nehmen wir an, dass wir im Jahr 1950 beobachten, dass Galaxie 1 5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist und Galaxie 2 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist, wodurch beide Galaxien 5 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt sind. Dann, im Jahr 2013, beobachten wir, dass sie jetzt 7 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt sind, also schlussfolgern wir, dass sich der Weltraum ausdehnt.

Wir sehen, dass sich Galaxien voneinander entfernen, aber wie beweist das, dass sich der Weltraum ausdehnt? Könnte diese Illusion der Ausdehnung des Weltraums einfach auf etwas Größeres zurückzuführen sein, das die weiter entfernte Galaxie 2 von Galaxie 1 wegzieht? Diese größere Masse könnte die Geschwindigkeit von Galaxie 2 schneller beschleunigen als die Geschwindigkeit von Galaxie 1.

Zum letzten Teil siehe Dark Flow und Great Attractor
Bezüglich des zweiten Absatzes besteht keine Notwendigkeit, die Existenz von Gravitationskräften anzunehmen. Einfache kosmologische Modelle sind homogen und isotrop, also müsste jede solche Kraft aufgrund der Symmetrie verschwinden. Tatsächlich beschreibt GR die Schwerkraft nicht einmal als Kraft. Sie können Gezeiteneffekte haben, aber auch diese verschwinden aufgrund von Isotropie und Homogenität.
Wir wissen nicht nur nicht, dass es sich ausdehnt: Es ist allgemein anerkannt, dass dies nicht der Fall ist, wie in meiner Antwort auf physical.stackexchange.com/questions/534592/… erklärt .

Antworten (3)

Die Expansion des Universums basiert nicht auf der Beobachtung von ein oder zwei Galaxien, die sich von uns entfernen. Grundsätzlich scheinen alle Sterne und Galaxien, die wir beobachtet haben, dem als Hubble-Gesetz bekannten Muster zu folgen , dh je weiter sie entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich von uns weg. Sicher, für die Beobachtung einer einzelnen Galaxie könnte es einen unbekannten lokalen Effekt geben, aber es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass es eine solche Erklärung für jede einzelne Galaxie gibt. Es gibt auch zusätzliche Beweise für ein expandierendes Universum .

Hubble beobachtete, dass die Geschwindigkeit aller Objekte proportional zu ihrer Entfernung ist. Was bedeutet das?
@SSpoke Es bedeutet, dass sich entweder alles gleichmäßig ausdehnt, wie wir glauben, oder dass die Erde im Zentrum des Universums liegt und dass es jenseits der entferntesten Galaxien unsichtbare Materieklumpen gibt, die in einer kosmischen Verschwörung alles von uns wegziehen, um dies nachzuahmen Ausdehnung des Raumes nur von unserem Standpunkt aus gesehen.

Woher wissen wir mit Sicherheit, dass sich der Weltraum ausdehnt? Die Antwort ist, dass wir es nicht tun. Raumausdehnung ist nur eine mögliche verbale Beschreibung kosmologischer Modelle. Die Allgemeine Relativitätstheorie bietet keine Möglichkeit, die Geschwindigkeit von Objekt A relativ zu entferntem Objekt B eindeutig zu beschreiben. Es ist eine rein pädagogische Frage, ob man es auf die eine oder andere Weise beschreiben soll. Einige Leute, zB Francis et al., denken, dass es pädagogisch besser ist, den Raum als expandierend zu beschreiben, während andere wie Bunn und Hogg das Gegenteil sehen. Als empirisch überprüfbare Tatsache können wir nur sagen, dass der Abstand zwischen A und B mit der Zeit zunimmt. Die Tatsache, dass Francis Bunn nicht zustimmt, bedeutet nicht, dass es eine wissenschaftliche Kontroverse gibt, sondern nur eine pädagogische.

Francis et al., „Expanding Space: the Root of all Evil?“, http://arxiv.org/abs/0707.0380v1

EF Bunn und DW Hogg, "Der kinematische Ursprung der kosmologischen Rotverschiebung", American Journal of Physics, Vol. 77, Nr. 8, S. 694, August 2009, http://arxiv.org/abs/0808.1081v2

Tatsächlich reicht der Vorschlag dieser „Expansion des Universums“ fast ein Jahrhundert zurück, als Friedmann versuchte, GRs Vorhersage eines nicht statischen Universums zu erklären. Dann bewies es Hubbles Beobachtung entfernter Sterne. Das Gesetz von Hubble gibt die Geschwindigkeit der Expansion des Universums an. v = H D wie gesagt, wo H ist seine Konstante, die durch die Planck-Ergebnisse von 72 auf 69 km/s pro Mpc korrigiert wurde . Obwohl der Wert in normalen Skalen groß erscheint, ist er sehr klein. Das Universum, wenn man es als Ganzes betrachtet (oder zumindest in Mega-Parsec-Skalen) - dieser Faktor ist vernachlässigbar. Als Abstand D steigt, nimmt die Geschwindigkeit (mit der es sich wegbewegt) zu. Je weiter die Galaxie also von uns entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich. Das ist alles...

Deine Annahme ist sehr falsch. Wir sagen nicht, dass sich zwei Galaxien voneinander entfernen, während wir dasitzen und beobachten. Stattdessen bewegen sie sich relativ zueinander . Alle Himmelsobjekte bewegen sich mit ähnlichen Geschwindigkeiten von Ihnen weg (je nachdem, wie weit oder näher sie sich befinden). Es gibt kein Zentrum für diese Erweiterung. Die Erweiterung ist von überall gleich. Jeder Ort im Universum kann ein Zentrum sein (was schwer anzunehmen ist). Beispielsweise kann unsere Erde als Zentrum betrachtet werden.

Daher wird Ihrem zweiten Absatz durch die falsche Annahme widersprochen ...

Ich denke, ich versuche herauszufinden, ob sich die Galaxien in tatsächlicher Geschwindigkeit immer schneller durch den Weltraum bewegen oder sich nur voneinander entfernen. Wenn etwas ihre Geschwindigkeit erhöht und das nur eine Kraft wie die Schwerkraft tun kann, hatte ich die Idee, dass etwas an ihnen zieht, genauso wie die Schwerkraft an Dingen zieht. Wenn sich der Weltraum nur ausdehnt, sollte die Geschwindigkeit der Galaxien gleich bleiben, nur der Abstand zwischen ihnen würde zunehmen.
@SSpoke: Ahh ... ich verstehe. Je weiter die Galaxien entfernt sind, desto größer wird ihre Geschwindigkeit mit der Zeit. Also, ja – das Universum beschleunigt sich durch das Vorhandensein einer indirekt beobachteten Konstante, die dunkle Energie genannt wird. Diese dunkle Energie interagiert mit der Schwerkraft und beschleunigt dadurch die Expansion des Universums. In GR wird sie die kosmologische Konstante genannt . Die Beschleunigung ist so vernachlässigbar, dass sie für weiter entfernte Galaxien relativ zu näheren beobachtet werden kann ;-)
Ich kann verstehen, wie es möglich ist, zwei Objekte zu beobachten, die sich weiter voneinander entfernen, aber ich glaube nicht, dass es eine Möglichkeit gibt, tatsächlich herauszufinden, ob die Geschwindigkeit des Objekts, mit der es sich durch den Weltraum bewegt, zunimmt. Aber wir müssen davon ausgehen, dass sie an Geschwindigkeit zunehmen, sonst würden sie sich nicht voneinander entfernen. Der Raum könnte sich so weit ausdehnen, wie er will, aber wenn die Objekte nicht schneller werden, bewegen sie sich nicht voneinander weg, der Raum dehnt sich nur um sie herum aus.
@SSpoke: Wenn Sie nicht verstehen können, wie wir messen, dass sich Objekte ständig weiter von uns entfernen, werfen Sie einen Blick auf Redshift . Und du machst es richtig. Ja... Die Zunahme der Geschwindigkeit von Objekten in alle Richtungen (wir schauen hinaus) impliziert einfach die Expansion des Universums ;-)
Dunkle Energie, die sich rund um ein Objekt ausbreitet, ist etwas einfacher zu visualisieren. Ich schätze, wenn sich dunkle Energie um jedes einzelne Objekt im Raum herum ausdehnt, drückt sie alles auseinander. Der Schlüssel ist, dass es Energie ist, also kann es eine Kraft auf Masse ausüben. Leerer Raum ohne Schwerkraft kann keine Kraft auf Masse ausüben, daher ist es Unsinn zu sagen, dass sich der Raum ausdehnt. Es ist einfacher anzunehmen, dass der Raum unendlich ist und die Objekte sich einfach alle voneinander entfernen, weil dunkle Energie sie im Raum auseinanderdrückt.
@SSpoke: Nun, wir wissen nicht, ob diese dunkle Energie das Einzige ist, was die Expansion des Universums verursacht. Als eingebaute Eigenschaft des Raums interagiert es mit der Schwerkraft, wodurch sich der Raum ausdehnt. Es gibt viele gute Artikel, die diese erstaunliche Eigenschaft der dunklen Energie erklären. Nehmen Sie zum Beispiel den Artikel der NASA . Ich bin raus ;-)
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