Gibt es Möglichkeiten, die Größe des "ganzen Universums" abzuschätzen?

Mir fehlen die Worte, aber mit "gesamtes Universum" (glaube ich) meine ich alles, was räumlich mit dem beobachtbaren Universum im herkömmlichen Sinne verbunden ist. Wenn es einen besseren Begriff dafür gibt, lass es mich wissen!

Ich war überrascht, als ich herausfand, dass Theorien und Messungen über den Urknall sich hauptsächlich auf die Größe des beobachtbaren Universums durch Expansion zu beziehen scheinen und, wenn ich das richtig verstehe, nicht viel über die Größe des gesamten Universums aussagen.

Habe ich das richtig verstanden? Gibt es überhaupt Möglichkeiten, die Größe des gesamten Universums abzuschätzen ? Bedeutet der Begriff überhaupt etwas?

Sehen Sie sich die hervorragende Antwort von @RobJeffries auf Wann wird die Anzahl der Sterne maximal sein? und der Kommentar von @ Accumulation für Hintergrundinformationen zu dieser Frage.

Wenn Sie etwas nicht beobachten können, können Sie es sicherlich nicht messen, und wenn Sie keine relevanten Messungen durchführen können, können Sie keine Theorie überprüfen. Ohne Daten, auf denen Sie eine Theorie aufbauen können, tun Sie nicht viel mehr, als eine ausgefeilte Vermutung anzustellen.
@StephenG In der Wissenschaft können wir eine Art von Daten verwenden , um eine Theorie zu formulieren, die eine andere Art von Daten vorhersagt . Ich denke, es gibt zahlreiche Beispiele für Vorhersagen, die Messungen vorausgehen. Die Allgemeine Relativitätstheorie und all ihre Implikationen könnten ein gutes Beispiel dafür sein. "Wir können es nicht messen, also können wir es nicht vorhersagen oder sogar schätzen" ist eine zu starke Vereinfachung.
Leider haben sich viele Theorien als falsch herausgestellt, weil spätere Messungen sie widerlegen. Für jede Theorie, die sich als richtig erwiesen hat (oder genauer gesagt innerhalb eines akzeptablen Fehlers richtig ist), gibt es viele, viele mehr, die vollkommen vernünftig klangen, sich aber als sie schließlich überprüfbar waren, als falsch erwiesen. Vorhersagen allein reichen nicht aus.
@StephenG Ich habe nicht nach "richtigen Theorien" gefragt. Tatsächlich glaube ich nicht, dass es so etwas gibt. Normalerweise gibt es Theorien, die zu funktionieren scheinen, und solche, die das nicht tun. Hier in meiner Frage habe ich jedoch nur gefragt: "Gibt es überhaupt Möglichkeiten, zu versuchen, zu schätzen ..."
Die Haupteinschränkung besteht darin, dass das derzeitige Verständnis dies außerhalb des Bereichs der Physik darstellt. Ich denke, der richtige Begriff ist nicht falsifizierbar . Die Kosmologie hat in der Tat einen Sonderstatus, über eine Grenze hinaus kann sie nicht gehen. Die philosophischen Fragen immer Raum geben wird.
@Alchimista Ich denke, das ist ein sehr guter Punkt. Ich denke auch, dass dies eine nette zusätzliche Antwort wäre, damit die Leser sie eher sehen.

Antworten (2)

tl; dr Das Universum ist wahrscheinlich unendlich, aber wenn das der Fall ist, ist es unmöglich zu überprüfen. Wenn das Universum endlich und klein genug ist und die globale Krümmung gleich der Krümmung unseres beobachtbaren Universums ist, können wir seine Größe abschätzen.

Wenn die globale Krümmung des Universums nicht positiv ist, dann ist die Größe des Universums unendlich (und sie war seit Anbeginn der Zeit beim Urknall immer unendlich), vorausgesetzt, die Topologie des Universums ist trivial.

Messungen des beobachtbaren Universums zeigen, dass die Krümmung null (was ein flaches Universum ergibt) oder sogar negativ sein kann; wenn die Krümmung positiv ist, dann ist ihr Wert sehr klein. Wir gehen davon aus, dass das beobachtbare Universum typisch für das gesamte Universum ist, aber das ist natürlich unmöglich zu überprüfen.

Wikipedia sagt das

Experimentelle Daten aus verschiedenen unabhängigen Quellen (z. B. WMAP, BOOMERanG und Planck) bestätigen, dass das beobachtbare Universum flach ist und nur eine Fehlerquote von 0,4 % aufweist.

[...]

Die neueste Forschung zeigt, dass selbst die leistungsstärksten zukünftigen Experimente (wie SKA, Planck ...) nicht in der Lage sein werden, zwischen einem flachen, offenen und geschlossenen Universum zu unterscheiden, wenn der wahre Wert des kosmologischen Krümmungsparameters kleiner ist als 10 − 4 . Wenn der wahre Wert des kosmologischen Krümmungsparameters größer ist als 10 − 3 Wir werden schon jetzt zwischen diesen drei Modellen unterscheiden können.

Selbst wenn also das gesamte Universum eine positive Krümmung hat , ist es viel größer als das beobachtbare Universum, vorausgesetzt, unser beobachtbares Universum ist kein ungewöhnlich flacher Fleck.

Laut Wie groß ist das gesamte Universum? von Ethan Siegel, wenn die Krümmung positiv ist, dann beträgt der Durchmesser des gesamten Universums mindestens 14 Billionen Lichtjahre, aber dieser Artikel stammt aus dem Jahr 2012, neuere Berechnungen könnten einen größeren Wert ergeben.

Das tl;dr ist sehr hilfreich, danke! Ich bin kein Kosmologe und daher ist es hilfreich, einen Leitfaden zu haben, wohin die Erklärung gehen wird, bevor ich eintauche, und ich bin sicher, dass es auch für einige zukünftige Leser hilfreich sein wird!
Ah, das war mir nicht aufgefallen! Vielleicht ist das eher Schach als Logik ;-)
omg Physics SE ist ein ganz anderes Universum. Es ist ein ängstlicher Ort, aber viel besser als vor einigen Jahren. Es gab ein "Ding", und es hat sich seitdem verbessert. Ich denke, es gibt sehr unterschiedliche Möglichkeiten, mit Websites mit niedriger Fragerate und Websites mit hoher Fragerate umzugehen. Statistiken : Physik: 92/Tag, Astronomie: 5/Tag Ich persönlich denke, dass Physics SE aufgelöst werden sollte, langsameres Q/Tag senkt die Angst und das ist besonders nützlich, um neue Benutzer zu ermutigen, bei der Seite zu bleiben und mit ihr zu wachsen. SO ist noch ein ganz 'nother 'nother, befindet sich aber zum Glück auch in "Angst-Recovery".
@uhoh Wenn das OP diese Mondfrage klärt oder zumindest Feedback gibt , werde ich dafür stimmen, sie wieder zu öffnen.
ja hört sich gut an!
Wie können Astronomen die negative Krümmung des beobachtbaren Universums messen? Ist es nicht möglich, dass das beobachtbare Universum ein so extrem kleiner Teil des gesamten Universums ist, dass es flach aussieht? Genauso wie es kleine Orte auf der Erde gibt, an denen wir eine Krümmung von Null messen würden, obwohl die Erde eine Kugel ist. Stellen Sie sich den Raum wie die Oberfläche eines sich ausdehnenden Ballons vor, wo Sie, wenn Sie schneller reisen als sich die Geschwindigkeit des Universums ausdehnt, und niemals den Flugkurs ändern, genau an der gleichen Stelle enden könnten, an der Sie begonnen haben, erscheint mir praktischer, als sich unendlich ausdehnenden Raum vorzustellen.
@David Der verlinkte Wikipedia-Artikel beschreibt, wie die globale Krümmung gemessen wird. Ja, es ist durchaus möglich, dass der Krümmungsradius so groß ist, dass die Krümmung nicht erkannt werden kann, oder dass wir zufällig in einer ungewöhnlich flachen Region leben. Wie Ethan Siegel erklärt, beträgt der Krümmungsradius mindestens das 150-fache des Radius des beobachtbaren Universums. Selbst ohne Expansion würde das „Umrunden“ eines positiv gekrümmten Universums mit nahezu Lichtgeschwindigkeit Billionen von Jahren dauern.

Bisher beruhen unsere Schätzungen der Größe des Universums eher auf dem, was erwartet wird (dh auf Berechnungen), als auf dem, was wir sehen. Aber es gibt mehrere Probleme.

Alter des Universums

Wir sind uns ziemlich sicher über das Alter des Universums, 13,8 Milliarden Jahre, und die Zeit, als das erste Licht emittiert wurde. Dies gibt uns eine relativ gute Vorstellung von der Größe des Universums, da wir davon ausgehen, dass der äußerste Rand unseres Universums das Licht ist, das es bisher ausgestrahlt hat, das nach außen gegangen ist und nie etwas getroffen hat .

Unter der Annahme einer perfekten Kugel, auch bekannt als perfektes euklidisches Universum (was es nicht ist), dann würden Sie denken, dass das Universum eine Kugel mit einem Radius von etwa 13,8 Milliarden Lichtjahren ist und seine Größe daher wäre:

S ich z e u N ich v e R S e = 4 π × R 3 3

Mit r = 13,8 Milliarden Lichtjahren.

Hubble Discovery: Expansion des Universums

Nur wir wissen, dass sich unser Universum ausdehnt, und nichts sagt, dass es aufhören wird, sich auszudehnen. Dies wirkt sich auf die Größe des Universums aus. Leider können wir, wenn wir uns im Kosmos umsehen, die Expansion nicht sehen. Wir folgerten es aufgrund dessen, was wir Rotverschiebung nennen. Die meisten weit entfernten Galaxien entfernen sich von uns, je weiter sie entfernt sind, desto länger ist die Wellenlänge ihres Lichts.

Auch die Geschwindigkeit, mit der die Expansion erfolgt, ist noch nicht in Stein gemeißelt. Daher streiten sich viele über die aktuelle Größe des Universums.

Gibt es einen Horizont?

Ein Problem, das wir derzeit haben, ist das Gewicht des beobachtbaren Universums. Wir haben ein Gewicht berechnet, das viel höher ist als das, was wir sehen ... also haben wir Black Matter hinzugefügt. Materie, die wir nicht sehen können, weil sie keinerlei Strahlung aussendet und kein geringes Gewicht hat: 85 % des errechneten Gewichts fehlen!

Eine andere Theorie in dieser Hinsicht ist die Möglichkeit, dass die Expansion des Universums bereits den größten Teil des sichtbaren Universums über den Horizont verschoben hat.

Wenn man an den Ozean geht und auf das Wasser schaut, sieht man irgendwann den Rand der Erde. Dies wird der Horizont genannt. Was auch immer sich hinter dieser Linie befindet, Sie können es nicht sehen, es sei denn, Sie gehen in Richtung Horizont (wenn wir das Universum beobachten, bleiben wir jedoch in unserem Sonnensystem ...) Bei einer solchen Größe dehnt sich das Universum schneller aus als die Geschwindigkeit von Licht. So Licht über dem Horizont wird uns niemals erreichen, weil es nicht schneller sein kann als die Erweiterung.

Eine weitere Theorie, die schwer zu beweisen sein wird ...

Begrenzte Größe?

In diesen Tagen kursiert ein lustiges Wort: Weltumsegelung. Das ist, als würde Pacman auf der linken Seite des Bildschirms ausgehen, um auf der rechten Seite wieder aufzutauchen. Es gibt Theorien, die bisher widerlegt wurden, dass das Universum endlich wäre und dass Dinge, die in eine Richtung gehen, auf der anderen Seite wieder auftauchen. (Wenn ich richtig liege, hängt dies direkt mit der Stringtheorie zusammen.)

Ich denke, einige Leute denken, dass dies großartig gewesen wäre, da dies bedeuten würde, dass unser Universum eine bestimmte Größe hat und Dinge immer da sein werden. Sie schweben einfach und gehen herum, kommen zurück, wo sie waren ... in einer Endlosschleife.

Bisher konnten wir kein Licht von Galaxien aus der entgegengesetzten Richtung sehen. Das steht auch ziemlich im Widerspruch zu der Möglichkeit eines Horizon.

Ich persönlich denke auch, dass dies im Widerspruch zur Expansionstheorie steht. Wenn das Universum eine begrenzte Größe hätte, wie könnte es sich dann auch ausdehnen?

Also, was ist die Größe?

Wir berechnen tatsächlich eine Größe aus dem, was wir mit einem Radius von 46,5 Milliarden Lichtjahren beobachten können. Dies gibt uns eine Schätzung von

3.57 × 10 80 M 3

Diese Größe berücksichtigt unsere beste Schätzung der Rotverschiebung.

Für weitere Details darüber, wie die Größe berechnet wird, würde ich vorschlagen, den Abschnitt Größe des beobachtbaren Universums auf Wikipedia zu lesen.

Nun, ich habe etwas kürzeres empfohlen , aber okay, danke!
@uhoh, ich weiß. Ich konnte einfach nicht verstehen, wie ich ohne angemessene Erklärungen auf die Antwort kommen sollte ...
Gibt es Möglichkeiten, die Größe des "ganzen Universums" abzuschätzen?
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