Widersetzt sich die Schwerkraft der Expansion des Universums?

Die Ausdehnung hängt von der Masse ab

Ja, der Weltraum dehnt sich in Regionen mit weniger Materie stärker aus – tatsächlich wurde dies als alternative Erklärung zur dunklen Energie als Ursache der beobachteten beschleunigten Expansion vorgeschlagen: Wenn wir uns zufällig in der Nähe des Zentrums einer „ kosmischen Leere “ befinden , dann dehnt sich der nahe Raum schneller aus als der ferne Raum, und da der nahe Raum der jüngsten Zeit entspricht, würde dies als kürzlich beschleunigte Expansion interpretiert werden. Diese Idee war vor etwa zehn Jahren populär (z. B. Conley et al. 2007 ; Wiltshire 2008 ), ist aber meines Wissens nicht mehr so ​​heiß.

Ebenso dehnt sich der Raum in Regionen mit mehr Materie weniger aus. Tatsächlich dehnt sich der Weltraum auf Skalen so klein wie Galaxien und sogar Galaxiengruppen überhaupt nicht aus. Die Schwerkraft verhindert, dass sich Galaxien ausdehnen, und hält Galaxien nahe beieinander davon ab, sich zurückzuziehen. Auf noch kleineren Skalen halten elektromagnetische (und nukleare) Kräfte Objekte wie Sterne, Planeten und Fahrräder davon ab, sich auszudehnen.

Ausdehnung ist körperlich

Aus diesem Grund dehnt sich der Raum zwischen zwei Sternen nicht aus. Um Ihre Frage zu beantworten, betrachten wir stattdessen zwei Galaxien , die Millionen von Lichtjahren voneinander entfernt sind. Grundsätzlich können wir jedoch kein Lineal dazwischen stellen und zusehen, wie es sich ausdehnt. Elektromagnetische Kräfte würden versuchen , es zusammenzuhalten, scheitern und das Lineal würde brechen.

Warum ist das? Stellen Sie sich ein starres Lineal vor, ein Megaparsec lang (dh 3,26 Millionen Lichtjahre). Da ist die Hubble-Konstante$H_0 \simeq 70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$, die Region am anderen Ende des Lineals tritt bei zurück$70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$. Das heißt, der Raum "zieht" die beiden Enden des Lineals voneinander weg$70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$. Wenn das Lineal nicht bricht, sieht ein lokaler Beobachter das Ende des Lineals mit hoher Geschwindigkeit vorbeisausen.

Vielleicht gelingt es Ihnen, eine Rute zu konstruieren, die dieser Belastung standhält. Wenn ich ein Festkörperphysiker wäre, könnte ich vielleicht die maximal mögliche Länge eines Stabs bei einem optimalen Material berechnen, aber ich bin es nicht. Aber der Punkt ist, dass, egal welches Material Sie sich einfallen lassen, es nicht einmal praktisch unmöglich ist, es beliebig lang zu machen, sondern "theoretisch" unmöglich. Es gibt eine grundsätzliche Grenze für die Länge eines physikalischen Lineals, nämlich die Länge, die dem Abstand entspricht, um den sich zwei Raumregionen mit Lichtgeschwindigkeit zurückziehen, d. h$d = c/H_0 = 4400\,\mathrm{Mpc}$, oder$14.4\,\mathrm{Glyr}$. Wenn das Lineal länger wäre und nicht brechen würde, würde ein lokaler Beobachter das Ende schneller als mit Lichtgeschwindigkeit vorbeiziehen sehen, was nicht möglich ist.

Zum Glück gibt es andere Möglichkeiten, Entfernungen zu messen, zB durch " Standardkerzen ". Und ja, wenn Sie den physikalischen Abstand zwischen den beiden Galaxien zu zwei verschiedenen Zeitpunkten messen, wird er sich zwischenzeitlich physikalisch vergrößert haben.

(Sie können sich auch vorstellen, den Raum durch Magie "einzufrieren", indem Sie 1-Meter-Stäbe auslegen. In diesem Fall benötigen Sie beim zweiten Mal mehr Stäbe.)