Die Größe des Universums. Dimensionen und Grenzen des Universums Sichtbares Universum und seine Dimensionen

Die Portalseite ist eine Informationsquelle, auf der Sie viel nützliches und interessantes Wissen rund um den Weltraum erhalten können. Zunächst werden wir über unser und andere Universen sprechen Himmelskörper, Schwarze Löcher und Phänomene in den Tiefen des Weltraums.

Die Gesamtheit von allem, was existiert, Materie, einzelne Teilchen und der Raum zwischen diesen Teilchen, wird Universum genannt. Nach Angaben von Wissenschaftlern und Astrologen beträgt das Alter des Universums etwa 14 Milliarden Jahre. Die Größe des sichtbaren Teils des Universums beträgt etwa 14 Milliarden Lichtjahre. Und einige behaupten, dass sich das Universum über 90 Milliarden Lichtjahre erstreckt. Der Einfachheit halber ist es üblich, bei der Berechnung solcher Entfernungen den Parsec-Wert zu verwenden. Ein Parsec entspricht 3,2616 Lichtjahren, das heißt, ein Parsec ist die Entfernung, über die der durchschnittliche Radius der Erdumlaufbahn in einem Winkel von einer Bogensekunde betrachtet wird.

Mit diesen Indikatoren können Sie die kosmische Entfernung von einem Objekt zum anderen berechnen. Beispielsweise beträgt die Entfernung unseres Planeten zum Mond 300.000 km oder 1 Lichtsekunde. Folglich erhöht sich dieser Abstand zur Sonne auf 8,31 Lichtminuten.

Im Laufe der Geschichte haben Menschen versucht, Rätsel rund um den Weltraum und das Universum zu lösen. In den Artikeln auf der Portalseite erfahren Sie nicht nur etwas über das Universum, sondern auch über die Moderne wissenschaftliche Ansätze zu seinem Studium. Alle Materialien basieren auf den fortschrittlichsten Theorien und Fakten.

Es sollte beachtet werden, dass das Universum umfasst große Nummer den Menschen bekannt verschiedene Objekte. Die bekanntesten davon sind Planeten, Sterne, Satelliten, Schwarze Löcher, Asteroiden und Kometen. Über die Planeten auf dieser Moment vor allem verständlich, da wir auf einem von ihnen leben. Einige Planeten haben ihre eigenen Satelliten. Die Erde hat also ihren eigenen Satelliten – den Mond. Außer unserem Planeten gibt es noch acht weitere, die sich um die Sonne drehen.

Es gibt viele Sterne im Weltraum, aber jeder von ihnen ist anders. Sie haben unterschiedliche Temperaturen, Größen und Helligkeiten. Da alle Sterne unterschiedlich sind, werden sie wie folgt klassifiziert:

Weiße Zwerge;

Riesen;

Überriesen;

Neutronensterne;

Quasare;

Pulsare.

Der dichteste Stoff, den wir kennen, ist Blei. Auf einigen Planeten kann die Dichte ihrer Substanz tausende Male höher sein als die Dichte von Blei, was für Wissenschaftler viele Fragen aufwirft.

Alle Planeten drehen sich um die Sonne, aber auch sie steht nicht still. Sterne können sich zu Clustern zusammenschließen, die wiederum um ein uns noch unbekanntes Zentrum kreisen. Diese Cluster werden Galaxien genannt. Unsere Galaxie heißt Milchstraße. Alle bisher durchgeführten Studien deuten darauf hin, dass der Großteil der Materie, die Galaxien erzeugen, für den Menschen bislang unsichtbar ist. Aus diesem Grund wurde es Dunkle Materie genannt.

Die Zentren der Galaxien gelten als die interessantesten. Einige Astronomen glauben, dass das mögliche Zentrum der Galaxie ein Schwarzes Loch ist. Dies ist ein einzigartiges Phänomen, das als Ergebnis der Entwicklung eines Sterns entsteht. Aber im Moment sind das alles nur Theorien. Experimente durchzuführen oder solche Phänomene zu untersuchen ist noch nicht möglich.

Neben Galaxien enthält das Universum Nebel (interstellare Wolken aus Gas, Staub und Plasma), kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die den gesamten Raum des Universums durchdringt, und viele andere wenig bekannte und sogar völlig unbekannte Objekte.

Zirkulation des Äthers des Universums

Symmetrie und Gleichgewicht materieller Phänomene sind das Hauptprinzip der strukturellen Organisation und Interaktion in der Natur. Darüber hinaus in allen Formen: Sternplasma und Materie, Welt und freigesetzte Äther. Die ganze Essenz solcher Phänomene liegt in ihren Wechselwirkungen und Transformationen, die größtenteils durch den unsichtbaren Äther repräsentiert werden. Sie wird auch Reliktstrahlung genannt. Dabei handelt es sich um kosmische Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich mit einer Temperatur von 2,7 K. Man geht davon aus, dass dieser schwingende Äther die grundlegende Grundlage für alles ist, was das Universum erfüllt. Die Anisotropie der Ätherverteilung hängt mit den Richtungen und der Intensität seiner Bewegung in verschiedenen Bereichen des unsichtbaren und sichtbaren Raums zusammen. Die ganze Schwierigkeit des Studiums und der Forschung ist durchaus vergleichbar mit den Schwierigkeiten, turbulente Prozesse in Gasen, Plasmen und flüssigen Stoffen zu untersuchen.

Warum glauben viele Wissenschaftler, dass das Universum mehrdimensional ist?

Nach der Durchführung von Experimenten in Labors und im Weltraum selbst wurden Daten gewonnen, die darauf schließen lassen, dass wir in einem Universum leben, in dem der Standort jedes Objekts durch Zeit und drei Raumkoordinaten charakterisiert werden kann. Aus diesem Grund entsteht die Annahme, dass das Universum vierdimensional ist. Einige Wissenschaftler entwickeln jedoch Theorien über Elementarteilchen und Quantengravitation Vielleicht kommt man zu dem Schluss, dass die Existenz einer großen Anzahl von Dimensionen einfach notwendig ist. Einige Modelle des Universums schließen nicht bis zu 11 Dimensionen aus.

Es sollte berücksichtigt werden, dass die Existenz eines mehrdimensionalen Universums mit hochenergetischen Phänomenen möglich ist – Schwarze Löcher, der Urknall, Explosionen. Zumindest ist dies eine der Ideen führender Kosmologen.

Das Modell des expandierenden Universums basiert auf der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es wurde vorgeschlagen, die Rotverschiebungsstruktur angemessen zu erklären. Die Expansion begann zeitgleich mit dem Urknall. Seinen Zustand verdeutlicht die Oberfläche eines aufgeblasenen Gummiballs, auf den Punkte – extragalaktische Objekte – aufgetragen wurden. Wenn ein solcher Ball aufgeblasen wird, entfernen sich alle seine Spitzen voneinander, unabhängig von der Position. Der Theorie zufolge kann sich das Universum entweder unbegrenzt ausdehnen oder zusammenziehen.

Baryonische Asymmetrie des Universums

Der deutliche Anstieg der Zahl der Elementarteilchen gegenüber der gesamten Zahl der im Universum beobachteten Antiteilchen wird als Baryonenasymmetrie bezeichnet. Zu den Baryonen zählen Neutronen, Protonen und einige andere kurzlebige Elementarteilchen. Dieses Missverhältnis entstand im Zeitalter der Vernichtung, nämlich drei Sekunden nach dem Urknall. Bis zu diesem Zeitpunkt entsprachen die Anzahl der Baryonen und Antibaryonen einander. Bei der Massenvernichtung elementarer Antiteilchen und Teilchen schlossen sich die meisten von ihnen zu Paaren zusammen und verschwanden, wodurch elektromagnetische Strahlung entstand.

Age of the Universe auf der Portal-Website

Moderne Wissenschaftler gehen davon aus, dass unser Universum etwa 16 Milliarden Jahre alt ist. Schätzungen zufolge dürfte das Mindestalter 12 bis 15 Milliarden Jahre betragen. Das Minimum wird von den ältesten Sternen unserer Galaxie abgestoßen. Sein tatsächliches Alter kann nur mit dem Hubble-Gesetz bestimmt werden, aber real bedeutet nicht genau.

Sichthorizont

Eine Kugel mit einem Radius, der der Entfernung entspricht, die das Licht während der gesamten Existenz des Universums zurücklegt, wird als Sichtbarkeitshorizont bezeichnet. Die Existenz eines Horizonts ist direkt proportional zur Expansion und Kontraktion des Universums. Entsprechend Kosmologisches Modell Laut Friedman begann sich das Universum vor etwa 15 bis 20 Milliarden Jahren aus einer einzigen Entfernung auszudehnen. Während der gesamten Zeit legt das Licht im expandierenden Universum eine Reststrecke zurück, nämlich 109 Lichtjahre. Aus diesem Grund kann jeder Beobachter zum Zeitpunkt t0 nach Beginn des Expansionsprozesses nur einen kleinen, durch eine Kugel begrenzten Teil beobachten, der zu diesem Zeitpunkt den Radius I hat. Die Körper und Objekte, die sich zu diesem Zeitpunkt außerhalb dieser Grenze befinden, sind: grundsätzlich nicht beobachtbar. Das von ihnen reflektierte Licht hat einfach keine Zeit, den Betrachter zu erreichen. Dies ist selbst dann nicht möglich, wenn das Licht zu Beginn des Expansionsprozesses ausging.

Aufgrund der Absorption und Streuung im frühen Universum konnten sich Photonen aufgrund der hohen Dichte nicht in einer freien Richtung ausbreiten. Daher kann ein Beobachter nur die Strahlung erkennen, die in der Ära des strahlungstransparenten Universums auftrat. Diese Epoche wird durch die Zeit t»300.000 Jahre, die Dichte der Substanz r»10-20 g/cm3 und den Zeitpunkt der Wasserstoffrekombination bestimmt. Aus all dem folgt, dass der Rotverschiebungswert für sie umso größer ist, je näher die Quelle in der Galaxie liegt.

Urknall

Der Moment, in dem das Universum begann, wird Urknall genannt. Dieses Konzept basiert auf der Tatsache, dass es zunächst einen Punkt (Singularitätspunkt) gab, in dem alle Energie und alle Materie vorhanden waren. Als Grundlage des Merkmals wird die hohe Dichte der Materie angesehen. Was vor dieser Singularität geschah, ist unbekannt.

Es gibt keine genauen Informationen über die Ereignisse und Bedingungen, die zum Zeitpunkt von 5*10-44 Sekunden (dem Zeitpunkt des Endes des 1. Zeitquantums) eingetreten sind. Aus physikalischer Sicht kann man damals nur davon ausgehen, dass die Temperatur damals etwa 1,3 * 1032 Grad betrug und die Materiedichte etwa 1096 kg/m 3 betrug. Diese Werte sind die Grenzen für die Anwendung vorhandener Ideen. Sie entstehen durch den Zusammenhang zwischen der Gravitationskonstante, der Lichtgeschwindigkeit, der Boltzmann- und der Planck-Konstante und werden „Planck-Konstanten“ genannt.

Die Ereignisse, die mit 5*10-44 bis 10-36 Sekunden verbunden sind, spiegeln das Modell des „inflationären Universums“ wider. Der Moment von 10-36 Sekunden wird als Modell des „heißen Universums“ bezeichnet.

Im Zeitraum von 1-3 bis 100-120 Sekunden bildeten sich Heliumkerne und eine kleine Anzahl Kerne der restlichen Lunge chemische Elemente. Von diesem Moment an begann sich im Gas ein Verhältnis auszubilden: Wasserstoff 78 %, Helium 22 %. Vor einer Million Jahren begann die Temperatur im Universum auf 3.000–45.000 K zu sinken, und das Zeitalter der Rekombination begann. Zuvor begannen freie Elektronen, sich mit leichten Protonen zu verbinden Atomkerne. Helium- und Wasserstoffatome sowie eine kleine Anzahl von Lithiumatomen tauchten auf. Die Substanz wurde transparent und die noch heute beobachtete Strahlung wurde von ihr abgekoppelt.

Die nächsten Milliarden Jahre der Existenz des Universums waren durch einen Temperaturabfall von 3000-45000 K auf 300 K gekennzeichnet. Wissenschaftler nannten diesen Zeitraum für das Universum das „Dunkle Zeitalter“, da es noch keine Quellen elektromagnetischer Strahlung gab erschien. Im gleichen Zeitraum verdichtete sich die Heterogenität des Ausgangsgasgemisches durch den Einfluss der Gravitationskräfte. Nachdem sie diese Prozesse am Computer simuliert hatten, stellten Astronomen fest, dass dies irreversibel zur Entstehung von Riesensternen führte, die die Masse der Sonne um ein Millionenfaches übertrafen. Aufgrund ihrer Masse erhitzten sich diese Sterne auf unglaublich hohe Temperaturen und entwickelten sich über einen Zeitraum von mehreren zehn Millionen Jahren, bevor sie als Supernovae explodierten. Durch die Erhitzung auf hohe Temperaturen erzeugten die Oberflächen solcher Sterne starke Ströme ultravioletter Strahlung. Damit begann eine Zeit der Reionisierung. Das durch solche Phänomene entstandene Plasma begann, elektromagnetische Strahlung in ihren spektralen Kurzwellenbereichen stark zu streuen. In gewisser Weise begann das Universum in einen dichten Nebel zu versinken.

Diese riesigen Sterne waren die ersten Quellen im Universum für chemische Elemente, die viel schwerer als Lithium sind. Begann sich zu formen Weltraumobjekte 2. Generation, die die Kerne dieser Atome enthielt. Diese Sterne entstanden aus Mischungen schwerer Atome. Es kam zu einer wiederholten Art der Rekombination der meisten Atome intergalaktischer und interstellarer Gase, was wiederum zu einer neuen Transparenz des Raums für elektromagnetische Strahlung führte. Das Universum ist genau das geworden, was wir jetzt beobachten können.

Beobachtbare Struktur des Universums auf dem Website-Portal

Der beobachtete Teil ist räumlich inhomogen. Die meisten Galaxienhaufen und einzelnen Galaxien bilden ihre Zell- oder Wabenstruktur. Sie bauen Zellwände auf, die einige Megaparsec dick sind. Diese Zellen werden „Leerräume“ genannt. Sie zeichnen sich durch eine große Größe von mehreren zehn Megaparsec aus und enthalten gleichzeitig keine Substanzen mit elektromagnetische Strahlung. Der Hohlraum macht etwa 50 % des Gesamtvolumens des Universums aus.

Wenn sie über die Größe des Universums sprechen, meinen sie normalerweise lokales Fragment des Universums (Universum), die unserer Beobachtung zur Verfügung steht.

Dies ist das sogenannte beobachtbare Universum – der für uns von der Erde aus sichtbare Bereich des Weltraums.

Und da das Universum etwa 13.800.000.000 Jahre alt ist, sehen wir, egal in welche Richtung wir schauen, Licht, das 13,8 Milliarden Jahre brauchte, um uns zu erreichen.

Auf dieser Grundlage ist es logisch anzunehmen, dass das beobachtbare Universum einen Durchmesser von 13,8 x 2 = 27.600.000.000 Lichtjahren haben sollte.

Aber das ist nicht so! Denn mit der Zeit dehnt sich der Raum aus. Und jene fernen Objekte, die vor 13,8 Milliarden Jahren Licht aussendeten, sind in dieser Zeit noch weiter geflogen. Heute sind sie bereits mehr als 46,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Wenn wir das verdoppeln, kommen wir auf 93 Milliarden Lichtjahre.

Somit beträgt der tatsächliche Durchmesser des beobachtbaren Universums 93 Milliarden Lichtjahre. Jahre.

Eine visuelle (in Form einer Kugel) Darstellung der dreidimensionalen Struktur des beobachtbaren Universums, sichtbar von unserer Position (dem Mittelpunkt des Kreises).

weiße Linien Die Grenzen des beobachtbaren Universums sind angegeben.
Lichtflecken- Dies sind Ansammlungen von Galaxienhaufen – Superhaufen – die größten bekannten Strukturen im Weltraum.
Maßstabsleiste: eine Division oben ist 1 Milliarde Lichtjahre, unten - 1 Milliarde Parsec.
Unser Haus (im Zentrum) Hier als Virgo-Superhaufen bezeichnet, handelt es sich um ein System, das Zehntausende Galaxien umfasst, darunter auch unsere eigene, die Milchstraße.

Eine anschaulichere Vorstellung vom Ausmaß des beobachtbaren Universums vermittelt das folgende Bild:

Karte der Position der Erde im beobachtbaren Universum – eine Serie von acht Karten

von links nach rechts oberste Reihe: Erde – Sonnensystem – Nächste Sterne – Milchstraße, Galaxie, untere Reihe: Lokale Galaxiengruppe – Virgo-Haufen – Lokaler Superhaufen – Beobachtbares Universum.

Um besser zu spüren und zu erkennen, welche kolossalen Ausmaße mit unseren irdischen Vorstellungen nicht zu vergleichen sind, wir reden über, einen Blick wert vergrößertes Bild dieses Diagramms V Medienbetrachter .

Was können Sie über das gesamte Universum sagen? Die Größe des gesamten Universums (Universum, Metaversum) ist vermutlich viel größer!

Aber wie dieses gesamte Universum aussieht und wie es aufgebaut ist, bleibt uns ein Rätsel ...

Was ist mit dem Zentrum des Universums? Das beobachtbare Universum hat ein Zentrum – wir sind es! Wir befinden uns im Zentrum des beobachtbaren Universums, weil das beobachtbare Universum einfach eine Region des Weltraums ist, die für uns von der Erde aus sichtbar ist.

Und so wie wir von einem hohen Turm aus eine kreisförmige Fläche sehen, deren Mittelpunkt beim Turm selbst liegt, sehen wir auch einen Raumbereich, dessen Mittelpunkt vom Betrachter entfernt liegt. Genauer gesagt ist jeder von uns das Zentrum seines eigenen beobachtbaren Universums.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass wir uns im Zentrum des gesamten Universums befinden, ebenso wie der Turm keineswegs der Mittelpunkt der Welt ist, sondern nur der Mittelpunkt des von ihm aus sichtbaren Teils der Welt – bis zum Horizont .

Das Gleiche gilt für das beobachtbare Universum.

Wenn wir in den Himmel schauen, sehen wir Licht, das 13,8 Milliarden Jahre von Orten zu uns gereist ist, die bereits 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.

Wir sehen nicht, was jenseits dieses Horizonts liegt.

Anweisungen

„Der Abgrund hat sich geöffnet und ist voller Sterne; „Die Sterne haben keine Zahl, der Abgrund hat seinen Grund“, schrieb der brillante russische Wissenschaftler Michail Wassiljewitsch Lomonossow in einem seiner Gedichte. Dies ist eine poetische Aussage über die Unendlichkeit des Universums.

Das „Seinsalter“ des beobachtbaren Universums beträgt etwa 13,7 Milliarden irdische Jahre. Licht, das von fernen Galaxien „vom Rand der Welt“ kommt, braucht mehr als 14 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen. Es stellt sich heraus, dass die diametralen Abmessungen des Universums berechnet werden können, wenn etwa 13,7 mit zwei multipliziert wird, also 27,4 Milliarden Lichtjahre. Die radiale Größe des Kugelmodells beträgt etwa 78 Milliarden Lichtjahre und der Durchmesser 156 Milliarden Lichtjahre. Dies ist einer der letzte Version Amerikanische Wissenschaftler, das Ergebnis langjähriger astronomischer Beobachtungen und Berechnungen.

Im beobachtbaren Universum gibt es 170 Milliarden Galaxien wie unsere. Unseres scheint sich im Zentrum einer riesigen Kugel zu befinden. Von den am weitesten entfernten Weltraumobjekten ist ein Reliktlicht sichtbar – aus Sicht der Menschheit uralt. Dringt man sehr tief in das Raum-Zeit-System ein, kann man die Jugend des Planeten Erde erkennen.

Es gibt eine endliche Grenze für das Alter leuchtender Weltraumobjekte, die von der Erde aus beobachtet werden. Nach der Berechnung des Höchstalters, der Kenntnis der Zeit, die das Licht benötigte, um die Distanz von ihnen bis zur Erdoberfläche zurückzulegen, und der Kenntnis der Konstante, der Lichtgeschwindigkeit, ist die Formel S = Vxt (Weg = Geschwindigkeit multipliziert mit der Zeit) bekannt Schon in der Schule bestimmten Wissenschaftler die wahrscheinlichen Dimensionen des beobachtbaren Universums.

Die Darstellung des Universums in Form einer dreidimensionalen Kugel ist nicht die einzige Möglichkeit, ein Modell des Universums zu erstellen. Es gibt Hypothesen, die darauf hindeuten, dass das Universum nicht aus drei, sondern aus einem besteht letzte Zahl Messungen. Es gibt Versionen, dass es wie eine Nistpuppe aus einer unendlichen Anzahl ineinander verschachtelter und voneinander beabstandeter Kugelformationen besteht.

Es wird angenommen, dass das Universum nach verschiedenen Kriterien und unterschiedlichen Koordinatenachsen unerschöpflich ist. Man betrachtete das kleinste Materieteilchen als „Korpuskel“, dann als „Molekül“, dann als „Atom“, dann als „Protonen und Elektronen“ und dann fing man an, von Elementarteilchen zu sprechen, die sich als überhaupt nicht elementar herausstellten , über Quanten, Neutrinos und Quarks... Und niemand wird eine Garantie dafür geben, dass es im nächsten Supermikrominiteilchen der Materie kein anderes Universum gibt. Und umgekehrt – dass das sichtbare Universum nicht nur ein Mikroteilchen der Materie des Super-Mega-Universums ist, dessen Dimensionen sich niemand vorstellen und berechnen kann, sie sind so groß.

Das Universum ist alles, was existiert. Das Universum ist grenzenlos. Daher können wir bei der Diskussion der Größe des Universums nur über die Größe seines beobachtbaren Teils – des beobachtbaren Universums – sprechen.

Das beobachtbare Universum ist eine Kugel mit einem Mittelpunkt auf der Erde (dem Ort des Beobachters) und hat zwei Größen: 1. scheinbare Größe – Hubble-Radius – 13,75 Milliarden Lichtjahre, 2. tatsächliche Größe – Teilchenhorizontradius – 45,7 Milliarden Lichtjahre.

Das moderne Modell des Universums wird auch ΛCDM-Modell genannt. Der Buchstabe „Λ“ bedeutet das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante, die die beschleunigte Expansion des Universums erklärt. „CDM“ bedeutet, dass das Universum mit kalter dunkler Materie gefüllt ist. Aktuelle Studien zeigen, dass die Hubble-Konstante etwa 71 (km/s)/Mpc beträgt, was dem Alter des Universums von 13,75 Milliarden Jahren entspricht. Wenn wir das Alter des Universums kennen, können wir die Größe seiner beobachtbaren Region abschätzen.

Nach der Relativitätstheorie können Informationen über ein Objekt einen Beobachter nicht mit einer Geschwindigkeit erreichen, die größer als die Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 km/s) ist. Es stellt sich heraus, Der Beobachter sieht nicht nur ein Objekt, sondern seine Vergangenheit. Je weiter ein Objekt von ihm entfernt ist, desto ferner blickt es in die Vergangenheit. Wenn wir zum Beispiel den Mond betrachten, sehen wir, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war, die Sonne – vor mehr als acht Minuten, die nächsten Sterne – vor Jahren, Galaxien – vor Millionen von Jahren usw. In Einsteins stationärem Modell hat das Universum keine Altersgrenze, was bedeutet, dass sein beobachtbarer Bereich auch durch nichts begrenzt ist. Der mit immer ausgefeilteren astronomischen Instrumenten ausgerüstete Beobachter wird immer weiter entfernte und antike Objekte beobachten.

Dimensionen des beobachtbaren Universums

Mit dem modernen Modell des Universums haben wir ein anderes Bild. Demnach hat das Universum ein Alter und damit eine Beobachtungsgrenze. Das heißt, seit der Geburt des Universums konnte kein Photon eine Distanz von mehr als 13,75 Milliarden Lichtjahren zurückgelegt haben. Es stellt sich heraus, dass wir sagen können, dass das beobachtbare Universum vom Beobachter auf eine kugelförmige Region mit einem Radius von 13,75 Milliarden Lichtjahren beschränkt ist. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Wir sollten die Ausdehnung des Weltraums nicht vergessen. Wenn das Photon den Beobachter erreicht, ist das Objekt, das es emittiert hat, bereits 45,7 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Diese Größe ist der Horizont der Teilchen, sie ist die Grenze des beobachtbaren Universums.

Wichtig ist, dass diese beiden Horizonte überhaupt nicht die tatsächliche Größe des Universums charakterisieren. Sie hängen zum einen von der Position des Beobachters im Raum ab. Zweitens verändern sie sich im Laufe der Zeit. Im Fall des ΛCDM-Modells dehnt sich der Teilchenhorizont mit einer Geschwindigkeit aus, die größer ist als der Hubble-Horizont. Die Frage ist, ob sich dieser Trend in Zukunft ändern wird. moderne Wissenschaft gibt keine Antwort. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass sich das Universum mit Beschleunigung weiter ausdehnt, werden alle Objekte, die wir jetzt sehen, früher oder später aus unserem „Sichtfeld“ verschwinden.

Derzeit ist das am weitesten entfernte von Astronomen beobachtete Licht . Beim Blick hinein sehen Wissenschaftler das Universum so, wie es 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah. In diesem Moment kühlte sich das Universum so weit ab, dass es freie Photonen aussenden konnte, die heute mit Hilfe von Radioteleskopen nachgewiesen werden. Zu dieser Zeit gab es im Universum weder Sterne noch Galaxien, sondern nur eine kontinuierliche Wolke aus Wasserstoff, Helium und einer unbedeutenden Menge anderer Elemente. Aus den in dieser Wolke beobachteten Inhomogenitäten werden sich anschließend Galaxienhaufen bilden. Es zeigt sich, dass genau die Objekte, die aus Inhomogenitäten der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entstehen, am nächsten zum Teilchenhorizont liegen.

Wirkliche Größe des Universums

Wir haben uns also für die Größe des beobachtbaren Universums entschieden. Aber wie sieht es mit der tatsächlichen Größe des gesamten Universums aus? Die moderne Wissenschaft verfügt nicht über Informationen über die tatsächliche Größe des Universums und darüber, ob es Grenzen hat. Aber die meisten Wissenschaftler sind sich einig, dass das Universum grenzenlos ist.

Abschluss

Das beobachtbare Universum hat eine scheinbare und eine wahre Grenze, die als Hubble-Radius (13,75 Milliarden Lichtjahre) bzw. Teilchenradius (45,7 Milliarden Lichtjahre) bezeichnet wird. Diese Grenzen hängen vollständig von der Position des Beobachters im Raum ab und dehnen sich mit der Zeit aus. Wenn sich der Hubble-Radius streng mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, dann wird die Ausdehnung des Teilchenhorizonts beschleunigt. Offen bleibt die Frage, ob die Beschleunigung des Teilchenhorizonts anhält und ob sie durch Kompression ersetzt wird.

Wussten Sie, dass das Universum, das wir beobachten, ziemlich klare Grenzen hat? Wir sind es gewohnt, das Universum mit etwas Unendlichem und Unverständlichem zu assoziieren. Wenn man die moderne Wissenschaft jedoch nach der „Unendlichkeit“ des Universums fragt, gibt sie eine völlig andere Antwort auf eine solch „offensichtliche“ Frage.

Entsprechend moderne Ideen Die Größe des beobachtbaren Universums beträgt etwa 45,7 Milliarden Lichtjahre (oder 14,6 Gigaparsec). Aber was bedeuten diese Zahlen?

Die erste Frage, die mir in den Sinn kommt für einen gewöhnlichen Menschen- Wie kann das Universum nicht unendlich sein? Es scheint unbestreitbar zu sein, dass der Behälter von allem, was um uns herum existiert, keine Grenzen haben sollte. Wenn diese Grenzen existieren, was genau sind sie?

Nehmen wir an, ein Astronaut erreicht die Grenzen des Universums. Was wird er vor sich sehen? Eine feste Wand? Brandschutzbarriere? Und was steckt dahinter – Leere? Ein anderes Universum? Aber kann Leere oder ein anderes Universum bedeuten, dass wir uns an der Grenze des Universums befinden? Das bedeutet schließlich nicht, dass da „nichts“ ist. Auch Leere und ein anderes Universum sind „etwas“. Aber das Universum ist etwas, das absolut alles „Etwas“ enthält.

Wir kommen zu einem absoluten Widerspruch. Es stellt sich heraus, dass die Grenze des Universums etwas vor uns verbergen muss, das nicht existieren sollte. Oder die Grenze des Universums sollte „alles“ von „etwas“ abgrenzen, aber dieses „Etwas“ sollte auch Teil von „allem“ sein. Im Allgemeinen völlige Absurdität. Wie können Wissenschaftler dann die Grenzgröße, Masse und sogar das Alter unseres Universums angeben? Diese Werte sind zwar unvorstellbar groß, aber dennoch endlich. Argumentiert die Wissenschaft mit dem Offensichtlichen? Um dies zu verstehen, wollen wir zunächst verfolgen, wie die Menschen zu unserem modernen Verständnis des Universums kamen.

Die Grenzen erweitern

Seit jeher interessieren sich Menschen dafür, wie die Welt um sie herum aussieht. Es ist nicht nötig, Beispiele für die drei Säulen und andere Versuche der Antike zu nennen, das Universum zu erklären. Letztlich kam es in der Regel darauf an, dass die Grundlage aller Dinge die Erdoberfläche ist. Schon in der Antike und im Mittelalter verfügten Astronomen über umfangreiche Kenntnisse über die Gesetze der Planetenbewegung entlang der „stationären“ Himmelssphäre, Die Erde blieb der Mittelpunkt des Universums.

Natürlich wieder rein Antikes Griechenland Es gab diejenigen, die glaubten, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Es gab diejenigen, die über die vielen Welten und die Unendlichkeit des Universums sprachen. Aber konstruktive Begründungen für diese Theorien entstanden erst an der Wende der wissenschaftlichen Revolution.

Im 16. Jahrhundert gelang dem polnischen Astronomen Nikolaus Kopernikus der erste große Durchbruch in der Kenntnis des Universums. Er bewies eindeutig, dass die Erde nur einer der Planeten ist, die sich um die Sonne drehen. Ein solches System vereinfachte die Erklärung einer solch komplexen und komplizierten Bewegung von Planeten in der Himmelssphäre erheblich. Im Falle einer stationären Erde mussten sich Astronomen allerlei clevere Theorien ausdenken, um dieses Verhalten der Planeten zu erklären. Wenn andererseits davon ausgegangen wird, dass sich die Erde bewegt, liegt eine Erklärung für solch komplizierte Bewegungen auf der Hand. So setzte sich in der Astronomie ein neues Paradigma namens „Heliozentrismus“ durch.

Viele Sonnen

Doch auch danach beschränkten die Astronomen das Universum weiterhin auf die „Sphäre der Fixsterne“. Bis zum 19. Jahrhundert war es ihnen nicht möglich, die Entfernung zu den Sternen abzuschätzen. Seit mehreren Jahrhunderten versuchen Astronomen vergeblich, Abweichungen in der Position von Sternen relativ zur Umlaufbewegung der Erde festzustellen ( jährliche Parallaxen). Mit den damaligen Instrumenten waren solche präzisen Messungen nicht möglich.

Schließlich maß der russisch-deutsche Astronom Wassili Struve 1837 die Parallaxe. Dies markierte einen neuen Schritt im Verständnis der Größe des Weltraums. Jetzt können Wissenschaftler mit Sicherheit sagen, dass die Sterne entfernte Ähnlichkeiten mit der Sonne haben. Und unsere Leuchte ist nicht mehr das Zentrum von allem, sondern ein gleichberechtigter „Bewohner“ eines endlosen Sternhaufens.

Astronomen sind dem Verständnis des Ausmaßes des Universums noch näher gekommen, denn die Entfernungen zu den Sternen erwiesen sich als wahrhaft ungeheuerlich. Sogar die Größe der Umlaufbahnen der Planeten schien im Vergleich unbedeutend. Als nächstes war es notwendig zu verstehen, wie sich die Sterne darin konzentrieren.

Viele Milchstraßen

Der berühmte Philosoph Immanuel Kant hat bereits 1755 die Grundlagen des modernen Verständnisses der großräumigen Struktur des Universums vorweggenommen. Er stellte die Hypothese auf, dass die Milchstraße ein riesiger rotierender Sternhaufen sei. Viele der beobachteten Nebel wiederum sind auch weiter entfernte „Milchstraßen“ – Galaxien. Trotzdem glaubten Astronomen bis zum 20. Jahrhundert, dass alle Nebel Quellen der Sternentstehung und Teil der Milchstraße seien.

Die Situation änderte sich, als Astronomen lernten, Entfernungen zwischen Galaxien mithilfe von zu messen. Die absolute Leuchtkraft solcher Sterne hängt streng von der Periode ihrer Variabilität ab. Durch den Vergleich ihrer absoluten Leuchtkraft mit der sichtbaren ist es möglich, die Entfernung zu ihnen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Methode wurde im frühen 20. Jahrhundert von Einar Hertzscher und Harlow Scelpi entwickelt. Dank ihm bestimmte der sowjetische Astronom Ernst Epic 1922 die Entfernung zu Andromeda, die sich als eine Größenordnung größer als die Größe der Milchstraße herausstellte.

Edwin Hubble führte die Initiative von Epic fort. Indem er die Helligkeit von Cepheiden in anderen Galaxien maß, maß er deren Entfernung und verglich sie mit der Rotverschiebung in ihren Spektren. So entwickelte er 1929 sein berühmtes Gesetz. Seine Arbeit widerlegte endgültig die etablierte Ansicht, dass die Milchstraße den Rand des Universums darstellt. Jetzt war es eine von vielen Galaxien, die einst als Teil davon betrachtet wurden. Kants Hypothese wurde fast zwei Jahrhunderte nach ihrer Entwicklung bestätigt.

Anschließend ermöglichte der von Hubble entdeckte Zusammenhang zwischen der Entfernung einer Galaxie von einem Beobachter und der Geschwindigkeit ihrer Entfernung von ihm, ein vollständiges Bild der großräumigen Struktur des Universums zu zeichnen. Es stellte sich heraus, dass die Galaxien nur einen unbedeutenden Teil davon ausmachten. Sie schlossen sich zu Clustern zusammen, Cluster zu Superclustern. Superhaufen wiederum bilden die größten bekannten Strukturen im Universum – Filamente und Wände. Diese Strukturen, die an riesige Supervoids () angrenzen, bilden die großräumige Struktur des derzeit bekannten Universums.

Scheinbare Unendlichkeit

Daraus folgt, dass sich die Wissenschaft in nur wenigen Jahrhunderten allmählich vom Geozentrismus zu einem modernen Verständnis des Universums entwickelt hat. Dies ist jedoch keine Antwort darauf, warum wir das Universum heute einschränken. Schließlich haben wir bisher nur über die Größe des Weltraums gesprochen und nicht über seine eigentliche Natur.

Der erste, der beschloss, die Unendlichkeit des Universums zu rechtfertigen, war Isaac Newton. Das Gesetz entdecken universelle Schwerkraft, glaubte er, dass alle ihre Körper früher oder später zu einem Ganzen verschmelzen würden, wenn der Raum endlich wäre. Wenn vor ihm jemand die Idee der Unendlichkeit des Universums zum Ausdruck brachte, dann ausschließlich im philosophischen Sinne. Ohne jede wissenschaftliche Grundlage. Ein Beispiel hierfür ist Giordano Bruno. Übrigens war er wie Kant der Wissenschaft um viele Jahrhunderte voraus. Er war der Erste, der erklärte, dass Sterne entfernte Sonnen sind und dass sich auch Planeten um sie drehen.

Es scheint, dass die Tatsache der Unendlichkeit durchaus berechtigt und offensichtlich ist, aber die Wendepunkte der Wissenschaft des 20. Jahrhunderts erschütterten diese „Wahrheit“.

Stationäres Universum

Den ersten bedeutenden Schritt zur Entwicklung eines modernen Modells des Universums machte Albert Einstein. Der berühmte Physiker stellte 1917 sein Modell eines stationären Universums vor. Dieses Modell basierte auf der Allgemeinen Relativitätstheorie, die er ein Jahr zuvor entwickelt hatte. Nach seinem Modell ist das Universum zeitlich unendlich und räumlich endlich. Aber wie bereits erwähnt, muss laut Newton ein Universum mit endlicher Größe kollabieren. Zu diesem Zweck führte Einstein eine kosmologische Konstante ein, die die Anziehungskraft entfernter Objekte kompensierte.

So paradox es auch klingen mag, Einstein hat die Endlichkeit des Universums nicht begrenzt. Seiner Meinung nach ist das Universum eine geschlossene Hülle einer Hypersphäre. Eine Analogie ist die Oberfläche einer gewöhnlichen dreidimensionalen Kugel, beispielsweise eines Globus oder der Erde. Egal wie viel ein Reisender über die Erde reist, er wird niemals ihren Rand erreichen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Erde unendlich ist. Der Reisende kehrt einfach an den Ort zurück, von dem aus er seine Reise begonnen hat.

Auf der Oberfläche der Hypersphäre

Auf die gleiche Weise kann ein Weltraumwanderer, der Einsteins Universum mit einem Raumschiff durchquert, zur Erde zurückkehren. Nur bewegt sich der Wanderer dieses Mal nicht entlang der zweidimensionalen Oberfläche einer Kugel, sondern entlang der dreidimensionalen Oberfläche einer Hypersphäre. Das bedeutet, dass das Universum ein endliches Volumen und damit eine endliche Anzahl an Sternen und eine endliche Masse hat. Das Universum hat jedoch weder Grenzen noch ein Zentrum.

Zu diesen Schlussfolgerungen kam Einstein, indem er in seiner berühmten Theorie Raum, Zeit und Schwerkraft miteinander verknüpfte. Vor ihm galten diese Konzepte als getrennt, weshalb der Raum des Universums rein euklidisch war. Einstein bewies, dass die Schwerkraft selbst eine Krümmung der Raumzeit ist. Dies veränderte die frühen Vorstellungen über die Natur des Universums, die auf der klassischen Newtonschen Mechanik und der euklidischen Geometrie basierten, radikal.

Expandierendes Universum

Sogar dem Entdecker des „neuen Universums“ selbst waren Wahnvorstellungen nicht fremd. Obwohl Einstein das Universum im Raum begrenzte, betrachtete er es weiterhin als statisch. Nach seinem Modell war und bleibt das Universum ewig und seine Größe bleibt immer gleich. 1922 erweiterte der sowjetische Physiker Alexander Friedman dieses Modell erheblich. Seinen Berechnungen zufolge ist das Universum überhaupt nicht statisch. Es kann sich im Laufe der Zeit ausdehnen oder zusammenziehen. Bemerkenswert ist, dass Friedman zu einem solchen Modell auf der Grundlage derselben Relativitätstheorie kam. Es gelang ihm, diese Theorie korrekter anzuwenden und dabei die kosmologische Konstante zu umgehen.

Albert Einstein akzeptierte diese „Änderung“ nicht sofort. Dieses neue Modell kam der zuvor erwähnten Hubble-Entdeckung zu Hilfe. Der Rückgang der Galaxien bewies unbestreitbar die Tatsache der Expansion des Universums. Also musste Einstein seinen Fehler eingestehen. Nun hatte das Universum ein bestimmtes Alter, abhängig von der Hubble-Konstante, die die Geschwindigkeit seiner Expansion charakterisierte.

Weiterentwicklung der Kosmologie

Als Wissenschaftler versuchten, diese Frage zu lösen, wurden viele andere wichtige Bestandteile des Universums entdeckt und verschiedene Modelle davon entwickelt. Deshalb stellte George Gamow 1948 die Hypothese des „heißen Universums“ vor, aus der später die Urknalltheorie hervorging. Die Entdeckung im Jahr 1965 bestätigte seinen Verdacht. Jetzt konnten Astronomen das Licht beobachten, das aus dem Moment kam, als das Universum transparent wurde.

Die 1932 von Fritz Zwicky vorhergesagte Dunkle Materie wurde 1975 bestätigt. Dunkle Materie erklärt tatsächlich die Existenz von Galaxien, Galaxienhaufen und der universellen Struktur selbst als Ganzes. So erfuhren Wissenschaftler, dass der größte Teil der Masse des Universums völlig unsichtbar ist.

Schließlich wurde 1998 bei einer Untersuchung der Entfernung zu entdeckt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Dieser jüngste Wendepunkt in der Wissenschaft brachte unser modernes Verständnis der Natur des Universums hervor. Der von Einstein eingeführte und von Friedman widerlegte kosmologische Koeffizient fand erneut seinen Platz im Modell des Universums. Das Vorhandensein eines kosmologischen Koeffizienten (kosmologische Konstante) erklärt seine beschleunigte Expansion. Um das Vorhandensein der kosmologischen Konstante zu erklären, wurde das Konzept eingeführt – ein hypothetisches Feld, das den größten Teil der Masse des Universums enthält.

Modernes Verständnis der Größe des beobachtbaren Universums

Gemäß der Relativitätstheorie können Informationen über ein Objekt einen Beobachter nicht mit einer Geschwindigkeit erreichen, die größer als die Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 m/s) ist. Es stellt sich heraus, dass der Beobachter nicht nur ein Objekt sieht, sondern seine Vergangenheit. Je weiter ein Objekt von ihm entfernt ist, desto ferner blickt es in die Vergangenheit. Wenn wir zum Beispiel den Mond betrachten, sehen wir, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war, die Sonne – vor mehr als acht Minuten, die nächsten Sterne – vor Jahren, Galaxien – vor Millionen von Jahren usw. In Einsteins stationärem Modell hat das Universum keine Altersgrenze, was bedeutet, dass sein beobachtbarer Bereich auch durch nichts begrenzt ist. Der mit immer ausgefeilteren astronomischen Instrumenten ausgerüstete Beobachter wird immer weiter entfernte und antike Objekte beobachten.

Mit dem modernen Modell des Universums haben wir ein anderes Bild. Demnach hat das Universum ein Alter und damit eine Beobachtungsgrenze. Das heißt, seit der Geburt des Universums konnte kein Photon eine Distanz von mehr als 13,75 Milliarden Lichtjahren zurückgelegt haben. Es stellt sich heraus, dass wir sagen können, dass das beobachtbare Universum vom Beobachter auf eine kugelförmige Region mit einem Radius von 13,75 Milliarden Lichtjahren beschränkt ist. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Wir sollten die Ausdehnung des Weltraums nicht vergessen. Wenn das Photon den Beobachter erreicht, ist das Objekt, das es emittiert hat, bereits 45,7 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Jahre. Diese Größe ist der Horizont der Teilchen, sie ist die Grenze des beobachtbaren Universums.

Über dem Horizont

Die Größe des beobachtbaren Universums wird also in zwei Typen unterteilt. Scheinbare Größe, auch Hubble-Radius genannt (13,75 Milliarden Lichtjahre). Und die tatsächliche Größe, genannt Teilchenhorizont (45,7 Milliarden Lichtjahre). Wichtig ist, dass diese beiden Horizonte überhaupt nicht die tatsächliche Größe des Universums charakterisieren. Sie hängen zum einen von der Position des Beobachters im Raum ab. Zweitens verändern sie sich im Laufe der Zeit. Im Fall des ΛCDM-Modells dehnt sich der Teilchenhorizont mit einer Geschwindigkeit aus, die größer ist als der Hubble-Horizont. Die Frage, ob sich dieser Trend in Zukunft ändern wird, beantwortet die moderne Wissenschaft nicht. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass sich das Universum mit Beschleunigung weiter ausdehnt, werden alle Objekte, die wir jetzt sehen, früher oder später aus unserem „Sichtfeld“ verschwinden.

Derzeit ist das am weitesten entfernte Licht, das von Astronomen beobachtet wird, die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Beim Blick hinein sehen Wissenschaftler das Universum so, wie es 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah. In diesem Moment kühlte sich das Universum so weit ab, dass es freie Photonen aussenden konnte, die heute mit Hilfe von Radioteleskopen nachgewiesen werden. Zu dieser Zeit gab es im Universum weder Sterne noch Galaxien, sondern nur eine kontinuierliche Wolke aus Wasserstoff, Helium und einer unbedeutenden Menge anderer Elemente. Aus den in dieser Wolke beobachteten Inhomogenitäten werden sich anschließend Galaxienhaufen bilden. Es zeigt sich, dass genau die Objekte, die aus Inhomogenitäten der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entstehen, am nächsten zum Teilchenhorizont liegen.

Wahre Grenzen

Ob das Universum wahre, nicht beobachtbare Grenzen hat, ist immer noch Gegenstand pseudowissenschaftlicher Spekulationen. Auf die eine oder andere Weise sind sich alle über die Unendlichkeit des Universums einig, interpretieren diese Unendlichkeit jedoch auf völlig unterschiedliche Weise. Manche betrachten das Universum als mehrdimensional, wobei unser „lokales“ dreidimensionales Universum nur eine seiner Schichten darstellt. Andere sagen, das Universum sei fraktal – was bedeutet, dass unser lokales Universum ein Teilchen eines anderen sein könnte. Wir sollten die verschiedenen Modelle des Multiversums mit seinen geschlossenen, offenen, parallelen Universen und Wurmlöchern nicht vergessen. Und es gibt viele, viele verschiedene Versionen, deren Anzahl nur durch die menschliche Vorstellungskraft begrenzt ist.

Wenn wir uns jedoch dem kalten Realismus zuwenden oder einfach von all diesen Hypothesen abweichen, können wir davon ausgehen, dass unser Universum ein unendlicher homogener Behälter aller Sterne und Galaxien ist. Darüber hinaus werden an jedem sehr weit entfernten Punkt, seien es Milliarden Gigaparsec von uns entfernt, alle Bedingungen genau die gleichen sein. An diesem Punkt werden der Teilchenhorizont und die Hubble-Kugel genau gleich sein, mit der gleichen Reliktstrahlung an ihrem Rand. Es wird die gleichen Sterne und Galaxien geben. Interessanterweise steht dies nicht im Widerspruch zur Expansion des Universums. Schließlich dehnt sich nicht nur das Universum aus, sondern auch sein Raum selbst. Was ist im Moment Urknall Dass das Universum von einem Punkt aus entstanden ist, bedeutet nur, dass die unendlich kleinen (fast null) Größen, die es damals gab, jetzt zu unvorstellbar großen geworden sind. In Zukunft werden wir genau diese Hypothese verwenden, um die Größe des beobachtbaren Universums zu verstehen.

Visuelle Darstellung

Verschiedene Quellen bieten alle möglichen visuellen Modelle, die es den Menschen ermöglichen, das Ausmaß des Universums zu verstehen. Allerdings reicht es nicht aus, dass wir erkennen, wie groß der Kosmos ist. Es ist wichtig, sich vorzustellen, wie Konzepte wie der Hubble-Horizont und der Teilchenhorizont tatsächlich aussehen. Stellen wir uns dazu unser Modell Schritt für Schritt vor.

Vergessen wir, dass die moderne Wissenschaft nichts über die „fremde“ Region des Universums weiß. Lassen wir die Versionen der Multiversen, des fraktalen Universums und seiner anderen „Varietäten“ beiseite und stellen wir uns vor, dass es einfach unendlich ist. Wie bereits erwähnt, steht dies nicht im Widerspruch zur Erweiterung seines Raums. Berücksichtigen wir natürlich, dass die Hubble-Sphäre und die Teilchensphäre 13,75 bzw. 45,7 Milliarden Lichtjahre groß sind.

Maßstab des Universums

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Versuchen wir zunächst zu verstehen, wie groß die universelle Skala ist. Wenn Sie unseren Planeten bereist haben, können Sie sich gut vorstellen, wie groß die Erde für uns ist. Stellen Sie sich nun unseren Planeten als ein Buchweizenkorn vor, das sich in einer Umlaufbahn um eine Wassermelonensonne von der Größe eines halben Fußballfeldes bewegt. In diesem Fall entspricht die Umlaufbahn von Neptun der Größe einer kleinen Stadt, die Fläche entspricht der des Mondes und die Fläche an der Grenze des Sonneneinflusses entspricht der des Mars. Es stellt sich heraus, dass unser Sonnensystem so viel größer ist als die Erde, wie der Mars größer als Buchweizen ist! Aber das ist erst der Anfang.

Stellen wir uns nun vor, dass dieser Buchweizen unser System sein wird, dessen Größe ungefähr einem Parsec entspricht. Dann wird die Milchstraße die Größe von zwei Fußballstadien haben. Dies wird uns jedoch nicht ausreichen. Auch die Milchstraße muss auf Zentimetergröße verkleinert werden. Es wird ein wenig wie Kaffeeschaum aussehen, der in einen Strudel inmitten des kaffeeschwarzen intergalaktischen Raums gewickelt ist. Zwanzig Zentimeter davon entfernt wird sich derselbe spiralförmige „Krümel“ befinden – der Andromedanebel. Um sie herum wird es einen Schwarm kleiner Galaxien unseres lokalen Clusters geben. Die scheinbare Größe unseres Universums wird 9,2 Kilometer betragen. Wir sind zu einem Verständnis der universellen Dimensionen gekommen.

In der universellen Blase

Es reicht jedoch nicht aus, die Skala selbst zu verstehen. Es ist wichtig, das Universum in Dynamik zu erkennen. Stellen wir uns vor, wir seien Riesen, für die die Milchstraße einen Durchmesser von einem Zentimeter hat. Wie bereits erwähnt, befinden wir uns in einer Kugel mit einem Radius von 4,57 und einem Durchmesser von 9,24 Kilometern. Stellen wir uns vor, wir wären in der Lage, in diesem Ball zu schweben, uns fortzubewegen und in einer Sekunde ganze Megaparsecs zurückzulegen. Was werden wir sehen, wenn unser Universum unendlich ist?

Natürlich werden vor uns unzählige Galaxien aller Art auftauchen. Elliptisch, spiralförmig, unregelmäßig. In manchen Gegenden wimmelt es davon, in anderen wird es leer sein. Das Hauptmerkmal wird sein, dass sie optisch alle bewegungslos sind, während wir bewegungslos sind. Aber sobald wir einen Schritt machen, beginnen sich die Galaxien selbst zu bewegen. Zum Beispiel, wenn wir in der Lage sind, ein mikroskopisches Bild zu erkennen Sonnensystem, dann können wir seine Entwicklung beobachten. Wenn wir uns 600 Meter von unserer Galaxie entfernen, werden wir den Protostern Sonne und die protoplanetare Scheibe im Moment ihrer Entstehung sehen. Wenn wir uns ihm nähern, werden wir sehen, wie die Erde erscheint, wie Leben entsteht und wie der Mensch erscheint. Auf die gleiche Weise werden wir sehen, wie sich Galaxien verändern und bewegen, wenn wir uns von ihnen entfernen oder uns ihnen nähern.

Je weiter entfernte Galaxien wir betrachten, desto älter werden sie für uns sein. Die am weitesten entfernten Galaxien werden also weiter als 1300 Meter von uns entfernt sein, und bei der Wende von 1380 Metern werden wir bereits Reliktstrahlung sehen. Es stimmt, diese Entfernung wird für uns imaginär sein. Je näher wir jedoch kommen kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, wir werden ein interessantes Bild sehen. Natürlich werden wir beobachten, wie sich aus der anfänglichen Wasserstoffwolke Galaxien bilden und entwickeln. Wenn wir eine dieser entstandenen Galaxien erreichen, werden wir verstehen, dass wir gar nicht 1,375 Kilometer zurückgelegt haben, sondern ganze 4,57.

Herauszoomen

Dadurch werden wir noch größer. Jetzt können wir ganze Hohlräume und Wände in die Faust legen. Wir befinden uns also in einer eher kleinen Blase, aus der es unmöglich ist, herauszukommen. Mit zunehmender Annäherung vergrößert sich nicht nur der Abstand zu Objekten am Rand der Blase, sondern auch der Rand selbst verschiebt sich auf unbestimmte Zeit. Das ist der springende Punkt bei der Größe des beobachtbaren Universums.

Egal wie groß das Universum ist, für einen Beobachter bleibt es immer eine begrenzte Blase. Der Beobachter wird immer im Zentrum dieser Blase sein, tatsächlich ist er ihr Zentrum. Beim Versuch, zu einem beliebigen Objekt am Rand der Blase zu gelangen, verschiebt der Beobachter dessen Mittelpunkt. Wenn Sie sich einem Objekt nähern, entfernt sich dieses Objekt immer weiter vom Rand der Blase und verändert sich gleichzeitig. Beispielsweise wird aus einer formlosen Wasserstoffwolke eine vollwertige Galaxie oder, weiter gesagt, ein Galaxienhaufen. Darüber hinaus vergrößert sich der Weg zu diesem Objekt, wenn Sie sich ihm nähern, da sich der umgebende Raum selbst verändert. Nachdem wir dieses Objekt erreicht haben, bewegen wir es nur noch vom Rand der Blase in die Mitte. Am Rande des Universums wird die Reliktstrahlung immer noch flackern.

Wenn wir davon ausgehen, dass sich das Universum weiterhin beschleunigt ausdehnt, dann werden wir ein noch interessanteres Bild sehen, wenn wir uns im Zentrum der Blase befinden und die Zeit um Milliarden, Billionen und noch höhere Größenordnungen vorwärts verschieben. Obwohl auch unsere Blase größer wird, werden sich ihre sich verändernden Bestandteile noch schneller von uns entfernen und den Rand dieser Blase verlassen, bis jedes Teilchen des Universums einzeln in seiner einsamen Blase umherwandert, ohne die Möglichkeit, mit anderen Teilchen zu interagieren.

Die moderne Wissenschaft verfügt also nicht über Informationen über die tatsächliche Größe des Universums und darüber, ob es Grenzen hat. Aber wir wissen mit Sicherheit, dass das beobachtbare Universum eine sichtbare und wahre Grenze hat, die als Hubble-Radius (13,75 Milliarden Lichtjahre) bzw. Teilchenradius (45,7 Milliarden Lichtjahre) bezeichnet wird. Diese Grenzen hängen vollständig von der Position des Beobachters im Raum ab und dehnen sich mit der Zeit aus. Wenn sich der Hubble-Radius streng mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, dann wird die Ausdehnung des Teilchenhorizonts beschleunigt. Offen bleibt die Frage, ob die Beschleunigung des Teilchenhorizonts weiter anhält und durch Kompression ersetzt wird.