Da die Relativitätstheorie eine Ausdehnung schneller als das Licht nicht zulässt, wie können wir dann laut dem Webb-Teleskop etwa 14 Milliarden Lichtjahre in die Vergangenheit sehen?
Hach, immer verbietet die böse Relativitätstheorie alles, was Spaß macht… 😉
Im Ernst: Der Fehler liegt in der Vorstellung "Da die Relativitätstheorie eine Ausdehnung schneller als das Licht nicht zulässt, …" Nein, das stimmt nicht, ist aber eine recht weit verbreitete falsche Vorstellung.
Tatsächlich sagt die Relativitätstheorie nur, dass sich Massen und Informationen höchstens mit Vakuumlichtgeschwindigkeit durch den Raum ausbreiten können. Für Objekte mit Ruhemasse ist die Lichtgeschwindigkeit eine unerreichbare Obergrenze für Bewegungen durch den Raum, Licht und Informationen dürfen Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Über die Ausdehnung des Raums selbst sagt die Relativitätstheorie gar nüscht. Bei der Expansion des Universums bewegen sich ja nicht entfernteste Galaxien mit relativistischen Geschwindikeiten durch den Raum. Die ruhen zu ihrer lokalen Umgebung, bzw. bewegen sich normal gemäß der dort lokalen Gravitationskräfte relativ zueinander - wie die Milchstraße halt auch. Expansion des Universums ist etwas, was zwischen uns und den entferntesten Galaxien im Raum selbst passiert.
Das Bild, dass alle Massen zunächst an einem Punkt waren und sich seitdem durch den Raum auseinander bewegen ist schlicht falsch. Die Galaxien werden wie Rosinen in einem Hefekuchen auseinander getragen. Und genau deswegen hat das Ganze mit dem "Tempolimit Lichtgeschwindigkeit" nichts zu tun.
Im Übrigen passiert das Ganze sehr gemütlich: Der Entfernungszuwachs pro Megaparsec beträgt gerade einmal rund 70 km pro Sekunde. Das heißt, dass pro Megaparsec vorhandener Entfernung (das sind rund 3,26 Millionen Lichtjahre, etwas weiter als bis zur Andromedagalaxie) pro Sekunde die Entfernung um etwa 70 km zunimmt. Allein aufgrund der Ausdehnung des Raums, nicht aufgrund der Eigenbewegungen der Galaxien. Die sind dem noch mal überlagert.
Weil sich das Universum ausdehnt, können wir weiter sehen als "Alter mal Lichtgeschwindigkeit": Die am weitest entfernten Objekte, die wir sehen, haben sich seitdem sie das Licht ausgestrahlt haben, das wir heute sehen, eben aufgrund der Ausdehnung weiter von uns entfernt.
Zum Weiterlesen verlinke ich noch 2 ältere Antworten von mir, die auch was mit dem Thema zu tun haben:
Ute
· 8. Feb.
Wenn das Universum 13 Milliarden Jahre alt ist, wie kommt es dann, dass wir Sterne haben, die 45 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind? Würde das Licht nicht 45 Milliarden Jahre brauchen, um uns zu erreichen?
Erst einmal - weil hier eine andere Antwort etwas anderes sagt: Ja, der Fragesteller hat Recht. Die aktuellen Schätzungen geben für das beobachtbare Universum einen Radius von etwas über 45 Milliarden Lichtjahren an. Die Zahl hat natürlich große Fehlerbalken… aber in jedem Falle liegt sie deutlich über den 13,8 Milliarden Lichtjahren, die man herausbekommt, wenn man einfach rechnet "Alter mal Lichtgeschindigkeit". Die Frage ist also berechtigt: Wie kann es sein, dass das beobachtbare Universum deutlich größer ist als wenn man sein Alter mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert? Sehr vereinfacht gesagt lautet die Antwort: das liegt daran, dass es sich ausdehnt. Die weitest entfernten Objekte, deren Licht wir heute sehen, waren uns wegen der Ausdehnung des Raums im Universum sehr viel näher, als sie das Licht ausgesendet haben, das wir heute sehen. In der Zeit, in der das Licht sich zu uns hierher ausgebreitet hat, wurden aber diese entferntesten Galaxien mit dem Raum weiter von uns weggetragen. Dadurch sehen wir Objekte, die heute sehr viel weiter weg sind, als wenn man einfach nur das Alter des Universums mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert. Weil das für viele Menschen verwirrend ist, gebe ich erst einmal ein paar Quellen zum Nachlesen dieses Sachverhaltes an… und erkläre es dann auch anhand dieser Quellen etwas genauer: Oder hier der Link (If the universe is 13.8 billion years old, how can it be larger than 13.8 billion light years across? (Advanced)) zu "Ask an astronomer" auf der Webseite der Cornell University. Oder man schaut in folgendes Paper - Obacht: die Quelle ist für die echten Nerds, dafür auf Seite 3 dort wirklich völlig exakt und wissenschaftlich erklärt: Und ein Video von Veritasium habe ich auch noch, für die, die lieber gucken als lesen: Zuerst einmal bedeutet ein Radius von 45 Milliarden Lichtjahren (bzw. 90 Milliarden Jahren Durchmesser) für das beobachtbare Universum, dass es sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen muss. Bereits hier stutzen einige und verneinen, weil sie glauben, in Physik gelernt zu haben, dass nach Einsteins Relativitätstheorie nichts schneller sein könne als das Licht. Das stimmt so aber nicht. Die Relativitätstheorie (die in diesem Zusammenhang experimentell ganz hervorragend bestätigt ist, man denke an Teilchenbeschleuniger) sagt aber lediglich: Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist die (unerreichbare) Obergrenze für die Bewegung massebehafteter Objekte durch den Raum. Bei der Ausdehnung des Universums bewegt sich keine Galaxie mit rasender Geschwindigkeit durch den Raum. Der Raum zwischen den Galaxien dehnt sich aus, man könnte es als Zunahme des Raums zwischen den Galaxien beschreiben. Jede einzelne Galaxie folgt lediglich den lokalen Schwerkraftfeldern, ist aber ansonsten lokal in den Raum eingebettet. Die Galaxien werden - wie Rosinen in einem aufgehenden Hefeteig - auseinandergetragen. Entsprechend dehnt sich das Universum mit einer __Rate__, nicht einfach einer Geschwindigkeit aus: Es ist die Rate, mit der pro einer bestimmten Entfernung eine bestimmte Menge neuer Entfernung pro Sekunde dazu kommt. Diese Rate ist der sogenannte "Hubble-Parameter"… Früher hat man ihn oft als Hubble-Konstante bezeichnet, doch dürfte er sich über die Jahrmilliarden hinweg verändern, also nicht konstant sein. Messungen geben den Hubble-Paramter etwa bei 70 km pro Sekunde und pro Megaparsec ("Mpc") an. Ein Megaparsec sind etwa 3,26 Millionen Lichtjahre - etwas weiter als bis zur Andromeda-Galaxie. Das bedeutet, dass ein Objekt, das 1 Mpc von uns entfernt ist, eine Sekunde später 70 km weiter von uns entfernt ist - ganz ohne Eigenbewegung - weil sich der Raum ausgedehnt hat. Ein Objekt, das 2 Mpc von uns entfernt ist, ist eine Sekunde später 140 km weiter von uns entfernt; ein Objekt, das 10 Mpc von uns entfernt ist, ist eine Sekunde später 700 km weiter von uns entfernt. Oder anders gesagt: Die Raten addieren sich, weil die Ausdehnung halt in jedem Megaparsec zwischen uns und dem Objekt passiert. Ab einer Entfernung von etwas unter 4300 Mpc addiert sich das zu einem Entfernungszuwachs pro Sekunde, der über der Lichtgewschindigkeit liegt. Das widerspricht aber eben nicht der Relativitätstheorie, weil sich lokal nirgends etwas mit schneller als c durch den Raum bewegt. Das ermöglicht es, dass sich Objekte, die nahe an unserem Beobachtungshorizont sind, scheinbar mit mehrfacher Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen. Dass wir diese Objekte heute trotzdem sehen, liegt daran, dass sie uns damals, als das Licht ausgesendet wurde, das wir heute sehen, nahe genug waren, dass uns dieses Licht im bisherigen Alters des Universums erreichen konnte. Dafür genügt es aber, dass sie damals - also zum Zeitpunkt der Lichtaussendung - innerhalb eines Radius waren, aus dem sich einschließlich der eben beschriebenen Ausdehnung des Raums das Licht im bisherigen Alter des Universums zu uns ausbreiten konnte. Sie selbst haben sich aber wegen der Raumausdehnung seit dem Aussenden dieses Lichtes noch weiter von uns entfernt. Wir sehen daher heute das Licht von Objekten, die heute 30 Milliarden Lichtjahre (und mehr, die Hintergrundstrahlung entspricht etwa 45 Mrd Lichtjahren) von uns entfernt sind. Selbstverständlich sehen wir nicht das Licht, das diese Objekte heute aussenden - und bei den entferntesten Objekten wird uns das sogar nie erreichen. Das Licht, das wir heute von ihnen empfangen, hat keineswegs 30 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt. Es ist ein wenig so, als würden 2 Freunde auf einem sich dehnenden Gummiband stehen. Der eine kann dem anderen, während sie auseinander getragen werden, einen Ball zuwerfen. Während der Ball in der Luft ist, nimmt die Entfernung zwischen beiden weiter zu… und wenn der zweite den Ball auffängt, kann es sein, dass er feststellt, dass sie inzwischen zu weit auseinander sind, als dass er es schaffen würde, zurückzuwerfen. Oder Hier der Link zu "Ask an astronomer" auf der Webseite der Cornell University.Oder man schaut in folgendes Paper - Obacht: die Quelle ist für die echten Nerds, dafür auf Seite 3 dort wirklich völlig exakt und wissenschaftlich erklärt: Wir blicken halt mit der Entfernung auch in die Vergangenheit und sehen die am weitest entfernten Galaxien heute so, wie sie kurz nach ihrer Entstehung waren. Das macht es aber für Astronomen besonders interessant.
Ute
· 1 J
Wenn wir anhand einer "Standardkerze" die Entfernung einer Galaxie bestimmen, ist diese Entfernung dann nicht die Distanz zu dem Zeitpunkt als das Licht emittiert wurde? Benutzen wir diese Distanz oder rechnen wir sie noch in die heutige Distanz um?
Ich wundere mich jetzt gerade ein wenig über die beiden anderen Antworten hier. In beiden wird klar verneint, dass man das umrechnet. Tatsächlich kennt die Astronomie sehr viele verschiedene Entfernungsangaben. Jede einzelne hat ihre Vor- und Nachteile und ist deshalb für verschiedene Fragestellungen mehr oder weniger geeignet und entsprechend in verschiedenen Zusammenhängen üblich. Und ja, unter diesen verschiedenen Entfernungsangaben sind tatsächlich auch solche, die auf heutige Distanz umrechnen. Wenn wir etwa sagen, dass das beobachtbare Universum heute einen Radius von über 45 Milliarden Lichtjahren hat, dann ist genau das passiert. Die im Moment am weitesten entfernte bekannte Galaxie - mit dem hübschen Namen UDF-38135539 (UDF steht für Ultra Deep Field, was bedeutet, man hat diese Galaxie in dieser Aufnahme des Hubble Teleskops entdeckt) - hat zum Beispiel eine "Lichtlaufzeitentfernung" von 13,1 Milliarden Lichtjahren. Diese Entfernungsangabe rechnet __nicht__ auf heutige Entfernungen um, sondern gibt einfach an, wie lange das Licht dieser Galaxie zu uns unterwegs war. Ihre heutige Entfernung wird dagegen auf gut 30 Milliarden Lichtjahre geschätzt. Man spricht hier im Englischen von der "proper distance". Edit: Um das klar zu sagen: Auch die Lichtlaufzeitentfernung ist __nicht__ die Entfernung, in der UDF-38135539 tatsächlich war, als sich das heute empfangene Licht auf die Reise gemacht hat. Das waren eher ungefähr 3 Milliarden Lichtjahre. Das liegt daran, dass auch das Licht wegen der Ausdehnung des Raums eine weitere Strecke zurücklegen muss: Die zurückzulegende Strecke wächst ja, während das Licht unterwegs ist. Die 3 Milliarden Lichtjahre sind die sogenannte "Winkeldurchmesserentfernung". Hierbei wird die Distanz abgeschätzt aus dem Winkeldurchmesser unter dem wir die Galaxie sehen. Und ja, selbstverständlich stecken in der Umrechnung Fehlerquellen drin. Je weiter die Entfernungen sind, von denen wir sprechen, desto größer ist die Unsicherheit bei den mitbewegten Entfernungsangaben. Dennoch ergeben alle Angaben je nach Kontext Sinn - wichtig ist nur, dass man immer mitangibt, was gemeint ist, bzw. wie eine Angabe zustande gekommen ist. Wer ein bissi mehr wissen will, dem habe ich ein paar Artikel rausgesucht, in denen das gut erklärt ist, in aufsteigender Komplexität…