Wenn wir 13,8 Milliarden Lichtjahre von unserer Erde entfernt im Weltraum wären und würden mit Teleskopen wieder in alle Richtungen schauen, was würden wir dann sehen? Wie groß ist unser Universum denn nun?
Bei derartigen Fragen muss man immer genau aufpassen, wovon man spricht, damit man nicht aneinander vorbeiredet.
Gemeint ist die in diesem Zusammenhang essentielle Unterscheidung zwischen dem beobachtbaren Universum und dem Universum als Ganzem. Das ist nämlich nicht dasselbe.
Beobachtbares Universum
Das beobachtbare Universum ist der Teil des Universums, den wir sehen können.
Das klingt jetzt nicht besonders spektakulär… ist aber dennoch folgenreich: Was wir sehen können, hängt eben von der Zeit ab, die seit dem Urknall verstrichen ist: Diese Zeit hatte das Licht, um uns von entfernten Objekten zu erreichen.
Das älteste Licht, das sich im Universum ausbreiten konnte - die Hintergrundstrahlung - ist deshalb ein natürlicher Horizont unseres beobachtbaren Universums. Wie bei jedem Horizont sitzen wir als Beobachter in der Mitte unseres Horizontkreises. Das ist ganz genauso, wie bei einem Beobachter, der in einem Ruderboot irgendwo auf dem Meer treibt: Er ist in der Mitte seines Horizontkreises.
Das bedeutet bei unserem Ruderer aber keineswegs, dass er "mitten im Meer" ist. Und genauso sollten wir uns davor hüten, uns als Zentrum der Welt zu sehen, nur weil wir uns mitten im beobachtbaren Universum sehen.
JEDER Beobachter von jeder beliebigen Galaxie wird über sein beobachtbares Universum genau dasselbe sagen. Auch er sieht sich in der Mitte seines beobachtbaren Universums - und auch er sieht, dass sich alle anderen Galaxien von seiner entfernen, je schneller, umso weiter sie schon weg sind.
Von daher:
Wenn wir 13,8 Milliarden Lichtjahre von unserer Erde entfernt im Weltraum wären und würden mit Teleskopen wieder in alle Richtungen schauen, was würden wir dann sehen?
Im Prinzip dasselbe wie von hier: Der Eindruck von der Größe des beobachtbaren Universums, die zentrale Lage im beobachtbaren Universum und die Fluchtbewegung der Galaxien wäre dieselbe. Auf hinreichend großen Maßstäben betrachtet, ist auch die Verteilung der Galaxien im Raum nicht groß anders (Isotropie und Homogenität) Natürlich würde ein solcher Beobachter andere Nachbargalaxien sehen - und auch Gegenden im Universum, die von uns aus betrachtet nicht zu sehen sind.
Wie groß ist unser Universum denn nun?
Wir sind immer noch beim beobachtbaren Universum… denn das ist __größer__ als "Alter mal Lichtgeschwidigkeit". Und zwar deshalb, weil es sich ausdehnt: Die weitest entfernten Galaxien, die wir sehen können, waren uns sehr viel näher, als sie das Licht abgestrahlt haben, das wir heute sehen. Wir sehen deshalb heute Objekte, die weiter weg sind als 13,8 Milliarden Lichtjahre.
Wegen der Expansion des Universums ist unser beobachtbares Universum im Durchmesser über 90 Milliarden Lichtjahre groß.
2. Das Universum als Ganzes
Auch das sagt aber noch nichts über das Universum als Ganzes aus… also unser beobachtbares Universum PLUS die Teile des Universums, die wir nicht beobachten können.
De facto wissen wir nicht, wie groß das Universum als Ganzes ist, nicht einmal ob es unendlich groß ist - oder nur endlich groß. Beides ist mit den heute vorhandenen Beobachtungsdaten und Modellen vereinbar.
Wir beobachten zwar im beobachtbaren Universum eine "euklidische Geometrie" (das ist das, was gemeint ist, wenn man liest, das Universum sei "flach". Es bedeutet unter anderem, dass im beobachtbaren Universum die Winkelsumme in ebenen Dreiecken 180° ist.). Zu einer solchen euklidischen Geometrie könnten aber alle möglichen Topologien gehören - unter den möglichen topologischen Lösungen sind endliche und unendliche. Es könnte sein, dass die euklidische Geometrie nur in unserer Region des Universums vorliegt. Oder es könnte eine Abweichung davon geben, die unter unserer heutigen Messgenauigkeit liegt.
Das unendlich große, überall "flache" ist lediglich eine sehe einfache topologische Lösung… weshalb sie als naheliegend betrachtet wird, weil die Natur oft einfache Lösungen realisiert. Das ist aber kein Beleg oder eine zwingende Argumentation.
Deswegen können wir seriös zur Größe des Universums als Ganzes leider nichts aussagen.
Ich möchte aber noch zwei Hinweise ergänzen, um zu erklären, warum zwei oft vorgetragene Argumente gegen das unendlich große Universum nicht stichhaltig sind:
a) Manchmal liest man: Beim Urknall war es doch winzig klein, also endlich groß… deswegen KANN es nicht heute unendlich sein. Das stimmt leider nicht, weil sich die Winzigkeit beim Urknall eben nur auf das heute beobachtbare Universum bezieht. Und das ist heute ja tatsächlich auch endlich groß… was aber (wie hoffentlich jetzt erklärt) nichts über das Universum als Ganzes aussagt.
b) Manchmal liest man: Es kann nur endlich groß sein, weil es sonst hell wäre im Universum, weil dann irgendwann in jede Richtung ein Stern wäre. Auch das ist ein Fehlschluss (Olberssches Paradoxon). Die Lebensdauer von Sternen (etwa 10^10 Jahre) und die mittlere Sterndichte im beobachtbaren Universum ergeben zusammen das Volumen, das nötig wäre, um unseren Nachthimmel hell zu machen. Weil unser Universum so unglaublich leer ist, ist das ein sehr großes Volumen - etwa 13 Größenordnungen über dem Volumen des beobachtbaren Universums. Auch hieraus ergibt sich also, dass wir aus der Dunkelheit des Nachthimmels nichts ableiten können.
Zuletzt bleibt mir nur noch, ein paar weiterführende Links zum Thema zu ergänzen:
Is the Universe Finite or Infinite? - Universe Today
Is the Universe finite or infinite? An interview with Joseph Silk
Lexikon der Astrophysik T 4