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Ja, ich weiß, dass die meisten Galaxien eine Rotverschiebung haben und das bedeutet, dass sie sich von uns entfernen.
Das Problem ist, dass die am weitesten entfernten Galaxien 13,8 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Das bedeutet, dass die Informationen 13,8 Milliarden Jahre alt sind.
Was mich seit Jahren verwirrt ist, dass die Rotverschiebungsbeobachtung zeigt, dass die Galaxien vor 13,8 Milliarden Jahren zurückgegangen sind. Wir haben keine direkten Daten darüber, was sie jetzt tun. Es ist natürlich, dass sich das Universum zu dieser Zeit mit enormer Geschwindigkeit ausdehnte, weil es kurz vor dem Urknall stand, aber woher wissen wir, dass es immer noch so ist?
Wenn sich die am weitesten entfernten Galaxien mit höherer Geschwindigkeit bewegen als die näheren, bedeutet das für mich, dass ihre Geschwindigkeit mit der Zeit abnimmt.
Sie haben Recht, wir können im Prinzip nicht wissen, ob die fernen Galaxien noch von uns entfernt sind. Wenn wir jedoch denken, dass sie es tatsächlich sind, kommt es darauf an, kosmologisches Prinzip, nämlich. dass das Universum homogen und isotrop ist, d.h. „überall und in alle Richtungen gleich aussieht“. Dies ist eine philosophisch motivierte Aussage, die durch Beobachtungen ständig überprüft wird. Bisher gab es keine signifikanten experimentellen Beweise dafür, dass dies nicht richtig ist.
Wenn wir die Geschwindigkeiten von Galaxien im gesamten Universum beobachten, sehen wir eine gleichmäßige Geschwindigkeit als Funktion der Zeit oder Entfernung mit einer gewissen intrinsischen Streuung, die auf die Galaxien zurückzuführen ist. eigenartige Bewegung, d.h. ihre Geschwindigkeiten durch Raum, der normalerweise in der Größenordnung von 100-1000 km/s liegt. Das heißt, entfernte Galaxien entfernen sich von uns schnell, und nahe Galaxien entfernen sich von uns langsam. Wie Sie sagen, nahm die Expansionsrate mit der Zeit ab, aber nur bis zu einem bestimmten Punkt, danach begann sie wieder zuzunehmen (aufgrund der dunklen Energie).
Die Tatsache, dass wir sehen, dass nahe Galaxien immer noch Rückzug zusammen mit dem kosmologischen Prinzip impliziert, dass die fernen Galaxien ebenfalls noch zurückgehen. Wir kennen keinen Grund, warum sie es nicht sollten. Das ist natürlich kein Beweis, aber in der Physik gibt es sind keine Beweise, nur Überprüfungen und Fälschungen. Um zu postulieren, dass die fernen Galaxien nicht mehr zurückgehen, und um ernst genommen zu werden, müsste man ein Experiment entwickeln, das diese Hypothese bestätigen könnte, am besten zusammen mit einem Mechanismus, der dieses Phänomen verursachen könnte (das sieht etwas herablassend aus wenn ich es tippe; das ist nicht meine Absicht).
Die Expansionsrate liegt derzeit – und damit lokal – bei $70,mathrm{km},mathrm{s}^{-1},mathrm{Mpc}^{-1}$. Aufgrund der oben erwähnten Geschwindigkeitsstreuung können wir die Expansion unter ~1 Mpc nicht untersuchen, aber auf dieser Skala dehnt sich der Raum aufgrund der gegenseitigen Gravitationsanziehung der Lokalen Gruppe sowieso nicht wirklich aus. Dies bedeutet, dass im Prinzip die Ausdehnung des Universums könnten in den letzten paar Millionen Jahren zum Stillstand gekommen sind und immer noch dem kosmologischen Prinzip entsprechen. Dies würde jedoch bedeuten, dass die Entwicklung der Expansionsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit einen scharfen Knick hätte. Auch dies ist nicht unmöglich, aber wir kennen keinen physikalischen Mechanismus, der dies bewirken könnte.
Fragen Sie Ethan: Woher wissen wir, dass der Weltraum expandiert?
Es gibt eine große Anzahl wissenschaftlicher Beweise, die das Bild des expandierenden Universums stützen. [+] und der Urknall. Aber ob das Universum endlich oder unendlich ist, ist noch nicht entschieden.
Wenn Sie einen Blick auf das Universum werfen und in jede Richtung, in die Sie schauen, Objekte sehen, die von Ihnen wegeilen, was würden Sie daraus schließen? Wäre es so, dass du irgendwie abstoßend bist? Dass sich das Raumgefüge selbst ausdehnt? Dass Sie sich im Zentrum einer früheren Explosion befinden und alles andere sich nur vom Explosionspunkt wegbewegt? Diese sowie andere Optionen mögen alle vernünftig erscheinen, aber irgendwie sagen Wissenschaftler immer "das Universum dehnt sich aus", als ob es keine andere Alternative gäbe. Warum das? Unser Leser Buck will es wissen und fragt:
Woher wissen wir, dass sich der Weltraum ausdehnt? In Bezug auf was? Rotverschiebungsgalaxien, die weiter auseinander wachsen, könnten dies im unendlichen Raum tun, im Gegensatz zum sich ausdehnenden Raum.
Ob Sie es glauben oder nicht, die Antwort steht dem Universum selbst ins Gesicht geschrieben.
Die Raumzeit in unserer Nachbarschaft, die aufgrund des Gravitationseinflusses der . [+] Sonne und andere Massen.
Eine der unglaublichsten Tatsachen über Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie – unsere führende Gravitationstheorie – ist, dass sie die Beziehung zwischen Raumzeit einerseits und Materie und Energie andererseits beschreibt. Materie und Energie sagen der Raumzeit, wie sie sich krümmt. Die Raumzeit sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll. Wenn wir wissen, wie die gesamte Materie und Energie im Universum zu jedem Zeitpunkt verteilt ist, und wir auch wissen, wie sich diese Materie und Energie bewegen, können wir rekonstruieren, wie sich die Raumzeit über die Geschichte des Universums krümmt und entwickelt.
Ein zweidimensionaler Ausschnitt der überdichten (rot) und unterdichten (blau/schwarzen) Regionen des Universums . [+] in unserer Nähe. Die Linien und Pfeile veranschaulichen die Richtung eigentümlicher Geschwindigkeitsflüsse, aber all dies ist eingebettet in ein Gewebe aus expandierendem Raum.
Kosmographie des Lokaluniversums – Courtois, Helene M. et al. Astron.J. 146 (2013) 69
Wenn wir einen Blick auf die Galaxien in unserem Universum werfen, werden die ganz nahen von der Gravitationsdynamik anderer naher Galaxien dominiert. Die Milchstraße und Andromeda steuern aufeinander zu, die anderen Galaxien der lokalen Gruppe werden schließlich auch mit uns verschmelzen. Abgesehen davon werden Galaxien wie große Galaxien und Gruppen und Galaxienhaufen zu den anderen nahen Massen hingezogen. In jeder relativ kleinen Region des Weltraums mit einer Größe von einigen Millionen oder zig Millionen Lichtjahren bestimmen die Massen in diesem Raum insgesamt, wie sich die Galaxien bewegen werden.
Eine ultraferne Ansicht des Universums zeigt Galaxien, die sich mit extremen Geschwindigkeiten von uns entfernen. Bei denen. [+] Entfernungen erscheinen Galaxien zahlreicher, kleiner, weniger entwickelt und treten bei großen Rotverschiebungen im Vergleich zu denen in der Nähe zurück.
NASA, ESA, R. Windhorst und H. Yan
Aber auf größeren Skalen sehen wir einen anderen Effekt. Diese kleinräumigen Bewegungen, die als eigentümliche Geschwindigkeiten bekannt sind, können Geschwindigkeiten von bis zu einigen tausend Kilometern pro Sekunde verursachen. Aber sie werden einem größeren Effekt überlagert, den Sie nur sehen können, wenn Sie sich viel größere Maßstäbe ansehen: Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto schneller scheint sie sich von uns zu entfernen.
Nicht nur, dass sich Galaxien von uns wegbewegen, verursacht eine Rotverschiebung, sondern die . [+] Raum zwischen uns und der Galaxie verschiebt das Licht auf seiner Reise von diesem entfernten Punkt zu unseren Augen rot.
Larry McNish / RASC Calgary Center
Diese empirische Beobachtung ist als Hubble-Gesetz bekannt und besagt einfach, dass die scheinbare Rezessionsgeschwindigkeit einer Galaxie proportional zu ihrer Entfernung von uns ist. Die Proportionalitätskonstante ist als Hubble-Konstante bekannt und wurde sehr genau mit etwa 70 km/s/Mpc gemessen, mit einer Unsicherheit von etwa 3-4 km/s/Mpc, je nachdem, wie Sie sie messen.
Die Rotverschiebungs-Entfernungsbeziehung für entfernte Galaxien. Die Punkte, die nicht genau auf die . [+] Linie verdanken die leichte Fehlanpassung den Unterschieden der eigentümlichen Geschwindigkeiten, die nur geringe Abweichungen von der beobachteten Gesamtexpansion bieten. Die Originaldaten von Edwin Hubble, die zuerst verwendet wurden, um zu zeigen, dass sich das Universum ausdehnt, passen alle in das kleine rote Kästchen unten links.
Robert Kirshner, PNAS, 101, 1, 8-13 (2004)
Aber warum passiert das? Warum bewegt sich alles von allem anderen, solange sie gravitativ ungebunden sind? Gehen wir zurück zu den Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie, bis hin zu einer Erkenntnis, die Einstein hatte, bevor er seine mächtigste Idee veröffentlichte.
Als Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vorstellte, erkannte er schnell, dass es eine Konsequenz gab, mit der er unzufrieden war: Ein Universum, das in alle Richtungen mit Materie gefüllt war, wäre gegen einen Gravitationskollaps instabil. Einsteins Lösung hierfür bestand darin, eine unsichtbare, nach außen drängende Kraft zu schaffen, die diesen Zusammenbruch verhinderte, eine kosmologische Konstante. Aber wenn man diese kosmologische Konstante nicht mit einbezog, stellten andere bald fest, dass man ein Universum hätte, das zeitlich nicht statisch war, sondern in dem sich das Raumgefüge selbst mit der Zeit entweder ausdehnte oder zusammenzog.
Die Ballon/Münzen-Analogie des expandierenden Universums. Die einzelnen Strukturen (Münzen) dehnen sich nicht aus, . [+] aber die Abstände zwischen ihnen tun in einem expandierenden Universum.
E. Siegel / Jenseits der Galaxis
Selbst dann war Einsteins Lösung nicht gut. Seine kosmologische Konstante führte zu einem instabilen Universum: Einige überdichte Taschen würden kollabieren, während die untergeordneten sich rasend schnell zurückziehen würden. Ein Universum, das den Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie gehorcht, kann nicht einfach eine statische Raumzeit haben, solange es voller Materie ist. Wenn wir auf unseres schauen, sehen wir, dass es beides erscheint homogen und isotrop. Diese beiden Eigenschaften sind so wichtig, weil sie uns zwei wichtige Dinge sagen:
- Homogen bedeutet, dass das Universum überall im Raum gleich ist.
- Isotrop bedeutet, dass das Universum in alle Richtungen gleich ist.
Zusammengenommen sagen sie uns, dass das Universum eine gleichmäßige Verteilung von Materie/Energie hat, egal wohin Sie gehen oder in welche Richtung Sie schauen. Dies, kombiniert mit der Tatsache, dass entfernte Galaxien schneller zu verschwinden scheinen, je weiter sie sich entfernen uns, lassen nur sehr wenige Optionen, was eine Erklärung angeht.
Ein Universum, das den Relativitätsgesetzen gehorcht und isotrop und homogen gefüllt ist mit . [+] Materie und/oder Strahlung können nicht statisch sein. Es muss sich ausdehnen oder zusammenziehen, je nachdem, was sich darin befindet und in welcher Höhe.
E. Siegel / Jenseits der Galaxis
Dies könnte zwar auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen sein, darunter:
- Das Licht dieser fernen Galaxien wird "müde" und verliert Energie, während sie durch den Weltraum reisen,
- Eine schnelle Bewegung, bei der sich die sich schneller bewegenden Galaxien mit der Zeit weiter weg winden,
- Eine anfängliche Explosion, die einige Galaxien bis heute weiter von uns wegdrückt,
- Oder das Raumgefüge selbst expandiert,
nur die letzte Option wurde durch die vollständige Datensammlung bestätigt, die sowohl die allgemeine Relativitätstheorie als auch die astrophysikalische Verteilung und Eigenschaften aller beobachteten Galaxien stützt.
Die Unterschiede zwischen einer bewegungsbasierten Erklärung für Rotverschiebung/Abstände (gestrichelte Linie) und . [+] (feste) Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie für Entfernungen im expandierenden Universum. Definitiv stimmen nur die Vorhersagen von GR mit dem überein, was wir beobachten.
Wikimedia Commons-Benutzer Redshiftimprove
Es wurde sehr schnell klar – bereits in den 1930er Jahren –, dass es keine zwei Möglichkeiten gibt: Das Universum expandiert tatsächlich. Die Tatsache, dass die Rotverschiebung eines Objekts der Entfernungsrelation und der beobachteten Expansionsrate ebenso gut entsprach, egal wie weit ein Objekt entfernt war, half dies zu bestätigen.
Aber es gibt noch mehr Beweise. Wenn sich das Universum tatsächlich ausdehnen würde, würden wir eine Reihe von Dingen erwarten, die wir sehen könnten. Wir würden sehen, dass die Materie im Universum umso dichter erscheinen würde, je weiter wir in die ferne Vergangenheit blicken. Wir würden sehen, dass Galaxien dichter beieinander liegen als heute. Wir würden sehen, dass das Spektrum des Lichts von Schwarzkörperobjekten Schwarzkörper bleibt und nicht in der Energie verschoben wird. Und wir würden sehen, dass die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung damals eine höhere Temperatur hatte als die 2,7 K heute.
Eine Studie aus dem Jahr 2011 (rote Punkte) hat den bisher besten Beweis dafür erbracht, dass der CMB früher höher war in . [+] Temperatur in der Vergangenheit. Die Spektral- und Temperatureigenschaften des entfernten Lichts bestätigen, dass wir in einem expandierenden Weltraum leben.
P. Noterdaeme, P. Petitjean, R. Srianand, C. Ledoux und S. López, (2011). Astronomie und Astrophysik, 526, L7
All diese Beweise stimmen überein und lehren uns, dass sich das Universum ausdehnt, und das ist eher die Ursache der scheinbaren Rezession als jede andere Erklärung. Es ist keine Bewegung, es ist kein müdes Licht, es ist nicht das Ergebnis einer Explosion. Der Weltraum selbst dehnt sich aus, und der Teil unseres Universums, den wir sehen und auf den wir zugreifen können, wird immer größer. Obwohl der Urknall erst 13,8 Milliarden Jahre her ist, befindet sich das am weitesten entfernte Licht, das heute zu unseren Augen kommt, 46 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.
Das beobachtbare Universum könnte aus unserer Sicht 46 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen betragen. [+] aber es gibt sicherlich noch mehr, unbeobachtbares Universum, vielleicht sogar unendlich viel, genau wie unseres darüber hinaus.
Frédéric MICHEL und Andrew Z. Colvin, kommentiert von E. Siegel
Was liegt darüber hinaus? Wir sind uns fast sicher, dass es da draußen noch mehr "Universum" gibt, aber es ist einfach so, dass das Licht noch nicht genug Zeit hatte, um zu unseren Augen zu gelangen. Das unbeobachtbare Universum, jenseits dessen, was wir beobachten können, kann endlich oder unendlich sein, wir wissen es einfach nicht. Aber auch wenn es schon unendlich ist, kann es sich noch ausdehnen! Wenn sich das Universum ausdehnt, multiplizieren Sie einfach seine Größe mit einem "Wachstumsfaktor". Wenn es also endlich beginnt, ist es immer noch endlich (aber größer), und wenn es unendlich beginnt, ist es immer noch unendlich. Und wenn Ihre Neugier Sie weiterbringt, können Sie gerne lernen, in was sich das Universum ausdehnt, oder 5 andere Fragen über das expandierende Universum. Wir sind sicher, dass sich das Universum im Laufe der Zeit verändert, ausdehnt und ausdehnt, da die Auswirkungen konsistent und unbestreitbar sind. Aber was liegt jenseits des Universums, das wir derzeit beobachten können? Wir arbeiten noch daran, das herauszufinden. Wie immer gibt es mehr Wissenschaft zu tun!
Der Doppler-Effekt
Das Geräusch einer Sirene oder eines vorbeifahrenden Autos klingt höher, je näher es Ihnen kommt, und leiser, wenn es sich entfernt. Dies wird als Doppler-Effekt bezeichnet, bei dem sich Wellen, in diesem Fall Schallwellen, in Frequenz und Wellenlänge ändern, wenn sich die Quelle auf Sie zu (höhere Frequenz, kürzere Wellenlänge) oder von Ihnen weg bewegt (niedrigere Frequenz, längere Wellenlänge). Es gibt keine tatsächliche Änderung des Klangs, das Auto macht kein anderes Geräusch. Es klingt einfach anders aufgrund der Bewegung des Autos relativ zu Ihnen.
Woher wissen wir, dass sich das Universum jetzt noch ausdehnt? - Astronomie
Ich habe über das Universum gelesen und wollte ein paar Dinge wissen, die mir unklar erscheinen. Ich bin mir nicht sicher, ob Sie diese beiden Fragen beantworten können, aber ich hoffe, Sie werden es tun! Erstens, woher wissen wir, ob sich das Universum für immer ausdehnt? Und wenn es sich ausdehnt, wird die Expansion dann aufhören oder wird es einfach für immer weiter expandieren? Danke für deine Hilfe. Ich fand Ihre Webseiten sehr hilfreich und interessant, wenn ich Fragen habe.
Es gibt wirklich nur einen Weg für das Universum, die Expansion zu stoppen: Das heißt, wenn im Universum genug Masse vorhanden ist, damit die Schwerkraft die Expansion überwinden kann. Die Massendichte (Masse pro Raumvolumen), die erforderlich ist, um die Expansion zu stoppen, wird oft als "kritische Dichte" bezeichnet. Wenn das Universum dichter als kritisch ist, kann die Schwerkraft aller Stoffe im Universum die Expansion überwinden, wodurch sie aufhört und schließlich wieder zusammenbricht. Wenn die Dichte im Universum kleiner als die kritische Dichte ist, wird die Expansion für immer andauern.
Es ist sehr schwierig, die Dichte des Universums zu bestimmen, da die meiste Materie im Universum kein Licht abgibt, das wir in unseren Teleskopen sehen können. Aber wir können rausgehen und messen, wie viele Galaxien es gibt und wie schnell sie sich gegenseitig umkreisen (je massereichere Galaxien, desto schneller werden sie umkreisen). Dies gibt uns eine ziemlich gute Vorstellung von der Dichte. Wir können auch versuchen, direkt zu messen, wie schnell sich die Expansion verlangsamt, indem wir die Expansionsgeschwindigkeiten entfernter Galaxien messen. Dies ist auch ein sehr schwieriges Experiment.
Update von Christopher Springob: Das Verständnis der Astronomen für dieses Problem hat sich dramatisch verändert, seit wir diese Frage zum ersten Mal im Januar 1999 beantwortet haben. Es gibt jetzt überzeugende Beweise dafür, dass sich die Expansion des Universums tatsächlich beschleunigt und nicht verlangsamt. Dies kann nicht an der Schwerkraft liegen. Es muss an "dunkler Energie" liegen, einer abstoßenden Kraft des leeren Raums, die der Schwerkraft in großen Maßstäben entgegenwirkt. (Hier können Sie mehr darüber lesen.)
Angenommen, die Interpretationen der Daten durch die Astronomen sind richtig und das Universum beschleunigt sich tatsächlich immer schneller, wir wissen immer noch nicht, was das endgültige Schicksal des Universums sein wird, weil wir nicht wissen, ob die dunkle Energie wird immer abstoßend sein. Es gibt einige Modelle, die es ermöglichen, in Zukunft attraktiv zu werden, was dazu führen würde, dass sich das Universum letztendlich wieder zusammenzieht. Aber wenn dunkle Energie real ist, dann wird die Dichte der Materie keinen großen Einfluss mehr auf das endgültige Schicksal des Universums haben, da dunkle Energie auf lange Sicht dazu neigt, die Schwerkraft zu siegen.
Diese Seite wurde zuletzt am 27.06.2015 aktualisiert.
Über den Autor
Dave Kornreich
Dave war der Gründer von Ask an Astronomer. 2001 promovierte er an der Cornell University und ist heute Assistenzprofessor am Department of Physics and Physical Science der Humboldt State University in Kalifornien. Dort betreibt er seine eigene Version von Ask the Astronomer. Er hilft uns auch bei der ein oder anderen kosmologischen Frage.
Rotschiebende Galaxien
Es sind nicht nur Starts, die sich zu oder von uns bewegen, sondern auch Galaxien.
Der amerikanische Astronom Vesto Slipher arbeitete im Lowell-Observatorium in Arizona. Vor fast einem Jahrhundert sammelte er Daten von 41 Galaxien – damals wurden sie Nebel genannt, weil Astronomen nicht genau wussten, was sie waren. Seine Ergebnisse waren umso faszinierender, als das Spektrum der meisten Galaxien nach Rot verschoben war, was bedeutet, dass es zu längeren Wellenlängen ging. Nur vier dieser Galaxien waren blauverschoben und kamen auf uns zu.
Eine der Galaxien, die sich in unsere Richtung bewegt, ist die Andromeda-Galaxie, und wir wussten bis dahin nicht, dass sie auf uns zukommt. Mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops wissen wir genau, wie schnell es sich bewegt, 110 km/sek. In 4 Milliarden Jahren wird es mit der Milchstraße kollidieren.
13.7: Wie gut kennen wir die Expansionsrate und das Alter des Universums?
. Bitte bewerten Sie auf einer Skala von 1 bis 5, wie effektiv die Aktivität &bdquoWrapping It Up&rdquo für dieses Kapitel Ihnen beim Verständnis des Materials geholfen hat. (1: überhaupt nicht effektiv &rarr 5: sehr effektiv)
B. Was waren die wichtigsten Ideen, die Sie bei der Durchführung der Aktivität &ldquoWrapping It Up&rdquo für dieses Kapitel gelernt haben? Seien Sie in Ihrer Antwort spezifisch und detailliert. Bitte stellen Sie sich folgende Fragen: Was haben Sie gelernt? Wie hast du es gelernt? Was ist noch unklar? (Mindestens 150&ndash200 Wörter.)
C. Wenn die Aktivität &ldquoWrapping It Up&rdquo für dieses Kapitel Messungen oder Daten umfasste, beschreiben Sie bitte, welche Faktoren die Genauigkeit Ihrer Ergebnisse beeinflusst haben. (Tun nicht Fehler enthalten, nur unvermeidbare Messungenauigkeiten.) Falls Sie während der Aktivität Zahlenwerte für die Genauigkeit Ihrer Messungen erhalten haben, notieren Sie diese hier. Wenn keine Messungen oder Daten vorhanden sind, sagen Sie dies ausdrücklich.
D. Fragen, die auf Richtigkeit bewertet werden müssen:
1. Wäre das Universum älter, wenn die Expansionsrate H . wäre0 = 50 km/s/Mpc oder wenn H0 = 75 km/s/Mpc? Erklären.
2. Wie alt ist das Universum, wenn die Hubble-Konstante mit 75 km/s/Mpc gemessen wird? Geben Sie Ihre Antwort in Milliarden von Jahren aus. Wäre dieser Wert mit dem Bereich für die Hubble-Zeit des HST-Schlüsselprojekts vereinbar? Erklären.
3. Wie sind die Geschwindigkeiten weit entfernter Galaxien im Durchschnitt im Vergleich zu denen näherer Galaxien? Warum?
4. Woher wissen Sie anhand der Messungen, die Sie in diesem Kapitel gemacht haben, dass sich das Universum ausdehnt (dehnt), die einzelnen Galaxien jedoch nicht?
Das Universum-Projekt
Sie müssen sich jedoch nicht nur auf unser Wort verlassen - Sie können Ihr eigenes Hubble-Diagramm erstellen, um sich selbst zu beweisen, dass sich das Universum ausdehnt! Auf den folgenden Seiten werden Sie Hubbles Schritte verfolgen, um eine der wichtigsten Entdeckungen der Astronomie des 20. Jahrhunderts zu machen.
Sie werden sich einige Galaxien in der SkyServer-Datenbank ansehen. Diese Datenbank enthält aktuelle Daten, die von vielen Astronomen gesammelt wurden. Es bietet Astronomen einen Katalog von Objekten, von denen bekannt ist, dass sie im Universum existieren. Bisher sind fast 90 Millionen Sterne und Galaxien in diesem Katalog enthalten! Die Datenbank wird von Astronomen verwendet, um die größte und detaillierteste Karte des Universums zu erstellen, die je erstellt wurde. SkyServer stellt es der Öffentlichkeit zur Verfügung, damit Sie die Geheimnisse des Universums erkunden können.
Ihr erster Schritt besteht darin, sich die Helligkeit dieser Galaxien anzusehen, um eine ungefähre Vorstellung davon zu bekommen, wie weit sie von der Erde entfernt sind. Als Nächstes verwenden Sie diese Entfernungen zusammen mit SkyServers Messungen zur Rotfärbung der Galaxien, um ein einfaches Hubble-Diagramm zu erstellen, das die Expansion des Universums zeigt.
Das Universum heute: Wie es jetzt aussieht
In den 1920er Jahren schlug der Astronom Georges Lemaître die sogenannte Urknalltheorie vor, die das am weitesten verbreitete Modell zur Erklärung der Entstehung des Universums ist.
In den Jahrzehnten seitdem haben theoretische Physiker den Kosmos nach Beweisen für die Urknalltheorie abgesucht. Während sie viele seit langem bestehende Rätsel aufklären, haben einige der bahnbrechendsten Entdeckungen auch zu noch verwirrenderen Rätseln geführt, die noch gelöst werden müssen.
Während Kosmologen weiterhin Details rund um die Geburt des Universums vor etwa 13,7 Milliarden Jahren zusammensetzen, gewinnen sie auch ein besseres Verständnis unseres heutigen Universums.
"Es ist sicherlich eine Zeit, in der enorme Fortschritte gemacht wurden", sagte David Spergel, Vorsitzender der Abteilung für Astrophysik an der Princeton University in Princeton, New Jersey. "Als ich in den 80er Jahren Doktorand war, wussten wir nicht, wie alt wir sind das Universum. Wir kannten seine Zusammensetzung nicht. Wir haben den Ursprung der Galaxien nicht verstanden. Wir haben bei all diesen Themen große Fortschritte gemacht." [Der Urknall bis jetzt in 10 einfachen Schritten]
Der Anfang des Universums
Nach der Urknalltheorie begann unser Universum als extrem heißer und extrem dichter Zustand, der eine schnelle und kolossale Expansion durchmachte.
"Es war sehr heiß, sehr dicht und fast gleichförmig", sagte Spergel gegenüber SPACE.com. "Als es sich ausdehnte, wurde es kühler und weniger dicht."
Aber trotz des Namens der Theorie war der Ursprung des Universums nicht wirklich eine Explosion, sagte Charles Bennett, Astrophysiker und Professor an der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland.
"Die meisten Leute halten den Urknall für eine große Explosion im Weltraum, aber das ist nicht wirklich das, was wir meinen", sagte Bennett gegenüber SPACE.com. "Wir sprechen nicht von einer Explosion. Es ist besser, sich das Wachstum des Universums als etwas vorzustellen, das überall gleichzeitig passiert ist."
Kosmologen haben kein klares Verständnis davon, was kurz vor diesem Moment geschah.
"Nun, wir könnten sagen, es war heißer und dichter, aber die kurze Antwort ist, dass wir es nicht wissen", sagte Bennett.
Sekundenbruchteile nach dem Urknall – um genau zu sein ein Billionstel einer Billionstel einer Billionstel Sekunde – begann das Universum in einer als Inflation bezeichneten Periode rapide zu expandieren.
Auf der Suche nach Hinweisen auf den Urknall
Um das frühe Universum zu untersuchen, analysieren Wissenschaftler den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), der das gesamte Universum durchdringt und Überreste des Urknalls in Form von Licht- und Strahlungsresten enthält. [Bilder: Blick zurück zum Urknall]
Dieses wertvolle Relikt ist für Mikrowellendetektoren wie die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA sichtbar, die 2001 gestartet wurde, um den kosmischen Mikrowellenhintergrund zu untersuchen. Bennett war der Hauptermittler der WMAP-Mission und Spergel war Mitglied seines Teams.
"Wenn wir Licht vom CMB sehen, ist das, was wir sehen, empfindlich für das, was davor passiert ist", erklärte Bennett. „Es ist, als würde man ein Bild von einem Baby sehen und daraus schließen, was das Baby verursacht haben könnte. Eine andere Möglichkeit ist, an einem bewölkten Tag nach draußen zu gehen und in den Himmel zu schauen am unteren Ende der Wolke, aber Sie könnten daraus schließen, dass Licht durchkommt. Es kommt etwas Helles durch die Wolken, aber Sie können die Sonne möglicherweise nicht sehen."
Auf diese Weise untersuchen Wissenschaftler im Wesentlichen den kosmischen Mikrowellenhintergrund, und indem Astronomen ausgehend vom erfassten Licht und der Strahlung rückwärts arbeiten, können sie die Schwankungen im frühen Universum in den ersten Momenten nach dem Urknall indirekt messen, sagte Spergel.
Daten der lukrativen WMAP-Mission, die 2010 endete, des neueren europäischen Weltraumobservatoriums Planck, das 2009 gestartet wurde, und verschiedener anderer weltraum- und bodengestützter Teleskope helfen Astronomen, die Entwicklung des Universums zu verstehen. Dennoch haben viele dieser Entdeckungen auch neue und komplexe Fragen aufgeworfen. [Die vollständigste Universumssimulation in 3D visualisiert]
"Wir haben Antworten auf viele uralte Fragen", sagte Bennett. "Allerdings müssen wir uns neue Fragen stellen, wie es oft bei wissenschaftlichen Durchbrüchen der Fall ist. Aber es sind andere Fragen, das ist also ein Fortschritt."
Altes Universum, neue Fragen
In den 1960er und 1970er Jahren schlossen Astronomen, dass es im Universum mehr Masse geben könnte als nur das, was sichtbar ist. Bei der Untersuchung der Geschwindigkeiten von Sternen an verschiedenen Orten in Galaxien stellte Vera Rubin, Astronomin an der Carnegie Institution of Washington, fest, dass es praktisch keinen Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten von Sternen im Zentrum einer Galaxie und denen weiter draußen gibt. Dies schien gegen die grundlegende Newtonsche Physik zu verstoßen, die impliziert, dass Sterne am Rande einer Galaxie langsamer umkreisen würden.
Die mysteriöse und unsichtbare Masse, von der angenommen wird, dass sie dieses Phänomen verursacht, wurde als dunkle Materie bekannt. [Videoshow: Eine Blaupause für das Universum]
„Dunkle Materie ist ziemlich genau definiert als eine Art Material, das Masse hat, aber nicht mit Licht interagiert, weshalb wir Schwierigkeiten haben, sie zu sehen“, sagte Bennett. "Es besteht kein Zweifel, dass es Material gibt, aber wir wissen nicht, was es ist, und wir haben es noch nicht identifiziert."
Da Dunkle Materie Masse hat, wird sie von der Schwerkraft bestimmt. Dunkle Materie ist zwar unsichtbar, wird aber aus der Anziehungskraft abgeleitet, die sie auf normale Materie ausübt.
Es wird angenommen, dass die Dunkle Materie 23 Prozent des Universums ausmacht, während nur 4 Prozent des Universums aus regulärer Materie wie Sternen, Planeten und Menschen besteht.
„Es ist ernüchternd zu erkennen, dass, wenn man die Energie der Masse, die wir jeden Tag sehen, addiert, so ein kleiner Teil von allem ist“, sagte Bennett.
Das sich beschleunigende Universum
Aber das ist nicht alles. In den 1920er Jahren machte der Astronom Edwin Hubble eine bahnbrechende Entdeckung, dass das Universum nicht statisch ist, sondern sich ausdehnt. 1998 untersuchte das nach dem Astronomen benannte Hubble-Weltraumteleskop entfernte Supernovae und stellte fest, dass sich das Universum vor langer Zeit langsamer ausdehnte als heute.
Diese Entdeckung verwirrte Wissenschaftler, die lange dachten, dass die Schwerkraft der Materie die Expansion des Universums allmählich verlangsamen oder sogar zusammenziehen würde. Kosmologen erklärten diese Beschleunigung mit einer sogenannten dunklen Energie, von der angenommen wird, dass sie die Kraft ist, die den Kosmos mit immer höheren Geschwindigkeiten auseinanderzieht.
Man nimmt an, dass die dunkle Energie 73 Prozent des Universums ausmacht, aber da die schwer fassbare Energie unentdeckt bleibt, bleibt sie eines der zwingendsten Themen in der Kosmologie.
Was die Form des Universums betrifft, so habe die WMAP-Mission Daten zurückgegeben, die darauf hindeuteten, dass das Universum flach ist, sagte Spergel.
"Wir glauben tatsächlich, dass die Inflation unser Universum so verändert hat", erklärte Bennett. „Es könnte sein, dass sich das Universum so weit ausgedehnt hat, dass es sehr flach aussieht – so wie wenn man auf der Erde steht, sieht es flach aus, weil es so groß ist.“
Die Zukunft der Kosmologie
Wissenschaftler versuchen ständig, den Ursprung des Universums und seine Entwicklung besser zu verstehen. Und obwohl es bleibende Geheimnisse wie den Nachweis von Dunkler Materie und Dunkler Energie gibt, sind Spergel und Bennett zuversichtlich, dass einige davon in den nächsten Jahren beantwortet werden.
"Ich bin ziemlich optimistisch, was Dunkle Materie angeht", sagte Bennett. "Ich kann es nicht garantieren, aber der Large Hadron Collider sollte viele unserer Fragen beantworten. Ich denke, wir können die Inflationsidee auch viel härter testen. Ich hoffe, dass wir tatsächlich noch einiges mehr über die Anfänge erfahren können." des Universums und die beschleunigte Expansion."
Trotz der Schwierigkeiten, die Astronomen bisher bei der Entdeckung von Dunkler Materie und Dunkler Energie hatten, „weiß man nie, was passieren wird“, sagte Bennett. "Viele der großen Entdeckungen wurden nicht vorhergesagt, wie die Beschleunigung des Universums - das hat niemand vorhergesagt."
Wie beschleunigt sich das Universum, wenn die Expansionsrate sinkt?
Es gibt eine große Anzahl wissenschaftlicher Beweise, die das Bild des expandierenden Universums unterstützen. [+] und der Urknall, komplett mit dunkler Energie. Die fernen Galaxien entfernen sich heute schneller von uns als noch vor 6 Milliarden Jahren, aber die Expansionsrate selbst nimmt weiter ab.
Wenn Sie sich eine Galaxie im Universum ansehen, die nicht gravitativ an unsere eigene gebunden ist, wissen wir bereits, was in Zukunft mit ihr passieren wird. Unsere Lokale Gruppe, bestehend aus unserer Milchstraße, Andromeda, und etwa 60 kleineren Galaxien, ist die einzige, die an uns gebunden ist. Wenn Sie eine andere Galaxie als Teil der gebundenen Struktur betrachten, zu der sie gehört – wie ein Galaxienpaar, eine Gruppe oder ein Galaxienhaufen –, zieht sich diese gesamte Struktur von uns zurück, wobei ihr Licht systematisch zu längeren Wellenlängen verschoben wird: eine kosmische Rotverschiebung. Je weiter eine Galaxie im Durchschnitt entfernt ist, desto größer ist ihre Rotverschiebung, was bedeutet, dass sich das Universum ausdehnt.
Darüber hinaus würden Sie feststellen, dass sich diese Galaxie in ihrer Rezession von uns beschleunigt, wenn Sie lange kosmische Zeit herumhängen würden. Im Laufe der Zeit wird es sich in immer größeren Mengen rot verschieben, was bedeutet, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern dass es sich beschleunigt. Die abgeleitete Geschwindigkeit für jede Galaxie (die nicht gravitativ an uns gebunden ist) wird im Laufe der Zeit steigen, und alle diese Galaxien werden schließlich selbst mit Lichtgeschwindigkeit unerreichbar. Und dennoch, wenn wir die Expansionsrate des Universums messen würden, was wir gewöhnlich die Hubble-Konstante nennen, würden wir feststellen, dass sie im Laufe der Zeit tatsächlich abnimmt und nicht steigt.
So ist das in einem sich beschleunigenden Universum tatsächlich möglich.
Anstelle eines leeren, leeren, dreidimensionalen Rasters bewirkt das Ablegen einer Masse das, was gewesen wäre. [+] 'gerade' Linien werden stattdessen um einen bestimmten Betrag gekrümmt. Die Krümmung des Weltraums aufgrund der Gravitationseffekte der Erde ist eine Visualisierung der Gravitation und ein grundlegender Unterschied zwischen der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Speziellen Relativitätstheorie.
CHRISTOPHER VITALE VON NETWORKOLOGIES UND DAS PRATT INSTITUT
Das erste, was Sie erkennen müssen, ist, dass es in unserer Gravitationstheorie – Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie – eine enorm starke Beziehung zwischen der Materie und Energie in unserem Universum und dem Verhalten von Raum und Zeit gibt. Das Vorhandensein, die Menge und die Arten der vorhandenen Materie und Energie bestimmen, wie sich Raum und Zeit im Laufe der Zeit krümmen und entwickeln, und diese gekrümmte Raumzeit sagt Materie und Energie, wie sie sich bewegen sollen.
Einstein’s theory is tremendously complicated it took months for the first exact solution to be found in General Relativity, and that was for a Universe with one non-rotating, uncharged point mass in it. More than 100 years later, there are still only perhaps two dozen exact solutions are known.
Es gibt nur einen anderen Planeten in unserer Galaxie, der erdähnlich sein könnte, sagen Wissenschaftler
29 intelligente außerirdische Zivilisationen haben uns möglicherweise bereits entdeckt, sagen Wissenschaftler
Erklärt: Warum der „Erdbeermond“ diese Woche so niedrig, so spät und so leuchtend sein wird
Fortunately, one of them is for a Universe that’s uniformly filled in all locations with roughly equal amounts of matter, radiation, and any other forms of energy you can dream up. When we look out at the Universe and measure it, on the largest cosmic scales, this appears to describe what we see.
In modern cosmology, a large-scale web of dark matter and normal matter permeates the Universe. On . [+] the scales of individual galaxies and smaller, the structures formed by matter are highly non-linear, with densities that depart from the average density by enormous amounts. On very large scales, however, the density of any region of space is very close to the average density: to about 99.99% accuracy.
WESTERN WASHINGTON UNIVERSITY
A Universe filled with the same amount of stuff everywhere, from the earliest times (which we see imprinted in the Cosmic Microwave Background) to the present day (where we can count galaxies and quasars), seems to be exactly what we have. And if that’s the Universe in which you live, there’s a specific solution that describes the spacetime you occupy: the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker spacetime.
What this spacetime tells us is remarkable. On one side of the equation, you get all the different forms of energy that can be present:
- normal matter,
- antimatter,
- dark matter,
- neutrinos,
- radiation (like photons),
- dark energy,
- spatial curvature,
- and anything else we can dream up.
And on the other side? An expression that we quickly realized was how the fabric of space changed over time: either growing or shrinking. We could only tell which one was true by observing it.
A photo of the author at the American Astronomical Society's hyperwall, along with the first . [+] Friedmann equation (in modern form) at right. Dark energy could either be treated as a form of energy with a constant energy density or as a cosmological constant, but exists on the right-hand side of the equation.
Perimeter Institute / Harley Thronson / E. Siegel
This one equation, called by some the most important equation in the Universe, tells us how the Universe evolves over time. Think about what it means: the rate at which the Universe either expands or contracts is directly related to the sum total of all the matter and energy — in all its different forms — present within it.
Before we had ever measured it, the widespread assumption was that the Universe was neither expanding nor contracting, but static. When Einstein realized that his equations predicted that a Universe full of stuff would be unstable against gravitational collapse, he threw in a cosmological constant to exactly balance out the force of gravity the only way he could think of to prevent the Universe from imploding in a Big Crunch.
Even when it was pointed out to him directly by some (including Lemaître), Einstein derided the possibility that the Universe could be anything other than static. "Your calculations are correct, but your physics is abominable,” Einstein wrote in response to Lemaître’s work. And yet, when the key observations of Hubble came in, the results were unmistakable: the Universe was indeed expanding, and completely inconsistent with a static solution.
The original 1929 observations of the Hubble expansion of the Universe, followed by subsequently . [+] more detailed, but also uncertain, observations. Hubble's graph clearly shows the redshift-distance relation with superior data to his predecessors and competitors the modern equivalents go much farther. All the data points towards an expanding Universe.
ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L)
An expanding Universe is one that was smaller in the past, and grows to occupy larger and larger volumes in the future. It’s one that was hotter in the past, since radiation is defined by the size of its wavelength, and as the Universe expands, this expansion stretches the wavelengths of any photons as they travel through intergalactic space, with the amount of stretching related to the amount of cooling. And it’s one that was even more uniform in the past, as an almost-uniform Universe that gravitates will see those tiny initial overdensities grow into the large-scale structure we observe today.
The big question, of course, is how the Universe’s expansion rate changes over time, and that’s dependent on the different forms of energy that are present within it. The volume of the Universe will continue to grow regardless of what’s in it, but the rate at which the Universe grows will change dependent on exactly what types of energy it’s filled with.
Let’s look at some examples in detail.
Various components of and contributors to the Universe's energy density, and when they might . [+] dominate. Note that radiation is dominant over matter for roughly the first 9,000 years, then matter dominates, and finally, a cosmological constant emerges. (The others do not exist in appreciable amounts.) However, dark energy may not be a pure cosmological constant.
E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY
If we had a Universe that was 100% made of matter, with nothing else at all, it would expand at a rate that grew as
t ⅔ , where if you doubled the age of the Universe, your size (in each of the three dimensions) would grow by 58%, while your volume would roughly quadruple.
If we had a Universe that was 100% made of radiation, again with nothing else at all, it would expand at a rate that grew as
t ½ . If you doubled the age of your Universe, your size would increase by 41% in each dimension, while the volume increases to about 2.8 times its original value.
And if you had a Universe that was filled with dark energy — and if we assume that dark energy turns out to truly be a cosmological constant — the Universe wouldn’t expand as a power law in time, but as an exponential. It would grow as
e Ht , where H is the expansion rate at any particular moment in time.
An illustration of how spacetime expands when it’s dominated by Matter, Radiation or energy inherent . [+] to space itself: dark energy. All three of these solutions are derivable from the Friedmann equations, and these solutions can be combined to represent a Universe with all three components, much like our own.
Why are these three cases so different from one another? The best way to think about it is to allow them to all start off like they’re the same Universe. They have the same initial expansion rate, the same initial volume, and the same amount of total energy present within that volume.
But as they start to expand, what happens?
- The matter-filled Universe dilutes its density drops as the volume expands, all while the mass (and hence the energy, since E = mc2 ) remains constant. As the energy density drops, so does the expansion rate.
- The radiation-filled Universe dilutes faster it’s density drops as the volume expands, while each individual photon also loses energy due to its cosmological redshift. The energy density drops faster for a radiation-filled Universe than a matter-filled one, and therefore so does the expansion rate.
- But a Universe filled with dark energy — a cosmological constant — doesn’t dilute. The energy density remains constant: the definition of a cosmological constant. As the volume of the Universe expands, the total amount of energy goes up, keeping the expansion rate constant.
While matter (both normal and dark) and radiation become less dense as the Universe expands owing to . [+] its increasing volume, dark energy, and also the field energy during inflation, is a form of energy inherent to space itself. As new space gets created in the expanding Universe, the dark energy density remains constant.
E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY
If you were to then imagine that, in each of these Universes, you were located at the same point, and there were one other galaxy in the Universe (corresponding to a different point), you could watch it recede away from you over time. You could measure how its distance was changing with time, and you could measure how its redshift (which corresponds to its recession speed) changed with time.
- In the matter-filled Universe, the other galaxy would get farther and farther away from you as time went on, but it moves away from you more slowly in the process. Gravity works to counteract the expansion, failing to stop it but succeeding in slowing it down. In a matter-only Universe, the expansion rate continues to drop, eventually approaching zero.
- In the radiation-filled Universe, the other galaxy still gets farther and farther away as time goes on, but the galaxy not only moves away more slowly as time goes on, it slows down faster than in the matter-only case. The expansion rate still asymptotes to zero, but the distant galaxy remains closer and moves away more slowly than in the matter-filled version.
- But in the dark energy-filled Universe, the other galaxy gets farther away and does so at an increasingly faster speed. When it’s double the initial distance away, it now appears to be receding at double the speed. At 10 times the distance, it’s 10 times the speed. Even though the expansion rate is a constant, any individual galaxy speeds up as it recedes from us over time.
(If you’re curious, there’s an on-the-border case: an empty Universe, where only curvature determines the expansion. In this Universe, the other galaxy gets farther away, but its recession speed would remain constant.)
A plot of the apparent expansion rate (y-axis) vs. distance (x-axis) is consistent with a Universe . [+] that expanded faster in the past, but is still expanding today. This is a modern version of, extending thousands of times farther than, Hubble's original work. The various curves represent Universes made out of different constituent components.
Ned Wright, based on the latest data from Betoule et al. (2014)
This might not make intuitive sense to you, so let’s bring a little bit of math in to help. The expansion rate, today, is
70 km/s/Mpc. Take a look at those weird units! The expansion rate is a speed (70 km/s) that accumulates with cosmic distance (for each Mpc, or megaparsec, which corresponds to
3.26 million light-years). If something’s 10 Mpc away, it recedes at
700 km/s if it’s 1,000 Mpc away, it recedes at 70,000 km/s.
In a matter-filled or radiation-filled Universe, the expansion rate itself drops with time, so even as a galaxy gets more distant, the expansion rate slows down by a greater percentage than its distance goes up. But in a dark energy-filled Universe, the expansion rate is constant, so as a galaxy gets more distant, it moves away faster and faster.
The largest contributors to our Universe’s energy today are matter (at
68%). The matter part continues to dilute, while the dark energy part remains constant. Since both contribute, the expansion rate continues to drop, and will eventually asymptote to a value of
45-50 km/s/Mpc. However, a distant galaxy still speeds up as it moves away from us, something that’s been going on for the past 6 billion years in our 13.8 billion year history. The expansion rate is dropping, but the speeds of distant galaxies are still increasing, or accelerating.
The different possible fates of the Universe, with our actual, accelerating fate shown at the right. . [+] After enough time goes by, the acceleration will leave every bound galactic or supergalactic structure completely isolated in the Universe, as all the other structures accelerate irrevocably away. We can only look to the past to infer dark energy's presence and properties, which require at least one constant, but its implications are larger for the future.
That’s the big key to understanding this: as the Universe expands, we can measure two different things. We can measure the expansion rate, which tells us, for every megaparsec a galaxy is away from us, how fast it recedes. This expansion rate, a speed-per-unit-distance, changes over time, dependent on the amount of energy present within a given volume of the Universe. As the Universe expands, the amount of dark energy in a given volume stays the same, but the matter and energy densities go down, and therefore so does the expansion rate.
But you can also measure a distant galaxy’s recession speed, and in a Universe dominated by dark energy, that speed will increase over time: an acceleration. The expansion rate drops, asymptoting to a constant (but positive) value, while the expansion speed increases, accelerating into the oblivion of expanding space. Both of these things are simultaneously true: the Universe is accelerating and the expansion rate is very slowly dropping. At last, now you finally understand how it happens, too.
15 Replies to &ldquoWill the Big Bang Go Backwards?&rdquo
Will the Big Bang go in reverse? Nee. No Big Crunch.
Will the Universe go on expanding forever and become an infinitely large, and an infinitely dilute Universe? Nee. Not that either.
Oddly, the Universe is steady state.
Einstein tried to address this problem in early General Relativity. He realized that the Universe could not be static. Gravity would eventually cause it to collapse. So he added the cosmological constant to get around that problem. But that model did not work either. The equilibrium he intended was not stable. Eventually, the Universe would either expand or contract, irreversibly.
There is more about this and related issues in the article “Beyond Einstein: non-local physics” which can be downloaded from:
scripturalphysics.org/4v4a/BeyondEinstein.html which gives a link to the .pdf file.
This article has not been reviewed and so I am very interested in readers’ opinions about it.
It’s really sad that people find it necessary to dilute science by filtering it through an irrational belief system of ancient myths and superstition. This goes against everything science stands for, which is the obliteration of myths and superstition in favor of facts and reality.
One may only surmise that you saw the word “scriptural” in the address and panicked assumed it would be full of Biblical/Quranical/Et Ceteral references? I can assure you, having read through it myself: there are none such in the paper.
IOW, in the future? You might want to read the paper BEFORE commenting on it next time, m’kay? I mean, to be fair, it isn’t that great, but dude (dudette?): you just totally flew off the handle for no observable reason.
To sum up: faulty physics, oh yes, quite religiously muddled faulty physics, not so much response, totally inaprop. Might want to get that hair-trigger nerve checked….
I came up with this saying back in the early 90’s. It starts by asking a short but complicated question. Does time exist? Well, think about this for a moment. “Time is a tool in which we use to better manage our lives. If time was to stand still, would we be able to move about in our own environment? Or is time the fuel, the catalyst, if you will, behind movement itself?”
Time matters for living beings, only.
From what I read of his paper, seemingly the only thing Brian understands with clarity is that there is a difference between the understood “locality” under which General Relativity was first conceived, and the “non-locality” clearly inherent in quantum mechanics. Unfortunately, I don’t see an easy way of resolving his confusion on just about every other issue, other than to offer a link of my own: http://arxiv.org/abs/1408.1826.
The paper is entitled “What Bell Did,” is authored by Tim Maudlin, and is free for download from the site linked above. It explores the very large difference that often exists between what Einstein and Bell actually understood by the terms “locality” and “non-locality,” what what “everyone says” they understood. (HINT: “determinism” is not the key word!)
In short, in Dr. Maudlin’s view, the EPR experiment did not show what many people think it did, and Bell (as a result) did not prove what most people think he proved. The implications of Bell’s actual proof are fundamental specifically to understanding how GR and QM describe (and are capable of describing) our universe. It also tends to imply that — at least until we abandon these theories for something better — all physics may actually be non-local, despite still possibly being deterministic in nature.
the problem I have with all these “final facts”: they change faster than anyone can follow.
Picture yourself 4000 years ago amongst the builders of Stonehenge: “of course we know how the skies work!” Then the Egyptians… they were pretty sure how and why the heavens work.
And now the “modern” astronomy: we are pretty sure we know how the machine works, but…. why do I have my doubts?
A new telescope, like Hubble… Gaia…Webb and it is “Oh, we didn’t know that before… that’s a game changer!” (Didn’t we heart that before?) So all we know is … temporarily!
The neatest theory of recent-ish times was the steady-state model. This extended the idea that we are not in any special part of the Universe to the time axis. Stuff was continuously popping into existence. Neat and tidy. Fred Hoyle coined the term ‘Big Bang’ as a term of ridicule. But, the data that emerged from deep space views and the cosmic background seemed to point to a big bang.
The next neatest idea was that everything went back to a point. You have small sets of ‘virtual’ particles continually popping into and out of existence, which can give measurable things like the Casmir effect. The Universe would be a big one of those, recycling itself. It did not have to use an infinite amount of space and time. But, if you look at the expansion of the universe, it didn’t fit.
Okay, so the universe is probably going to expand outwards forever, or until some presently unobservable phenomenon starts to take effect. The next neatest solution is for it to exactly sit on the boundary so it just does not come back on itself. This was almost true: the expansion of the universe was pretty close to the critical boundary, but these days most figures put is safely on the expanding forever side. But why is it expanding forever? Do other Universes do something different?
There are other theories, such as the ‘Big Rip’ which suggest the universe expansion rate will increase exponentially. This may be possible but it is a large extrapolation on a small discrepancy, and I don’t buy it just yet. So, that leaves us with the Universe expanding forever, and taking up infinite space and time, but life only existing for a tiny bit of it. I know it is irrational, but that seems somehow messy and wasteful, even though nothing is actually getting wasted.
“The expansion of the Universe is accelerating. It’ll never stop, and it’ll never run the Big Bang in reverse. ” You know Cain, the above statement you made is rather fatuous. Even Einstein made assumptions that he had to recant and regretted later. The Big Bang happened, but just because we can’t understand how it happened and what preceded the big bang event, we should never assume it might not happen again. Looking infinitely forward and backward in time, nothing makes sense except for infinitely repeating big bang/ big crunch cycles. To support this idea and simultaneously throw a bit of cold water on the forever expanding universe idea, you need not look any further than the evidence of “The Great Attractor”, whereby entire galaxies and superclusters are all spiraling toward something with very strong pull. Will the great attractor one day stop pulling all these galaxies together, and allow them to start drifting apart? Not very likely if I may be so bold to say so. Maybe both concepts are working together whereby those galaxies speeding away are actually speeding toward the great attractor’s backside, following the curved space “walls” at the outermost limits of the universe.
In my paper (BeyondEinstein.pdf), I did not specifically address the expansion/contraction issue because the scientific community seems to be unsettled about this question. It seems to have neither a settled conception nor misconception. It is an “open question”, and is not being ignored, and so I left it at that.
However, readers will not understand what I say below unless they have read my paper (which they probably don’t understand anyway if the comments here, or lack of them, are any indication).
What seems to be clear at this point is that we do not live in a matter/antimater Universe. As stated in BeyondEinstein.pdf, we live in a local/non-local Universe. That is, the Universe is divided into two realms of behaviors: one based on space/time relations and the other based on time/space relations. Each would appear to be statistically identical to the other to an observer within each system there is no way to tell “which is really which”–space/time or time/space. To us, they are co-mingled: we see the local realm as populated by discrete stars and galaxies localized in space. We see the non-local realm as NOT localized in space: as a diffuse microwave background, as diffuse X-ray background, as diffuse gamma ray background, and as a diffuse particle background (cosmic rays).
The boundary between the two behaviors is defined by the speed of light. Below the speed of light (space/time), the behavior is local and expanding in space above the speed of light (time/space) the behavior is non-local and expanding in time ( which looks like space from within that system). At the speed of light itself, it is neither expanding nor contracting. The progression of time cancels out the progression of space and vice versa. The numerators and denominators of the ratio (speed c) are continually changing, but the ratio itself is constant and unchanging. That means that the “cosmological structure” is doing nothing it is “stationary” in time and space, and it is doing it at the speed of light!
Wrap your mind around THAT! (I am still having trouble with it)
Anyway, the dynamics point to a static universe. A trillion years from now there will still be planets, stars, galaxies, pulsars, quasars, etc. AND the Universe (as we see it from our perspective) will still be expanding, yet the density will still be the same. Statistically, it will look like the one we see now.
Hoyle was probably right. But rather than his “continuous creation” of new matter, the existing matter in the local and non-local portions may be tossed back and forth. The non-local matter could localize into our system of reference (and vice versa). But to do so, it would have to exceed the speed of light in all three “motional dimensions”. That would require an EXTREMELY energetic process. The only candidates for this seems to be the quasars. If so, they are on their way to the non-local realm. (Presumably, the non-local realm (time/space) has identical processes that send matter back into our local realm).
And so we have an extremely dynamic Universe which remains static!
“What we know as the universe could actually be just one of a pair that exists in the same space but at different times.” (Science News, July 25, 2015, p. 17 “Times Arrow”.
There is also a diffuse Far Ultraviolet (FUV) background:
“the source of a substantial fraction of the FUV background radiation remains a mystery. The radiation is remarkably uniform at both far northern and far southern Galactic latitudes…” See “The Mystery of the Cosmic Diffuse Ultraviolet Background Radiation”, Richard Conn Henry, Jayant Murthy, James Overduin, Joshua Tyler (2014) arxiv.org/abs/1404.5714
Come on, can we rephrase this question less like a ten year old would? There is obviously a lot going into these theories and the reader base of UT is probably a bit older than high school age. So do you think we could shift the language to reflect the fact that we are all adults Mr Cain? Maybe instead of asking in a child like way, “will the big bang go backwards”? maybe it could be something like “The Big Crunch Theory: discussing the potential collapse of the universe” or anything that would indicate you are talking to someone above high school age.
I disagree. The tone of UT is part of what attracts new readers. If you don’t like it, read something else or start your own.
The tone has changed. I’ve been a reader for over 5 years.
Big crunch will happen only if Big Bang is pushing space & time, just like an expanding balloon. At one point it may pop doing a Super Bang (or may be a Super Bang has happened already . ) otherwise it could do a Big Crunch. On a calmer ground, Big Bang is probably not pushing space & time, hence no Super Bang & no Big Crunch.
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