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Das Alter des Universums wird auf 13,8 Milliarden Jahre geschätzt, und die aktuelle Theorie besagt, dass nichts die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann, was zu der falschen Schlussfolgerung führen kann, dass das Universum keinen Radius von mehr als 13,8 Milliarden Lichtjahren haben kann.
Wikipedia geht mit diesem Missverständnis wie folgt um:
Diese Argumentation wäre nur dann sinnvoll, wenn die flache, statische Minkowski-Raumzeitvorstellung unter der speziellen Relativitätstheorie richtig wäre. Im realen Universum ist die Raumzeit auf eine Weise gekrümmt, die der Ausdehnung des Raums entspricht, wie durch das Hubble-Gesetz belegt. Entfernungen, die als Lichtgeschwindigkeit multipliziert mit einem kosmologischen Zeitintervall erhalten werden, haben keine direkte physikalische Bedeutung. → Ned Wright, "Warum die Light Travel Time Distance in Pressemitteilungen nicht verwendet werden sollte"
Das klärt die Sache für mich nicht, und da ich über die High School hinaus keinen naturwissenschaftlichen oder mathematischen Hintergrund habe, hilft es auch nicht viel, sich weiter mit Hubbles Gesetz zu beschäftigen.
Die Erklärung eines Laien, die ich gesehen habe, bietet eine Erklärung dafür, dass das Universum selbst nicht an dieselben Gesetze wie die Dinge gebunden ist innerhalb es. Das wäre sinnvoll - soweit diese Dinge können - aber das obige Zitat ("Distanzen, die sich aus der Lichtgeschwindigkeit multipliziert mit einem kosmologischen Zeitintervall ergeben, haben keine direkte physikalische Bedeutung") scheint allgemeiner zu sein.
Kann jemand eine gute Erklärung für Laien anbieten (oder mich anweisen)?
Die einfachste Erklärung dafür, warum die maximale Entfernung, die man sehen kann, nicht einfach das Produkt der Lichtgeschwindigkeit mit dem Alter des Universums ist, liegt darin, dass das Universum nicht statisch ist.
Verschiedene Dinge (d. h. Materie vs. dunkle Energie) haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Koordinaten des Universums, und ihr Einfluss kann sich mit der Zeit ändern.
Ein guter Ausgangspunkt für all dies ist die Analyse des Hubble-Parameters, der uns die Hubble-Konstante zu jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit oder in der Zukunft liefert, vorausgesetzt, wir können messen, was das Universum ist zur Zeit gemacht aus:
$$ H(a) = H_{0} sqrt{frac{Omega_{m,0}}{a^{3}} + frac{Omega_{gamma,0}}{a^{4 }} + frac{Omega_{k,0}}{a^{2}} + Omega_{Lambda,0}} $$ wobei die Indizes $m$, $gamma$, $k$ und $Lambda$ auf $Omega$ beziehen sich auf die Dichteparameter von Materie (dunkel und baryonisch), Strahlung (Photonen und andere relativistische Teilchen), Krümmung (dies kommt nur zum Tragen, wenn das Universum global von der räumlichen Ebene abweicht; Beweise zeigt an, dass es mit Flachheit vereinbar ist) und schließlich dunkle Energie (die, wie Sie feststellen werden, ein . bleibt Konstante unabhängig davon, wie sich die Dynamik des Universums abspielt). Ich sollte auch darauf hinweisen, dass die tiefgestellte Notation $0$ bedeutet, wie gemessen heute.
Der $a$ im obigen Hubble-Parameter wird als Skalierungsfaktor bezeichnet, der heute gleich 1 und zu Beginn des Universums gleich Null ist. Warum skalieren die verschiedenen Komponenten bei $a$ unterschiedlich? Nun, es hängt alles davon ab, was passiert, wenn Sie die Größe einer Schachtel mit dem darin enthaltenen Zeug vergrößern. Wenn Sie ein Kilogramm Materie in einem Würfel von 1 Meter Seitenlänge haben und jede Seite auf 2 Meter vergrößern, was passiert dann mit der Dichte der Materie in diesem neuen Würfel? Es verringert sich um den Faktor 8 (oder $2^{3}$). Für Strahlung erhält man eine ähnliche Abnahme von $a^{3}$ in der Zahldichte der darin enthaltenen Teilchen und auch einen zusätzlichen Faktor von $a$ aufgrund der Dehnung seiner Wellenlänge mit der Größe der Box, was uns $ ein^{4}$. Die Dichte der dunklen Energie bleibt bei dieser Art von Gedankenexperiment konstant.
Da sich verschiedene Komponenten unterschiedlich verhalten, wenn sich die Koordinaten des Universums ändern, gibt es entsprechende Epochen in der Geschichte des Universums, in denen jede Komponente die Gesamtdynamik dominiert. Es ist auch ganz einfach herauszufinden. Beim kleinen Skalenfaktor (sehr früh) war die wichtigste Komponente die Strahlung. Der Hubble-Parameter konnte schon früh durch den folgenden Ausdruck sehr gut angenähert werden:
$$H(a) = H_{0} frac{sqrt{Omega_{gamma,0}}}{a^{2}}$$
Um ungefähr:
$$ frac{Omega_{m,0}}{a^{3}} = frac{Omega_{gamma,0}}{a^{4}} $$ $$ a = frac{ Omega_{gamma,0}}{Omega_{m,0}} $$ haben wir Materie-Strahlungs-Gleichheit, und von diesem Punkt an dominiert die Materie die Dynamik des Universums. Dies kann noch einmal für Materie-Dunkel-Energie getan werden, in der man feststellen würde, dass wir jetzt in der von Dunkler Energie dominierten Phase des Universums leben. Eine Vorhersage, in einer Phase wie dieser zu leben, ist eine Beschleunigung der Koordinaten des Universums - etwas, das bestätigt wurde (siehe: Nobelpreis für Physik 2011).
Sie sehen also, es wäre etwas komplizierter, die Entfernung zum kosmologischen Horizont zu bestimmen, als nur die Lichtgeschwindigkeit mit dem Alter des Universums zu multiplizieren. Wenn Sie diese Entfernung (formal als Mitbewegungsentfernung zum kosmischen Horizont bezeichnet) ermitteln möchten, müssen Sie das folgende Integral ausführen:
$$ D_{h} = frac{c}{H_{0}} int_{0}^{z_{e}} frac{mathrm{d}z}{sqrt{Omega_{m,0 }(1+z)^{3} + Omega_{Lambda}}} $$
wobei die Emissions-Rotverschiebung $z_{e}$ normalerweise mit $sim 1100$ angenommen wird, der Fläche der letzten Streuung. Es stellt sich heraus, dass dies der wahre Horizont ist, den wir als Beobachter haben. Die Krümmung wird normalerweise auf Null gesetzt, da unser erfolgreichstes Modell ein flaches (oder fast flaches) Universum anzeigt, und die Strahlung ist hier unwichtig, da sie bei einer höheren Rotverschiebung dominiert. Ich möchte auch darauf hinweisen, dass diese Beziehung von der Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-Metrik abgeleitet ist, einer Metrik, die Krümmung und Ausdehnung umfasst. Dies ist etwas, das der Minkowski-Metrik fehlt.
Kurzum: Die Dinge können sich selbst nicht schneller als das Licht bewegen, aber sie können sich aufgrund der universellen Expansion schneller als das Licht bewegen. Je weiter weg, desto schneller verschwinden sie.
Ich habe gerade darüber nachgedacht und hier ist die Erklärung meines Laien. Stellen Sie sich vor, Sie zeichnen zwei Punkte auf einem zerknitterten Blatt Papier nach, die Punkte bewegen sich, aber während sie sich bewegen, wird das Papier "aufgeknittert", der tatsächliche Abstand zwischen den Punkten ist größer als die Summe der Abstände, die sie haben gereist.
Die völlig unwissenschaftliche Erklärung…
Stellen Sie sich das Universum als Ballon vor. Zwei Körper beginnen nahe beieinander, aber auf gegenüberliegenden Oberflächen. Die Expansion des Ballons entfernt sie mit gleicher Geschwindigkeit und einer solchen Geschwindigkeit, dass das Licht von einem an seinem Ausgangspunkt fast die gesamte Geschichte des Universums benötigt, um den anderen zu erreichen. Der Abstand zwischen den beiden ist JETZT nicht doppelt so alt wie das Universum - weil man nicht "durch" den Ballon reisen kann - sondern muss stattdessen die Oberfläche des Ballons umrunden… 13,8 * PI Milliarde Lichtjahre = 43 Milliarden Lichtjahre.
Nicht ganz richtig, aber zumindest vermeidet man sich zu viele Sorgen um Astrophysik und Kosmologie!
Ich liebe Ned Wrights Kosmologie-Tutorial und kann es nur wärmstens empfehlen, aber diese Aussage von ihm ist zumindest sehr irreführend. Superluminale Rezessionsgeschwindigkeiten können eindeutig nicht mit der Krümmung der Raumzeit in Verbindung gebracht werden, da sie nicht an der Grenze der Krümmung von Null (Null-Energiedichte oder Null van) verschwinden $G$).
Der wahre Grund dafür, dass Entfernungen größer sein können als $c$ mal die aktuelle kosmologische Zeit ist, dass die Uhren, die wir zur Messung der kosmologischen Zeit verwenden, nicht in relativer Ruhe sind, wie die Uhren in Inertialkoordinatensystemen, sondern sich radial voneinander weg bewegen, wodurch kosmologische Koordinaten eher wie Polarkoordinaten werden. Wenn wir eine Familie von gleichmäßig verteilten Uhren haben und definieren $t$ die Anzeige auf der nächsten Uhr zu sein und $x$ sein (die Anzahl der Uhren zwischen dieser und dem Ursprung) × (der Abstand zwischen benachbarten Uhren, wenn beide dieselbe Zeit lesen), dann $Δx/Δtle c$ ist eine wahre Aussage, wenn sich diese Uhren in relativer Ruhe befinden, aber nicht, wenn sie sich von einem gemeinsamen Ursprungspunkt nach außen bewegen. Im letzteren Fall stellt sich heraus, dass es keine Obergrenze für gibt $Δx/Δt$, sogar in der speziellen Relativitätstheorie.
Im spezialrelativistischen Fall kann man sich das als Zeitdilatation vorstellen. Wenn Sie zwei Uhren in Bezug auf die Trägheitsschwerpunktkoordinaten betrachten, bewegen sie sich mit einer gewissen Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen $v$. Nach einer Trägheitskoordinatenzeit $t$, sie sind ein Trägheitskoordinatenabstand $2vt$ auseinander, aber die verstrichene Zeit, die sie aufgenommen haben, ist kleiner als $t$ um den Faktor $γ=1/sqrt{1-v^2/c^2}$. Schon seit $γ{ o}infty$ wie $v{ o}c$, das Verhältnis des Koordinatenabstandes zu den verstrichenen Zeiten auf den Uhren geht ebenfalls gegen Unendlich, da $v{ o}c$.
In der speziellen Relativitätstheorie gibt es eine Tendenz, Trägheitskoordinatenzeiten als "echte" Zeiten und Messwerte auf Uhren als irgendwie durch Zeitdilatation verzerrt zu betrachten, aber das ist wirklich nur ein menschliches Vorurteil. Das Universum kümmert sich nicht um Koordinatensysteme, und es "kümmert" sich nur um Referenzrahmen, wenn sie tatsächlich von physischen Objekten instanziiert werden. In der realen Welt gibt es keine natürlich vorkommenden Trägheitsreferenzsysteme auf großen Skalen, aber es gibt ein natürlich vorkommendes radiales Referenzsystem, das durch die gemittelte Bewegung der Materie auf großen Skalen oder durch die Kreuzungspunkte von Wellenfronten aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund gegeben ist. Das natürlichste Koordinatensystem des Universums – und das tatsächlich von Kosmologen verwendete – basiert auf diesem natürlich vorkommenden Rahmen, und, wie Ned Wright sagte, wenn man Distanzen und Zeiten auf diese Weise definiert, das Distanz-Zeit-Verhältnis $c$ hat keine besondere Bedeutung.
(Eigentlich sind alle drei Sätze von Ned Wright richtig. Das Problem ist, dass sie zusammengenommen zu implizieren scheinen, dass die Superluminalexpansion mit der Krümmung der Raumzeit zusammenhängt, und das ist nicht richtig.)
Alter versus Größe des Universums
Die einzige "Größe", die wir möglicherweise beobachten können, wird als Teilchenhorizont bezeichnet, im Wesentlichen wie weit sich das Licht im Zeitalter des Universums hätte bewegen können. Daher sind die beiden verwandt, aber nicht trivial. Sie hängen von beobachteten Parametern und der Expansionsdynamik des Universums ab.
Die Parameter sind nicht vollständig getrennt. Zum einen gibt es verschiedene Möglichkeiten, sowohl das Alter als auch die Größe des Universums zu datieren. Aus Wiki:
Da das Universum mindestens so alt sein muss wie das älteste Ding darin, gibt es eine Reihe von Beobachtungen, die das Alter des Universums nach unten begrenzen, darunter die Temperatur der kühlsten Weißen Zwerge, die mit zunehmendem Alter allmählich abkühlen, und der dunkelste Abschaltpunkt von Hauptreihensternen in Clustern (Sterne mit geringerer Masse verbringen mehr Zeit auf der Hauptreihe, so dass die Sterne mit der niedrigsten Masse, die sich außerhalb der Hauptreihe entwickelt haben, ein Mindestalter festlegen).
Darüber hinaus können Sie mehrere kosmologische Parameter in eine Gleichung einsetzen, um das Alter des Universums zu ermitteln. Dies setzt voraus, dass unser Wissen über jeden Parameter korrekt ist, was wahr sein kann oder nicht. Aktuelle Messungen dieser Parameter ergeben jedoch ein Alter, das gut mit anderen Methoden, wie der obigen, übereinstimmt.
Die Größe des Universums kann mithilfe der kosmischen Distanzleiter abgeschätzt werden: http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_distance_ladder
Diese besteht aus verschiedenen Messungen für Objekte in unterschiedlichen Entfernungen.
Mit wenigen Ausnahmen sind Entfernungen, die auf direkten Messungen basieren, nur bis zu etwa tausend Parsec verfügbar, was ein bescheidener Teil unserer eigenen Galaxie ist. Für darüber hinausgehende Entfernungen hängen die Maße von physikalischen Annahmen ab, d. h. von der Behauptung, dass man das fragliche Objekt erkennt und die Klasse der Objekte homogen genug ist, um ihre Mitglieder für eine sinnvolle Entfernungsschätzung verwenden zu können.
Es ist wichtig zu verstehen, dass unsere Schätzungen sowohl des Alters als auch der Größe des Universums von der Genauigkeit unserer Kenntnisse der zugrunde liegenden Physik abhängen. Da sowohl die Größe als auch das Alter des Universums von der zugrunde liegenden Physik abhängen, sehe ich dies nicht als Fall von "der Schlange, die sich in den eigenen Schwanz beißt", auch wenn die Physik, die dem Alter und der Größe des Universums zugrunde liegt, nicht vollständig getrennt ist. Die Grundregeln bestimmen beide.
Neues Papier schlägt vor, dass Leben im gesamten Universum verbreitet sein könnte, nur nicht in unserer Nähe
Die Bausteine des Lebens können sich unter den richtigen Bedingungen spontan zusammensetzen. Das nennt man spontane Generation oder Abiogenese. Natürlich bleiben uns viele Details verborgen, und wir wissen nur nicht genau, wie das alles passiert ist.
Oder wie oft es passieren könnte.
Die Religionen der Welt haben natürlich unterschiedliche Vorstellungen davon, wie das Leben entstanden ist, und sie rufen die magischen Hände verschiedener übernatürlicher Gottheiten an, um alles zu erklären. Aber diese Erklärungen, obwohl bunte Geschichten, lassen viele von uns unzufrieden.
„Wie ist das Leben entstanden“ ist eine der zwingendsten Fragen des Lebens, mit der die Wissenschaft ständig ringt.
Tomonori Totani ist ein Wissenschaftler, der diese Frage zwingend findet. Totani ist Professor für Astronomie an der Universität Tokio. Er hat eine neue Arbeit mit dem Titel Entstehung des Lebens in einem inflationären Universum. Es ist veröffentlicht in Naturwissenschaftliche Berichte.
Totanis Arbeit stützt sich stark auf ein paar Konzepte. Die erste ist das enorme Alter und die Größe des Universums, wie es sich im Laufe der Zeit aufbläht und wie wahrscheinlich Ereignisse eintreten. Die zweite ist RNA-spezifisch, wie lang eine Nukleotidkette sein muss, um "eine selbstreplizierende Aktivität zu erwarten", wie das Papier sagt.
Totanis Arbeit befasst sich, wie fast alle Arbeiten zur Abiogenese, mit den grundlegenden Komponenten des Lebens auf der Erde: RNA oder Ribonukleinsäure. DNA legt die Regeln dafür fest, wie einzelne Lebensformen Gestalt annehmen, aber DNA ist viel komplexer als RNA.
RNA ist immer noch um Größenordnungen komplexer als die rohen Chemikalien und Moleküle, die man im Weltraum oder auf der Oberfläche eines Planeten oder Mondes findet. Aber seine Einfachheit im Vergleich zur DNA macht es wahrscheinlicher, dass es über die Abiogenese auftritt.
Es gibt auch eine Evolutionstheorie, die besagt, dass, obwohl die DNA die Anweisungen zum Aufbau eines Organismus enthält, die RNA die Transkription von DNA-Sequenzen reguliert. Es heißt RNA-basierte Evolution und besagt, dass RNA der Darwinschen natürlichen Selektion unterliegt und auch vererbbar ist. Das ist einer der Gründe für die Betrachtung von RNA vs. DNA.
Doppelsträngige RNA. (Supyyyy/Wikimedia/CC von 4.0)
RNA ist eine Kette von Chemikalien, die als Nukleotide bekannt sind. Einige Untersuchungen zeigen, dass eine Nukleotidkette mindestens 40 bis 100 Nukleotide lang sein muss, bevor das selbstreplizierende Verhalten namens Leben existieren kann.
Im Laufe der Zeit können genügend Nukleotide eine Kette bilden, um diese Längenanforderung zu erfüllen. Aber die Frage ist, gab es genug Zeit im Leben des Universums? Nun, wir sind hier, also muss die Antwort ja lauten, oder?
Aber warte. Laut einer Pressemitteilung, die dieses neue Papier ankündigt, "… deuten aktuelle Schätzungen darauf hin, dass eine magische Zahl von 40 bis 100 Nukleotiden in dem Raumvolumen, das wir als beobachtbares Universum betrachten, nicht möglich gewesen wäre."
Der Schlüssel hier ist der Begriff „beobachtbares Universum“.
"Das Universum hat jedoch mehr zu bieten als das Beobachtbare", sagte Totani. „In der zeitgenössischen Kosmologie ist man sich einig, dass das Universum eine Periode rasanter Inflation durchgemacht hat, die eine riesige Region der Expansion jenseits des Horizonts dessen, was wir direkt beobachten können, hervorgebracht hat. Die Berücksichtigung dieses größeren Volumens in Modellen der Abiogenese erhöht die Chancen, dass Leben auftritt, enorm.“
Unser Universum entstand während des Urknalls, einem einzigen Inflationsereignis. Laut Totanis Papier umfasst unser Universum "wahrscheinlich mehr als 10^100 sonnenähnliche Sterne", während das beobachtbare Universum nur etwa 10 Sextillionen (10^22) Sterne enthält.
Wir wissen, dass Leben mindestens einmal stattgefunden hat, daher ist es nicht ausgeschlossen, dass die Abiogenese mindestens noch einmal aufgetreten ist, auch wenn die Chancen verschwindend gering sind.
Laut Statistik sollte die Materiemenge im beobachtbaren Universum nur in der Lage sein, RNA zu produzieren, die 20 Nukleotide lang ist, deutlich unter der Zahl von 40 bis 100. Aber wegen der schnellen Inflation ist ein Großteil des Universums nicht beobachtbar. Es ist einfach zu weit weg, als dass das seit dem Urknall ausgestrahlte Licht uns erreichen könnte.
Wenn Kosmologen die Anzahl der Sterne im beobachtbaren Universum mit der Anzahl der Sterne im nicht beobachtbaren Universum addieren, ergibt sich eine Zahl von 10^100 sonnenähnlichen Sternen. Das bedeutet, dass viel mehr Materie im Spiel ist und die abiogene Bildung von ausreichend langen RNA-Ketten nicht nur möglich, sondern wahrscheinlich oder sogar unvermeidlich ist.
Professor Totani legt in seiner Arbeit die grundlegende Beziehung fest, die untersucht wird. "Hier wird eine quantitative Beziehung zwischen der minimalen RNA-Länge/min hergeleitet, die erforderlich ist, um das erste biologische Polymer zu sein, und der Universumsgröße, die erforderlich ist, um die Bildung einer so langen und aktiven RNA durch zufällige Zugabe von Monomeren zu erwarten."
Wird es verwirrend? Hier ist eine hoffentlich überschaubarere Zusammenfassung.
Das Universum ist größer als sein beobachtbarer Teil und enthält wahrscheinlich 10^100 sonnenähnliche Sterne. Damit die Wahrscheinlichkeit einer abiotischen Bildung von RNA auf einem erdähnlichen Planeten gleich 1 oder eins ist, muss die minimale Nukleotidlänge weniger als etwa 20 Nukleotide betragen, was viel kleiner ist als das anfänglich angegebene Minimum von 40 Nukleotiden.
Wissenschaftler glauben jedoch nicht, dass RNA mit einer Länge von nur 20 Nukleotiden selbstreplizierend sein kann, zumindest nicht aus unserer Perspektive als Beobachter des terrestrischen Lebens. Wie Totani in seiner Arbeit sagt: "Wenn also in Zukunft außerirdische Organismen anderer Herkunft als auf der Erde entdeckt werden, würde dies einen unbekannten Mechanismus implizieren, der Nukleotide viel schneller polymerisiert als zufällige statistische Prozesse."
Was wäre dieser Prozess?
Wer weiß, aber dies ist wahrscheinlich ein Wendepunkt, an dem gläubige Menschen sich einmischen und sagen können: "Warum Gott natürlich."
Eine Antwort hat Totanis Arbeit keineswegs gegeben. Aber wie viele wissenschaftliche Arbeiten hilft es, die Frage zu verfeinern und lädt andere ein, sie zu studieren.
„Wie viele in diesem Forschungsbereich treibt mich Neugier und große Fragen an“, sagt Totani.
"Die Kombination meiner jüngsten Untersuchungen zur RNA-Chemie mit meiner langen Geschichte der Kosmologie führt mich zu der Erkenntnis, dass es einen plausiblen Weg gibt, wie das Universum von einem abiotischen (leblosen) Zustand in einen biotischen Zustand übergegangen sein muss. Es ist ein aufregender Gedanke und ich hoffe, die Forschung kann dazu beitragen." darauf, die Ursprünge des Lebens aufzudecken."
Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.
Alter des Universums: beobachtbar oder ganzes Universum?
Das Alter wird normalerweise definiert, indem man das klassische Urknallmodell nimmt und in der Zeit extrapoliert. Gehen Sie weit genug in der Zeit zurück, und das Modell sagt, dass es eine Singularität gibt. Ab diesem Zeitpunkt wird das Alter definiert.
Die Singularität sollte jedoch nicht als eine reale Sache verstanden werden. Es ist der Punkt, an dem etwas passiert, was wir nicht ganz verstehen. Ein beliebter Vorschlag zum Umgang mit der Singularität ist die kosmische Inflation. Die kosmische Inflation verschiebt die Zeitskala des Universums um einen winzigen Bruchteil einer Sekunde vor der Urknall-Singularität. Aber ihre Natur ist so, dass sie alles verbirgt, was vorher passiert ist.
Der beste Weg, es zu verstehen, ist für mich, dass ein Ereignis vor ungefähr 14 Milliarden Jahren passiert ist, das die Natur dessen, was vor diesem Zeitpunkt passiert ist, verbirgt. Anders ausgedrückt: Alles, was vor ungefähr 14 Milliarden Jahren passiert ist oder nicht, liegt außerhalb unseres beobachtbaren Universums. Es ist möglich, dass einige sehr interessante Dinge vor der Inflation passiert sind oder dass die Inflation der eigentliche Beginn unseres Universums war. Wir wissen es einfach nicht.
Normalerweise wird das Alter definiert, indem man das klassische Urknallmodell nimmt und in der Zeit extrapoliert. Gehen Sie weit genug in der Zeit zurück, und das Modell sagt, dass es eine Singularität gibt. Ab diesem Zeitpunkt wird das Alter definiert.
Die Singularität sollte jedoch nicht als eine reale Sache verstanden werden. Es ist der Punkt, an dem etwas passiert, was wir nicht ganz verstehen. Ein beliebter Vorschlag zum Umgang mit der Singularität ist die kosmische Inflation. Die kosmische Inflation verschiebt die Zeitskala des Universums um einen winzigen Bruchteil einer Sekunde vor der Urknall-Singularität. Aber ihre Natur ist so, dass sie alles verbirgt, was vorher passiert ist.
Der beste Weg, es zu verstehen, ist für mich, dass ein Ereignis vor ungefähr 14 Milliarden Jahren passiert ist, das die Natur dessen, was vor diesem Zeitpunkt passiert ist, verbirgt. Anders ausgedrückt, alles, was vor ungefähr 14 Milliarden Jahren passiert ist oder nicht, liegt außerhalb unseres beobachtbaren Universums. Es ist möglich, dass vor der Inflation einige sehr interessante Dinge passiert sind oder dass die Inflation der eigentliche Beginn unseres Universums war. Wir wissen es einfach nicht.
Die Urknall-Singularität stammt von einem Modell ohne Inflation. Inflation ändert das frühe Modell und beseitigt diese Singularität. Es ist möglich zu beweisen, dass die Inflation irgendwann beginnen musste (sie kann nicht ewig in der Vergangenheit sein), aber der genaue Zeitpunkt dieses Ereignisses ist verborgen.
Das Inflationsmodell sagt eindeutig eine vergangene Singularität voraus (diese unterscheidet sich von der Urknall-Singularität, ist aber verwandt).
Eine Möglichkeit, diese frühere Singularität zu verstehen, besteht darin, dass das Universum mit fortschreitender Inflation exponentiell verdünnter wird. Aus diesem Grund erklärt die Inflation das Horizontproblem: Sie macht eine Region, die viel größer als das beobachtbare Universum ist, von Natur aus fast vollkommen gleichförmig. Wenn Sie stattdessen die Zeit in die andere Richtung laufen lassen und fragen, wie die Inflation in der Vergangenheit aussieht, erhalten Sie die Antwort, ob es solche gibt irgendein Inhalte im Universum überhaupt während der Inflation führt selbst ein einzelnes Photon zu einer vergangenen Singularität. Schon eine leichte Unebenheit im Aufblasfeld selbst kann dies verursachen. Somit haben Sie zwei Möglichkeiten:
1. Die Inflation ist perfekt abgestimmt, sie ist perfekt gleichmäßig und enthält keine andere Materie (einschließlich Photonen) im Universum.
2. Es gibt eine Singularität in der Vergangenheit im Modell (zu einem unbekannten Zeitpunkt).
Im Allgemeinen wird die erste Möglichkeit als absurd genug angesehen, um sie vollständig zu verwerfen und die vergangene Singularität zu belassen. Diese vergangene Singularität hat dieselbe allgemeine Klasse von Möglichkeiten wie die Urknall-Singularität. Eine Möglichkeit ist, dass es eine unbekannte Physik gibt, die die Singularität auflöst. Eine andere ist, dass ein Ereignis eingetreten ist, das nicht durch einfache Extrapolation der Inflation in der Zeit erfasst wird.
Diese Argumentation ist der Grund, warum einige Physiker behaupten, dass Inflation nicht bestimmte Probleme lösen, die es zu lösen vorgibt. Die Leute, die sich für Inflationsmodelle einsetzen, hoffen, dass die Unsicherheiten über den Beginn der Inflation irgendwie leichter zu erklären sind als die Singularität des Urknalls. Dies ist nicht bewiesen, aber oberflächlich betrachtet ist es vernünftig: Das Ereignis, das die Inflation auslöste, hätte in einem viel kleineren Raum stattfinden müssen, was Hoffnung macht, dass es einfacher ist, einen physikalischen Prozess zu finden, der dies bewerkstelligt. Doch genau das, was die Singularität der Inflation in der Vergangenheit erklären würde, ist zu diesem Zeitpunkt Spekulation.
Das Inflationsmodell sagt eindeutig eine vergangene Singularität voraus (diese unterscheidet sich von der Urknall-Singularität, ist aber verwandt).
Eine Möglichkeit, diese frühere Singularität zu verstehen, besteht darin, dass das Universum mit fortschreitender Inflation exponentiell verdünnter wird. Aus diesem Grund erklärt die Inflation das Horizontproblem: Sie macht eine Region, die viel größer ist als das beobachtbare Universum, ihrer Natur nach fast vollkommen gleichförmig. Wenn Sie stattdessen die Zeit in die andere Richtung laufen lassen und fragen, wie die Inflation in der Vergangenheit aussieht, erhalten Sie die Antwort, ob es solche gibt irgendein Inhalte im Universum überhaupt während der Inflation führt selbst ein einzelnes Photon zu einer vergangenen Singularität. Schon eine leichte Unebenheit im Aufblasfeld selbst kann dies verursachen. Somit haben Sie zwei Möglichkeiten:
1. Die Inflation ist perfekt abgestimmt, sie ist perfekt gleichmäßig und enthält keine andere Materie (einschließlich Photonen) im Universum.
2. Es gibt eine Singularität in der Vergangenheit im Modell (zu einem unbekannten Zeitpunkt).
Im Allgemeinen wird die erste Möglichkeit als absurd genug angesehen, um sie vollständig zu verwerfen und die vergangene Singularität zu belassen. Diese vergangene Singularität hat dieselbe allgemeine Klasse von Möglichkeiten wie die Urknall-Singularität. Eine Möglichkeit besteht darin, dass es eine unbekannte Physik gibt, die die Singularität auflöst. Eine andere ist, dass ein Ereignis eingetreten ist, das nicht durch einfache Extrapolation der Inflation in der Zeit erfasst wird.
Diese Argumentation ist der Grund, warum einige Physiker behaupten, dass Inflation nicht bestimmte Probleme lösen, die es zu lösen vorgibt. Die Leute, die sich für Inflationsmodelle einsetzen, hoffen, dass die Unsicherheiten über den Beginn der Inflation irgendwie leichter zu erklären sind als die Singularität des Urknalls. Dies ist nicht bewiesen, aber oberflächlich betrachtet ist es vernünftig: Das Ereignis, das die Inflation auslöste, hätte in einem viel kleineren Raum stattfinden müssen, was Hoffnung macht, dass es einfacher ist, einen physikalischen Prozess zu finden, der dies bewerkstelligt. Doch genau das, was die Singularität der Inflation in der Vergangenheit erklären würde, ist zu diesem Zeitpunkt Spekulation.
Wie kann das beobachtbare Universum größer sein als das Alter des Universums?
Ich habe den Wikipedia-Artikel über das Universum gelesen und er enthält zwei Dinge, die mir widersprüchlich erscheinen.
Der Radius des beobachtbaren Universums beträgt 47 Milliarden Lichtjahre.
Das Alter des Universums beträgt 13,7 Milliarden Jahre.
Wie beobachten wir Dinge, die vor mehr als 13,7 Milliarden Jahren geschahen? Hier die Seite:
Das Universum dehnt sich aus.
Das am weitesten entfernte, was wir sehen können, ist der kosmische Mikrowellenhintergrund. Das Licht davon reiste 13,7 Milliarden Lichtjahre, um zu uns zu gelangen. Die Materie, die dieses Licht emittiert hat, ist jedoch jetzt 45 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Denn die metrische Ausdehnung des Weltraums kann dazu führen, dass der Abstand zwischen zwei Objekten um mehr als 299.792.458 Meter pro Sekunde zunimmt.
Wie die anderen gesagt haben, liegt es an der Ausdehnung des Weltraums selbst - ein Konzept, das wirklich schwer zu verstehen ist, wenn Sie noch nie einen Kurs der Allgemeinen Relativitätstheorie besucht haben (ich habe einen Kurs belegt, der die letzten 3 Jahre GR gemacht hat). Wochen oder so und ich verstehe es nicht wirklich)
es expandiert mit beschleunigter Geschwindigkeit. Es handelt sich also nicht um eine kontinuierliche Rate
Dies würde auch bei einer konstanten Rate zutreffen. Alles, was erforderlich ist, ist, dass sich das Objekt von uns entfernt, und es wird weiter sein als seine Lichtwegstrecke, wenn das Licht hier eintrifft.
In den Worten von Professor Jim Al-Khalili - "Nichts bewegt sich schneller als Licht durch den Raum, aber der Raum selbst kann sich mit jeder Geschwindigkeit ausdehnen."
Die Sache ist die, dass unser klassisches Physikmodell ziemlich gut funktioniert, wenn sich ein Objekt mit langsameren Geschwindigkeiten (nicht vergleichbar mit Licht) bewegt. Aber was Einstein berühmt gemacht hat, war, dass die Zeit bei höheren Geschwindigkeiten (vergleichbar mit Lichtgeschwindigkeit) tatsächlich anders wahrgenommen wird. Und nicht in einer voreingenommenen Wahrnehmung von "Ich habe das Gefühl, die Zeit vergeht schneller", sondern es komprimiert sich für Sie zusammen mit den Entfernungen. Je schneller Sie also fahren, desto kürzer sind die Entfernungen, die Sie tatsächlich sehen, und desto weniger Zeit vergeht, was zu der Prämisse führt, dass Sie Lichtgeschwindigkeit erreichen könnten (was mit diesem Modell unmöglich wäre, da wir ein Objekt mit unendlicher Masse werden würden). ) würden Sie es nicht bemerken, weil die Zeit für Sie nicht vergangen wäre. Auf diese Weise kann das Universum langsamer altern, als es "wirklich" ist (obwohl dieses Konzept einen "wirklich" daran zweifeln lässt).
Wie viele Atome im Universum?
Wenn man das bedenkt, ist das ein Punkt wie dieser. ungefähr 125 Millionen Atome enthält, würde man erwarten, dass die Gesamtzahl der Atome im beobachtbaren Universum tatsächlich eine sehr große Zahl ist. Ob Sie es glauben oder nicht, Wissenschaftler haben daran gearbeitet, diese Summe abzuschätzen.
Die Antwort lag zwischen 10 78 und 10 82 . Denken Sie daran, die kleinen Zahlen geben an, wie viele Nullen nach der 1 stehen.
Ja, das sind sehr große Zahlen, aber was ist mit denen, die noch einen Schritt weiter gehen. Ich habe dir einen versprochen, der eigentlich zu groß war, um ins Universum zu passen. Nun, lesen Sie weiter.
Das Universum könnte größer und älter sein als erwartet
Ein Projekt mit dem Ziel, eine einfachere Methode zur Messung kosmischer Entfernungen zu schaffen, hat stattdessen überraschende Beweise dafür erbracht, dass unser großes und altes Universum noch größer und älter sein könnte als bisher angenommen.
Wenn dies zutrifft, wäre es schwierig, das Ergebnis mit der aktuellen Denkweise über die Entwicklung des Universums in Einklang zu bringen, sagte ein Wissenschaftler.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Alceste Bonanos von der Carnegie Institution of Washington hat herausgefunden, dass die TriangulumGalaxy, auch bekannt als M33, etwa 15 Prozent weiter von unserer eigenen Milchstraße entfernt ist als zuvor berechnet.
Thefinding, das in einer kommenden Ausgabe von Astrophysikalisches Journal, legt nahe, dass die Hubble-Konstante, eine Zahl, die die Expansionsrate und das Alter des Universums misst, tatsächlich 15 Prozent kleiner ist als andere Studien gefunden haben.
Derzeit sind sich die meisten Astronomen einig, dass der Wert der Hubble-Konstante etwa 71 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec beträgt (ein Megaparsec entspricht 3,2 Millionen Lichtjahre). Wäre dieser Wert um 15 Prozent kleiner, dann wäre das Universum auch um diesen Betrag älter und größer.
Wissenschaftler schätzen jetzt, dass das Universum etwa 13,7 Milliarden Jahre alt ist (eine Zahl, die seit 2003 fest erscheint, basierend auf Messungen der Strahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist) und etwa 156 Milliarden Lichtjahre breit ist.
Die neuen Erkenntnisse implizieren, dass das Universum stattdessen etwa 15,8 Milliarden Jahre alt und etwa 180 Milliarden Lichtjahre breit ist.
Eine neue Art, Entfernungen zu messen
Forscher kamen zu ihrem überraschenden Ergebnis, nachdem sie eine neue Methode zur Berechnung intergalaktischer Distanzen verwendet hatten, die ihrer Meinung nach genauer ist und weniger Schritte erfordert als Standardtechniken.
„Wir wollten ein unabhängiges Maß für die Entfernung – einen einzigen Schritt, der eines Tages bei der Messung von Dunkler Energie und anderen Dingen helfen wird“, sagte Krzysztof Stanek, Mitglied des Studienteams von der Ohio State University.
Die Entwicklung der neuen Methode dauerte 10 Jahre und stützte sich auf optische und Infrarotmessungen, die von Teleskopen auf der ganzen Welt gesammelt wurden. Die Forscher untersuchten das Doppelsternsystem in M33, in dem sich die Sterne alle fünf Tage gegenseitig verfinsterten. Im Gegensatz zu Einzelsternen lassen sich die Massen paariger Sterne anhand ihrer Bewegungen genau berechnen. Mit Kenntnis der Massen der Sterne konnten die Forscher ihre wahre Leuchtkraft berechnen oder wie hell sie erscheinen würden, wenn sie in der Nähe wären.
Die Differenz zwischen der wahren Leuchtkraft und der beobachteten Leuchtkraft gibt den Abstand zwischen den Sternen und der Erde an. Die Ergebnisse des Teams legten nahe, dass die Sterne etwa 3 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt waren – oder etwa eine halbe Million Lichtjahre weiter, als man mit dem allgemein akzeptierten Hubble-Konstantenwert erwarten würde.
'Nicht unmöglich'
Lawrence Krauss, Professor für Astronomie und Vorsitzender des Department of Physics at CaseWestern Reserve, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die Idee einer signifikant reduzierten Hubble-Konstante sei schwer zu realisieren.
"Für eine Hubble-Konstante von niedrigen 70ern passt es momentan sehr gut", sagte Krauss in einem Telefoninterview. "Es korrespondiert sehr gut mit dem Alter von Kugelsternhaufen, wie wir sie bestimmt haben, und dem Alter des Universums. Es wäre schwer, wenn auch nicht unmöglich, die Dinge um 15 Prozent zu ändern."
Stanek sagte, sein Team plane, ihre Ergebnisse mit Entfernungsmessungen für ein anderes Doppelsternsystem in M33 zu verfolgen oder nach einem Doppelsternsystem in einer anderen Galaxie, vielleicht Andromeda, zu suchen.
Wir wurden gerade in ein neues Zeitalter der Astronomie gestoßen
This past fall, a paper was published by a team from the University of Nottingham that claimed our universe harbors two trillion galaxies – ten times more than the previously calculated two hundred billion. But what’s the big deal? And how did we get the number so wrong to begin with?
The findings are pretty significant, although not for the reasons that many people think…
First off, many publications misinterpreted the findings, which is pretty easy to do if you’re not well-versed in cosmology. One article from the Unabhängig went as far as to claim the findings meant the universe was much larger than previously thought. When cosmologists and astrophysicists talk about the universe, what they really mean is the bit of the universe that we can see right now. Only so much light has been able to reach us since the big bang. We call the edge of this light the cosmic horizon. Darüber hinaus? We don’t really know what’s beyond that, but we’re pretty sure that the universe extends weit beyond that. But the observable bit of the universe? That’s not going to get bigger anytime soon. In fact, most models predict that the observable universe is going to get smaller as time goes on, as the expansion velocity of galaxies accelerates beyond the speed of light.
And those extra galaxies that we had not counted? They aren’t what we might think of as galaxies in the more modern universe. When I think of a galaxy, I think of the whirlpools of solar systems and interstellar gas, such as our own Milky Way galaxy, or the neighboring Andromeda. But galaxies can be unglaublich klein. Take, for example, the small satellites to our galaxy. Some of these galaxies can have only tens of millions of stars, and look more like a clump than a spiral with arms. Near the beginning of time, many smaller galaxies existed that hadn’t yet collided to form the massive clouds of star we see today. There isn’t anymore stuff in the universe, it’s just distributed differently than we thought.
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So why was the answer so wrong? Well, the best way that we can see galaxies at the beginning of the universe is with the Hubble telescope. Getting some of our deepest views into the universe can take exposure times of days. It’s really hard to get pictures of early galaxies. So right now, the technology just isn’t there. But in 2018, NASA plans to launch the James Webb Space telescope, a much more powerful successor to the Hubble. This telescope will allow us to probe the early universe, view some of the dimmest galaxies, and even take a peek at a few exoplanets. There’s a lot of stuff out there to study, and as telescope technology advances, we’ll get to see more and more of the universe that we live in.
Universe age = size?
Das sichtbar universe is only 10 billion light years across. But there is no reason that there can't be space beyond the distance we can see.
#3 Larry F
#4 Mike K
Vendor - Celestial Teapot Designs
I think the currently accepted number is something like 13.7 billion years, and Jarad is correct the universe may be much larger than 13 billion light years across, but there hasn't been enough time for light from that far away to reach us yet.
It would be interesting to come back in a billion years and re-examine areas of sky where we currently see the most distant visible galaxies, looking to see if new ones have appeared that are even farther away.
And, if space is a closed shape with a finite size, one day we may be able to look out and see OURSELVES far in the past, as the light might have made it all the way around the universe and back to us.
#5 Mike Casey
#6 Mike K
Vendor - Celestial Teapot Designs
#7 HiggsBoson
400,000 years later some 13.3 Billion years ago. Theory suggest that the universe was opaque and at a temperature of 3000K. Our observations of the CMB correspond to a temperature of
3K due to cosmological red shifting as predicted by General Relativity. This suggest that the universe has expanded by a factor of 1000 since emitting the CMB.
I conclude that the universe much be much larger than 27 Billion Light-years across. The problem is not linear so it is not as simple as multipling 27 billion by 1000.
Universe Measured: We're 156 Billion Light-years Wide!
By Robert Roy Britt
Senior Science Writer
posted: 06:30 am ET
24. Mai 2004
Stretching reality
The universe is about 13.7 billion years old. Light reaching us from the earliest known galaxies has been travelling, therefore, for more than 13 billion years. So one might assume that the radius of the universe is 13.7 billion light-years and that the whole shebang is double that, or 27.4 billion light-years wide.
But the universe has been expanding ever since the beginning of time, when theorists believe it all sprang forth from an infinitely dense point in a Big Bang.
"All the distance covered by the light in the early universe gets increased by the expansion of the universe," explains Neil Cornish, an astrophysicist at Montana State University. "Think of it like compound interest."
Need a visual? Imagine the universe just a million years after it was born, Cornish suggests. A batch of light travels for a year, covering one light-year. "At that time, the universe was about 1,000 times smaller than it is today," he said. "Thus, that one light-year has now stretched to become 1,000 light-years."
All the pieces add up to 78 billion-light-years. The light has not traveled that far, but "the starting point of a photon reaching us today after travelling for 13.7 billion years is now 78 billion light-years away," Cornish said. That would be the radius of the universe, and twice that -- 156 billion light-years -- is the diameter. That's based on a view going 90 percent of the way back in time, so it might be slightly larger.
"It can be thought of as a spherical diameter is the usual sense," Cornish added comfortingly.
Additionally, if the universe was opaque prior to emitting the CMB, then I will not be able to see farther away than this. Je!
It is also true that there exist a point before the CMB where visible light has been red shifted out of the visible range due to the expansion of space. This light can only be seen in the Infrared. This is the reason the James Webb Telescope is optimized for IR.
#8 matt
Uh, no Michael. That "point" is much closer to us. When you talk of redshifts above 1, which is relatively close in cosmological terms, you already have a lot of "visible" wavelengths "infra"redshifted, and most of the visible light spectra you get show lines which are normally in the ultra-violet.
And before the CMB, space was opaque to all radiation, not just light visible to out eyes.
#9 marxy
#10 Dave Mason
I was under the impression that there are already parts of the universe moving away from us at an apparent greater than light speed due to the expansion of the universe. The expansion figure I heard was 70km/s per megaparsec of space. At some certain distance away, the universe's expansion appears to be faster than light as the space between there and here expands, and therefore the light from areas beyond there will never reach us, regardless of time spent waiting. This appears to suggest to me that the things we see in the universe will eventually get less as more of it expands past the point of apparent light speed. Maybe I got it all wrong though!
#11 Qkslvr
We can see light some 13B yr's old in all directions, But in that time, space between mass has expanded iirc by a factor of about 15-20 (z, Redshift). The mass itself isn't moving all that fast, but the space between is expanding at a pretty good clip. According to the above text the visible universe is about 156B light years across.
The CMB shows by redshift to have expanded by z
1,100. So the physical Universe has to be bigger than the 156 Bly we can see. ie the farthest galaxies have a z of about 15-20, while the CMB's is
Matt, If I follow what you're saying, expansion faster than light speed if it happened, had to happen before the Universe cleared, if expansion happened faster than light speed after that time, the cmb would be beyond the edge of the visible (EM Radiation) universe, and we'd never see it.
#12 JCampbell
#13 Qkslvr
How can the universe even have a diameter? Wouldn't that imply an edge?
The visible Universe has an edge, and I think it's reasonable to say the space enclosed by the cmb has an edge, We can't see beyond the cmb, and so far don't know if it's finite or infinite beyond that point.
If you could only see a short distance into the plasma before clearing, say 100'. I think it's reasonable to say the cmb we see is the same 200' diameter sphere inflated to it's current size. If our space represents a mear 200' diameter sphere of early plasma, imagining that plasma might have been solar system or galaxtic in size the amount of Universe beyound the cmb would be very very large even if finite.
#14 llanitedave
As I understand it, space can expand at faster than light speed. However, objects moving durch space must travel at less than light speed.
This implies to me, among other things, that space is actually a viscous medium, in certain respects, and can apply drag to objects that are moving fast enough.
#15 Qkslvr
As I understand it, space can expand at faster than light speed. However, objects moving durch space must travel at less than light speed.
I know there are some energetic events that are ejecting jupiter sized chunks of mass at a lot of nines % speed of light (.99999. ), If we can find single jets at that speed, what if we find one that has 2 opposite jets at that speed? That'd be just under twice the speed of light between the 2 ends.
I'm not sure if there's any point of view that's allowed to exceeds C in special relativity is there?
#16 matt
Matt, If I follow what you're saying, expansion faster than light speed if it happened, had to happen before the Universe cleared, if expansion happened faster than light speed after that time, the cmb would be beyond the edge of the visible (EM Radiation) universe, and we'd never see it.
Well, in the fractions of a second after the big bang, the universe expanded faster than c. It was called inflation (I was not there, but smart people agree on that), but that has little to do with it.
The CMB was emitted everywhere at the same time it permeates the universe, it does not just lie on the edge of what we perceive as the visible universe. I might try an analogy: the universe is a volume of gas in a tank of some sort. If you expand the tank's volume, the gas will cool as a result of the lowered pressure, and everywhere at once.
#17 matt
I know there are some energetic events that are ejecting jupiter sized chunks of mass at a lot of nines % speed of light (.99999. ), If we can find single jets at that speed, what if we find one that has 2 opposite jets at that speed? That'd be just under twice the speed of light between the 2 ends.
I'm not sure if there's any point of view that's allowed to exceeds C in special relativity is there?
#18 Qkslvr
Matt, If I follow what you're saying, expansion faster than light speed if it happened, had to happen before the Universe cleared, if expansion happened faster than light speed after that time, the cmb would be beyond the edge of the visible (EM Radiation) universe, and we'd never see it.
Well, in the fractions of a second after the big bang, the universe expanded faster than c. It was called inflation (I was not there, but smart people agree on that), but that has little to do with it.
The CMB was emitted everywhere at the same time it permeates the universe, it does not just lie on the edge of what we perceive as the visible universe. I might try an analogy: the universe is a volume of gas in a tank of some sort. If you expand the tank's volume, the gas will cool as a result of the lowered pressure, and everywhere at once.
I agree, but when it goes from opaque to clear at t=0, When t = 1 year, disregarding expansion you can only see 1 light year in each direction, and what you see is the plasma expanding away from you, and redshifting, 13 some billion years later we have the cmb. The decoupled light for however far we could see into the plasma, is the cmb.
#19 Qkslvr
I know there are some energetic events that are ejecting jupiter sized chunks of mass at a lot of nines % speed of light (.99999. ), If we can find single jets at that speed, what if we find one that has 2 opposite jets at that speed? That'd be just under twice the speed of light between the 2 ends.
I'm not sure if there's any point of view that's allowed to exceeds C in special relativity is there?
What does the third guy watching from a far but about in the middle see?
#20 sergius64
I know there are some energetic events that are ejecting jupiter sized chunks of mass at a lot of nines % speed of light (.99999. ), If we can find single jets at that speed, what if we find one that has 2 opposite jets at that speed? That'd be just under twice the speed of light between the 2 ends.
I'm not sure if there's any point of view that's allowed to exceeds C in special relativity is there?
What does the third guy watching from a far but about in the middle see?
Think he just sees them both moving at near c.
#21 Mike K
Vendor - Celestial Teapot Designs
Matt, If I follow what you're saying, expansion faster than light speed if it happened, had to happen before the Universe cleared, if expansion happened faster than light speed after that time, the cmb would be beyond the edge of the visible (EM Radiation) universe, and we'd never see it.
You're assuming that the CMB radiated out from a single point. The CMB was being radiated from hot plasma at every point within the early universe, so you're always seeing that portion that is just now arriving at our location from the edge of the currently visible universe.
Mike, if the universe is 13.7 billion years old, then surely it won't be 27.4 across. I thought that due to relativity then 2 particles could not go away from each other at over light speed.
Relativity puts a limit on how fast matter can accelerate. It says nothing about how fast the space in between that matter can expand. Space itself is not comprised of matter, so it is not bound by E=MC^2.
#22 LesB
Must admit to some confusion. Space can expand faster than light. The space between us and the object in question can expand faster than light. But space is the matrix that holds matter and matter cannot exceed c. So if space is expanding faster than c then how does matter not move with it since matter forms the discontinuities in space via gravity?
Is there a gravitational wind?
#23 HiggsBoson
Uh, no Michael. That "point" is much closer to us.
And before the CMB, space was opaque to all radiation, not just light visible to out eyes.
#24 HiggsBoson
This thread has raised so many issues that I hesitate to address them sequentially.
‘c’ is a fundamental constant of the universe. Light and gravity may not propagate at any other speed and matter my not achieve this speed. It is helpful to make this point by calling it ‘c’ rather than the speed of light.
Space and time are two different aspects of a single entity. Space-time, singular, is a thing. It has properties and it is dynamic. It stretches and curves. Its properties are described in General Relativity, the current theory of gravitation.
The properties of space-time limits the speed of things with non-zero rest mass, including all forms of matter, to less than c. Things with zero rest mass, including light and gravity, must propagate at c.
The two particles moving an .9999c away from a star in opposite directions will be observed traveling at a velocity less than c relative to each other. This is a basic result of Special Relativity. Simply adding the velocities will yield the wrong answer. If this is new information, an over view of Special Relativity is required. It also suggest that the issues surrounding the expansion of Space-time will also be confusing. This is a prediction of General Relativity.
The expansion of the universe observed by Hubble is due to the expansion of space-time not movement of mass through space. For this reason the rate at which an object may be receding away from the earth is not limited by c and does not violate Relativity.
Just after Time=zero. Space-time appears to have expanded at truly profound rates. Clearly much faster than c. It appears that the rate slowed to a very slow rate of expansion. Observations now suggest that the rate of expansion is increasing. This is what gives rise to the dark energy postulate.
Does the universe have a diameter? Real answer, Insufficient data. Practically, when we say “The Universe” sometimes we mean ‘the observable universe’. The observable universe has a diameter.
The CMB is not the edge of anything physical. This is simply the light that was at the correct distance at the time of the CMB such that it is arriving here today. If we were 11 billions light-years away we would still see a CMB 13.4 billion light-years away.
Spatial Expansion: A 2 Dimensional analogy.
Consider two bugs that live on the surface of a large spherical balloon. Each bug knows that it is 50 paces from one’s home to the other and it is 100 paces from either to the nearest grocery store. The bugs have no knowledge of the interior of the balloon and they can not fly. They live in a two dimensional universe.
One day one bug notices that it is 105 paces to the store and 106 paces to walk home from the store. The bug concludes that his universe is expanding. The may not know why or in to what, recall the bug has no concept of 3 dimensions. The expansion is inexplicable and unimaginable to him. But the expansion is real. He can see the additional effort required to reach his friend’s home and his friend has noticed the extra steps as well. This is similar to our situation. One of the bugs make a postulate that the world is a sphere in some strange 3rd dimension and that someone is adding dark gas to the sphere.
Due to the curvature of their world it is possible to walk in any direction and return to the start point without a change in direction. This is easy for us earth travelers to imagine but this has not always been the case. Once we know the geometry it is easy to the point of being obvious. Without the knowledge we are stuck with ‘dark gas’ postulates.
Ask Ethan: How Big Was The Universe When It Was First Born?
Image credit: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, and M. Mechtley (ASU), R. O’Connell (UVa), P. . [+] McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU).
You might think of the Universe as infinite, and quite honestly, it might truly Sein infinite, but we don't think we'll ever know for sure. Thanks to the Big Bang -- the fact that the Universe had a birthday, or that we can only go back a finite amount of time -- and the fact that the speed of light is finite, we're limited in how much of the Universe we can see. By time you get to today, the observable Universe, at 13.8 billion years old, extends for 46.1 billion light years in all directions from us. So how big was it all the way back then, some 13.8 billion years vor? Joe Muscarella wants to know:
I have read very different explanations about the size of the universe immediately after cosmic inflation ended. One source says it was about 0.77 centimeters, another says about the size of a soccer ball, while yet another says larger than the size of the observable universe. So which is it, or is it something else in between?
It's been a very good year for questions about Einstein and the nature of space and time since this is the 100th anniversary of General Relativity, that's quite fitting. Let's start by talking about the Universe we can see.
Image credit: ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Acknowledgement: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute.
When we look out at the distant galaxies, as far as our telescopes can view, there are some things that are einfach to measure, including:
- what its redshift is, or how much its light has shifted from an inertial frame-of-rest,
- how bright it appears to be, or how much light we can measure from the object at our great distance,
These are very important, because if we know what the speed of light is (one of the few things we know exactly), and how intrinsically either bright or big the object we're looking at is (which we think we know more in a second), then we can use this information all together to know how far away any object actually is.
Image credit: NASA/JPL-Caltech.
In reality, we can only make estimates of how bright or big an object truly is, because there are assumptions that go into this. If you see a supernova go off in a distant galaxy, you assume that you know how intrinsically bright that supernova was based on the nearby supernovae that you've seen, but you also assume that the environments in which that supernova went off was similar, the supernova itself was similar, and that there was nothing in between you and the supernova that changed the signal you're receiving. Astronomers call these three classes effects evolution (if older/more distant objects are intrinsically different), environmental (if the locations of these objects differ significantly from where we think they are) and extinction (if something like dust blocks the light) effects, in addition to the effects we may not even know are at play.
Image credit: Sloan Digital Sky Survey (SDSS), including the current depth of the survey.
But if we're right about the intrinsic brightness (or size) of an object we see, then based on a simple brightness/distance relation, we can determine how far away those objects are. Moreover, by measuring their redshifts, we can learn how much the Universe has expanded over the time the light has traveled to us. And because there's a very well-specified relationship between matter-and-energy and space-and-time -- the exact thing Einstein's General Relativity gives us -- we can use this information to figure out all the different combinations of all the different forms of matter-and-energy present in the Universe today.
If you know what your Universe is made out of, which is:
- 0.01% — Radiation (photons)
- 0.1% — Neutrinos (massive, but
you can use this information to extrapolate rückwärts in time to any point in the Universe's past, and find out both what the different mixes of energy density were back then, as well as how big it was at any point along the way.
So for you, Joe, I went and did these things. (And plotted them on logarithmic scales, where they're more informative.)
Image credit: E. Siegel, of the different energy components in the Universe at different times.
As you can see, dark energy may be important today, but this is a very recent development. For most of the first 9 billion years of the Universe's history, matter -- in the combined form of normal and dark matter -- was the dominant component of the Universe. But for the first few thousand years, radiation (in the form of photons and neutrinos) was even more important than matter!
I bring these up because these different components, radiation, matter and dark energy, all affect the expansion of the Universe differently. Even though we know that the Universe is 46.1 billion light years in any direction today, we need to know the genau combination of what we have at each epoch in the past to calculate how big it was at any given time. Here's what that looks like.
Image credit: E. Siegel, of the size of the Universe (in light years) vs. the age of the Universe . [+] (in years).
Here are some fun milestones, going back in time, that you may appreciate:
- The diameter of the Milky Way is 100,000 light years the observable Universe had this as its radius when it was approximately 3 Jahre alt.
- When the Universe was one year old, it was much hotter and denser than it is now. The mean temperature of the Universe was more than 2 million Kelvin.
- When the Universe was one zweite old, it was too hot to form stable nuclei protons and neutrons were in a sea of hot plasma. Also, the entire observable Universe would have a radius that, if we drew it around the Sun today, would enclose just the seven nearest star systems, with the farthest being Ross 154.
- The Universe was once just the radius of the Earth-to-the-Sun, which happened when the Universe was about a trillionth (10 -12 ) of a second old. The expansion rate of the Universe back then was 10 29 times what it is today.
If we want to, we can go back even farther, of course, to when inflation first came to an end, giving rise to the hot Big Bang. We like to extrapolate our Universe back to a singularity, but inflation takes the need for that completely away. Instead, it replaces it with a period of exponential expansion of indeterminate length to the past, and it comes to an end by giving rise to a hot, dense, expanding state we identify as the start of the Universe we know. We are connected to the last tiny fraction of a second of inflation, somewhere between 10 -30 and 10 -35 seconds worth of inflation. Whenever that time happens to be, where inflation ends and the Big Bang begins, that's when we need to know the size of the Universe.
Image credit: NASA / WMAP science team. This is slightly out-of-date the Universe is 13.8, not 13.7 . [+] billion years old.
Again, this is the observable Universe the true "size of the Universe" is surely much bigger than what we can see, but we don't know by how much. Our best limits, from the Sloan Digital Sky Survey and the Planck satellite, tell us that if the Universe does curve back in on itself and close, the part we can see is so indistinguishable from "uncurved" that it much be at least 250 times the radius of the observable part.
In truth, it might even be unendlich in extent, as whatever the Universe did in the early stages of inflation is unknowable to us, with everything but the last tiny fraction-of-a-second of inflation's history being wiped clean from what we can observe by the nature of inflation itself. But if we're talking about the observable Universe, and we know we're only able to access somewhere between the last 10 -30 and 10 -35 seconds of inflation before the Big Bang happens, then we know the observable Universe is between 17 centimeters (for the 10 -35 second version) and 168 meters (for the 10 -30 second version) in size at the start of the hot, dense state we call the Big Bang.
Image credit: U.S. Marine Corps photo by Gunnery Sgt. Chago Zapata.
The 17 centimeters answer, by the way, is Über the size of a soccer ball! So if you just wanted to know which of those estimates was closest to right, based on what we know, go with that one. The less-than-one-centimeter estimate is too small we have constraints from the cosmic microwave background that inflation couldn't have ended at energies that high, meaning that a size for the Universe at the start of the "bang" is ruled out. The larger-than-the-Universe-today version must be talking about the unobservable Universe, which is probably right, but which doesn't offer any hopes of being measured in any foreseeable way.
So how big was the Universe when it was first born? If the best models of inflation are right, somewhere between the size of a human head and a skyscraper-filled city block. Just give it time -- 13.8 billion years in our case -- and you wind up with the entire Universe.
Joe Muscarella (and all previous winners who haven't contacted me yet), you have orders to get in touch with me with your address, because you just won a Year In Space 2016 Calendar! Happy holidays to all the lucky winners!
