Das expandierende Universum: Was bedeutet „Raum schaffen“ wirklich?

Das Paradoxon der Weltraumschöpfung

Im Jahr 1929 lieferte Edwin Hubble den ersten BeobachtungsnachweisExpansion des Universumsindem der Zusammenhang zwischen der Entfernung von Galaxien und ihrer Rückzugsgeschwindigkeit ermittelt wird. Dieser als Hubble-Gesetz bekannte Zusammenhang wird durch die Formel ausgedrücktv = H₀ × d, wobei v die Rezessionsgeschwindigkeit, d der Abstand und H₀ die Hubble-Konstante ist.

Im Jahr 1998 machten zwei unabhängige Teams, die Supernovae vom Typ Ia untersuchten, eine revolutionäre Entdeckung: Die Expansion des Universums verlangsamt sich nicht wie erwartet, sondern beschleunigt sich. Diese mit dem Nobelpreis für Physik 2011 belohnte Beobachtung impliziert die Existenz einer abstoßenden Energie namens „dunkle Energie", was etwa 68 % des Energieinhalts des Universums ausmachen würde.

Das expandierende Universum „erschafft Raum“?

Das Konzept der „Weltraumerschaffung“ im expandierenden Universum ist subtil und wird oft falsch interpretiert. Es geht nicht um die Entstehung eines neuen Raumes aus dem „Nichts“ im philosophischen Sinne, sondern um die Vergrößerung des eigentlichen Abstandes dazwischenkomobile Punkteder Raumzeit.

Hinweis: :
DERkomobile Punktebezeichnen feste Koordinaten im expandierenden Universum. Eine entfernte Galaxie behält ihre mitbewegte Position bei, auch wenn der Abstand zwischen uns mit der Zeit zunimmtSkalierungsfaktor. Mit anderen Worten: Es „bewegt“ sich nicht lokal, sondern folgt der Erweiterung der kosmologischen Metrik.

Was wird „erschaffen“, wenn nicht der Raum?

Wenn wir sagen, dass das Universum „Raum schafft“, sollten wir uns nicht die Entstehung eines Vakuums vorstellen, als ob das Universum eine Art unsichtbare Materie hervorbringen würde. In Wirklichkeit entwickelt sich dasGeometrie des Universums, also die Art und Weise, wie Abstände zwischen zwei Punkten gemessen werden.

„Expansion“ betrifft die Art und Weise, wie wir Entfernungen messen

In der Sprache der Physiker ist die eigentliche Struktur der Raumzeit dynamisch: Die Koordinaten entfernter Galaxien bleiben fest (sie werden genannt).Comobile), aber das „Lineal“, das zum Messen von Entfernungen verwendet wird, ändert sich im Laufe der Zeit. Es handelt sich also nicht um ein materielles „Gewebe“, das sich ausdehnt, sondern um dasmetrischwas sich entwickelt.

Mit anderen Worten: Das Universum fügt kein Volumen hinzu, so wie wir einen Ballon mit Luft aufblasen, sondern esneu berechnetdauerhaft, was es bedeutet, eine Million Lichtjahre voneinander entfernt zu sein. Was „erschaffen“ wird, ist weder eine Leere noch eine mysteriöse Substanz, sondern einerelative Vergrößerung der Entfernungenzwischen entfernten kosmischen Objekten.

Ein mathematisches Konzept, mehr als eine physische Schaffung von Raum

Zu sagen, dass das Universum „Raum schafft“, ist eine bildliche Art, eine mathematische Realität zu übersetzen. In der Kosmologie manipulieren wir kein materielles Gewebe, sondern einmetrisch, also eine Formel, die angibt, wie die Abstände zwischen zwei Punkten im Universum berechnet werden. Wenn eine beschleunigte Expansion im Spiel ist, ist es diese Kennzahl, die sich im Laufe der Zeit ändert.

Es ist also nicht der „Raum“ als Substanz, der sich vermehrt, sondern dergeometrische Beziehungzwischen den Punkten, die sich transformieren. Den Rahmen liefert die Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)-Metrik: Sie zeigt, dass der Skalierungsfaktor zunimmt, was gleichbedeutend damit ist, dass sich der Abstand zweier sich gemeinsam bewegender Galaxien vergrößert, auch wenn sie sich nicht lokal bewegen.

Dieses Vokabular ist zur Popularisierung nützlich, wir müssen jedoch bedenken, dass es sich um eine Abkürzung handelt: Was wir in Wirklichkeit beschreiben, ist eine dynamische Entwicklung der geometrischen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie: \( G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8 \pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \)

Galaxien, die sich „wegbewegen“?

In vielen Abbildungen sehen wir immer weiter entfernt gezeichnete Galaxien, als würden sie sich tatsächlich in einem bereits bestehenden Raum bewegen. Aber im Kontext der Allgemeinen Relativitätstheorie sollte Expansion nicht so verstanden werden. Entfernte Galaxien „reisen“ nicht durch den Kosmos, sie behalten ihre Position im sich mitbewegenden Gitter bei, während dieses Gitter – die Metrik selbst – im Laufe der Zeit unterschiedlich gemessen wird. Mit anderen Worten, es ist die Metrik selbst, dieändert den Maßstab im Laufe der Zeit. Es ist nicht die Substanz, die sich verformt, sondern die Messregeln (Abstände, Intervalle), die sich dehnen.

Hinweis: :
Sehr weit entfernte Galaxien, die sich mit sogenannten „Geschwindigkeiten größer als Licht“ fortbewegen, verstoßen nicht gegen die spezielle Relativitätstheorie, da sie nicht einer lokalen Bewegung, sondern der Entwicklung der Geometrie selbst entsprechen.