Wie groß ist das Universum? - Eine Erklärung

Das Universum ist ein  großer Ort, und es ist schwer zu ergründen, wie groß es angesichts unserer endlichen Vorstellungen von Distanz hier auf der Erde ist. Aus diesem Grund ist es schwierig, eine Antwort für genau „wie groß“ zu finden. Der Versuch, die immense Größe des Universums herauszufinden, beinhaltet jedoch einige Schlüsselfaktoren. Man versteht ein paar wichtige Fakten darüber, wie sich der Raum verhält, und erkennt gleichzeitig, dass das, was wir sehen, nur das „beobachtbare Universum“ ist. Wir kennen die wahre Größe des tatsächlichen  Universums möglicherweise nicht wirklich,  weil wir sie ehrlich gesagt einfach nicht sehen können.

Was jenseits des beobachtbaren Universums liegt, bleibt also ein Rätsel, was völlig neue Fragen aufwirft, was jenseits unseres Sichtfeldes liegt - was auch Gegenstand vieler Forschungen von Astrophysikern ist. Hier werden wir versuchen, es in einfachen Worten aufzuschlüsseln, um herauszufinden, was tatsächlich eine der komplexesten Fragen der Wissenschaft ist. Aber zuerst einige Grundlagen darüber, wie wir die Entfernung im Raum messen.

Verwenden Sie Licht, um es herauszufinden

Der einfachste Weg, die Entfernung im Raum zu messen, ist die Verwendung von Licht. Aufgrund der Art und Weise, wie sich Licht bewegt, können Sie jedoch möglicherweise nicht erkennen, dass das, was Sie sehen, wenn Sie zum Himmel schauen, nicht wirklich so ist, wie dieses Objekt gerade im Weltraum aussieht. Stattdessen hat es buchstäblich Jahre, Jahrhunderte - sogar Äonen - gedauert, bis das Licht dieses entfernten Objekts zur Erde gelangt ist.

Licht bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 186.000 Meilen pro Sekunde, aber für solch große Entfernungen im Weltraum ist die Sekunde keine großartige Messmethode. Astronomen verwenden  stattdessen das  Lichtjahr, um über Distanz zu sprechen. Ein einzelnes Lichtjahr entspricht ungefähr sechs Billionen Meilen und gibt nicht nur eine Vorstellung von der Entfernung, sondern auch von der Zeit, die das Licht vom Objekt benötigt, um Sie zu erreichen.

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In viel kleinerem Maßstab wenden wir dies auf unsere eigene Sonne an. Im Durchschnitt ist die Sonne ungefähr 150 Millionen Kilometer entfernt. Wenn Sie das richtige Teleskop (und die richtige Brille) hatten, um unsere Sonne zu sehen, sehen Sie tatsächlich, wie es vor acht Minuten aussah. Proxima Centauri? Das Licht ist von vor vier Jahren . Und während Betelgeuse voraussichtlich bald in die Supernova gehen wird, würden wir es heute erst Mitte des 27. Jahrhunderts wissen - kein Scherz.

Licht und seine Eigenschaften haben eine entscheidende Rolle dabei gespielt, zu lernen, wie groß unser Universum ist, und derzeit ist der Rand des beobachtbaren Universums - soweit wir das beurteilen können - etwa 46 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Aber wie sind wir dorthin gekommen? Es ist ein Prozess, den Astronomen und Physiker die "kosmische Distanzleiter" nennen.

Die kosmische Distanzleiter

Teleskope sind nur ein Teil der Ermittlung der kosmischen Distanz, und die Dinge werden komplexer, wenn wir versuchen, Objekte immer weiter zu messen. Radioteleskope eignen sich gut für erste Beobachtungen in unserem Sonnensystem, um die Entfernung zu messen, und liefern ziemlich genaue Ergebnisse. Sobald Sie sich jedoch aus unserem Sonnensystem herausbewegen, sind Radioteleskope einfach nicht mehr praktikabel. Aus diesem Grund wenden sich Astronomen jetzt der sogenannten Parallaxe zu .

Ein einfacher Weg, um Parallaxe zu verstehen, ist die Verwendung Ihrer eigenen Augen. Schauen Sie sich ein Objekt an, indem Sie ein Auge und dann das andere Auge abdecken. Haben Sie das Objekt "bewegen" gesehen? Diese Verschiebung wird als Parallaxe bezeichnet und kann zur Berechnung einer Entfernung verwendet werden. Das System funktioniert gut für unsere nächsten himmlischen Nachbarn, aber sobald Sie ungefähr 100 Lichtjahre hinter sich haben, ist die Verschiebung so unmerklich, dass eine andere Methode erforderlich ist.

Diese nächste Methode wird als  Hauptsequenzanpassung bezeichnet und beruht auf unserem Wissen darüber, wie sich Sterne einer bestimmten Größe im Laufe der Zeit ändern. Es betrachtet die Helligkeit und Farbe von Sternen weiter draußen und vergleicht sie mit näheren Sternen, um zu versuchen, ihre Entfernung zu messen. Aber auch dies hat Grenzen und funktioniert nur für Sterne in unserer eigenen Galaxie oder in den rund 100.000 Lichtjahren entfernten.

Um noch weiter hinauszugehen, verlassen sich Astronomen auf eine Methode, die als  Cepheid-Variablen bekannt ist . Basierend auf Henrietta Swan Leavitts Entdeckung von 1908, die vorschreibt, dass ein bestimmter Sterntyp seine Helligkeit im Laufe der Zeit ändert. Diese Variationen - entweder schnell oder langsam - beziehen sich darauf, wie hell sie sind. Vor diesem Hintergrund konnten Astronomen das Konzept der Hauptsequenzanpassung verwenden, um Entfernungen abzuschätzen - einige sogar bis zu 10 Millionen Lichtjahre entfernt.

Aber wir sind noch lange nicht in der Nähe, wo wir sein müssen, um die weiten Entfernungen unseres Universums herauszufinden. Dazu wenden wir uns schließlich einem Konzept zu, das als Rotverschiebung  bekannt ist und uns den notwendigen Bereich zur Messung der Größe unseres Universums bietet  . Die Rotverschiebung ist der Funktionsweise des Doppler-Effekts sehr ähnlich. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen an einem Bahnübergang. Haben Sie jemals bemerkt, wie sich das Horn eines Zuges in der Tonhöhe zu ändern scheint, wenn es näher kommt und abnimmt, wenn es weiter entfernt ist?

Rotverschiebung Weltraum-Exploratorium Weltraum-Exploratorium

Licht funktioniert ähnlich. Schauen Sie sich einen Spektrographen an und achten Sie auf seine dunklen Linien. Dies wird dadurch verursacht, dass Farbe von Elementen in und um die Lichtquelle absorbiert wird. Je mehr diese Linien zu den roten Teilen des Spektrums verschoben werden - also der Begriff - desto weiter ist das Objekt entfernt. Es ist auch ein Hinweis darauf, wie schnell sich das Objekt von uns entfernt.

Hier bekommen wir endlich unsere Antwort. Das rotverschobene Licht kommt von Galaxien, die ungefähr 13,8 Milliarden Jahre alt sind.

Alter ist nicht alles

Während es leicht zu glauben ist, dass der Rand unseres beobachtbaren Universums nur 13,8 Milliarden Lichtjahre im Radius von der Erde entfernt ist, fehlt Ihnen ein wichtiger Teil der Geschichte. Während dieser 13,8 Milliarden Jahre hat sich das Universum nach dem Urknall weiter ausgedehnt. Dies bedeutet, dass die tatsächliche Größe unseres Universums viel, viel größer ist als unsere anfängliche Messung.

Um dies herauszufinden, werden andere Forschungen berücksichtigt, einschließlich dessen, was wir darüber wissen, wie schnell sich das Universum seit dem Urknall ausgedehnt hat. Die Physiker haben genau dies getan und glauben nun, dass der Radius des beobachtbaren Universums jetzt ungefähr 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Erwähnenswert ist jedoch auch, dass unsere Berechnungen auf dem basieren, was tatsächlich sichtbar und gesehen wird. Die entferntesten Galaxien in unserem Universum sind zu gut geformt, um direkt nach dem Urknall aufgetaucht zu sein, was ein völlig neues Rätsel aufwirft.

Also was nun?

Vielleicht sehen wir nicht alles

Dieses noch unerklärliche Problem wirft eine ganze Reihe neuer Probleme auf. Einige haben versucht zu extrapolieren, wie lange es gedauert hat, bis sich diese zu gut ausgebildeten entfernten Galaxien entwickelt haben, wie Forscher der Universität Oxford in Großbritannien, die schätzten, dass das gesamte Universum 250-mal so groß sein könnte wie unser beobachtbares Universum. Versuchen Sie, Ihren Kopf darum zu wickeln.

Einige glauben jedoch an eine noch verrücktere Theorie, die darauf hindeuten würde, dass unser Universum eines von unendlich vielen anderen Universen sein könnte - dies ist als Multiversum bekannt. Dieses Thema an und für sich würde einen völlig anderen Artikel erfordern, wenn wir sogar versuchen wollten, die Oberfläche zu kratzen, die die Grundprinzipien der Theorie umgibt. Während wir also die Grenzen des beobachtbaren Universums messen können, haben wir keine Ahnung, was darüber hinausgeht.

Das heißt natürlich nicht, dass Wissenschaftler nicht versuchen, es herauszufinden. Mit anderen Worten? Wir können nur raten, wie groß das Universum ist, und Wissenschaftler haben aufgrund aller möglichen Faktoren möglicherweise nie eine genaue Antwort.