Wahrig Wissenschaftslexikon Litze - wissenschaft.de
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Wahrig Wissenschaftslexikon

Litze

Lit|ze  〈f. 19〉 1 flache Schnur aus gedrehten od. geflochtenen Fäden, Tresse (als Besatz od. zur Bez. militär. Dienstgrade) 2 〈El.〉 biegsame Leitung aus dünnen Drähten 3 〈Textilw.〉 Draht zur Führung der Kettfäden an Jacquardmaschinen 4 〈nddt.〉 Packschnur [<mhd. litze ”Schnur, Litze“ <lat. licium ”Faden“, hierzu Drillich, Zwillich]

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Wissenschaftslexikon

ich|thy|o…, Ich|thy|o…  〈in Zus.〉 fisch…, Fisch… [zu grch. ichthys ... mehr

Hier und anderswo lest Ihr öfters über die Expansion des Universums, ihre Beschleunigung durch die Dunkle Energie, die zeitliche Nichtkonstanz des Hubble-Parameters und so weiter. Was expandiert da eigentlich genau wie? Was heißt “die Expansion beschleunigt sich”? Kann ein Lichtstrahl von einem Objekt, dessen Entfernung zu uns mit mehr als Lichtgeschwindigkeit wächst, uns niemals erreichen? Diese Zusammenhänge sind manchmal nicht leicht zu durchschauen. Ich möchte heute versuchen, ein wenig Licht in die kosmologische Dunkelheit zu scheinen.

 

Wie expandiert das Universum?

Bekanntlich dehnt sich das Universum aus. Galaxien, die nicht durch wechselseitige Schwerkraft aneinander gebunden sind, driften auseinander, weil sich der Raum zwischen ihnen vergrößert. Dass er das wirklich tut und nicht alles nur wie nach einer Explosion auseinander fliegt, habe ich in meiner Urknallreihe schon ausführlich erklärt. Warum aber sollte er das tun? Es ist ein Wechselspiel zwischen Materie und Raumzeit: Die Materie startete nach dem Urknall mit einem gewissen “Schwung” und zieht den Raum zwischen den Galaxien auseinander wie Kaugummi. Im “Flussmodell” stellt man sich vor, dass der Raum wie eine Flüssigkeit zur Masse hin fließt; im Gegensatz zu Wasser, das nicht komprimiert oder auseinandergezogen werden kann, kann die “Raumflüssigkeit” jedoch genau das. Und so zieht die expandierende Materie den Raum mit sich auseinander.

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Die Hubble-Konstante H0 gibt dabei die heutige Expansionsgeschwindigkeit an: pro Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre) wächst die Entfernung um 74 km in jeder Sekunde. Der Wert heißt deshalb “Konstante”, weil er die Proportionalitätskonstante in der Hubble-Lemaître-Beziehung v = H0 · r ist, wobei v die Geschwindigkeit ist, mit der Galaxien in der Entfernung r von uns zurückweichen (v heißt auch Rezessionsgeschwindigkeit oder Fluchtgeschwindigkeit). Das heißt übrigens insbesondere, dass in einer gewissen Entfernung die Rezessionsgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit c erreicht – und jenseits davon überschreitet. Diese Entfernung heißt Hubble-Radius rH , eine imaginäre Kugel um den Beobachter mit dem Hubble-Radius nennt man Hubble-Sphäre. Mit der Hubble-Lemaître-Beziehung ist rH = c / H0. Bei H0 = 74 km s-1 Mpc-1 beträgt der Hubble-Radius heute 4050 Mpc oder 13,2 Milliarden Lichtjahre1.

Dass der Raum jenseits des Hubble-Radius schneller als mit Lichtgeschwindigkeit expandieren kann, verletzt dabei nicht die Spezielle Relativitätstheorie, die Bewegungen und Informationsübertragung durch den Raum mit mehr als Lichtgeschwindigkeit verbietet – der Raum selbst kann hingegen machen was er will. Und viel macht er ja gar nicht – 74 km s-1 Mpc-1 entsprechen einer Längenzunahme einer Strecke durchs Vakuum um 0,00000000757% – pro Jahr. Nur weil der Raum überall wächst, summiert sich dieser kleine Anteil über eine große Gesamtstrecke.

Entwicklung der relativen Größe des Universums für verschiedene im folgenden angesprochene Modelle (empty universe = Milne-Universum). Die Zeiten t, zu denen die Kurven links von der 0 die x-Achse kreuzen, markieren das jeweilige Weltalter vor der heutigen Zeit 0. Bild: Wikimedia Commons, Geek3, CC BY-SA 4.0.

Dass H zu anderen Zeiten einen anderen Wert hatte, wusste man früher schon, wie ich gleich erläutern werde, das ist keine neue Erkenntnis. Wenn man die Expansionsgeschwindigkeit des Universums zu anderen Zeiten t betrachten will, verwendet man den Hubble-Parameter H(t), der die Proportionalitätskonstante zum Weltalter t0 angibt. H0 ist einfach H(13,8 Milliarden Jahre). Wieso sollte sich H(t) eigentlich ändern? Betrachten wir dazu drei hypothetische Fälle:

 

Fall 1: leeres Universum ohne Gravitation und Dunkle Energie

Nehmen wir an, das Universum sei leer (na gut, nicht vollkommen leer, es gebe einzelne Galaxien, die aber nicht nennenswert gegenseitig anziehen und abbremsen). Dieses Universum wird auch Milne-Universum genannt. Das ist nicht unser Universum, aber der einfachste Fall, der uns später hilft, die Verhältnisse im realen Universum besser zu verstehen. H0 sei wie im realen Universum 74 km s-1 Mpc-1. Das Weltalter sei t0. Eine Galaxie in 1 Mpc Entfernung entfernt sich also in jeder Sekunde um 74 km. Eine in 2 Mpc Entfernung um 148 km und eine in 0,5 Mpc um 37 km. Das haben diese Galaxien im Milne-Universum immer schon getan, und zum Zeitpunkt 0 starteten sie beim Urknall theoretisch am selben Punkt.

♦ Mi|kro|wel|len|ge|rät  〈n. 11〉 Herd, in dem Lebensmittel durch Bestrahlung mit Mikrowellen (sehr schnell) gegart werden; Sy Mikrowellenherd ... mehr

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