Wird es einen kritischen Punkt geben, wenn sich das Universum weiter ausdehnt? Was ist das endgültige Ziel?

Dieser Artikel basiert auf der Beantwortung von Fragen der Internetnutzer: Dehnt sich das Universum auch kontinuierlich aus wie ein lebender Organismus und wird es wirklich explodieren, wenn es einen kritischen Punkt erreicht?

Die Frage selbst ist nicht zutreffend und die Metapher ist nicht angemessen.

Die Ausdehnung des Universums ist auf eine treibende Kraft zurückzuführen. Alle Galaxien und kosmischen Objekte entfernen sich voneinander und werden immer spärlicher, während das gesamte Universum wie ein aufgeblasener Ballon immer größer wird. Es findet keine kontinuierliche Ausbreitung lebender Organismen statt. Es gibt nur Stoffwechsel, Geburt, Altern, Krankheit und Tod. Dies ist das Evolutionsgesetz des Lebens.

Das sind also zwei verschiedene Dinge und können nicht verglichen werden.

Lassen Sie uns zunächst über die Ausdehnung des Universums sprechen.

Das heute von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannte Standardmodell des Universums ist die Urknalltheorie. Sie besagt, dass das Universum aus einer unendlich kleinen Singularität entstanden ist und sich seit dem Urknall ausdehnt. Jetzt hat es ein beobachtbares Universum mit einem Radius von 46,5 Milliarden Lichtjahren gebildet. Außerhalb des beobachtbaren Universums gibt es ein Universum, das niemals gesehen werden kann. Dieser Teil wird als unbeobachtbares Universum bezeichnet und es ist derzeit unmöglich abzuschätzen, wie groß dieser Teil des Universums ist.

Grundlage für die Aufstellung des kosmologischen Standardmodells ist die Theorie der kosmischen Expansion, die vom amerikanischen Astronomen Edwin Hubble entdeckt wurde, der das Hubble-Gesetz begründete. Aufgrund der Tatsache, dass sich das Universum ausdehnt, können wir schlussfolgern, dass das Universum umso kleiner wird, je weiter wir in der Zeit zurückgehen. In der frühesten Vergangenheit wären alle Galaxien in einem Punkt zusammengedrückt gewesen, und dieser Punkt war die Singularität.

Nach Berechnung der Expansionsrate explodierte diese Singularität vor 13,82 Milliarden Jahren, sodass das aktuelle Alter des Universums 13,82 Milliarden Jahre beträgt. Allerdings waren die von Wissenschaftlern bislang gemessenen Hubble-Konstanten inkonsistent und nicht einheitlich. Daher ist das berechnete Alter des Universums unterschiedlich. Die berechneten Ergebnisse reichen von 11,4 bis 15 Milliarden Jahren. Hier wird häufiger das Alter von 13,82 Milliarden Jahren verwendet.

Die Hubble-Konstante ist die Geschwindigkeit, mit der sich Galaxien in einer Entfernung von einer Million Parsec (etwa 3,26 Millionen Lichtjahre) von uns wegbewegen. Sie wird von Wissenschaftlern mithilfe verschiedener wissenschaftlicher Methoden und Geräte gemessen. Der gemessene Wert liegt zwischen 67,8 km/s und 82,4 km/s.

Der Beweis für die Ausdehnung des Universums ist, dass sich weit entfernte Galaxien mit hoher Geschwindigkeit von uns wegbewegen. Sie sehen aus allen Richtungen gleich aus, was als Isotropie bezeichnet wird. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit, mit der sie sich von uns entfernen, linear proportional zur Entfernung, d. h., je weiter sie entfernt sind, desto schneller entfernen sie sich von uns. Manche Leute verwenden als Analogie einen Ballon und sagen, dass alle Galaxien die Sterne auf der Oberfläche des Ballons sind und dass sich diese Sterne mit der Ausdehnung des Ballons weiter voneinander trennen.

Daher bewegen sich alle Galaxien im Universum voneinander weg, und wenn man an der Position jeder Galaxie steht, ist das Ergebnis dasselbe, was auch zeigt, dass das Universum kein Zentrum hat.

Allerdings lässt sich die Ausdehnung des Universums nicht einfach mit einem Ballon vergleichen. Die zugrunde liegende Dimensionstheorie ist sehr kompliziert, deshalb werde ich hier nicht näher darauf eingehen. Die Ballonmetapher ist nur eine bildliche und grobe Metapher und jeder kann sie verstehen. Die Frage, ob der Ballon gesprengt wird und damit das Universum zerstört wird, ähnelt ein wenig der Big-Rip-Theorie. Sie können es selbst herausfinden.

Diese Beweise wurden im frühen 20. Jahrhundert von Edwin Hubble entdeckt. Einstein ging persönlich zum Observatorium, wo Hubble arbeitete, um sie zu überprüfen und so die Formeln der Feldtheorie zu verändern.

Die Expansion des Universums wird durch dunkle Energie bestimmt

Moderne Forschungen haben ergeben, dass in unserem Universum sichtbare Materie, einschließlich Sterne, Galaxien, Nebelstaub und alles andere, nur 4,9 % der Gesamtmasse und -energie ausmacht, unsichtbare dunkle Materie 26,8 % und dunkle Energie 68,3 %. Daher ist die gesamte Evolution des Universums eigentlich ein Spiel zwischen dunkler Materie und dunkler Energie.

Dunkle Energie manifestiert sich hauptsächlich als abstoßende Kraft, was bedeutet, dass Materie und Himmelskörper dazu neigen, sich kontinuierlich voneinander zu entfernen. Daher ist die dunkle Energie die ultimative Kraft, die die Expansion des Universums dominiert. Moderne Forschungen haben ergeben, dass die Expansionsrate des Universums immer höher wird. Laut der Hubble-Konstante, die aus verschiedenen wissenschaftlichen Beobachtungen gewonnen wurde, erreicht die Expansionsrate des Universums am Rande des beobachtbaren Universums mehr als das Dreifache der Lichtgeschwindigkeit.

Obwohl dunkle Materie unsichtbar ist, hat sie Masse. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie verursacht jedes Objekt mit Masse eine Krümmung der Raumzeit, die sich als Gravitationseffekt manifestiert. Daher ist die Gravitationskraft der dunklen Materie viel größer als die der sichtbaren Materie. Sie existiert im Raum zwischen Galaxien und Galaxienhaufen und ist die Hauptkraft, die die Himmelskörper im Universum zusammenhält. Der Grund, warum Galaxien und Galaxienhaufen auch bei sehr hoher Geschwindigkeitsdispersion nicht auseinanderfallen, ist die Gravitationskraft der Dunklen Materie.

Daher ist der gesamte Prozess der kosmischen Evolution eigentlich ein Spiel zwischen dunkler Materie und dunkler Energie, und es ist unvorhersehbar, wer am Ende gewinnen wird.

Ein Punkt, der hier hervorgehoben werden muss, ist, dass es sich bei der Expansion des Universums, dem Standardmodell der Kosmologie sowie der Theorie der dunklen Materie und der dunklen Energie nicht um zufällige Bemerkungen von mir handelt, sondern um das Ergebnis jahrhundertelanger Beobachtungen, Entdeckungen und experimenteller Forschung der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Sie werden durch zahlreiche Belege gestützt und sind zu einem grundlegenden Konsens in der wissenschaftlichen Gemeinschaft geworden. Als populärwissenschaftlicher Autor vermittelt Space-Time Communication den Lesern wissenschaftliche Erkenntnisse auf eine populärwissenschaftliche Art und Weise.

Gibt es einen kritischen Punkt für die Ausdehnung des Universums, der das Schicksal des Universums bestimmt?

Derzeit ist man sich in der Wissenschaft noch nicht einig, ob es einen kritischen Punkt für die Ausdehnung des Universums gibt. Dies hängt vom endgültigen Ausgang des Spiels zwischen dunkler Materie und dunkler Energie ab. Wenn die dunkle Energie immer vorherrscht, wird sich das Universum für immer ausdehnen. Wenn die beiden schließlich die Oberhand gewinnen und die dunkle Materie die Oberhand gewinnt, wird die Ausdehnung des Universums aufhören. Dies ist der kritische Punkt, ab dem das Universum beginnt, sich zusammenzuziehen.

Ob die Expansion des Universums einen kritischen Punkt hat oder nicht, bestimmt die verschiedenen Schicksale des Universums. Wenn die Ausdehnung ewig weitergeht, wird das Universum immer leerer, und die Sterne können sich gegenseitig nicht mehr sehen. Schließlich wird das Universum kalt und still und stirbt. Die sogenannte kalte Stille bedeutet, dass, wenn die gesamte Energie der Sterne erschöpft ist, die schwarzen Löcher schließlich verdampfen, das Universum keine Energie mehr hat, die Temperatur auf den absoluten Nullpunkt zurückkehrt und Zeit und Raum enden.

Wenn die Expansion des Universums einen kritischen Punkt erreicht und dann beginnt, sich zusammenzuziehen, wird die Kontraktion immer schneller und bildet schließlich einen Kollapstrend. Alle Galaxien werden zusammengedrückt und kollabieren zu einer Singularität, und Raum und Zeit werden verschwinden. Diese Theorie wird Big-Crunch-Theorie genannt. Das Universum entsteht aus einer Singularität und kehrt immer wieder zu dieser Singularität zurück.

Unabhängig davon, ob das Universum einen kritischen Punkt hat oder nicht, scheint es so etwas wie eine Explosion nicht zu geben. Darüber hinaus gibt es zwei weitere Theorien über das Schicksal des Universums: eine vom Wärmetod und die andere vom Big Rip.

Der sogenannte Wärmetod basiert auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass der Grund für die Existenz dieser Welt der Energiefluss ist. In einem isolierten System findet ein kontinuierlicher Wärmeaustausch zwischen hoher und niedriger Temperatur statt, bis schließlich ein thermisches Gleichgewicht erreicht wird und der Fluss endet. Kein Energiefluss ist gleichbedeutend mit dem Tod.

Diese Theorie geht davon aus, dass die Entropie des Universums als isoliertes System mit der Zeit zunimmt und sich von Ordnung zu Unordnung entwickelt. Wenn die Entropie ihren Maximalwert erreicht, gelangt die gesamte Materie ins thermische Gleichgewicht und das gesamte Universum verfügt nicht mehr über die Energie, um Bewegung und Leben aufrechtzuerhalten. Zeit und Raum bleiben stehen und das Universum stirbt.

Der „Big Rip“ bedeutet, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt und schließlich alle Materie im Universum der zunehmenden Expansionsgeschwindigkeit nicht mehr standhalten kann und auseinandergerissen wird, einschließlich Galaxien, Sternen, Planeten und jedem Atom und Elementarteilchen. Von da an kehrt alles ins Nichts zurück und kehrt mit Vakuumquantenfluktuationen in den Zustand vor der Geburt des Universums zurück, und das Universum verschwindet.

Daher kann mit dem gegenwärtigen theoretischen Rahmen nicht bestimmt werden, ob es bei der Ausdehnung des Universums einen kritischen Punkt geben wird und wie das Universum schließlich sterben wird. Einige Studien deuten darauf hin, dass der schnellste dieser Todeswege der „Big Rip“ ist, der in etwa 20 Milliarden Jahren eintreten wird. der Rest wird mindestens Billionen von Jahren dauern.

Wenn Sie hierzu eine Meinung haben, können Sie diese gerne diskutieren. Vielen Dank fürs Lesen.

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