Astronomie

Wie funktioniert das Konzept eines Universums ohne Zentrum?

Wie funktioniert das Konzept eines Universums ohne Zentrum?

Ich verstehe im Grunde, dass das Universum homogen ist (sieht von jedem Punkt aus gleich aus) und mir wurde in meinem Astrokurs gesagt, dass es kein Zentrum haben soll, aber wie das funktioniert, verwirrt mich. Ich kann das Gefühl nicht loswerden, dass eine Zivilisation von einem Punkt im Universum aus in eine bestimmte Richtung schauen und ein Zeichen für die Richtung zum Rand oder zum Zentrum sehen könnte, wie jüngere Galaxien oder das Fehlen von Galaxien, die sich in eine bestimmte Richtung bewegen .

BEARBEITEN: Vielen Dank an Sir Cumference für die Hervorhebung einiger Dinge, die an meiner Frage unklar sind. Sicher, bis zu einem gewissen Grad können Sie sich das Universum als ohne Zentrum vorstellen, aber wenn Sie sich eine Kugel vorstellen, die aus dem Nichts größer wird, und Sie einen zufälligen Punkt in der wachsenden Kugel auswählen, können Sie immer sagen, Punkt ist von einigen Punkten auf der Kugel weiter entfernt als andere, oder anders ausgedrückt, es gibt eine Richtung zu einem "Zentrum".

Alle anderen Details, die Sie überhaupt mitteilen können, wären sehr willkommen.


Wenn wir über das Universum sprechen, sprechen wir wirklich über eines von zwei Dingen:

  • Das beobachtbare Universum, das alles ist, was wir sehen können.
  • Das Universum, das alles ist, was jemals existiert hat, existiert derzeit und wird existieren.

Das beobachtbare Universum hat sein eigenes Zentrum, normalerweise die Erde. Es ist ein kugelförmiger Bereich von allem, was wir sehen können, im Wesentlichen von allem, dessen Licht uns erreicht hat. Wir beziehen uns normalerweise darauf, wenn wir Dinge sagen wie "Es gibt $10^{86}$ Atome im Universum".

In Wirklichkeit hat jeder sein eigenes beobachtbares Universum, und es kann sich ändern, je nachdem, wo Sie sich befinden. Ein weit entfernter Exoplanet hat sein eigenes beobachtbares Universum und kann Licht von verschiedenen Orten empfangen. Im Wesentlichen sind Sie das Zentrum Ihres eigenen beobachtbaren Universums.

Ich gehe aber davon aus, dass du von letzterem redest. Das Universum (beachte das große "U") besteht aus Raum und Zeit und seinen Inhalten. Alles, was existiert hat, existiert und gegenwärtig existiert, ist ein Teil davon.

Das Universum gilt als unendlich groß, kann also kein Zentrum haben. Der Mittelpunkt von etwas ist der Punkt, der von den Kanten gleich weit entfernt ist, aber wenn sich etwas unendlich lang erstreckt, würde es einfach weitergehen. Es hätte keine Kante und somit kein Zentrum. Sie könnten den Punkt nicht in gleichem Abstand von den Kanten finden, wenn er sich nur unendlich erstreckt.

Sie könnten fragen: "Wo hat dann der Urknall angefangen? Sicherlich muss es das Zentrum des Universums gewesen sein, oder?" Nun, man kann sagen, dass der Urknall überall passiert ist. Vor dem Urknall füllte Materie den größten Teil der Leere des Universums. Es war im Wesentlichen dicht und wurde so extrem heiß, bis sich keine Hadronen bilden konnten.

Es wird vermutet, dass diese Temperatur den Raum selbst ausdehnt. Im Wesentlichen wurde zwischen all der Materie mehr Raum geschaffen, bis alles abkühlen konnte. Das nennen wir den Urknall. Es geschah nicht an einem bestimmten Punkt, sondern überall.

BEARBEITEN: Ich verstehe Ihre Verwirrung. Lassen Sie mich nur einige häufige Missverständnisse ausräumen:

Das Universum ist nicht wie eine Kugel. Sie können es sich eher wie ein flaches Gitter vorstellen, und seine "Ausdehnung" bedeutet nur, dass die Abstände zwischen den Objekten auf dem Gitter größer werden. Im Wesentlichen wird mehr Raum zwischen den Objekten geschaffen. Das verstehen wir unter Expansion – dass sich Objekte voneinander entfernen, da zwischen ihnen mehr Raum entsteht.

Hier ist eine einfache Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie gehen mit Ihrem Hund spazieren. Plötzlich beginnt sich der Boden zwischen Ihnen auszudehnen. Sie und Ihr Hund werden sich trennen und weiter voneinander entfernen.

Das passiert im Wesentlichen überall: Der Raum dehnt sich zwischen allem aus, wir driften also von anderen Galaxien weg. Das Universum ist unendlich und wir können uns ständig von anderen Objekten entfernen, weil zwischen uns Raum entsteht. Hier ist ein GIF, das ich gemacht habe, das Ihnen helfen könnte, es zu bekommen:

Sie können sehen, wie die Galaxien auseinanderdriften, wenn der Abstand zwischen ihnen zunimmt. Und das passiert überall im Universum. Behalten wir das im Hinterkopf und klären wir den Urknall auf.

Der Urknall ereignete sich weder an einem einzigen Punkt, noch begann das Universum an einem einzigen Punkt. Das Universum ist und war schon immer unendlich. Der Urknall war gerade der Zeitpunkt, zu dem die Expansion des Universums wirklich begann – das heißt, als die Objekte begannen, sich voneinander zu entfernen. Das Universum war immer noch unendlich, aber es gab weniger Raum zwischen der Materie.

Diese Dichte führte dazu, dass das Universum extrem heiß wurde und sich ausdehnte. Hier wurde also der Raum selbst verzerrt und begann sich auszudehnen. Immer mehr Raum wurde zwischen der Materie geschaffen und ist es immer noch (obwohl es jetzt hauptsächlich auf dunkle Energie statt auf Wärme zurückzuführen ist).


Ich vermute, die Klasse hat Ihnen gesagt, dass das Universum unendlich sein könnte. Wir haben derzeit keine Möglichkeit zu wissen, ob das wahr war oder nicht. Das Problem ist, dass es außerhalb unserer Hubble-Sphäre keine Möglichkeit gibt zu wissen, wann die Inflation aufgehört hat. Ich glaube, dass es im CMBR einige Hinweise darauf gibt, dass es eine Mindestgröße hat, die ein Mehrfaches des Hubble-Radius beträgt, da es Resonanzen geben würde, die im Spektrum nicht sichtbar sind. Allerdings gibt es keine Obergrenze. Beachten Sie jedoch, dass diese Theorie die Möglichkeit beinhaltet, dass das Universum nicht immer unendlich war, sondern dass es früh eine endliche Größe hatte.


Wie funktioniert das Konzept eines Universums ohne Zentrum? - Astronomie

Einige der grundlegendsten Fragen, über die sich die Menschen Gedanken machen, seit sie angefangen haben, über Dinge nachzudenken, sind: Wie ist das Universum? Wie alt ist das Universum? Wie ist das Universum entstanden? Wie wird das Universum enden – wenn es endet? Wo sind wir im Universum? Warum gibt es im Fernsehen nie etwas Gutes zu sehen? Vielleicht nicht die letzte Frage, aber der Rest dieser Fragen ist eine Art grundlegende philosophische Fragen, über die im Laufe der Zeit nachgedacht wurde. Ich denke, wir müssen jetzt anfangen, sie anzugehen. Zuerst versuchen wir herauszufinden, wie das Universum ist. Das Studium der Natur des Universums wird als Kosmologie bezeichnet.

Wie groß ist das Universum? Das ist eine ziemlich einfache Frage. Was ist die Antwort? Der erste Mensch, der sich dieser Frage mit echtem wissenschaftlichem Eifer annahm, war Isaac Newton. Natürlich hatte er einen Vorteil gegenüber den Leuten, die vorher darüber nachdachten, da er das Gesetz der Schwerkraft hatte, um ihm bei seiner Suche nach einer Antwort zu helfen. Was wäre, wenn das Universum eine bestimmte Größe hätte, so dass es sich nur bis zu einer bestimmten Entfernung ausdehnte - das heißt, was wäre, wenn das Universum endlich wäre? Newton dachte, dass dies nicht der Fall sein kann. Warum? Als er hinter dem Mond, der Sonne und den Planeten in den Himmel blickte, bemerkte er keine Bewegungen von Objekten. Er dachte, das Universum sei statisch. Dies bedeutet nicht, dass es einen schlechten Empfang hatte, aber dass sich das Universum nicht in großem Maßstab zu bewegen schien. Was sagt dir das? Newton wusste, dass das Universum Dinge enthielt – Sterne, verschwommene Dinge usw., und er wusste, dass diese Dinge Masse hatten. All das Zeug im Universum wurde von all dem anderen Zeug im Universum angezogen (nur die grundlegende Schwerkraft am Werk). Wenn dies der Fall ist, würde das Material am Rand eines endlichen Universums von der gesamten anderen Masse im Universum angezogen und zum Zentrum des Universums gezogen. Wenn das passiert, würde sich das Zeug am Rand des Universums in Richtung Mitte bewegen. Diese Art von Bewegung wurde zu seiner Zeit weder von Newton noch von irgendjemand anderem gesehen - er sah keine großflächigen Bewegungen. Das Zeug am Rand (wenn es einen Rand gibt) bewegt sich nicht nach innen. Was könnte das verhindern? - wahrscheinlich mehr Zeug weiter draußen. Was verhindert, dass das andere Material nach innen gezogen wird? Es muss noch mehr Zeug da draußen geben, um zu verhindern, dass das Zeug hineingezogen wird. Was ist mit dem Zeug, das weiter draußen ist, wird es nicht eingezogen? - nicht, wenn es noch mehr Zeug gibt. Ich denke, man kann sehen, wohin das führt. Wenn das Universum einen Rand hätte, würde das Zeug am Rand nicht still sitzen, und da Newton dachte, das Zeug würde still sitzen (da er keine Bewegung sah), bedeutete dies, dass es keinen Rand gab.

Abbildung 1. Newtons Argument gegen ein endliches Universum. Wenn das Universum von Anfang an eine bestimmte Größe hatte, würde die Anziehungskraft von Stoffen in der Nähe des Zentrums des Universums dazu führen, dass die Stoffe in der Nähe des Randes des Universums nach innen gezogen werden. Irgendwann würde sich das Zeug am Rand des Universums nach innen zum Zentrum bewegen und es würde eine offensichtliche großräumige Bewegung zum Zentrum geben.

Was meine ich damit, dass das Universum keinen Vorteil hat? - Genau das, was ich gesagt habe. Newton dachte, das Universum sei unendlich groß. Nur so konnte er die Bewegungslosigkeit von Objekten im größten Maßstab erklären. Er wusste natürlich nicht von allen Bewegungen, die wir heute sehen, da seine Technologie sie nicht erkennen konnte. Newton war nicht wirklich glücklich mit der Vorstellung, dass das Universum unendlich ist. Wenn das der Fall wäre, dann müsste es auch unendlich viel Masse geben. Wenn es unendlich viel Masse gäbe, was sagt das über die Gravitation aus? - du hast es - unendlich! Eigentlich macht es keinen Sinn zu sagen, dass das Universum unendlich ist, wenn man sich die Gravitation des gesamten Universums ansieht oder das Universum, wie Newton es sah, aber das war das Beste, was er daraus machen konnte.

Figur 2. Warum ein unendliches Universum eine schlechte Sache sein kann. Wenn Astronomen durch ihre Teleskope in den Nachthimmel blicken, sehen sie verstreute Galaxien und viel dunklen Raum (Ansicht links). Wenn das Universum unendlich wäre, dann gäbe es unendlich viel Sternenlicht und die Teleskopansicht wäre das, was rechts zu sehen ist - ein strahlend weißer Himmel.

Während ein unendliches Universum vernünftig erscheinen mag, gibt es damit Probleme. Eines der Probleme, die sich aus einem unendlichen Universum ergeben, ist als Olbers-Paradox bekannt. Dieser ist ein bisschen verwirrend, also habt Geduld mit mir. Wenn das Universum unendlich groß, unendlich alt und in alle Richtungen mit Dingen gefüllt ist (so dass die Schwerkraft in einem perfekten Gleichgewicht ist und sich nichts bewegt), dann sollten Sie etwas sehen, wenn Sie in eine beliebige Richtung am Himmel schauen. Sie müssen vielleicht in große Entfernung schauen, aber irgendwann werden Sie etwas sehen. Sie sollten eine Galaxie, einen Stern oder etwas in alle möglichen Himmelsrichtungen sehen. Wenn Sie nachts nach draußen gehen, sehen Sie nicht in jeder Himmelsrichtung etwas, es gibt viele Orte, an denen nichts zu sehen ist. Eine andere Möglichkeit, das Paradox von Olbers zu formulieren, besteht darin, die Frage zu stellen: "Wenn das Universum unendlich ist, warum ist dann der Nachthimmel dunkel?" Ein unendliches Universum würde eine unendliche Anzahl von Objekten enthalten, die abhängig von ihrer Temperatur verschiedene Arten von Licht abgeben, daher sollte es im Universum eine Menge Licht geben. Wenn dies der Fall ist, wäre überall und zu jeder Zeit eine konstante Helligkeit vorhanden - Tag oder Nacht.

Das ist eine feine Gurke. Wie kommen wir aus dieser misslichen Lage heraus? Antwort: Das Universum könnte unendlich groß sein, aber es ist nicht unendlich alt. Es ist nicht unendlich alt, also ist das Zeug, das sich in bestimmten Richtungen befindet, für uns noch nicht sichtbar, weil es Zeit braucht, bis das Licht aus diesen Entfernungen zu uns gelangt. Das Licht der am weitesten entfernten Objekte hat uns noch nicht erreicht. Wir werden diese fernen Objekte nur sehen können, wenn wir lange genug warten, bis ihr Licht zu uns gelangt. Dies ist das Problem, wenn sich Licht mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortbewegt - Sie können nicht alles sofort sehen. Wie Sie später sehen werden, dehnt sich das Universum aus, und dies beeinflusst das Licht von entfernten Objekten – dehnt es in Wellenlängen aus, die wir mit unseren Augen nicht sehen können. Licht kann eine weit entfernte Galaxie bei sichtbaren Wellenlängen verlassen, aber das Licht wird vom expandierenden Universum so in längere Wellenlängen gestreckt, dass unsere Augen es nicht sehen - ein weiterer Grund, warum der Himmel nachts nicht voller heller Lichter ist.

So ist das Universum unendlich groß? Es könnte sehr gut sein, aber wir werden es nie als solches sehen können. Warum? Es hat mit diesem lustigen kleinen Konzept von Special Relativity zu tun, die Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Wir können nur Teile des Universums sehen, deren Licht hier angekommen ist. Mit anderen Worten, wenn das Universum 5 Milliarden Jahre alt ist, könnten wir höchstens 5 Milliarden Lichtjahre weit sehen. Wenn es 10 Milliarden Jahre alt ist, könnten wir nur auf eine Entfernung von 10 Milliarden Lichtjahren hinaussehen. Wir können nur in eine Entfernung sehen, aus der das Licht zu uns gelangt ist. Tatsächlich sind die Entfernungen, die ich gerade verwendet habe, etwas falsch, da ich die Ausdehnung des Universums nicht berücksichtigt habe, aber selbst das würde uns nicht helfen, Gebiete außerhalb des beobachtbar Universum. Um ein ganzes, unendliches Universum zu sehen, müsste man warten, bis das Universum unendlich alt ist.

Es scheint, dass die Idee, ein unendliches Universum zu haben, in Ordnung ist, solange das Universum nicht unendlich alt ist. Was ist sonst noch über das Universum bekannt? Eine Sache, die wir uns ansehen können, ist, wie das Universum für uns aussieht – was sind einige allgemeine Dinge, die wir beschreiben können? Erstens, wenn Sie über große Entfernungen hinausschauen, sehen Sie überall Dinge in großen Maßstäben. Diese Materialverteilung wird als Homogenität bezeichnet. Jetzt wissen wir, dass Galaxien nicht gleichmäßig verteilt sind und dass Haufen nicht gleichmäßig verteilt sind, aber wenn man sich die größten Skalen ansieht, Entfernungen in Milliarden von Parsec oder so, dann sieht die Sache ziemlich glatt aus. Das ist eine Art Beschreibung des Ozeans. Wenn Sie auf einem Boot im Meer sind, werden Sie vielleicht bemerken, wie ungleichmäßig es ist, dass es hohe oder niedrige Wellen gibt. Wenn man das Meer aus großer Entfernung betrachtet, wie im Space Shuttle, sieht es ziemlich glatt aus. Auf großen Skalen (oder den größten Skalen) ist das Universum ziemlich homogen (einheitlich).

Ein weiteres Merkmal des Universums ist als Isotropie bekannt. Dieses Konzept besagt, dass das Universum gleich aussieht, egal wohin Sie schauen und egal wo Sie sich im Universum befinden. Dies verhindert, dass es ein Zentrum des Universums gibt, da jeder (wieder in den größten Maßstäben) das gleiche Zeug sieht. Es gibt keinen bevorzugten Standort, alle Plätze sind gut.

Wenn die Begriffe Homogenität und Isotropie miteinander kombiniert werden, bilden sie das kosmologische Prinzip. Dies ist eine Art Regel, die befolgt werden muss, wenn Leute darüber nachdenken, Modelle des Universums zu erstellen. Eine andere Sichtweise auf das kosmologische Prinzip besteht darin zu sagen, dass das Universum langweilig ist! Denken Sie darüber nach - beide Teile des C.P. beziehen Sie sich darauf, wie einheitlich, gleich, nicht einzigartig das Universum ist - langweilig, der Mensch so langweilig wie langweilig sein kann.

Das kosmologische Prinzip hilft uns, das Universum zu beschreiben, aber es gibt eine viel wichtigere Regel, die wir verwenden, wenn wir versuchen herauszufinden, wie das Universum funktioniert. Das ist das Konzept der Universalität, das im Grunde sagt, dass die Gesetze der Physik überall gleich sind, was bedeutet, dass sich die Schwerkraft hier auf eine bestimmte Weise verhält, sollte sie sich auch anderswo im Universum genauso verhalten. Atome sollten sich gleich verhalten, Licht sollte gleich sein und alle Regeln sollten gleich sein, egal wo man sich im Universum befindet. Wir brauchen diese Regel wirklich, um wahr zu sein, sonst wäre es unmöglich, das Universum zu verstehen, wenn die Gesetze der Physik zufällig oder überall verkorkst wären.

Weitere Modelle des Universums

Wir haben gesehen, was Newton über das Universum dachte, aber was hielten moderne Astronomen davon? Mit modern meine ich Astronomen, die in den letzten 100 Jahren gearbeitet haben. In der frühen Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde die den Astronomen zur Verfügung stehende Technologie gerade so ausgereift, dass sie einige bedeutende Störungen in den Theorien des Universums verursachte. Eine Reihe von Beobachtungen betraf Galaxienspektren von einem Kollegen namens Vesto Slipher (1875-1969). Er erhielt viele Spektren von Spiralnebeln (denken Sie daran, dass die Leute zu diesem Zeitpunkt noch nicht wussten, was Spiralnebel waren). Er bemerkte, dass praktisch alle Spiralnebel Rotverschiebungen zeigten – dass sie sich von uns entfernten.

Sliphers Beobachtungen führten zu Edwin Hubbles Entdeckung, dass sich das Universum ausdehnt (1929), wie im Hubble-Gesetz dargestellt. Ein Aspekt dieser Expansion ist, dass sich die weiter entfernten Galaxien am schnellsten von uns entfernen. Was sagt uns das über die Erweiterung? Die von Hubble beobachtete Art der Expansion ist a Einheitliche Erweiterung. Na und? Ist das wirklich so wichtig?

Denken Sie zunächst daran, dass es im Universum keinen bevorzugten Ort gibt - kein Zentrum, und jeder wird unabhängig von seinem Standort die gleiche gleichmäßige Ausdehnung sehen (denken Sie an das kosmologische Prinzip). Sehen wir uns an, was passiert, wenn wir das Universum gleichmäßig ausdehnen. Jeder Teil wird auf die gleiche Weise erweitert. Um dies einfach zu veranschaulichen, nehmen wir an, das Universum sei eine gerade Linie mit einer Reihe von Galaxien entlang der Linie. Wenn sich das Universum gleichförmig ausdehnen würde, könnten wir den Raum zwischen jeder Galaxie verdoppeln – alle würden der gleichen Expansionsrate folgen. Was sehen wir?


Figur 3. Die gleichmäßige Ausdehnung des Universums. Wenn die Galaxien beginnen, sind sie gleich weit voneinander entfernt. Nach einiger Zeit dehnt sich das Universum in diesem Fall gleichmäßig aus, der Abstand zwischen den einzelnen Galaxien verdoppelt sich. Wir sehen, wie sich die nahegelegenen Galaxien nur ein kleines Stück bewegen (geringere Geschwindigkeit), während die weiter entfernten Galaxien eine größere Entfernung (höhere Geschwindigkeit) zurücklegen.

Wir sehen nach der Expansion, dass die Galaxien in unserer Nähe nicht sehr weit vorgedrungen sind und sich daher nicht sehr schnell bewegten. Galaxien, die viel weiter entfernt sind, haben in der gleichen Zeit eine sehr große Entfernung zurückgelegt. Dazu müssen sie sich sehr schnell bewegen. Genau das zeigt das Hubble-Gesetz. Es spielt keine Rolle, ob Sie sich auf Galaxie A, B oder X befinden, Sie würden dasselbe sehen. Dies liegt zum Teil an der Tendenz, uns nicht vorzustellen, dass wir uns bewegen, sondern alle anderen als sich bewegend wahrzunehmen. Dies bedeutet auch, dass es kein Zentrum des Universums gibt, das sich nicht nur von uns, sondern von allen ausdehnt. Es ist schwierig, die Expansion mit einem ein- oder zweidimensionalen Modell zu visualisieren, da Sie dieses Modell relativ zu einem Hintergrund sehen, aber ohne Vergleichsmöglichkeit gibt es kein festes Zentrum der Expansion. Sie könnten auch die völlig entgegengesetzte Richtung einschlagen und sagen, dass überall im Universum das Zentrum des Universums ist, da sich das Universum von jedem Punkt weg ausdehnt - autsch, mein Kopf tut weh.

Figur 4. Die gleichmäßige Ausdehnung des Universums von anderen Orten aus gesehen. Hier beobachtet ein Außerirdischer in der sogenannten Galaxie D die Expansion. In diesem Fall sehen sie auch, dass sich alle anderen Galaxien (einschließlich unserer eigenen) von ihnen entfernen. Wenn sie so etwas nicht sehen würden, gäbe es keine Isotropie im Universum, und einige Teile des Universums würden andere Dinge sehen - das ist nicht möglich. Egal wo du dich im Universum befindest, es sieht so aus, als würde sich alles andere von dir entfernen. Nimm es nicht persönlich.

Wenn wir sagen, dass sich das Universum ausdehnt, meinen wir das wirklich oder meinen wir damit, dass sich Dinge nach außen bewegen? Hier wird es tatsächlich etwas haarig. Die Expansion des Universums ist genau das – das Universum expandiert tatsächlich. Was genau wird erweitert? Der Raum erweitert sich. Hä? Der Raum dehnt sich aus? Ja, das habe ich gesagt. Der Weltraum dehnt sich aus, und da sich Dinge wie Galaxien in diesem Raum befinden, werden sie von der Expansion mitgerissen. Die Ausdehnung des Universums bedeutet nicht nur, dass sich Galaxien von selbst voneinander entfernen, sondern dass sich der Raum, in dem sich diese Galaxien befinden, ausdehnt, was dazu führt, dass sich die Galaxien voneinander entfernen. Galaxien haben ihre eigenen Geschwindigkeiten umeinander herum, in Haufen und dergleichen, so dass die Bewegung von der Expansionsgeschwindigkeit getrennt werden muss, aber wenn man auf sehr große Entfernungen kommt, sind die zufälligen Bewegungen der Galaxien viel kleiner als die Expansionsgeschwindigkeiten. Alles Gute, das ist albern, nicht wahr?

Nein, es ist nicht albern, denn wir haben den Raum bereits mit den Konzepten der Allgemeinen Relativitätstheorie vermasselt. Wenn wir den Raum verzerren können, können wir ihn dann nicht auch dehnen? Klar können wir das, aber wie dehnen wir es aus? In welche Richtungen wird es gedehnt, wie können wir das sehen und wie wird der Raum durch dieses Dehnen vermasselt? Diese Fragen hängen irgendwie von der Krümmung des Universums ab. Oh-oh, es sieht so aus, als würden wir uns noch mehr seltsame Graphen des verzerrten Raums ansehen! Denken Sie daran, dass sich der Raum mit den Konzepten der Allgemeinen Relativitätstheorie in eine andere Richtung ausdehnen kann, wie in eine vierte räumliche Dimension. Können wir das sehen? Nein, nicht direkt, da wir dreidimensionale Wesen sind. Um die möglichen Formen oder die Krümmung des Universums, in dem wir leben, zu verstehen, müssen wir einige niederdimensionale Analogien verwenden. Anstatt den Raum als dreidimensionales Objekt zu beschreiben, verwenden wir eine zweidimensionale Analogie, die (manchmal) in drei räumliche Dimensionen verzerrt werden kann. Jetzt können Sie so tun, als wären Sie Ameisen, die im zweidimensionalen Raum herumkrabbeln, in dem Sie nur zwei Richtungen wahrnehmen können (Sie können nicht von oben nach unten sehen). Was siehst du, wenn du dich in deinem zweidimensionalen Universum umschaust?

Abbildung 5. Ein zweidimensionales flaches Universum. Kreaturen in diesem Universum kennen nur zwei Dimensionen und die Dinge hier wären ähnlich wie auf einem flachen Blatt Papier. Dreiecke haben Winkel, die sich auf 180 Grad summieren und parallele Linien würden immer parallel bleiben - nie näher oder weiter weg. Obwohl dieses Bild eine Kante hat, würde es im flachen Universum keine Kante geben und es könnte sich leicht gleichmäßig ausdehnen .

Der erste Krümmungstyp, den wir uns ansehen, ist der einfachste - keine Krümmung oder ein flaches Universum. Zeug in dieser Art von Universum verhält sich wie wenn Dinge auf ein großes, flaches Stück dehnbaren Materials gezeichnet werden. Wenn es gleichmäßig gestreckt wird, behalten die Dinge ihre relativen Formen und Abmessungen. Die Dinge verhalten sich so, wie Sie es erwarten - gerade Linien sind immer gerade und Dreiecksecken ergeben immer 180 Grad. Sie fragen sich vielleicht, warum ich gerade Linien und Dreiecke erwähne, aber bleiben Sie dran, denn als nächstes werden wir in die seltsamen Universen gehen.

Abbildung 6. Ein sphärisches (positive Krümmung) zweidimensionales Universum wird gezeigt. Es sollte daran erinnert werden, dass die Kugel selbst nicht das Universum ist, sondern die Oberfläche der Kugel das Universum ist. Kreaturen in diesem Universum würden nur die beiden Richtungen kennen, wie im flachen Universum, und könnten nicht in die Kugel sehen. In diesem Universum könnten Sie Dreiecke mit Winkeln von mehr als 180 Grad erstellen - obwohl sie gerade Linien haben, die ihre Kanten bilden. Außerdem werden parallele Linien irgendwann zusammenlaufen (zusammenkommen). .

Der nächste Oberflächentyp hat die sogenannte positive Krümmung. Dies lässt sich am besten in zwei Dimensionen durch die Oberfläche einer Kugel darstellen. Denken Sie daran, dass die 2-D-Kreaturen in diesem Universum weder nach oben noch nach unten sehen, also wissen sie nicht, dass sie sich auf einer Kugel befinden. So etwas erlebt man jeden Tag in seinem Leben, wenn man sich umschaut (du lebst schließlich in Iowa). Die Erde ist nicht wirklich flach, aber sie sieht ziemlich flach aus, da sie so groß ist. Nun, in diesem Universum können die Dinge wirklich seltsam sein. Eine Sache, die in diesem Universum passieren kann, ist, dass, wenn Sie zwei parallele gerade Linien haben, diese Linien schließlich konvergieren (zusammenkommen). Dies ist so, als ob die Längengrade auf einem Globus alle an den Polen zusammenlaufen - diese Linien sind gerade, aber da sie sich auf einer gekrümmten Oberfläche befinden, kommen sie zusammen. Außerdem können Sie auf dieser Fläche ein Dreieck zeichnen, das aus drei geraden Linien besteht, jedoch mit Winkeln, die zusammen mehr als 180 Grad ergeben! Egad, das ist verrückt! Ein weiterer raffinierter Aspekt dieser Art von Universum ist, dass Sie, wenn Sie in eine Rakete steigen und abheben, schließlich an derselben Stelle landen, von der Sie gestartet sind! Das macht es wie ein gefangenes System, das man nicht aus diesem Universum herausbekommt.

Abbildung 7. Ein sattelförmiges (negative Krümmung) Universum. Eigentlich sieht es eher aus wie ein unendlich großer Pringles-Kartoffelchip. In diesem zweidimensionalen Universum ist die Krümmung so, dass Dreiecke Winkel haben, die sich auf weniger als 180 Grad summieren und parallele Linien divergieren (weiter auseinandergehen).

Ich nehme an, wenn es eine positive Krümmung gibt, muss es auch eine negative Krümmung geben. Dieses Universum ist insofern ziemlich seltsam, als es die Form eines Sattels oder eines Pringles-Kartoffelchips hat. Die Art und Weise, wie sich die Dinge in diesem Universum verhalten, ist im Fall der positiven Krümmung genau das Gegenteil. Gerade Linien, die parallel beginnen, divergieren, wenn Sie weiter in den Weltraum gehen - sie werden weiter auseinander. Außerdem können in diesem Universum Dreiecke gezeichnet werden, deren Winkel weniger als 180 Grad betragen - seltsam.

Welche Art von Krümmung hat unser Universum? Ich sage Ihnen gleich, dass es wirklich schwer ist, das zu bestimmen, da die Erde irgendwie flach erscheint. Sie wissen, dass die Erde eine Kugel ist, aber Sie sind im Vergleich dazu so klein, dass Sie sie als sehr flach betrachten. Das Universum ist so verdammt groß, dass die Krümmung, falls sie existiert, so klein ist, dass wir nicht leicht sagen können, welche Art von Krümmung es gibt. Im Falle der positiven und negativen Krümmung können Sie diese Oberflächen so groß machen, dass die kleinen Ameisen darin denken, dass die Oberflächen flach oder fast flach sind.

Die überraschende Expansion des Universums

Bevor wir näher auf das Universum eingehen, insbesondere auf seinen Ursprung, möchte ich kurz erwähnen, was Einstein über das Universum dachte. Als er 1917 seine Arbeiten zur Allgemeinen Relativitätstheorie durchführte, wusste er wirklich nicht, was Astronomen über das Universum wussten, also fragte er einige von ihnen, wie das Universum beschaffen sei. Sie sagten ihm, dass es homogen und isotrop sei. Sie sagten ihm auch, dass es ziemlich statisch war (obwohl Slipher all diese Spiralnebel-Rotverschiebungen entdeckt hatte, war dies vor der Curtis-Shapley-Debatte und als Hubble all seine Sachen machte, also wusste niemand wirklich, was Galaxien waren). Einstein hat seine Berechnungen durchgeführt, aber seine Formeln kamen immer falsch heraus - sie zeigten, dass das Universum nicht statisch war, dass es sich wahrscheinlich bewegt. Egal wie sehr er sich bemühte, die verflixten Formeln kamen nie so heraus wie er habe gedacht sie sollten - oder zumindest dem folgen, was ihm gesagt wurde, dass sich das Universum auf keine organisierte Weise bewegte. Er, na ja, er hat im Grunde, ähm, betrogen. Ja, das Genie war so darauf bedacht, die seiner Meinung nach richtige Antwort zu bekommen, dass er die Formel irgendwie verfälschte, indem er ihr einen zusätzlichen Begriff hinzufügte, die sogenannte kosmologische Konstante. Es wird normalerweise durch den griechischen Buchstaben dargestellt. Die kosmologische Konstante repräsentiert tatsächlich Antigravitation, genau das, was Einstein brauchte, um den Auswirkungen der Schwerkraft entgegenzuwirken und das Universum statisch zu halten. Als er später erfuhr, dass das Universum nicht statisch ist, sondern sich ausdehnt, dachte er, dass er den größten Fehler seines Lebens gemacht hatte – aber war er das?

1997 änderte sich unsere Sicht auf die Expansion des Universums dramatisch. Mehrere Gruppen hatten sehr weit entfernte Galaxien mit Supernovae beobachtet, um zu sehen, wie sich das Universum vor langer Zeit ausbreitete. Denken Sie daran, wenn Sie weiter in den Weltraum schauen, schauen Sie auf Objekte, die sich früher an diesen Orten befanden und wie sich das Universum vor langer Zeit verhielt (ausdehnte). Wenn sich die Expansion des Universums aufgrund der Schwerkraft verlangsamen würde, wären die Entfernungen dieser Supernovae anders als die, die Sie erhalten würden, wenn sich die Expansion nie ändern würde - nur durch die Verwendung des Hubble-Gesetzes und einer aktuellen Hubble-Konstante. Wenn sich die Expansionsrate im Laufe der Zeit ändert, ändert sich die Hubble-Konstante im Laufe der Zeit. Es ist eigentlich keine gute Idee, es als "Konstante" zu bezeichnen, da es in der Vergangenheit anders war und wahrscheinlich auch in Zukunft anders sein wird. Die Astronomen, die die Beobachtungen der fernen Supernovae durchführten, erwarteten, dass das Universum seine Expansion aufgrund der Schwerkraft verlangsamt, da wir dachten, das Universum sei entweder flach oder möglicherweise sogar geschlossen. Und wie Sie inzwischen wissen, ist die Schwerkraft die wichtigste Kraft, und wir (Astronomen) dachten, sie sei das einzige, was das Schicksal des Universums kontrollieren könnte.

Was haben die Supernova-Beobachter gesehen? Sie stellten fest, dass sich die Expansion des Universums nicht verlangsamte, sondern sich beschleunigte. Das Universum beschleunigt sich. Dies ist ein so drastisches Ergebnis, dass viele Menschen es schwer haben, es zu glauben. Aber Beobachtungen von noch mehr Astronomen haben diese Schlussfolgerung nur unterstützt, und sie können nicht alle falsch sein, oder? Es ist unwahrscheinlich, da sie unterschiedliche Methoden verwenden und verschiedene Dinge messen (nicht nur Supernovae). Warum ist ein sich beschleunigendes Universum so schlecht? Gehen Sie zurück zu Newtons Bewegungsgesetzen. Sie haben F=ma. Um etwas zu beschleunigen ( a ), musst du eine Kraft darauf ausüben ( F ). Etwas drängt auf das Universum? Nicht wirklich, aber etwas muss die verlangsamenden Effekte der Schwerkraft nicht nur überwinden, sondern übertreffen. Verdammt, das ist seltsames Zeug. Es ist Zeit, sich der mysteriösen Kraft zuzuwenden, die die Schwerkraft überwindet.

Was kann die Schwerkraft überwinden? Ob Sie es glauben oder nicht, es wurde etwas vorgeschlagen, das am besten als Antigravitation beschrieben werden kann. Die Art und Weise, wie diese Antigravitation in Einsteins Formeln der Allgemeinen Relativitätstheorie enthalten ist, besteht darin, den Begriff zu verwenden, den Einstein in seine Formeln steckte, als er dachte, dass es keine Bewegung zum Universum gäbe - die kosmologische Konstante , . Einstein dachte, er hätte es vermasselt, als er diesen Begriff in seine Formeln steckte. Jetzt scheint es, als hätte er richtig gelegen, es aufzunehmen - aber nicht aus den Gründen, aus denen er es für notwendig hielt.

So gehen wir in Formeln mit der Antigravitation um, aber was ist diese Antigravitationssache wirklich? Ein Konzept, das als dunkle Energie bekannt ist, wurde als die Form der Antigravitationskraft vorgeschlagen, Energie, die in einem "Vakuum" existiert. Es gibt Möglichkeiten, wie der Weltraum selbst Energie haben kann, und diese Energie könnte den nötigen Schub liefern, um die Anziehungskraft der Schwerkraft zu überwinden. Wie Sie in den nächsten Anmerkungen sehen werden, wurden die verschiedenen Stadien der Erschaffung des Universums durch die Freisetzung riesiger Energiemengen auf verschiedene Weise beeinflusst, von denen einige ziemlich bizarr sind. Dass Raum selbst Energie erzeugt, ist nicht zu extrem. Aktuelle Arbeiten der Hubble-Weltraumteleskop zeigt Hinweise auf den Einfluss dieser abstoßenden Kraft bis vor 9 Milliarden Jahren zurück! Beobachtungen mit dem Ultraviolett-Teleskop GALEX bestätigen auch das Vorhandensein von dunkler Energie. Beobachtungen der Chandra Teleskop weisen darauf hin, dass dunkle Energie möglicherweise sogar die Entstehung früher Galaxien (in negativer Weise) beeinflusst hat. Es scheint also jetzt, dass wir ein Universum haben, das hauptsächlich aus dunkler Materie besteht (die sie zusammenzieht), die von dunkler Energie überwältigt wird (die sie ausdehnt). Ein kosmisches Tauziehen ist im Gange.

Die Leute verwechseln oft dunkel Energie und dunkel Angelegenheit, was angesichts ihrer ähnlichen Namen nicht ungewöhnlich ist. Hier ist ein Link zu einem Radiointerview mit Neil deGrasse Tyson, der sie in Begriffen erklärt, die Ihnen helfen sollen, sie im Kopf zu behalten.

Hier ist noch eine interessante Sache, über die Sie nachdenken sollten, E=mc 2 . Sie erinnern sich sicher an diese interessante kleine Formel, aber was hat sie mit dem Universum zu tun? Diese Formel zeigt die Beziehung zwischen Energie und Angelegenheit. So if you want to take an inventory of the stuff in the Universe, you have to include not only regular stuff (matter), but also dark matter, energy and dark energy! So how much of that stuff is out there? I'll get to that in a second.

It's time to recap what we know about the Universe at this point. First of all, it is expanding at an accerated pace (Hubble's Law, and recent observations show this). To be precise, we should actually say that space is expanding and the stuff in it is just along for the ride. It also has some sort of shape (curvature), though the Universe is too large for us to see what that shape is easily - while it may look flat, it may actually be something else. We know that galaxies evolve, since very distant galaxies look quite different from nearby galaxies, and we also have the concepts of the Cosmological Principle and Universality to keep in mind. We know that the Universe is expanding, so it must have been a lot smaller in the past. That makes sense just hit the rewind button so that the Universe goes back to a smaller and smaller scale - how small? As small as we can get it as small as it was when it first started to expand - back to the time when it was created, back to the dawn of time, to the event known as the Big Bang !

Zeitalter des Universums

  • Hubble's Law
  • Speed of light=constant
  • Radioactive decay
  • Steller Evolution
  • Observations of the Universe

As mentioned previously, the value of the Hubble Constant (HÖ) is related to the age of the Universe - and that's just simply a matter of algebra. So if we know the value of the Hubble Constant, then that's the age of the Universe? Oh if only it were that easy! Unfortunately, the Hubble Constant isn't. Isn't what? CONSTANT! The value has changed over time as the rate of the Universe's expansion has changed. Think of what happens when you throw a ball up into the air. When it leaves your hand it is moving at its highest speed, but over time it slows down and slows down and slows down. So the rate of its motion changes due to the effects of gravity. The Universe has to also obey the effects of gravity, and therefore must also have changed the pace of its expansion over time. Gravity would have slowed it down in the past, which tells us the Hubble Constant would have changed over time. That's sort of why we have the little "o" on it - that means the value it has now. So the value of the Hubble Constant doesn't genau give you the age of the Universe, but it does give an estimate to its value.

What else can be used to determine the age of the Universe? We could use the fact that the speed of light is a constant to look for the most distant galaxy. For example, if astronomers find a galaxy that is 5 billion light years away, that means that the galaxy has to be at least 5 billion year old (since the light had to be emitted and had to travel for 5 billion years to reach us). And if the galaxy is 5 billion years old, then the Universe has to be at least that old. So if we find the most distant galaxy, then we should be able to determine a lower limit for the age of the Universe, right? Nicht ganz. You'd certainly determine how far away the galaxy is from us, but again, this is a lower limit for the age. It would have taken time for the galaxy to form. Also, how do you go about finding the most distant galaxy? Wouldn't it be very, very, very, faint and therefore very difficult to even see? Certainly astronomers try to find objects that are further away than any other objects, but to just try to randomly search for such objects is very difficult. Astronomers search for not only the most distant galaxy but the most distant supernova as well as gamma-ray bursts. These objects can be seen over great distances, but again they only give us a glimpse of an object that is close to the furthest distances we can see.

Recently astronomers announced the discovery of a very old star, one that is estimated to be 13.2 billion years old! This star, HE 1523-0901, was found to have an unusual composition, one that showed a decrease in the amounts of various radioactive elements which helped astronomers to determine the age. You'll learn more about the use of radioactive elements for age determination in the Planeten part of this course. But radioactive decay is one of the most reliable methods of determining how old something is, even things like stars.

The old star mentioned above isn't alone. Many stars are very old, particularly the stars found in globular clusters (remember those?). These stars would have been formed at the same time, but they die at different rates depending upon their mass. This allows astronomers to measure the age of a globular cluster by looking for the largest Main Sequence stars in the clusters. This method requires the use of computer models that predict how stars evolve, and these give fairly consistent results, again with ages around 12-13 billion for the oldest stars in globular clusters.

There are also some stars out there that are made up of almost only hydrogen and helium - the type of material that would only be available to the first generations of stars formed in the Universe. One such star, HD 140283, is actually not too far away from us, but has about 250 times less of the heavy elements (metals) than the Sun. Actually there is a bit of uncertainty in the age of HD 140283, so some astronomers consider another star, SMSS J031300.36-670839.3 (someone really needs to talk to these astronomers about naming things) as a more reliably age-dated object. This one has about million times less metal in it compared to the amount in the Sun, which would make it an incredibly old star, about 13.6 billion years old.

Of course the best way to figure out how old something is would be to just look at it and see. And in a way that's what many cosmologists do. They look at all aspects of the Universe and try to piece together from the various observations a consistent model to explain not only why it is the way it is today, but what it was like in the past, and just how far back that past goes. This includes looking at the structure of the Universe (clusters of clusters of clusters), the composition of the stars and galaxies (metals form over time), and the current rate of expansion (Hubble's Law).

The age of the Universe is pretty old, but like all things, it had a beginning. That's what we'll tackle in the next section.


5 Reasons We May Live in a Multiverse

Though the concept may stretch credulity, there's good physics behind it. And there's not just one way to get to a multiverse — numerous physics theories independently point to such a conclusion. In fact, some experts think the existence of hidden universes is more likely than not.

Here are the five most plausible scientific theories suggesting we live in a multiverse:

1. Infinite Universes

Scientists can't be sure what the shape of space-time is, but most likely, it's flat (as opposed to spherical or even donut-shape) and stretches out infinitely. But if space-time goes on forever, then it must start repeating at some point, because there are a finite number of ways particles can be arranged in space and time.

So if you look far enough, you would encounter another version of you — in fact, infinite versions of you. Some of these twins will be doing exactly what you're doing right now, while others will have worn a different sweater this morning, and still others will have made vastly different career and life choices.

Because the observable universe extends only as far as light has had a chance to get in the 13.7 billion years since the Big Bang (that would be 13.7 billion light-years), the space-time beyond that distance can be considered to be its own separate universe. In this way, a multitude of universes exists next to each other in a giant patchwork quilt of universes. [Visualizations of Infinity: A Gallery]

2. Bubble Universes

In addition to the multiple universes created by infinitely extending space-time, other universes could arise from a theory called "eternal inflation." Inflation is the notion that the universe expanded rapidly after the Big Bang, in effect inflating like a balloon. Eternal inflation, first proposed by Tufts University cosmologist Alexander Vilenkin, suggests that some pockets of space stop inflating, while other regions continue to inflate, thus giving rise to many isolated "bubble universes."

Thus, our own universe, where inflation has ended, allowing stars and galaxies to form, is but a small bubble in a vast sea of space, some of which is still inflating, that contains many other bubbles like ours. And in some of these bubble universes, the laws of physics and fundamental constants might be different than in ours, making some universes strange places indeed.

3. Parallel Universes

Another idea that arises from string theory is the notion of "braneworlds" — parallel universes that hover just out of reach of our own, proposed by Princeton University's Paul Steinhardt and Neil Turok of the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Ontario, Canada. The idea comes from the possibility of many more dimensions to our world than the three of space and one of time that we know. In addition to our own three-dimensional "brane" of space, other three-dimensional branes may float in a higher-dimensional space.

Columbia University physicist Brian Greene describes the idea as the notion that "our universe is one of potentially numerous 'slabs' floating in a higher-dimensional space, much like a slice of bread within a grander cosmic loaf," in his book "The Hidden Reality" (Vintage Books, 2011).

A further wrinkle on this theory suggests these brane universes aren't always parallel and out of reach. Sometimes, they might slam into each other, causing repeated Big Bangs that reset the universes over and over again. [The Universe: Big Bang to Now in 10 Easy Steps ]

4. Daughter Universes

The theory of quantum mechanics, which reigns over the tiny world of subatomic particles, suggests another way multiple universes might arise. Quantum mechanics describes the world in terms of probabilities, rather than definite outcomes. And the mathematics of this theory might suggest that all possible outcomes of a situation do occur — in their own separate universes. For example, if you reach a crossroads where you can go right or left, the present universe gives rise to two daughter universes: one in which you go right, and one in which you go left.

"And in each universe, there's a copy of you witnessing one or the other outcome, thinking — incorrectly — that your reality is the only reality," Greene wrote in "The Hidden Reality."

5. Mathematical Universes

Scientists have debated whether mathematics is simply a useful tool for describing the universe, or whether math itself is the fundamental reality, and our observations of the universe are just imperfect perceptions of its true mathematical nature. If the latter is the case, then perhaps the particular mathematical structure that makes up our universe isn't the only option, and in fact all possible mathematical structures exist as their own separate universes.

"A mathematical structure is something that you can describe in a way that's completely independent of human baggage," said Max Tegmark of MIT, who proposed this brain-twistin gidea. "I really believe that there is this universe out there that can exist independently of me that would continue to exist even if there were no humans."


4. The Fragment

The only existing fragment of Anaximander’s book (DK 12B1) is surrounded by all kinds of questions. The ancient Greeks did not use quotation marks, so that we cannot be sure where Simplicius, who has handed down the text to us, is still paraphrasing Anaximander and where he begins to quote him. The text is cast in indirect speech, even the part which most authors agree is a real quotation. One important word of the text (“allêlois,” here translated by “upon one another”) is missing in some manuscripts. As regards the interpretation of the fragment, it is heavily disputed whether it means to refer to Anaximander’s principle, the Boundless, or not. The Greek original has relative pronouns in the plural (here rendered by “whence” and “thence”), which makes it difficult to relate them to the Boundless. However, Simplicius’ impression that it is written in rather poetic words has been repeated in several ways by many authors. Therefore, we offer a translation, in which some poetic features of the original, such as chiasmus and alliteration have been imitated:

Whence things have their origin,
Thence also their destruction happens,
As is the order of things
For they execute the sentence upon one another
– The condemnation for the crime –
In conformity with the ordinance of Time.

In the fourth and fifth line a more fluent translation is given for what is usually rendered rather cryptic by something like “giving justice and reparation to one another for their injustice.”

We may distinguish roughly two lines of interpretation, which may be labeled the “horizontal” and the “vertical.” The horizontal interpretation holds that in the fragment nothing is said about the relation of the things to the Boundless, whereas the vertical interpretation maintains that the fragment describes the relationship of the things to the Boundless. The upholders of the horizontal interpretation usually do not deny that Anaximander taught that all things are generated from the Boundless, but they simply hold that this is not what is said in the fragment. They argue that the fragment describes the battle between the elements (or of things in general), which accounts for the origin and destruction of things. The most obvious difficulty, however, for this “horizontal” interpretation is that it implies two cycles of becoming and decay: one from and into the Boundless, and the other caused by the mutual give and take of the elements or things in general. In other words, in the “horizontal” interpretation the Boundless is superfluous. This is the strongest argument in favor of the “vertical” interpretation, which holds that the fragment refers to the Boundless, notwithstanding the plural relative pronouns. According to the “vertical” interpretation, then, the Boundless should be regarded not only as the ever-flowing fountain from which everything ultimately springs, but also as the yawning abyss (as some say, comparable with Hesiod’s “Chaos”) into which everything ultimately perishes.

The suggestion has been raised that Anaximander’s formula in the first two lines of the fragment should have been the model for Aristotle’s definition of the “principle” (Greek: “archê”) of all things in Metaphysics 983b8. There is some sense in this suggestion. For what could be more natural for Aristotle than to borrow his definition of the notion of “archê,” which he uses to indicate the principle of the first presocratic philosophers, from Anaximander, the one who introduced the notion?

It is certainly important that we possess one text from Anaximander’s book. On the other hand, we must recognize that we know hardly anything of its original context, as the rest of the book has been lost. We do not know from which part of his book it is, nor whether it is a text the author himself thought crucial or just a line that caught one reader’s attention as an example of Anaximander’s poetic writing style. The danger exists that we are tempted to use this stray text – beautiful and mysterious as it is – in order to produce all kinds of profound interpretations that are hard to verify. Perhaps a better way of understanding what Anaximander has to say is to study carefully the doxography, which goes back to people like Aristotle and Theophrastus, who probably have had Anaximander’s book before their eyes, and who tried to reformulate what they thought were its central claims.


Views of the Cosmos, Old and New

As for why Einstein was so intent on maintaining the use of his discarded lambda, the constant represents the energy of empty space — a powerful notion — and Einstein in this paper wanted to use this energy to create new particles as time goes on.

Today we view the same energy of the vacuum as the reason for the acceleration of the universe’s expansion. Einstein presciently understood that the energy of the vacuum, unleashed by his cosmological constant, was too important to let die.

Einstein was far from the only person to wonder about the universe and whether it has always existed or was born at some point in the past and would die at a future time. This question has been pondered by people ever since the dawn of civilization. The origin and ultimate fate of the universe are highly interlinked with its overall geometry — the actual shape of the space-time manifold . In a closed geometry, the universe was born and will someday recollapse on itself. In an open geometry, it was born and will expand forever, and the same happens in a flat ( Euclidean ) geometry. Based on modern theories supported by satellite observations of the microwave background radiation in space, space-time is nearly perfectly Euclidean, meaning that the universe was born in a Big Bang and will expand forever, becoming less dense with time. Eventually, matter may decay into few kinds of elementary particles and photons, the distances among them growing to infinity.


The Rocket Scientist Who Woke the Stars

Greg Matloff wants to prove there is a universal consciousness by measuring the movement of heavenly bodies.

The nature of consciousness remains one of the great unsolved scientific mysteries. We have no clear handle on how consciousness manifests itself biologically or chemically or physically. We can’t even be certain that life, much less a functioning neural network, is a prerequisite for achieving that state. Panpsychism, the idea that consciousness is universal, has plenty of adherents and now one scientist with an unusual data set is saying that we need to take them seriously.

That scientist, Greg Matloff, is not a crank. He is a guy who listens to the data. No one is more surprised than he is that the numbers suggest stars are actively altering and adjusting their paths through the heavens.

Matloff, who spent most of his career working as a propulsion scientist for NASA, among other institutions, currently serves as an emeritus associate and adjunct associate professor of physics at New York City College of Technology. He’s a rocket scientist, but his interests stretch further afield. He’s made himself an expert on the search for extraterrestrial life, planetary defense, asteroid mining, and how consciousness could inform celestial physics. He has a good sense of humor about that last topic — “I don’t claim to be a consciousness physicist,” he says. “I got involved in this through the back door.” — but that doesn’t mean he doesn’t take it seriously.

In a paper published this fall in the Journal of Consciousness Exploration & Research, Matloff puts forth the case for that stellar momentum and velocity data collected from previous surveys of star movements illustrate instances in which stars do not move according to the current models we have to explain astrophysics. He thinks that if we take a step back, that data could actually be viewed as evidence that proto-consciousness can manifest itself in celestial objects as a way for the galaxy — and universe at large — to achieve a more elegant organization.

In this context, stellar consciousness is basically an alternative theory to dark matter, the leading explanation for why stars in the outer regions of spiral galaxies like the Milky Way move faster than they should. Sometime around 2011, just before Matloff retired from full-time teaching, a student told Matloff that with the search for dark stretching into a ninth decade, and with explanations from scientists strewn all over the place, he believed the concept of dark matter was “bunk.”

Matloff says that he first encountered consciousness theory in the work of physicist and parapsychologist Evan Harris Walker, who wrote about connections he saw between consciousness and quantum mechanics. Matloff found his ideas about a quantifiable version of consciousness inside the human brain intriguing.

According to Walker, a thought works because you have some type of wave function associated with some particle, probably an electron, bouncing around between two synapses.

“If you bounce around a physical object against a wall,” says Matloff, “it’ll never go through — even if you do it a gazillion times.”

But in the quantum world, there’s an infinite possibility that the thing would eventually tunnel through the wall. When it comes to the brain, this means that electron could eventually break through the synaptic walls and move into another part of the brain (or, perhaps, into to somebody else’s brain). That means a thought — or rather the base ingredient for a thought — can suddenly worm its way into different places. If this happens on a larger scale, the complexity of those interactions would give rise to what we call consciousness. At the quantum level, cells and tissue aren’t required for this to happen — just the interplay of particle physics.

Back to Matloff: He kept up with Walker and the various ideas of consciousness being debated even as he carried on with his work on interstellar travel and propulsion. Sometime around 2011, just before Matloff retired from full-time teaching, a student asked a question about dark matter, the leading explanation for why stars in the outer regions of spiral galaxies like the Milky Way move faster than they should. The student told Matloff that with the search for dark matter stretching into a ninth decade, and with explanations from scientists strewn all over the place, he believed the concept of dark matter was “bunk.”

“That stuck with me,” says Matloff. If dark matter wasn’t real, there had to be some other reason to explain why stars and galaxies move in such peculiar ways sometimes. If a dense object wasn’t causing a gravitational aberrance in space, then the stars’ motions were caused by something else perhaps something intrinsic to the stars themselves.

Matloff decided to attend a symposium at the British Interplanetary Society centered around science fiction writer Olaf Stapledon. According to Matloff, Stapledon had previously described the universe as a “cosmic dance” where the stars are “sort of flocking together. And maybe to stay inside the galaxy, to flock together like that, in some way — maybe it’s a sociability rather than survivability.” Stars would exhibit a primitive form of consciousness in order keep in step with the dance.

There are other ideas too. Steady State theory — which hypothesizes the density of the universe does not change in an expanding universe because matter is constantly created — falls in line with the idea that the universe is basically the same at all times. Stellar consciousness would be a method for engendering this stability. Of course Steady State theory is pretty much universally rejected amongst the scientific community, so that’s unlikely.

Regardless, the whole thing got Matloff thinking very seriously: “If the stars are conscious, if they’re moving in a volitional fashion, what brings consciousness into them?”

There could be no biological basis — neurons or tubulins — for the answer, which meant that it had to be molecules.

“Well, how could consciousness come into molecules?” Matloff wondered.

He developed what he refers to as his “toy model,” which essentially posits that the stabilized fluctuation in the universal vacuum from which the universe originates is also the source of consciousness (an idea that began with German astrophysicist Bernie Haisch).

Matloff thinks molecular consciousness could be possible through the Casimir Effect, which says not all of the bonding between atoms and a molecule is electromagnetic. Some of it, 20 to 30 percent or so, is due to vacuum pressure — not all vacuum fluctuations can fit in between the atoms in a molecule, and therefore you have the pressure from the vacuum holding the molecules together.

“If this was correct,” he says, “there had to be some difference in motion for stars with molecules and hotter ones that don’t have molecules.

Like any good scientist, Matloff had to hit the books and dig into past scientific literature to see if he was on to something. “I’d like to be able to tell you that I went to all of the libraries and I looked through back issues of Astronomie und Astrophysik, Das Astrophysikalische Journal, Das astronomische Journal, Soviet Astronomy,” he says. “But no, I didn’t do that. I went and turned my computer on, I typed in Google, and I started doing searches on things like Wikipedia.”

“What I discovered blew my mind,” Matloff says. He came across something called “Parenago’s Discontinuity,” named after Soviet astrophysicist Pavel Parenago. In the 1940s and ‘50s, Parenago started to work on ideas about stellar astrophysics that ran counter to the predominant perspectives in astronomy. He knew he was doing something that was heresy to the extreme materialistic viewpoints of the Soviet authorities and he had to protect himself. So one of the things he did is he wrote a book — I forget which — and he dedicated it to the most highly evolved human being of all time, a guy named Joseph Stalin.”

“He did not go to a cold place,” Matloff adds dryly.

Thus, Parenago developed a concept called Parenago’s Discontinuity. It basically says that cooler stars, including the sun, move somewhat faster around the center of the galaxy than hotter ones.

Matloff decided to dig deeper and see if modern observations could provide support for Parenagos Discontinuity. One source was data collected by the Hipparcos European Space Observatory, which has observed movements for more than 100,000 stars. The other was what Matloff calls the Bible for astrophysics,” Allen’s Astrophysical Quantities. Matloff found that discontinuity in stellar movement was evident in stars that were of hotter spectral classes.

The easiest explanation for this would be that there are dense regions of matter located in the Milky Way’s spiral arms, and that one of these regions move through the galaxy a billion years ago to drag along cooler stars. But for various reasons, including analytical surveys of the same data conducted by other astronomers, Matloff explains this isn’t likely. Moreover, it was starting to look like this was not simply a phenomenon located in a specific region of the galaxy, but was happening all over.

The next thing Matloff needed to figure out was if stars indeed possessed a form of consciousness how did they get around? How can a star physically change its direction and speed in space?

Matloff has considered a few explanations, among them: radiation pressure, stellar jets, and even telekinetics and there are weaknesses and strengths to all of them. Radiation pressure is assumed to be isotropically pushed if the same in all directions. It might be directed in one direction more than another, and Matloff raises the possibility that an advanced alien civilization may have created a megastructure that could allow a star to push itself around sort of as a “very large, slow starship,” like in science fiction. But it’s unlikely so many stars would have hyper-intelligent extraterrestrials orbiting them and still unclear how radiation pressure could be naturally focused.

Stellar jets is a better theory, and indeed at least one paper finds that there unidirectional jets on some stars that push off more than 40 to 50 percent more in one direction than the other. But not enough data is available to confirm that could help a star accelerate in a single direction.

And finally, with telekinetics, you run into the issue of being unable to prove this is even possible (at least so far).

Nevertheless, its pretty clear that Matloff is taking a concertedly scientific look at the idea of stellar consciousness and how this could support the notion of panpsychism. I have basically proposed a hypothesis, I looked for supporting evidence, I found supporting evidence, I tabulated the evidence, and then I demonstrated what can be done to improve the evidence,” he said. “So I think what I’ve done is what might be the first step in taking panpsychism from the realm of deductive philosophy and find a way to empirically test for it.

How does Matloff intend to collect supporting evidence? The biggest thing is more data about the movements of stars. Luckily for Matloff, the European Space Agency is in the midst of assembling the most comprehensive map ever of the Milky Way’s stars, in its Gaia mission. “First of all, we need the Gaia results that illustrate redder, cooler stars all over the galaxy with molecules move generally faster around the center of the galaxy than stars without molecules. Gaia, the successor to the Hipparcos mission, will give us a real strong data set.”

In fact, the mission has already released its first set of data, with three more releases planned over the next five years. Unfortunately, Matloff says the first set did not touch on any Parenago data, though he’s looking forward to seeing the final data set in a few years. “The release is extensive and is a great first step. I hope that the kinematics people will dig into these results very deeply.”

If the final data is proof-positive that stars are capable and currently moving and accelerating in a very specific, concerted way, the consequences of course would completely rock not just the world of science, but the world of philosophy as well. Matloff’s ideas about panpsychism are strange, to say the least but at the very least, they inspire a very different way of thinking about our universe.


What you need:

  • Clear school glue
  • 1 teaspoon of borax
  • Wasser
  • Red and blue food coloring
  • Two bowls
  • Measuring cups: 1/2 cup and 1 cup
  • Glitter
  • Wax paper

Do not eat borax, and don't wipe it in your eye.

Borax is safe to use, and in fact is an ingredient in many laundry soaps, but do NOT put it in your mouth. You also don't want to have it on your hands and wipe your eye. If you do, rinse thoroughly with water. Refer to the borax package with any other safety concerns.


Center of the Universe

Where is the center of the Universe? One of the confusing aspects of the whole Big Bang idea is the notion that the Universe doesn’t have a center. You see, if we associate the Big Bang with just about any typical explosion, then we can be tempted to pinpoint the source of the explosion to be the center.

For example, if a firecracker explodes and we take a snapshot of it, then the outermost debris would mark the boundaries of the whole explosion. Looking at the directions of each debris, whether outermost or not, would give us an idea as to where the explosion first started and, subsequently, the center.

Furthermore, if there was a point of origin (the center) of the Big Bang similar to typical explosions, then that point and all regions near it would be comparatively warmer than all others. That is, as you move further from the center of a typical explosion, you would expect to measure cooler temperatures.

However, when scientists point their detectors to all directions, the readings they obtain indicate that the Universe, in general, is homogeneous. No large region is relatively warmer than the rest. Of course, each star is hotter than the regions away from it.

But if we look at many galaxies, and thus including the stars that comprise them, a homogeneous overall picture is painted. If that were so, then that center or point of origin of the explosion cannot exist.

The favorite analogy used by lecturers to simplify the concept of a universe having no center is that of the behavior of dots on the surface of an expanding balloon for as we know, the Universe is expanding. If we imagine the dots to be galaxies, we can visualize the Universe’s expansion by observing how the dots are brought away from one another as air is slowly blown into the balloon.

For us to get a near accurate analogy, it is important that the observation be limited to the surface alone. If we try to interpret the expansion as being manifested by the whole balloon, we will be tempted into interpreting the geometric center of the balloon as the center of the expanding Universe.

Going back, if we just focus on the surface, you’ll notice that each and every dot will drift farther away from adjacent ones and that no single dot will appear as the center. Also, if you picture yourself as an ant at the center of a single dot, all the other dots will move away from you as if you were the center, just like in our universe.

We’ve got a few articles that touch on the center of the universe here in Universe Today. Here are two of them:

Tired eyes? Let your ears help you learn for a change. Here are some episodes from Astronomy Cast that just might suit your taste:


Schau das Video: Neviditeľný Vesmír. Dokument. Bez reklám (Januar 2022).