Wieso dehnt sich der Raum des Universums immer schneller aus

Günther Walther · Gast

Meine Frage:
Das Universum dehnt sich aus - immer schneller, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit hat bereits die Lichtgeschwindigkeit c überschritten.

Meine Ideen:
Wie ist es möglich, dass...
a ) eine Ausdehnung über einen längeren Zeitraum zunimmt, wenn

beträgt, muss die Geschwindigkeit ja mit zunehmender Zeit abnehmen.

b.) Wie kann etwas schneller als Lichtgeschwindigkeit sein?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18740

Die Zeitabhängigkeit der Expansion des Raumes folgt aus den Friedmann-Gleichungen, diese wiederum aus der Allgemeinen Relativitätstheorie und Modellen für Materie und Strahlung im Universum.

https://de.wikipedia.org/wiki/Friedmann-Gleichungen

Dieser Expansion darf man keine Relativgeschwindigkeit zuordnen, auch wenn in der Literatur oft dieser Eindruck entsteht; man spricht besser von der Expansionsrate. In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Lichtgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit für die Relativbewegung zweier nahe benachbarter Körper; nur für solche kann der Begriff der Relativgeschwindigkeit so definiert werden, dass er dem bekannten Begriff aus der Speziellen Relativitätstheorie entspricht. Für weit voneinander entfernte Körper ist diese "Geschwindigkeit" eine rein rechnerische Größe; dass sie die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, hat keine physikalische Bedeutung.

Man vergleiche das mit der (nur in der SRT so gültigen) Addition von Geschwindigkeiten:

Für Geschwindigkeiten u, v betragsmäßig kleiner als c ist die resultierende Geschwindigkeit u' betragsmäßig auch immer kleiner als c. Der Zähler v+u kann größer c werden, aber das ist irrelevant; er hat für sich alleine keine physikalische Bedeutung. Der Gesamtausdruck ergibt die Relativgeschwindigkeit, und dafür ist alles in Ordnung.

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 339

Das Universum expandiert beschleunigt, seit vor ca. 6 Mrd Jahren die (konstante) Energiedichte der Kosmologischen Konstante größer ist als die Materiedichte, die mit der Ausdehnung mit 1/a³ abnimmt (a der Skalenfaktor). Die KK wirkt gravitativ abstoßend. Genaueres s. die 2. Friedmann Gleichung.

In gekrümmter Raumzeit sind nur lokal gemessene Relativgeschwindigkeiten sinnvoll. Lokal ist die Lichtgeschwindigkeit immer c. Diese Einschränkung gilt für flache Raumzeit mit globaler Gültigkeit der speziellen Relativitätstheorie nicht, d.h. Relativgeschwindigkeiten zwischen weit voneinander entfernten Objekten machen Sinn.

Noch zur "Ausdehnung des Raums". Dies ist ein Mythos, der sich hartnäckig hält.

Are galaxies really moving away from us or is space just expanding?

Beides sind Sichtweisen. Invariant sind hingegen die wachsenden Distanzen zwischen mitbewegten Objekten.