Unsere kosmische Geschichte des Universums im Einklang mit den derzeit besten Beobachtungen und Theorien. Bildnachweis: ESA und Planck Collaboration / Planck Science Team, über http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_first_stars_were_born_late.

Fragen Sie Ethan: Wie können wir bis zum Urknall zurückblicken?

Wenn wir nicht einmal die Geburt unseres Sonnensystems und unseres Planeten miterleben können, wie können wir dann behaupten, die Geburt des Universums zu sehen?

„Es muss Momente geben, in denen man etwas Anständiges erblickt, etwas Lebensbejahendes, selbst in der verdrehtesten Figur. Hier liegt die wahre Kunst. "-Martin McDonagh

Sobald die Zeit verstrichen ist, können Sie nie wieder in die Vergangenheit zurückkehren. Aus menschlicher Sicht nennen wir dies den Pfeil der Zeit: Die Vergangenheit ist nur eine Erinnerung, die Zukunft ist noch nicht entstanden und die Gegenwart ist alles, was wir jemals erleben können. Vermutlich gehorcht alles im Universum dieser Eigenschaft, da Wechselwirkungen entweder in der Vergangenheit stattfanden, jetzt auftreten oder in der Zukunft auftreten werden. Aber sollte das nicht die Vergangenheit, wie es für Menschen ist, nur eine Erinnerung für das Universum machen? Bruce Fulford ist beunruhigt über die Überlegung, dass dies möglicherweise nicht der Fall ist:

Wie sehen wir CMB-Photonen heute, als die Erde zum Zeitpunkt der Emission der Photonen noch nicht existierte? Sollten diese Photonen nicht von uns in unsere Zukunft gerannt sein?

Und dies ist eine schwierige Idee: Wir behaupten, Milliarden von Jahren in der Geschichte des Universums zurück zu sehen, aber wie machen wir das, wenn die Erde zu dieser Zeit noch nicht einmal existierte?

Künstlerische Vorstellung von einer zirkumstellaren Scheibe um einen jungen, sonnenähnlichen Stern. Bildnachweis: NASA.

Die Entdeckung der Geschichte unseres Sonnensystems ähnelt einer Detektivgeschichte: Wir haben nur die Beweise dessen, was heute übrig bleibt und überlebt, und wir müssen den Rest der Geschichte, wie wir hierher gekommen sind, rekonstruieren. Menschliche Aufzeichnungen reichen höchstens einige tausend Jahre zurück; Darüber hinaus haben wir nur die Spuren unserer biologischen, chemischen, geologischen und physikalischen Geschichte. Wir können die Geschichte des Lebens auf der Erde nachvollziehen, indem wir DNA, Evolution, Fossilienbestand, radioaktive Zerfälle, Kohlenstoffablagerungen und mehr verstehen. Wir können die Geschichte des Sonnensystems rekonstruieren, indem wir die Vielzahl von Planeten-, Mond-, Kometen- und Asteroidenkörpern untersuchen, die uns zugänglich sind. Aus den uns vorliegenden Indizien haben wir viel darüber gelernt, wie die Erde so geworden ist, wie sie heute ist.

Aus einer massiven Kollision großer Planetesimalen entstand das Erde-Mond-System, was wir erst durch das Aufsteigen zum Mond und die Rückgabe von Proben der Mondoberfläche auf die Erde lernten. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC).

Die Erde existiert erst seit ungefähr 4,5 Milliarden Jahren: weniger als ein Drittel der Geschichte des Universums. Außerdem können wir unsere Vergangenheit nur ableiten, nicht direkt beobachten. Jemand, der weit entfernt war, konnte unsere Vergangenheit direkt beobachten. Warum? Denn für sie ist es die Gegenwart.

Die Erde und der Mond von Cassini aus gesehen, der den Saturn umkreist, am 19. Juli 2013. Dieses Bild zeigt die Erde, die ungefähr 67 Minuten jünger ist, als wir sie zum Zeitpunkt der Aufnahme erlebt haben. Bildnachweis: NASA / Cassini / JPL-Caltech.

Wenn Sie sich auf dem Mond befinden und auf die Erde blicken, sehen Sie die Erde wie vor ungefähr 1,3 Sekunden, da die Lichtgeschwindigkeit ungefähr 1,3 Sekunden benötigt, um ein erdbasiertes Signal so weit durch den Weltraum zu leiten. Wenn Sie auf Pluto wären, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor etwas weniger als fünf Stunden war. Wenn Sie jedoch größere Entfernungen zurücklegen, werden Sie sich darüber klar, wie unterschiedlich die Erde in der Vergangenheit war:

  • Von Proxima Centauri, dem der Sonne am nächsten gelegenen Stern, aus sehen Sie die Erde wie vor 4,2 Jahren.
  • Von Sirius, dem hellsten Stern am Himmel, aus würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 8,6 Jahren war.
  • Von Rigel, dem hellsten blauen Stern im Orion, aus würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 773 Jahren war.
  • Von Deneb aus, dem entferntesten hellen Stern, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor 2.600 Jahren war.
  • Von Andromeda, der nächsten Galaxie außerhalb der Milchstraße, aus sehen Sie die Erde vor 2,2 Millionen Jahren.
  • Von Messier 84, einer der am weitesten entfernten Galaxien im Virgo-Haufen, aus sehen Sie die Erde vor 60 Millionen Jahren, kurz nach dem Aussterben der Dinosaurier.
  • Vom IC 1101, der größten im Universum bekannten Galaxie, aus sehen Sie die Erde vor 1,05 Milliarden Jahren.
  • Und von GN-z11, der entferntesten Galaxie, die jemals bestätigt wurde, sehen Sie die Erde vor 13,4 Milliarden Jahren.

Natürlich gab es vor 13,4 Milliarden Jahren keine Erde; Es gab wahrscheinlich nicht einmal eine Milchstraße! Alles, was Sie sehen können, ist das, was zu dieser Zeit dort war. Dies ist die Sache, die sich schließlich in die Milchstraße verwandeln würde, Sterne und Planeten, von denen sich einer - nach weiteren 9 Milliarden Jahren - als Erde bilden würde.

Hubble bestätigt spektroskopisch die bisher am weitesten entfernte Galaxie. Bildnachweis: NASA, ESA, B. Robertson (Universität von Kalifornien, Santa Cruz) und A. Feild (STScI).

Die Gesetze der Physik gelten für uns genauso wie für jemanden an einem anderen Ort. Wenn wir also diese fernen Sterne oder Galaxien betrachten, sehen wir ihr Licht so, wie es war, als es all die Jahre oder vor Millionen oder Milliarden von Jahren emittiert wurde. Ja, dieses Licht hat sich im Laufe der Zeit verändert: Das Universum hat sich ausgedehnt, so dass die Wellenlänge des Lichts gedehnt wurde. Das hellste ultraviolette Licht der entferntesten Galaxien wird so stark gestreckt, dass es vom ultravioletten in den sichtbaren Teil des Spektrums und durch diesen hindurch gelangt und bis in den infraroten Teil des Spektrums reicht. Und dort draußen gibt es wahrscheinlich Galaxien, die nicht einmal von unseren Infrarot-Teleskopen gesehen werden können, da ihr Licht auf längere Wellenlängen verschoben wurde, als selbst Hubbles Infrarot-Kamera beobachten kann.

Wenn sich das Gewebe des Universums ausdehnt, werden auch die Wellenlängen entfernter Lichtquellen gedehnt. Im Falle der ersten Sterne kann dies fernes UV-Licht vollständig in mittleres IR-Licht umwandeln. Bildnachweis: E. Siegel.

Wenn wir unglaublich ehrgeizig sein wollen, können wir nach den Signaturen des Urknalls suchen, weit über jede Galaxie hinaus. In den frühesten Stadien der Zeit wäre das Universum mit einem Meer aus Materie, Antimaterie und Strahlungsteilchen gefüllt gewesen. Mit der Zeit hätten sich Materie und Antimaterie aufgelöst und nur eine geringe Menge überschüssiger Materie zurückgelassen, während die Wellenlänge der Strahlung aufgrund der Expansion des Universums gedehnt worden wäre. Da Wellenlänge und Energie zusammenhängen - längere Wellenlänge bedeutet geringere Energie - kühlt sich das Universum bei seiner Ausdehnung ab, was bedeutet, dass wir irgendwann einen wichtigen Übergang erreichen: Elektronen und Protonen können neutrale Atome bilden, ohne von der Strahlung auseinandergestrahlt zu werden. In diesem Fall kann sich die Strahlung ungehindert geradlinig ausbreiten.

Ein Universum, in dem Elektronen und Protonen frei sind und mit Photonen kollidieren, geht in ein neutrales über, das für Photonen transparent ist, wenn sich das Universum ausdehnt und abkühlt. Bildnachweis: Amanda Yoho vom ionisierten Plasma (L), bevor das CMB emittiert wird, gefolgt vom Übergang zu einem neutralen Universum (R), das für Photonen transparent ist.

Und das können wir heute sehen, aber nur, wenn wir auf eine solche Distanz schauen, dass es 13,81 Milliarden Jahre gedauert hat, diese zu durchqueren. Wenn wir auf das Universum schauen und den kosmischen Mikrowellenhintergrund (Cosmic Microwave Background, CMB) sehen, sehen wir das Licht, das:

  • entstand aus dem Urknall,
  • Zuletzt wechselwirkend, indem ein freies Elektron in dem letzten Moment, in dem das Universum mit freien Elektronen gefüllt war, gestreut wurde.
  • 13,81 Milliarden Jahre lang durch das expandierende Universum gereist,
  • und kamen zu unserem Detektor, nachdem er sich nach dieser ungeheuren Reise in den Mikrowellenbereich des Spektrums verlagert hatte.
Obwohl das Licht des Urknalls mit der Zeit an Wellenlänge, Energie und Dichte abnimmt, ist es immer noch vorhanden. Wir müssen nur wissen, wie wir danach suchen müssen. Bildnachweis: NASA, ESA und A. Feild (STScI).

Es ist wahr, dass dieses Licht an unseren Augen vorbeiziehen wird, aber es wird immer mehr Licht von einem weiter entfernten Punkt im Universum geben, das unsere Augen zu irgendeinem Zeitpunkt in der Zukunft zum ersten Mal erreichen wird. Es wird kühleres Licht aus einer früheren Zeit sein, mit einer geringeren Photonendichte im Laufe der Zeit. In weiteren 100 Milliarden Jahren wird es aufgrund der fortschreitenden Expansion des Universums ein kosmischer Radiohintergrund anstelle eines Mikrowellenhintergrunds sein. Aber je weiter wir wegschauen, desto mehr des Universums kann sich uns offenbaren.

Eine logarithmisch skalierte Ansicht des beobachtbaren Universums, wobei der „Rand“ des roten Lichts den CMB definiert, den wir heute sehen. Bildnachweis: Pablo Carlos Budassi, unter einer c.c.a.-s.a.-3.0-Lizenz.

Und für jemanden, der genauso weit weg ist, würden sie nicht die Erde oder die Milchstraße sehen, wenn sie uns ansehen, sondern das Licht vom Urknall, so wie wir es sehen, wenn wir sie ansehen.

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Dieser Beitrag erschien zum ersten Mal bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!