Unsere kosmische Geschichte des Universums im Einklang mit den derzeit besten Beobachtungen und Theorien. Bildnachweis: ESA und das 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 den ganzen Weg zurück zum Urknall sehen?

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 vergeht, 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 derselben Eigenschaft, da Interaktionen entweder in der Vergangenheit stattgefunden haben, jetzt stattfinden oder in der Zukunft auftreten werden. Aber sollte das nicht die Vergangenheit, wie sie für den Menschen ist, nur zu einer Erinnerung für das Universum machen? Bruce Fulford ist beunruhigt über die Überlegung, dass dies möglicherweise nicht der Fall ist:

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

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

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

Die Geschichte unseres Sonnensystems zu entdecken ist einer Detektivgeschichte sehr ähnlich: Wir haben nur Beweise dafür, was heute noch übrig ist 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 Hinweise, die unsere biologische, chemische, geologische und physikalische Geschichte hinterlassen hat. Wir können die Geschichte des Lebens auf der Erde durch unser Verständnis von DNA, Evolution, Fossilienbestand, radioaktivem Zerfall, Kohlenstoffablagerungen und vielem mehr rekonstruieren. 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.

Eine massive Kollision großer Planetesimale führte zum Erd-Mond-System, was wir nur lernten, indem wir zum Mond gingen und Proben der Mondoberfläche zur Erde zurückbrachten. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC).

Die Erde gibt es erst seit ungefähr 4,5 Milliarden Jahren: weniger als ein Drittel der Geschichte des Universums. Und außerdem können wir unsere Vergangenheit nur ableiten, nicht direkt beobachten. Aber jemand, der sich in beträchtlicher Entfernung befand, konnte unsere Vergangenheit direkt beobachten. Warum? Denn für sie ist es die Gegenwart.

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

Wenn Sie auf dem Mond wären und die Erde betrachten, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor ungefähr 1,3 Sekunden war, da die Lichtgeschwindigkeit ungefähr 1,3 Sekunden benötigt, um ein erdbasiertes Signal so weit durch den Weltraum zu empfangen. Wenn Sie auf Pluto wären, würden Sie die Erde so sehen, wie sie vor etwas weniger als fünf Stunden war. Aber wenn Sie größere Entfernungen zurücklegen, werden Sie wirklich zu schätzen wissen, wie unterschiedlich die Erde in der Vergangenheit war:

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

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

Hubble bestätigt spektroskopisch die bislang 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 vor all den Jahren oder vor Millionen oder Milliarden von Jahren ausgestrahlt 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 gedehnt, dass es vom ultravioletten in den sichtbaren Teil des Spektrums und durch diesen hindurch in den infraroten Teil des Spektrums gelangt. Und es gibt wahrscheinlich Galaxien da draußen, die über das hinausgehen, was selbst unsere Infrarot-Teleskope sehen können, weil ihr Licht auf längere Wellenlängen verschoben wurde, als selbst Hubbles Infrarotkamera beobachten kann.

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

Wenn wir unglaublich ehrgeizig sein wollen, können wir weit über jede Galaxie hinaus nach den Signaturen des Urknalls selbst suchen. In den frühesten Stadien der Zeit wäre das Universum mit einem Meer aus Materie, Antimaterie und Strahlungsteilchen gefüllt gewesen. Im Laufe der Zeit hätten sich Materie und Antimaterie vernichtet und nur eine winzige Menge überschüssiger Materie übrig gelassen, während die Wellenlänge der Strahlung aufgrund der Expansion des Universums gedehnt wurde. Da Wellenlänge und Energie zusammenhängen - längere Wellenlänge bedeutet geringere Energie - kühlt sich das Universum ab, wenn es sich ausdehnt, 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 in einer geraden Linie bewegen.

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) vor der Emission des CMB, 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 Entfernung schauen, dass es 13,81 Milliarden Jahre gedauert hat, um sie zu durchqueren. Wenn wir auf das Universum schauen und den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) sehen, sehen wir das Licht, das:

  • stammt aus dem Urknall,
  • zuletzt durch Streuung eines freien Elektrons im letzten Moment interagiert, als das Universum mit freien Elektronen gefüllt war,
  • reiste 13,81 Milliarden Jahre durch das expandierende Universum,
  • und erreichte unseren Detektor, nachdem er sich nach dieser enormen Reise in den Mikrowellenbereich des Spektrums verlagert hatte.
Obwohl das Licht des Urknalls im Laufe der Zeit an Wellenlänge, Energie und Dichte schwindet, 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 vorbeirasen wird, aber es wird immer mehr Licht von einem weiter entfernten Punkt im Universum geben, das zu irgendeinem Zeitpunkt in der Zukunft zum ersten Mal unsere Augen erreichen wird. Es wird kühleres Licht aus einer früheren Zeit mit einer geringeren Photonendichte im Laufe der Zeit sein. In weiteren 100 Milliarden Jahren wird es aufgrund der weiteren Expansion des Universums ein kosmischer Radiohintergrund anstelle eines Mikrowellenhintergrunds sein. Aber je weiter wir wegschauen, desto mehr vom Universum 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 cca-sa-3.0-Lizenz.

Und für jemanden, der genauso weit weg ist, würden sie weder die Erde noch die Milchstraße sehen, wenn sie uns ansehen, sondern das Licht des Urknalls, so wie wir es sehen, wenn wir sie betrachten.

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Dieser Beitrag erschien zuerst 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!