Das Universum: Wenn die Realität dem gesunden Menschenverstand widerspricht | Wissenschaft und Technik

Wenn die Mehrheit der Menschen in eine Richtung denkt, ist es das, nicht wahr? Aber die Mathematik ist nicht demokratisch, und die Physik auch nicht. Die Realität verhält sich folglich aufgrund unserer sehr begrenzten und voreingenommenen Erfahrung nicht so, wie wir denken, dass sie es sollte. Wir werden untersuchen, wie die Intuition manchmal versagt.

Nehmen wir an, ich befinde mich vor der Sagrada Familia in Barcelona, ​​​​am Fuße dieses imposanten und wunderschönen Bauwerks der Architektur. Allein der Gedanke daran, das Ganze von der Haupttür aus sehen zu wollen, lässt mich ganz steif werden. Es nimmt den größten Teil meines Sichtfeldes ein, und ich kann nur mit einem Weitwinkelobjektiv fotografieren. Ich möchte ihn besser sehen, also trete ich etwas zurück, um eine bessere Perspektive zu bekommen. Um mit meinem Handy ein Foto machen zu können, bewege ich mich etwas mehr. Je weiter ich weg bin, desto kleiner erscheint mir die große Basilika. Gesunder Menschenverstand: Dinge erscheinen kleiner, je weiter sie entfernt sind.

Etwas mathematischer dargestellt, wird der Winkel, den zwei Segmente bilden, wenn sie sich von den Enden eines Objekts bewegen und sich an einem Punkt treffen – in meinen Augen – immer kleiner, je länger die Segmente werden. Dies wird als Winkelgröße bezeichnet. Aber ist es immer wahr? Ich würde keinen Artikel schreiben, wenn die Antwort ja wäre, also ist das offensichtlich eine Lüge: Dinge, die weiter entfernt sind, erscheinen nicht immer kleiner. Jenseits einer bestimmten Entfernung (von astronomischen Dimensionen) erscheinen die Dinge umso größer, je weiter man sich entfernt. Der Winkel, in dem sie sich treffen, nimmt mit der Entfernung zu. Unmöglich! Warte, ich erkläre es dir.

Die Andromeda-Galaxie, unsere ältere Schwester, ist doppelt so groß wie unsere Galaxie, etwa 220.000 Lichtjahre entfernt. Es ist heute am Himmel zu sehen (mit Teleskopen, weil das bloße Auge es nicht vollständig sehen kann) mit einer Winkelgröße, die etwa sechsmal größer ist als die der Sonne.

Andromeda erscheint uns klein, also lass uns über etwas Größeres sprechen, das Größte, was wir wissen. Wenn wir im heutigen Universum – dem sogenannten beobachtbaren Universum – alles sehen wollen, müssen wir in alle Himmelsrichtungen schauen. Da sich das Universum in der gesamten Zeitspanne seit dem Urknall ausgedehnt hat, war unser beobachtbares Universum mit einem Durchmesser von etwa 90.000 Millionen Lichtjahren in der Vergangenheit kleiner.

Wenn wir weiter zurückgehen, war das gesamte heute beobachtbare Universum im Alter von einem Jahr 220.000 Lichtjahre groß (Anmerkung für die Hartnäckigen: Ich habe nicht gesagt, dass das gesamte Universum diese Größe hatte). Damals gab es weder Andromeda, noch die Galaxien, noch nicht einmal den Sauerstoff, den wir atmen, oder den Kohlenstoff unserer DNA. Es gab nur Protonen, Elektronen, Heliumkerne, ein paar Lithiumkerne und viele Photonen, die auf alles stießen, was sich bewegte. Damals, ein Jahr nach dem Urknall, hatte Andromeda die gleiche Größe wie das gesamte Universum, das wir heute kennen.

Wenn unsere Schwestergalaxie existiert hätte, hätte sie für einen zeitgenössischen Beobachter den Himmel besetzt. Was wir jetzt mit einer eckigen Größe sehen, die wir mit zwei Fingern blockieren können, hätte die gesamte Astralkuppel bedeckt. Ein Objekt von exakt derselben physischen Größe, das ein Jahr nach dem Urknall existierte, würde heute am Himmel größer erscheinen, selbst wenn es weiter entfernt wäre. Dieses Objekt hätte heute die Größe des beobachtbaren Universums erreicht. Es wäre nicht mehr die Andromeda von heute! Es ist ein bisschen knifflig, aber die Tatsache, dass sich das Universum ausdehnt, dass die Entfernung zu Andromeda heute Morgen fünf Millionen Meilen größer ist, weil sich die Raumzeit ändert, widerspricht auch ein bisschen dem gesunden Menschenverstand. .

Ich höre dich schreien: „Du erfindest das, es muss eine Lüge sein, es ist nicht gesunder Menschenverstand!“ Jeder Wissenschaftler sollte skeptisch sein. Aber in der Wissenschaft sollten Sie Beweise einbeziehen, selbst um eine Lüge zu entlarven. Die Ergebnisse verschiedener astronomischer Experimente bestätigen diese überwältigende Eigenschaft eines expandierenden Universums. Der Schlüssel zu diesen Experimenten besteht darin, eine gute Konstante zu finden, die es seit Tausenden von Millionen Jahren gibt, etwas, das sich über die Äonen, die die Galaxien gesehen haben, in seiner Größe nicht verändert hat. Diese kosmische Konstante sollte auch sehr hell und von beträchtlicher Größe sein, damit wir sie von weitem sehen können.

Diese Art von Konstante findet sich in etwas, das wir nicht direkt sehen können, weil nichts, nicht einmal Licht, seinem Gravitationsfeld entgeht. Wir sprechen von Schwarzen Löchern, und zwar nicht von irgendwelchen, sondern von den größten, die es gibt: supermassive Schwarze Löcher. Diese kosmischen Körper fangen manchmal Materialien in der Nähe ein und erhitzen sie, bevor sie sie verschlucken, auf Millionen von Grad Celsius, wodurch sie superglänzen. Diese werden Quasare genannt. Der Kern des Quasars, der innerste Teil dieser kosmischen Monster, ist mit 36 ​​Lichtjahren ziemlich kompakt. Die Fläche eines supermassereichen Schwarzen Lochs hat eine Masse, die Hunderten von Millionen Sonnen entspricht, statt einiger Zehn im Fall unserer Sonnennachbarschaft.

kosmische Konstante

Die genaue Größe des Kerns eines Quasars ist ziemlich vorhersehbar, daher scheinen sie eine gute kosmische Konstante zu sein. Bei der Beobachtung dieser sehr hellen Objekte, die sogar an den Rändern des Universums erkennbar sind, haben wir festgestellt, dass ihre Winkelgröße umso kleiner ist, je weiter sie entfernt sind, aber dies gilt nur bis zu einer Entfernung von 40 Milliarden Lichtjahren. Kerne kompakter Quasare, die weiter entfernt sind, erscheinen uns plötzlich größer, widersprechen dem gesunden Menschenverstand, folgen aber den physikalischen Regeln des Universums.

Wir schließen daraus, dass es manchmal notwendig ist, sich von Dingen zu trennen, um ihre volle Größe zu sehen, und dass es keinen gesunden Menschenverstand gibt; jedes Ereignis im Universum, auf der Erde oder in unserem Land kann normal oder eher unmöglich erscheinen. Aber weil ein Großteil unserer Erfahrung und unseres Verständnisses der Realität (sehr?) begrenzt ist, müssen wir unsere Augen öffnen für das, was uns irrational erscheint, es interpretieren und nutzen.