Freitag, 2. Dezember 2005
Schrumpft unser Universum ?
quant, 18:21h
Das Hubble-Gesetz und sein lokales Paradoxon
Schrumpft unser Universum ?
Expandiert das Universum für alle Zeiten weiter, oder fängt es nach Erreichen einer kritischen Masse an sich wieder zu kontrahieren. Diese Frage ist bislang noch nicht geklärt.
In welchem dieser möglichen Zustände befindet sich dabei unser Universum
jetzt ?
Dieser Frage ist folgende Überlegung gewidmet.
An sich ist die beeobachtete Masse im sichtbaren Universum nicht ausreichend um die Expansion zu stoppen.
Die sogenannte dunkle Masse aber, zu der man die mögliche Ruhemasse der Neutrinos und ggf. auch die der Photonen rechnet, würde zusammen mit der sichtbaren Materie genügen um das Universum wieder kollabieren zu lassen.
Meßbar wird die Expansion des Universums durch den Hubble Parameter, der die Rotverschiebung und damit die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien anzeigt, und im Allgemeinen mit etwa 15 km/sek je Million Lichtjahre Entfernung angenommen wird.
Das Hubble Gesetz weist aber für relativ nahe Galaxien eine sonderbare Unregelmäßigkeit, um nicht zu sagen ein Paradoxon auf.
Die lokale Gruppe, zu der auch unsere Milchstraße gehört bewegt sich nämlich nur mit etwa der Hälfte der Geschwindigkeit von der Virgo-Wolke weg, wie sie vom Hubble-Gesetz gefordert würde, also nur mit etwa 500 km/sek statt mit 1000 km/sek.
Noch deutlicher wird diese Ungereimtheit bei der Betrachtung der Milchstraße und unserer Nachbargalaxis Andromeda, die sich mit 300 km/sek aufeinander zubewegen anstatt sich - wie vom Hubble Gesetz gefordert - mit 30 km/sek voneinander wegzubewegen.
Das beschriebene Phänomen wird im allgemeinen auf die Gravitation zwischen den lokalen Galaxien zurückgeführt, sodaß der Hubble Parameter erst für Galaxien ab einer Entfernung von etwa 100 Millionen Lichtjahren wirkliche Gültigkeit hat.
An dieser Stelle könnte man nun aber auch die Hypothese aufstellen, daß das gesamte Universum, d.h. alle in ihm enthaltenden Galaxien sich seit geraumer Zeit nicht mehr voneinander entfernen sondern sich bereits wieder aufeinander zubewegen.
Diese Annahme widerstrebt selbstverständlich unserer klassischen Ansicht vom expandierenden Universum, sodaß man dann sogar schon ein bißchen Angst bekommen könnte, die die Tage des Universums seien gezählt.
In sich scheint die Vermutung jedoch recht schlüssig zu sein, wenn man sich folgende Tatsachen vor Augen hält :
1. Jede Massenzusammenballung, jede Galaxienbildung mit der Entstehung ihrer Sonnensysteme beschreibt a priori schon einen Vorgang, der sich bereits in einem sehr beruhigten, d.h. recht betagten Universum abspielt, in dem die Zeiten der Urexplosionen schon lange vorbei sind.
2. Alles was wir mit unseren Fernrohren und Radioteleskopen in weiter Entfernung beobachten - im Extremfall die Quasare - ist lediglich ein Blick in die Vergangenheit. Diesem Blick in die Vergangenheit verdanken wir unsere Vorstellung vom expandierenden Universum.
Über den "jetzigen" Zustand und den "momentanen" Aufenthaltsort der beobachteten Objekte wissen wir im Prinzip nichts, es sei denn, wir betrachten nur uns selbst und unsere unmittelbarste Umgebung. (maximal ein paar Lichtjahre)
3. Das gesamte Universum hat eine gemeinsame Geschichte, und jedes Teil dieses Universums hat die gleichen historischen Stufen durchlaufen. Für alle Objekte im Kosmos ist der Urknall - so es ihn gab - gleich lang her. Daher müßten auch logischerweise alle grundlegenden Veränderungen im Universum im Grunde parallel ablaufen. Mit einem Wort, das Universum ist überall gleich jung - oder alt, je nach dem.
Geht man nun davon aus, daß die Galaxien in unserer näheren Umgebung sich aufeinander zubewegen, so stellt sich die Frage, warum dies an beliebiger anderer Stelle im Kosmos nicht auch der Fall sein sollte.
Wenn es nach beendeter Expansion zu einer Kontraktion des Universums käme, so geschähe dies zum Teil von innen heraus, also in allen jeweils benachbarten Gegenden und Masseansammlungen des Kosmos gleichzeitig.
Dies entspräche einer netzförmigen Kontraktion des Universums, einem Netz, das sich durch die Gravitationskräfte immer enger zusammenziehen würde, zusätzlich zu einer an der "Peripherie" beginnenden Kontraktion.
Die sich aus dieser multilokularen Kontraktion ergebende Netzstruktur der sich überall gleichzeitig gegenseitig anziehenden Galaxien könnte einen an jene retikuläre, schlierenförmige Struktur denken lassen, wie sie auf Bildern zu sehen ist, die die Verteilung der sichtbaren Galaxien in den Hemisphären darstellen.
Auf solchen Verteilungsdarstellungen gibt es in der Tat Gebiete größerer Dichte, vornehmlich des Virgo - und Coma-Superhaufens, die die uns nähesten Großansammlungen von Galaxien sind.
Die Galaxien behalten ihre Stabilität aufgrund ihrer Rotation vermutlich relativ lange, so daß eine Kontraktion des Universums zunächst nur zwischen den einzelnen Galaxien und ihren - vieleicht schon auf Schrumpfung beruhenden - Superansammlungen stattfinden könnte.
Ein solches, sich an verschiedenen Stellen gleichzeitig kontrahierendes Universum könnte - weil die Masse im Universum nicht gleichmäßig verteilt ist - auch irgendwo schon solche massiven Masseansammlungen gebildet haben, daß dort die Materie bereits wieder verstrahlt und in ihre elementaren Bestandteile zerlegt wird. Solche Frühkollapse dürften eine riesige Menge Energie abstrahlen, ähnlich den Quasaren, die im Allgemeinen bislang als Frühstadien von Galaxien angesehen wurden.
Solche Objekte sind aber wohl noch nicht entdeckt worden. Aber auch hier fällt eine gewisse Ungereimtheit auf. Wären Quasare tatsächlich ehemalig junge Galaxien, so müßte es von ihnen am Firmament nur so wimmeln, d.h. sie müßten eigentlich in viel größerer Anzahl beobachtbar sein, als dies tatsächlich der Fall ist. Gemessen an der kosmischen "Grenzfläche", die sie widerspiegeln sollen, sind sie ja nur Einzelstücke.
Neueren Erkenntnissen nach (2), und das war nun wirklich eine Überrraschung, befinden sich Quasare im Innern von sogenannten Wirtsgalaxien oder entstehen bei der Annäherung und Kollision von Galaxien - zweifellos Vorgänge mit recht kontraktilem Charakter.
Es soll natürlich nicht vorschnell behauptet werden, Quasare seien so etwas wie neuentstandene sekundäre Urknallinseln, die den bevorstehenden Untergang des Universums wiederspiegeln, aber bezogen auf alles, was sich da im Kosmos aufeinander zu - und eben nicht voneinander weg - bewegen könnte, ist der Gedanke schon reizvoll - für einen Laien wenigstens.
Ein sich bereits wieder zusammenziehendes Universum würde sicher ein bißchen an unseren auf ewiger, universeller Jugendlichkeit aufgebauten philosophischen Grundlagen rütteln, und so manche Revision unseres allzu expandierenden Denkens notwendig machen. Angst davor, der Superkollaps stände schon kurz bevor sollte man, trotz eines etwas flauen Gefühls, das zurückbleiben könnte, aber nicht haben.
Andromeda als potentiell nächster Kollisions- und Kollapspartner "ist" 2 Millionen Lichtjahre entfernt, d.h. sie war es vor vor zwei Millionen Jahren, und bewegte sich damals mit 300 km / sek auf uns zu. Wie nahe sie jetzt momentan ist können wir mit unsereren Fernrohren und Meßgeräten nicht sehen. Wir können es aber berechnen indem wir die Näherungsgeschwindigkeit vor zwei Millionen Jahren zugrunde legen und das Newtonsche Gravitationsgesetz zuhilfe nehmen.
2 Millionen Jahre hat das Licht gebraucht um von Andromeda bis zu uns zu gelangen. In dieser Zeit hat unsere Nachbargalaxis - von uns unbemerkt - eine gewisse Wegstrecke zurückgelegt.
Nehmen wir zuerst der Einfachheit halber an, die Näherungsgeschwindigkeit bliebe konstant - sie tut es natürlich nicht, sondern vergrößert sich gemäß dem Gravitationsgesetz mit 1/r^2 - dann hätte sie in diesen zwei Millionen Jahren 2000 Lichtjahre zurückgelegt. Das hört sich zunächst nicht nach viel an, ist aber immerhin ein tausendstel des (ehemaligen) Abstandes Andromeda-Milchstraße.
Ob unsere Milchstraße sich auf Andromeda zubewegt oder umgekehrt, bzw. beide sich gleichermaßen aufeinander zubewegen ist dabei wegen der Relativität der Dinge nicht von Bedeutung.
Bei konstanter Geschwindigkeit würde es demnach 2 Milliarden Jahre dauern bis die beiden Galaxien sich treffen.
Die Gravitationswirkung zwischen den Galaxien bewirkt nun aber eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung, die dem Quadrat des Abstandes umgekehrt proportional ist. Es ergibt sich dabei eine Hyperbelfunktion, bei der die Schwerebeschleunigung bzw. der Geschwindigkeitszuwachs zunächst nur sehr gering anwächst, späterhin aber extrem beschleunigt wird, so daß die Galaxien gegen Ende hin mit sehr großer Geschwindigkeit aufeinander zustürzen .
Rechnet man dies konsequent durch, dann ergibt sich der erstaunliche Sachverhalt, daß die Schwerezentren der beiden Galaxien ab einer theoretischen Entfernung von etwa 60.000 Lichtjahren mit Überlichtgeschwindigkeit aufeinanderzustürzen. (s.Kasten)
Gehen wir zunächst von der für uns meßbaren Geschwindigkeit aus, nähmlich 300 km/sek vor zwei Millionen Jahren, dann wäre gemäß der quadratischen Gesetzmäßigkeit die Geschwindigkeit nach der Hälfte der Wegstrecke viermal so hoch.
Für die zweite Hälfte der Wegstrecke würden die Galaxien dann aber nur noch 500 Millionen Lichtjahre benötigen. Diese Zeit verringert sich allerdings noch einmal, weil jetzt die Beschleunigung und somit die Geschwindigkeit der beiden Galaxien merklich größer wird und schließlich extreme Werte annimmt.
Es ist also mit einer Zeit deutlich unter 1.5 Milliarden Jahren zu rechnen, bis Andromeda und die Milchstraße ineinander stürzen - und vielleicht einen neuen Quasar bilden. Hier dürfte spekuliert werden, daß die massenreichere Galaxis die massenärmere sozusagen schluckt und sie als Quasar in ihrem Zentrum integriert, wobei sie sich munter weiterdreht, und kaum Schaden nimmt.
Die massenärmere Galaxis wäre in diesem Fall unsere Milchstraße, wir würden also von Andromeda geschluckt und dürften zunächst als Quasar in ihr leuchten.
Es bleibt uns aber bis dahin noch ein bißchen Zeit, Andromeda steht noch nicht vor der Tür. Aber selbst wenn sie es täte, wir würden es nicht bemerken. Wir sehen nur ihr Licht, und das brauch eben eine ganze Weile.
Wir sollten uns dies öfter vor Augen halten, wenn wir sagen , dieses oder jenes Objekt sei soundso weit weg - es war soundso weit weg ! Dies gilt für die entferntesten Objekte ganz besonders. Vom tatsächlichen aktuellen Stand der Dinge im Universum wissen wir nichts - außer in unserer direkten Umgebung , wobei ein Beobachtungsrahmen von vielleicht 50 - 100 Lichtjahre realistisch wäre.
Selbst wenn Andromeda und die Milchstraße mit rasender Geschwindigkeit aufeinander zukämen und sich ihre Ränder bereits berührten, wir bemerkten es nicht, da wir immer noch etliche zehntausend Jahre warten müßten, bis wir sie zu Gesicht bekämen.
Nur gut, daß es bis dahin noch mindestens eine Milliarde Jahre dauert. Besiegelt ist unser Schicksal aber allemal, und dies sollte uns etwas bescheidener machen.
Ein letztes Wort noch zu den Neutrinos, nach deren Masse überall auf der Welt so engagiert gesucht wird.
Neutrinos sind ubiquitär im Kosmos, sie durchdringen alles, sind sehr klein und besitzen vielleicht eine ganz geringe Masse.
Sie sind sicher - wie das Licht - gleichmäßig über den gesamten Kosmos verteilt, und tragen - falls sie selbst eine gewisse Masse besitzen - nur ganz diffus zur Gesamtmasse des Universums bei, das heißt, sie konglomerieren nicht und bilden keine Massenansammlungen, wie es die "klassische" Materie tut.
Selbst wenn durch sie die kritische Masse des Universums erreicht würde, die eine Kontraktion möglich machte, wohin sollte sich alles wieder zusammenziehen, etwa genau zur ehemaligen Stelle X, von der aus alles beim Urknall begann ? Die Neutrinos müßten ja selbst allesamt sozusagen wieder den Rückzug antreten und die übrige Masse mit ihnen. Ist das bei Teilchen, die sich per se mit Lichtgeschwindigkeit bewegen überhaupt möglich? Das selbe müßte man sich für die Photonen fragen.
Zumindest beim ersten Hinsehen erscheint dies irgendwie nicht sonderlich wahrscheinlich - und der erste Eindruck ist ja oft nicht der verkehrteste.
Es gäbe aber noch eine andere Möglichkeit, und die erscheint mir zumindest recht plausibel : Gehen wir davon aus, das Universum sei in einen riesigen See aus Neutrinos und Photonen eingebettet, sozusagen in einem alles umfassenden und bezüglich der Neutrinos auch alles durchdringenden Äther (Einstein mag es einmal verzeihen), dann könnte diese riesige diffuse Masse aus Teilchen doch eine gewisse Bremswirkung auf die voneinander fliehenden Galaxien ausüben. Nach Newton nämlich würden die Galaxien nach Erreichen ihrer durch die initiale Urknallenergie erzeugten Geschwindigkeit bis in alle Ewigkeit im Zustand der gleichförmigen Bewegung verbleiben. Welche Kraft sollte sie zurückholen, wenn die Abstände immer größer würden, die Gravitation doch wohl nicht.
Würden die fliehenden Galaxien aber in ihrer zunächst gleichförmigen Bewegung regelrecht gebremst, was durch eine diffus verteilte Neutrino - und vielleicht auch Photonenmasse geschehen könnte, dann würden sie allmählich langsamer werden , vielleicht sogar zum Stillstand kommen, um dann durch die ganz normale Gravitationswirkung zwischen ihnen wieder aufeinanderzustreben, ohne daß eine "dunkle Masse " für einen zentripedalen Kollaps notwendig wäre, zunächst langsam, dann immer schneller und am Ende vielleicht sogar überlichtschnell.
Da das Universum prinzipiell überall den selben Gegebenheiten unterworfen sein dürfte - wir erinnern uns, jedes Teil hat die gleiche Historie - so würde auch die durch die Neutrino - und Photonenbremswirkung bewirkte Verlangsamung der Fluchtgeschwindigkeit in allen Gegenden des Kosmos wirken. Es käme also zusätzlich zu der zentripedalen Kontraktion des alternden Universums auch noch eine Kontraktion in alle möglichen anderen Richtungen hinzu was letztendlich schlieren - und netzförmige Zusammenballungen bewirken würde, scherengitterartig, wie bei einem Nylonstrumpf, den man in die Länge zieht und dann wieder zusammenschrumpfen läßt.
Ist es das, was wir in unserer näheren galaktischen Umgebung, in der lokalen Gruppe, in der Virgo-Wolke und im Coma-Superhaufen beobachten ?
Ist dies die Erklärung für das offensichtliche Paradoxon des Hubble Gesetzes.?
Schrumpft unser Universum ?
Expandiert das Universum für alle Zeiten weiter, oder fängt es nach Erreichen einer kritischen Masse an sich wieder zu kontrahieren. Diese Frage ist bislang noch nicht geklärt.
In welchem dieser möglichen Zustände befindet sich dabei unser Universum
jetzt ?
Dieser Frage ist folgende Überlegung gewidmet.
An sich ist die beeobachtete Masse im sichtbaren Universum nicht ausreichend um die Expansion zu stoppen.
Die sogenannte dunkle Masse aber, zu der man die mögliche Ruhemasse der Neutrinos und ggf. auch die der Photonen rechnet, würde zusammen mit der sichtbaren Materie genügen um das Universum wieder kollabieren zu lassen.
Meßbar wird die Expansion des Universums durch den Hubble Parameter, der die Rotverschiebung und damit die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien anzeigt, und im Allgemeinen mit etwa 15 km/sek je Million Lichtjahre Entfernung angenommen wird.
Das Hubble Gesetz weist aber für relativ nahe Galaxien eine sonderbare Unregelmäßigkeit, um nicht zu sagen ein Paradoxon auf.
Die lokale Gruppe, zu der auch unsere Milchstraße gehört bewegt sich nämlich nur mit etwa der Hälfte der Geschwindigkeit von der Virgo-Wolke weg, wie sie vom Hubble-Gesetz gefordert würde, also nur mit etwa 500 km/sek statt mit 1000 km/sek.
Noch deutlicher wird diese Ungereimtheit bei der Betrachtung der Milchstraße und unserer Nachbargalaxis Andromeda, die sich mit 300 km/sek aufeinander zubewegen anstatt sich - wie vom Hubble Gesetz gefordert - mit 30 km/sek voneinander wegzubewegen.
Das beschriebene Phänomen wird im allgemeinen auf die Gravitation zwischen den lokalen Galaxien zurückgeführt, sodaß der Hubble Parameter erst für Galaxien ab einer Entfernung von etwa 100 Millionen Lichtjahren wirkliche Gültigkeit hat.
An dieser Stelle könnte man nun aber auch die Hypothese aufstellen, daß das gesamte Universum, d.h. alle in ihm enthaltenden Galaxien sich seit geraumer Zeit nicht mehr voneinander entfernen sondern sich bereits wieder aufeinander zubewegen.
Diese Annahme widerstrebt selbstverständlich unserer klassischen Ansicht vom expandierenden Universum, sodaß man dann sogar schon ein bißchen Angst bekommen könnte, die die Tage des Universums seien gezählt.
In sich scheint die Vermutung jedoch recht schlüssig zu sein, wenn man sich folgende Tatsachen vor Augen hält :
1. Jede Massenzusammenballung, jede Galaxienbildung mit der Entstehung ihrer Sonnensysteme beschreibt a priori schon einen Vorgang, der sich bereits in einem sehr beruhigten, d.h. recht betagten Universum abspielt, in dem die Zeiten der Urexplosionen schon lange vorbei sind.
2. Alles was wir mit unseren Fernrohren und Radioteleskopen in weiter Entfernung beobachten - im Extremfall die Quasare - ist lediglich ein Blick in die Vergangenheit. Diesem Blick in die Vergangenheit verdanken wir unsere Vorstellung vom expandierenden Universum.
Über den "jetzigen" Zustand und den "momentanen" Aufenthaltsort der beobachteten Objekte wissen wir im Prinzip nichts, es sei denn, wir betrachten nur uns selbst und unsere unmittelbarste Umgebung. (maximal ein paar Lichtjahre)
3. Das gesamte Universum hat eine gemeinsame Geschichte, und jedes Teil dieses Universums hat die gleichen historischen Stufen durchlaufen. Für alle Objekte im Kosmos ist der Urknall - so es ihn gab - gleich lang her. Daher müßten auch logischerweise alle grundlegenden Veränderungen im Universum im Grunde parallel ablaufen. Mit einem Wort, das Universum ist überall gleich jung - oder alt, je nach dem.
Geht man nun davon aus, daß die Galaxien in unserer näheren Umgebung sich aufeinander zubewegen, so stellt sich die Frage, warum dies an beliebiger anderer Stelle im Kosmos nicht auch der Fall sein sollte.
Wenn es nach beendeter Expansion zu einer Kontraktion des Universums käme, so geschähe dies zum Teil von innen heraus, also in allen jeweils benachbarten Gegenden und Masseansammlungen des Kosmos gleichzeitig.
Dies entspräche einer netzförmigen Kontraktion des Universums, einem Netz, das sich durch die Gravitationskräfte immer enger zusammenziehen würde, zusätzlich zu einer an der "Peripherie" beginnenden Kontraktion.
Die sich aus dieser multilokularen Kontraktion ergebende Netzstruktur der sich überall gleichzeitig gegenseitig anziehenden Galaxien könnte einen an jene retikuläre, schlierenförmige Struktur denken lassen, wie sie auf Bildern zu sehen ist, die die Verteilung der sichtbaren Galaxien in den Hemisphären darstellen.
Auf solchen Verteilungsdarstellungen gibt es in der Tat Gebiete größerer Dichte, vornehmlich des Virgo - und Coma-Superhaufens, die die uns nähesten Großansammlungen von Galaxien sind.
Die Galaxien behalten ihre Stabilität aufgrund ihrer Rotation vermutlich relativ lange, so daß eine Kontraktion des Universums zunächst nur zwischen den einzelnen Galaxien und ihren - vieleicht schon auf Schrumpfung beruhenden - Superansammlungen stattfinden könnte.
Ein solches, sich an verschiedenen Stellen gleichzeitig kontrahierendes Universum könnte - weil die Masse im Universum nicht gleichmäßig verteilt ist - auch irgendwo schon solche massiven Masseansammlungen gebildet haben, daß dort die Materie bereits wieder verstrahlt und in ihre elementaren Bestandteile zerlegt wird. Solche Frühkollapse dürften eine riesige Menge Energie abstrahlen, ähnlich den Quasaren, die im Allgemeinen bislang als Frühstadien von Galaxien angesehen wurden.
Solche Objekte sind aber wohl noch nicht entdeckt worden. Aber auch hier fällt eine gewisse Ungereimtheit auf. Wären Quasare tatsächlich ehemalig junge Galaxien, so müßte es von ihnen am Firmament nur so wimmeln, d.h. sie müßten eigentlich in viel größerer Anzahl beobachtbar sein, als dies tatsächlich der Fall ist. Gemessen an der kosmischen "Grenzfläche", die sie widerspiegeln sollen, sind sie ja nur Einzelstücke.
Neueren Erkenntnissen nach (2), und das war nun wirklich eine Überrraschung, befinden sich Quasare im Innern von sogenannten Wirtsgalaxien oder entstehen bei der Annäherung und Kollision von Galaxien - zweifellos Vorgänge mit recht kontraktilem Charakter.
Es soll natürlich nicht vorschnell behauptet werden, Quasare seien so etwas wie neuentstandene sekundäre Urknallinseln, die den bevorstehenden Untergang des Universums wiederspiegeln, aber bezogen auf alles, was sich da im Kosmos aufeinander zu - und eben nicht voneinander weg - bewegen könnte, ist der Gedanke schon reizvoll - für einen Laien wenigstens.
Ein sich bereits wieder zusammenziehendes Universum würde sicher ein bißchen an unseren auf ewiger, universeller Jugendlichkeit aufgebauten philosophischen Grundlagen rütteln, und so manche Revision unseres allzu expandierenden Denkens notwendig machen. Angst davor, der Superkollaps stände schon kurz bevor sollte man, trotz eines etwas flauen Gefühls, das zurückbleiben könnte, aber nicht haben.
Andromeda als potentiell nächster Kollisions- und Kollapspartner "ist" 2 Millionen Lichtjahre entfernt, d.h. sie war es vor vor zwei Millionen Jahren, und bewegte sich damals mit 300 km / sek auf uns zu. Wie nahe sie jetzt momentan ist können wir mit unsereren Fernrohren und Meßgeräten nicht sehen. Wir können es aber berechnen indem wir die Näherungsgeschwindigkeit vor zwei Millionen Jahren zugrunde legen und das Newtonsche Gravitationsgesetz zuhilfe nehmen.
2 Millionen Jahre hat das Licht gebraucht um von Andromeda bis zu uns zu gelangen. In dieser Zeit hat unsere Nachbargalaxis - von uns unbemerkt - eine gewisse Wegstrecke zurückgelegt.
Nehmen wir zuerst der Einfachheit halber an, die Näherungsgeschwindigkeit bliebe konstant - sie tut es natürlich nicht, sondern vergrößert sich gemäß dem Gravitationsgesetz mit 1/r^2 - dann hätte sie in diesen zwei Millionen Jahren 2000 Lichtjahre zurückgelegt. Das hört sich zunächst nicht nach viel an, ist aber immerhin ein tausendstel des (ehemaligen) Abstandes Andromeda-Milchstraße.
Ob unsere Milchstraße sich auf Andromeda zubewegt oder umgekehrt, bzw. beide sich gleichermaßen aufeinander zubewegen ist dabei wegen der Relativität der Dinge nicht von Bedeutung.
Bei konstanter Geschwindigkeit würde es demnach 2 Milliarden Jahre dauern bis die beiden Galaxien sich treffen.
Die Gravitationswirkung zwischen den Galaxien bewirkt nun aber eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung, die dem Quadrat des Abstandes umgekehrt proportional ist. Es ergibt sich dabei eine Hyperbelfunktion, bei der die Schwerebeschleunigung bzw. der Geschwindigkeitszuwachs zunächst nur sehr gering anwächst, späterhin aber extrem beschleunigt wird, so daß die Galaxien gegen Ende hin mit sehr großer Geschwindigkeit aufeinander zustürzen .
Rechnet man dies konsequent durch, dann ergibt sich der erstaunliche Sachverhalt, daß die Schwerezentren der beiden Galaxien ab einer theoretischen Entfernung von etwa 60.000 Lichtjahren mit Überlichtgeschwindigkeit aufeinanderzustürzen. (s.Kasten)
Gehen wir zunächst von der für uns meßbaren Geschwindigkeit aus, nähmlich 300 km/sek vor zwei Millionen Jahren, dann wäre gemäß der quadratischen Gesetzmäßigkeit die Geschwindigkeit nach der Hälfte der Wegstrecke viermal so hoch.
Für die zweite Hälfte der Wegstrecke würden die Galaxien dann aber nur noch 500 Millionen Lichtjahre benötigen. Diese Zeit verringert sich allerdings noch einmal, weil jetzt die Beschleunigung und somit die Geschwindigkeit der beiden Galaxien merklich größer wird und schließlich extreme Werte annimmt.
Es ist also mit einer Zeit deutlich unter 1.5 Milliarden Jahren zu rechnen, bis Andromeda und die Milchstraße ineinander stürzen - und vielleicht einen neuen Quasar bilden. Hier dürfte spekuliert werden, daß die massenreichere Galaxis die massenärmere sozusagen schluckt und sie als Quasar in ihrem Zentrum integriert, wobei sie sich munter weiterdreht, und kaum Schaden nimmt.
Die massenärmere Galaxis wäre in diesem Fall unsere Milchstraße, wir würden also von Andromeda geschluckt und dürften zunächst als Quasar in ihr leuchten.
Es bleibt uns aber bis dahin noch ein bißchen Zeit, Andromeda steht noch nicht vor der Tür. Aber selbst wenn sie es täte, wir würden es nicht bemerken. Wir sehen nur ihr Licht, und das brauch eben eine ganze Weile.
Wir sollten uns dies öfter vor Augen halten, wenn wir sagen , dieses oder jenes Objekt sei soundso weit weg - es war soundso weit weg ! Dies gilt für die entferntesten Objekte ganz besonders. Vom tatsächlichen aktuellen Stand der Dinge im Universum wissen wir nichts - außer in unserer direkten Umgebung , wobei ein Beobachtungsrahmen von vielleicht 50 - 100 Lichtjahre realistisch wäre.
Selbst wenn Andromeda und die Milchstraße mit rasender Geschwindigkeit aufeinander zukämen und sich ihre Ränder bereits berührten, wir bemerkten es nicht, da wir immer noch etliche zehntausend Jahre warten müßten, bis wir sie zu Gesicht bekämen.
Nur gut, daß es bis dahin noch mindestens eine Milliarde Jahre dauert. Besiegelt ist unser Schicksal aber allemal, und dies sollte uns etwas bescheidener machen.
Ein letztes Wort noch zu den Neutrinos, nach deren Masse überall auf der Welt so engagiert gesucht wird.
Neutrinos sind ubiquitär im Kosmos, sie durchdringen alles, sind sehr klein und besitzen vielleicht eine ganz geringe Masse.
Sie sind sicher - wie das Licht - gleichmäßig über den gesamten Kosmos verteilt, und tragen - falls sie selbst eine gewisse Masse besitzen - nur ganz diffus zur Gesamtmasse des Universums bei, das heißt, sie konglomerieren nicht und bilden keine Massenansammlungen, wie es die "klassische" Materie tut.
Selbst wenn durch sie die kritische Masse des Universums erreicht würde, die eine Kontraktion möglich machte, wohin sollte sich alles wieder zusammenziehen, etwa genau zur ehemaligen Stelle X, von der aus alles beim Urknall begann ? Die Neutrinos müßten ja selbst allesamt sozusagen wieder den Rückzug antreten und die übrige Masse mit ihnen. Ist das bei Teilchen, die sich per se mit Lichtgeschwindigkeit bewegen überhaupt möglich? Das selbe müßte man sich für die Photonen fragen.
Zumindest beim ersten Hinsehen erscheint dies irgendwie nicht sonderlich wahrscheinlich - und der erste Eindruck ist ja oft nicht der verkehrteste.
Es gäbe aber noch eine andere Möglichkeit, und die erscheint mir zumindest recht plausibel : Gehen wir davon aus, das Universum sei in einen riesigen See aus Neutrinos und Photonen eingebettet, sozusagen in einem alles umfassenden und bezüglich der Neutrinos auch alles durchdringenden Äther (Einstein mag es einmal verzeihen), dann könnte diese riesige diffuse Masse aus Teilchen doch eine gewisse Bremswirkung auf die voneinander fliehenden Galaxien ausüben. Nach Newton nämlich würden die Galaxien nach Erreichen ihrer durch die initiale Urknallenergie erzeugten Geschwindigkeit bis in alle Ewigkeit im Zustand der gleichförmigen Bewegung verbleiben. Welche Kraft sollte sie zurückholen, wenn die Abstände immer größer würden, die Gravitation doch wohl nicht.
Würden die fliehenden Galaxien aber in ihrer zunächst gleichförmigen Bewegung regelrecht gebremst, was durch eine diffus verteilte Neutrino - und vielleicht auch Photonenmasse geschehen könnte, dann würden sie allmählich langsamer werden , vielleicht sogar zum Stillstand kommen, um dann durch die ganz normale Gravitationswirkung zwischen ihnen wieder aufeinanderzustreben, ohne daß eine "dunkle Masse " für einen zentripedalen Kollaps notwendig wäre, zunächst langsam, dann immer schneller und am Ende vielleicht sogar überlichtschnell.
Da das Universum prinzipiell überall den selben Gegebenheiten unterworfen sein dürfte - wir erinnern uns, jedes Teil hat die gleiche Historie - so würde auch die durch die Neutrino - und Photonenbremswirkung bewirkte Verlangsamung der Fluchtgeschwindigkeit in allen Gegenden des Kosmos wirken. Es käme also zusätzlich zu der zentripedalen Kontraktion des alternden Universums auch noch eine Kontraktion in alle möglichen anderen Richtungen hinzu was letztendlich schlieren - und netzförmige Zusammenballungen bewirken würde, scherengitterartig, wie bei einem Nylonstrumpf, den man in die Länge zieht und dann wieder zusammenschrumpfen läßt.
Ist es das, was wir in unserer näheren galaktischen Umgebung, in der lokalen Gruppe, in der Virgo-Wolke und im Coma-Superhaufen beobachten ?
Ist dies die Erklärung für das offensichtliche Paradoxon des Hubble Gesetzes.?
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