Ist die Ausdehnung des Universums eine Geschwindigkeit?

Das Universum dehnt sich aus: Mehr als nur eine Frage der Geschwindigkeit

Die Vorstellung, dass das Universum sich ausdehnt, ist ein Eckpfeiler der modernen Kosmologie. Doch was bedeutet das eigentlich? Und vor allem: Ist diese Ausdehnung eine Geschwindigkeit, so wie wir sie im Alltag verstehen? Die Antwort ist komplexer als man vielleicht denkt.

Oft wird die Ausdehnung des Universums fälschlicherweise als eine Bewegung von Galaxien durch den Raum interpretiert, ähnlich wie ein Auto auf einer Straße fährt. Dies ist jedoch ein irreführendes Bild. Stattdessen ist es der Raum selbst, der sich ausdehnt, und mit ihm die Entfernung zwischen weit entfernten Galaxien. Man kann sich das wie einen Hefeteig vorstellen, in den Rosinen eingebettet sind. Während der Teig aufgeht, entfernen sich die Rosinen voneinander, nicht weil sie sich aktiv bewegen, sondern weil der Teig, in dem sie eingebettet sind, größer wird.

Der entscheidende Unterschied liegt darin, dass es keinen Mittelpunkt gibt, von dem sich alles entfernt. Jede Galaxie (oder Rosine) sieht aus, als ob sich alle anderen Galaxien von ihr entfernen. Das liegt daran, dass die Ausdehnung des Raumes gleichmäßig ist, zumindest auf sehr großen Skalen.

Um die Ausdehnung des Universums zu quantifizieren, verwendet man die Hubble-Konstante (H₀). Diese Konstante beschreibt die Rate der Ausdehnung. Ihre Einheit ist typischerweise Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec (km/s/Mpc). Ein Megaparsec entspricht etwa 3,26 Millionen Lichtjahren. Die Hubble-Konstante besagt also, dass sich eine Galaxie, die beispielsweise 10 Megaparsec von uns entfernt ist, aufgrund der Ausdehnung des Universums mit einer bestimmten Geschwindigkeit von uns entfernt. Diese Geschwindigkeit ist proportional zur Entfernung. Eine Galaxie, die doppelt so weit entfernt ist, entfernt sich mit doppelter Geschwindigkeit.

Hier liegt der Kern des Problems: Die Hubble-Konstante ist keine Geschwindigkeit im herkömmlichen Sinne, sondern eine Rate. Sie beschreibt, wie schnell sich die Ausdehnung pro Entfernungseinheit vollzieht. Anders ausgedrückt, sie gibt an, um wie viele Kilometer pro Sekunde sich die Entfernung pro Megaparsec vergrößert.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Hubble-Konstante nicht konstant im Laufe der Zeit ist. Sie wird oft als Hubble-Parameter bezeichnet, um dies zu verdeutlichen. Die Expansionsrate des Universums hat sich in der Vergangenheit verändert und wird sich wahrscheinlich auch in der Zukunft verändern. Diese Veränderung wird durch die Dichte des Universums (insbesondere die Anteile von Dunkler Materie und Dunkler Energie) und die Gravitationswirkung beeinflusst.

Die Messung der Hubble-Konstante ist eines der zentralen Themen der modernen Kosmologie. Interessanterweise gibt es derzeit eine Diskrepanz zwischen den Werten, die anhand verschiedener Methoden gemessen werden. Messungen im lokalen Universum, basierend auf Supernovae vom Typ Ia und Cepheiden-Veränderlichen, liefern andere Werte als Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung, die das Universum in seiner frühen Phase widerspiegelt. Diese Diskrepanz, bekannt als die Hubble-Spannung, stellt eine der größten Herausforderungen für das Standardmodell der Kosmologie dar und deutet möglicherweise auf neue Physik jenseits unseres derzeitigen Verständnisses hin.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Ausdehnung des Universums ist keine einfache Geschwindigkeit. Es handelt sich um eine gleichmäßige Ausdehnung des Raumes selbst, die dazu führt, dass sich weit entfernte Galaxien voneinander entfernen. Die Hubble-Konstante beschreibt die Rate dieser Ausdehnung pro Entfernungseinheit und ist nicht konstant im Laufe der Zeit. Das Verständnis der Ausdehnung des Universums ist entscheidend für unser Verständnis der Entwicklung des Kosmos und der physikalischen Gesetze, die ihn regieren.