'Buiten het universum'

[MaximVanNoten]

Deze vraag zal waarschijnlijk voor sommige dom klinken omdat ik er absoluut niets van afweet. Onderstaande afbeelding zou het heelal moeten voorstellen. Wat is er buiten dit heelal. Sommige theorien beweren dat het krimt of dat het juist groeit. Allemaal goed en wel, maar wat is er buiten de rand van dit groeinde of krimpend heelal ? Materieloos, zou het dan geen grote onderdruk creeen en alles wegzuigen, dus moet er iets daarbuiten zijn .... je hoort en ziet aan mijn spelling dat ik alles maar los opschrijf en vraag. Ik ben toch benieuwd
 

[Michel Uphoff]

Wat is er buiten dit heelal

 
Er is geen 'buiten' het heelal. Dat is heel lastig voor te stellen, maar als je er even over nadenkt is een heelal met een grens ook niet voor te stellen (bordje 'einde heelal', of een harde wand, of een diepe afgrond, en daarachter dan?).
 
Stel je een ballon voor, waarvan het oppervlak het heelal is. Alleen het oppervlak!
Dus het heelal is een oneindig dun laagje aan de buitenkant van die ballon. Let op het woord heelal, dat betekent het alles. Alles wat er was, is, en ooit zal zijn is dat flinterdunne laagje dat het oppervlak van de ballon vormt. Buiten de ballon en binnen de ballon bestaat niet.
In dat platte heelal wonen de tweedimensionale platlanders (ze moeten wel plat zijn, want hun heelal is nul hoog, ze hebben en kennen alleen breedte en diepte). Hoe zou die platlander ooit een rand aan dat heelal kunnen waarnemen? Ze kunnen eindeloos over het oppervlak van die ballon reizen zonder ooit een rand tegen te komen. Ze merken niet eens dat ze over de bol reizen want, van die kromming van het oppervlak (die zich in de hoogte, de derde dimensie, voltrekt) kunnen de tweedimensionale platlanders zich geen enkel beeld vormen.
 
Voor hun is dit heelal dus onbegrensd.
 
Nu zou je kunnen denken dat ze ook naar het midden van de ballon zouden kunnen reizen, maar die derde dimensie is dus voor hun niet waarneembaar. Hun alles is dat dunne laagje. En reizen in een richting die voor hun niet bestaat of buiten het alles reizen is ook voor de platlander onmogelijk.
 
Ons heelal is vierdimensionaal, wij zijn slechts driedimensionaal. Net zoals de platlander die de derde dimensie niet kan waarnemen kunnen wij ons de vierde dimensie niet voorstellen. Als ons heelal in de vierde dimensie (die noemen wij de ruimtetijd) gebogen en gesloten is, is er ook voor ons geen rand, en geen 'buiten'. En voor zover het ons bekend is, is het heelal inderdaad gesloten in de vierde dimensie.
 
Dit is maar een analogie, en die gaan meestal ergens mank. Het zal wel even kauwen op deze beschrijving vereisen, maar wellicht kan je zo wat begrip krijgen van ons eigen beperkte voorstellingsvermogen als het gaat om de vierde dimensie, de ruimtetijd en een onbegrensd heelal.

[MaximVanNoten]

Hartelijk dank voor de snelle reactie. Het blijft toch iets te complex voor mij, alhoewel ik er toch door geboeid ben.

[Benm]

In dat platte heelal wonen de tweedimensionale platlanders (ze moeten wel plat zijn, want hun heelal is nul hoog, ze hebben en kennen alleen breedte en diepte). Hoe zou die platlander ooit een rand aan dat heelal kunnen waarnemen? Ze kunnen eindeloos over het oppervlak van die ballon reizen zonder ooit een rand tegen te komen. Ze merken niet eens dat ze rond de bol reizen want, van die kromming van het oppervlak (die zich in de hoogte, de derde dimensie, voltrekt) kunnen de tweedimensionale platlanders zich geen enkel beeld vormen.
 
Voor hun is dit heelal dus onbegrensd.

Ik denk inderdaad dat deze analogie, zo simpel gesteld, vrij snel mank gaat. Hoewel dergelijke platlanders niet bewust zijn van een 3e dimensie en kromming, zouden ze wel een rondje kunnen maken over de ballon... niet veel anders dan de zeevaarders van welweer die dachten dat de aarde een soort pannekoek was waar je op een gegeven punt vanaf zou vallen (maar wat nooit gebeurde).

De meer realistische reden dat het heelal een 'einde' lijkt te hebben is een combinatie van tijd en lichtsnelheid. Het zichtbare heelal is slechts zo groot als er tijd is verstreken sinds de oerknal. Het heelal is waarschijnlijk groter dan dat, maar er is onvoldoende tijd verstreken om iets te kunnen waarnemen dat verder weg ligt.

In die zin kun je gerust stellen dat het zichtbare heelal ieder jaar een lichtjaar groter wordt. Niet dat het daarvoor werkelijke groter hoeft te worden, alleen kunnen we ieder jaar een jaar verder terugkijken. Gegeven dat dat 1 jaar op pakweg 13 miljard is, is dat an sich niet spectaculair, al zou het best kunnen dat we over nog een miljard jaar best wat nieuws/interessants/spannends kunnen vinden dat nu nog 'voorbij de horizon' ligt.

[peterdevis]

Een kleine nuance: Een n-dimensionale gekromde ruimte (in dit geval 3 ruimtedimensies en een tijdsdimensie) hoeft niet ingebed te zijn in een hogere dimensionale ruimte.
In het geval van het ballon model wil dit zeggen dat het ballonoppervlak er is maar niet de ruimte in of rond de ballon.

[Michel Uphoff]

@benm: zouden ze wel een rondje kunnen maken over de ballon...

 

Ik denk dat je hier de impliciete aanname doet dat de ballon veel kleiner is dan het reële heelal.
Je kan de grens van het waarneembare heelal beter zien als een zich met 2 lichtjaar per jaar uitdijende (minuscule) cirkel ergens op de ballon, de platlander leeft in het centrum van die cirkel. De ballon zelf dijt echter ook weer (versneld) uit. Voor de platlander bestaat er geen mogelijkheid om binnen de levensduur van het heelal een 'rondje' rond die almaar groter wordende ballon te maken.
 
De analogie, waarvan ik een ingedikte versie gaf om het dimensieprobleem wat duidelijker te maken, is echt zo slecht nog niet. Je kan er niet alleen het probleem van een hogere dimensie wat inzichtelijker mee maken, maar ook die van een heelal zonder centrum, de uitdijing ervan, ruimtetijd events, zwarte gaten en wormgaten, 'superluminale' uitdijing, de oerknal et cetera.
 

al zou het best kunnen dat we over nog een miljard jaar best wat nieuws/interessants/spannends kunnen vinden dat nu nog 'voorbij de horizon' ligt

 
Of, en daar lijkt het vooralsnog meer op, dat er spannende zaken aan de rand van het nu waarneembare heelal dan voor eeuwig achter de horizon verdwenen zijn. Volgens de laatste waarnemingen expandeert het heelal in pakweg 23 miljard jaar tot 4 keer de huidige omvang (de rode lijn):
 
[sharedmedia=core:attachments:15635]
 
Zie ook DIT berichtje.

 

@peterdevis: dat het ballonoppervlak er is maar niet de ruimte in of rond de ballon

 
Dat schreef ik ook: Buiten de ballon en binnen de ballon bestaat niet.

[tempelier]

 Dat schreef ik ook: Buiten de ballon en binnen de ballon bestaat niet.

Dat zou betekenen dat een ballon een niet orienteerbaar oppervlak is zoals het Mobius lint.
 
Ik snap wel wat je bedoelt, maar het lijkt me ongelukkig omschreven.

[Benm]

Of, en daar lijkt het vooralsnog meer op, dat er spannende zaken aan de rand van het nu waarneembare heelal dan voor eeuwig achter de horizon verdwenen zijn. Volgens de laatste waarnemingen expandeert het heelal in pakweg 23 miljard jaar tot 4 keer de huidige omvang (de rode lijn):

Dat is wel een lastig concept: Is het daadwerkelijk zo dat er dingen achter de waarnemingshorizon verdwijnen, dwz, dat er dingen ooit wel zichtbaar waren maar het nu niet meer zijn omdat hun afstand te groot is t.o.v. van de leeftijd van het universum?

Ergens zou dat impliceren dat objecten zich relatief aan ons sneller dan het licht bewegen, iets dat me in het universum zoals het nu is toch onwaarschijnlijk in de oren klinkt.

[Michel Uphoff]

Ergens zou dat impliceren dat objecten zich relatief aan ons sneller dan het licht bewegen

Dat is een wijd verbreid misverstand. Ook professionals maken die gedachtenfout nogal eens, dus je bent in goed gezelschap. Lineweaver en Davis sommen in de appendix van hun paper over de meest hardnekkige denkfouten mbt de oerknal en de expansie van het heelal 25 gerenommeerde bronnen op, die het bij het verkeerde eind hebben (zie bijlage).

Met de ballon analogie is duidelijk te maken dat twee sterrenstelsels die zich door de expansie van het heelal met een snelheid > c van elkaar bewegen geen schending van de relativiteit opleveren: Op de ballon tekenen we twee stippen beiden op een bepaalde lengte en breedtegraad. Nu blazen we de ballon verder op. De posities van de stippen op de ballon (de coördinaten) wijzigen niet. Er is geen sprake van enige eigenbeweging want de sterrenstelsel reizen niet door de ruimte. De beweging tussen de stelsels is louter het gevolg van de expansie van het heelal, en niet in conflict met de SR omdat de beweging niet plaats vindt in de ruimte of in een inertiaal frame van welke willekeurige waarnemer dan ook.

De cirkel die de waarnemingshorizon op de ballon voorstelt groeit per lichtjaar 2 lichtjaar in diameter, en als het heelal niet of gering expandeert, zullen van lieverlee sterrenstelsels die buiten die horizon liggen in beeld komen. Maar uit het getoonde grafiekje is op te maken, dat in de toekomst het heelal mogelijk steeds sneller gaat expanderen. Stelsels die net zichtbaar geworden zijn kunnen dan als de expansiesnelheid groot genoeg is weer van het toneel verdwijnen. Uiteindelijk zou het waarneembare heelal dan almaar leger worden.

[caligula]

Quote

@peterdevis: dat het ballonoppervlak er is maar niet de ruimte in of rond de ballon

 
Dat schreef ik ook: Buiten de ballon en binnen de ballon bestaat niet.
 
 
Binnen de ballon is het verleden,en buiten de ballon ligt de toekomst.
Nu maar hopen dat niemand dit serieus neemt:)

[Benm]

De cirkel die de waarnemingshorizon op de ballon voorstelt groeit per lichtjaar 2 lichtjaar in diameter, en als het heelal niet of gering expandeert, zullen van lieverlee sterrenstelsels die buiten die horizon liggen in beeld komen. Maar uit het getoonde grafiekje is op te maken, dat in de toekomst het heelal mogelijk steeds sneller gaat expanderen. Stelsels die net zichtbaar geworden zijn kunnen dan als de expansiesnelheid groot genoeg is weer van het toneel verdwijnen. Uiteindelijk zou het waarneembare heelal dan almaar leger worden.

Het zal inderdaad wel een redenatiefout zijn, maar het blijft nogal contra-intuitief. Zeker als je kijkt naar causaliteit is het een lastige, gezien iets dus een consequentie kan zijn van een fenomeen dat inmiddels achter de waarnemingshorizon is verdwenen.

Niet dat ik zoveel moeite heb met contra-intuitieve zaken (een keer quantumchemie volgen is al genoeg om met gezonde tegenzin iets dat voor je gevoel echt fout is toch als het goede antwoord te zien), maar die causaliteitskwestie zit me toch een beetje dwars.

Bovendien vraag ik me af hoe dat er in de praktijk uit ziet. Stel je kijkt daar een sterrenstelsel oid dat precies op het randje ligt, in een uitdijend heelal. Uiteindelijk kun je dat stelsel niet meer zien, maar wat gebeurd er precies daartussen? Verdwijnt het acuut, of krijgt het langzaam maar zeker een grotere redshift doordat de ruimte waardoor het licht vanaf dat stelsel reist expandeerd?

[Denkertje70]

Het zal inderdaad wel een redenatiefout zijn, maar het blijft nogal contra-intuitief. Zeker als je kijkt naar causaliteit is het een lastige, gezien iets dus een consequentie kan zijn van een fenomeen dat inmiddels achter de waarnemingshorizon is verdwenen.

Niet dat ik zoveel moeite heb met contra-intuitieve zaken (een keer quantumchemie volgen is al genoeg om met gezonde tegenzin iets dat voor je gevoel echt fout is toch als het goede antwoord te zien), maar die causaliteitskwestie zit me toch een beetje dwars.

Bovendien vraag ik me af hoe dat er in de praktijk uit ziet. Stel je kijkt daar een sterrenstelsel oid dat precies op het randje ligt, in een uitdijend heelal. Uiteindelijk kun je dat stelsel niet meer zien, maar wat gebeurd er precies daartussen? Verdwijnt het acuut, of krijgt het langzaam maar zeker een grotere redshift doordat de ruimte waardoor het licht vanaf dat stelsel reist expandeerd?

 
Ik denk dat je hier weer een denkfout maakt. De rand van het waarneembaar universum kan je nooit bereiken. Het universum is namelijk veel groter dan dat wij kunnen waarnemen.
 
Beschouw ons als een punt op de oppervlakte van een uitdijende ballon, dan is het waarneembaar universum een kleine circle rond dat punt. Bewegen wij ons over dat oppervlakte van die ballon dan beweegd die waarneembare grens met ons mee. Als we ons blijven verplaatsen komen ooit op het zelfde punt uit (theoretisch, in praktijk nooit haalbaar). Nu wanneer het universum versneld uitdijt dan kan het zijn dat sommige objecten verdwijnen achter die waarnemingshorizon, maar niet verdwijnt uit ons universum.
 
HV

[Benm]

Het bereiken van de rand van het waarneembare universum is niet van belang - ik doel puur op wat je kunt waarnemen zonder je daarvoor te verplaatsen. Als het hele universum expandeert zou dat toch impliceren dat objecten die ooit zichtbaar waren nu niet meer zichtbaar zijn... en dat er in de toekomst objecten achter de horizon blijven verdwijnen.

Ik vraag me af hoe het er (vanaf de aarde gezien) precies uitziet als iets voorbij de horizon vliegt en daarmee van waarneembaar niet-waarneembaar wordt. Dat het voor dat object zelf niet van belang is lijkt me logisch, tenzij iemand daar toevallig onze kant op kijkt en de melkweg ziet verwijnen

[317070]

Ik vraag me af hoe het er (vanaf de aarde gezien) precies uitziet als iets voorbij de horizon vliegt en daarmee van waarneembaar niet-waarneembaar wordt.

Het signaal wordt gewoon steeds zwakker, de golflengtes steeds langer, totdat het signaal tussen de ruis verdwijnt.

[Michel Uphoff]

Ik vraag me af hoe het er (vanaf de aarde gezien) precies uitziet als iets voorbij de horizon vliegt en daarmee van waarneembaar niet-waarneembaar wordt.

Dat gebeurt niet, althans niet binnen afzienbare tijd. Als het object zelf door de expansie achter de eventhorizon verdwijnt zal het eerder uitgezonden licht nog miljarden jaren reizen vooraleer het ons bereikt. Sterker, heel veel objecten die wij nu waarnemen zijn inmiddels in feite met een snelheid groter dan c van ons af reizend (mag je eigenlijk niet zo zeggen, want die objecten reizen niet door maar met de ruimte) allang achter de waarnemingshorizon verdwenen. Alleen objecten die zich nu op de particle horizon bevinden vertonen een oneindige roodverschuiving en zijn dus onzichtbaar.

Het is al met al tamelijk verwarrende materie (Hubblesfeer, event horizon, particle horizon), vandaar dat er zoveel misvattingen over bestaan. In de bijlage bij bericht 9 wordt deze en andere fenomenen door Davis en Lineweaver uitgebreid toegelicht.