Paul Sutter ist Astrophysiker an der Ohio State University und leitender Wissenschaftler am COSI Science Center. Sutter ist auch Gastgeber der Podcasts Ask a Spaceman und RealSpace und der YouTube-Serie Space In Your Face.

Wir alle wissen, dass sich das Universum ausdehnt, oder? Nun, wenn du es nicht wusstest, jetzt bist du es. Wir leben in einem expandierenden Universum: Jede Galaxie fliegt von jeder anderen Galaxie weg. Dies führt natürlich zu einer häufig gestellten Frage: Wenn das Universum expandiert, in was expandiert es? Mehr Universum? Nichts? Etwas, das einem vagen Nebel ähnelt? Wo ist der Rand unserer kosmischen Seifenblase?

Nun, unser Universum hat eine Kante — das heißt, wenn Sie mit „unserem Universum“ das beobachtbare Universum meinen. Die Lichtgeschwindigkeit ist genau das – eine Geschwindigkeit – und das Universum gibt es nur so lange (etwa 13,77 Milliarden Jahre), was bedeutet, dass uns nur so viel vom Universum durch das Licht offenbart wurde, das diese riesigen kosmischen Entfernungen zurückgelegt hat. Und was liegt außerhalb unserer beobachtbaren Grenze? Das ist einfach: Es sind einfach mehr Sachen, wie Galaxien und Schwarze Löcher und neue, fantastische Käsesorten. Es ist für uns für immer unerreichbar, sicher – aber es ist immer noch da drüben.

Aus unserer Perspektive sieht es so aus, als wären wir im Zentrum von allem und jede einzelne Galaxie fliegt von uns weg. Das führt natürlich zu der Argumentation „Es muss eine Kante geben“. Aber nehmen wir an, Sie sind zu Andromeda gesprungen, unserem nächsten galaktischen Nachbarn. Von diesem neuen Standpunkt aus sieht es immer noch so aus, als ob Sie sich im Zentrum des Universums befinden und alles von Ihnen wegfliegt. Lassen Sie uns jetzt wirklich verrückt werden und so tun, als könnten wir Sie in die am weitesten entfernte beobachtbare Galaxie teleportieren, am äußersten Rand unserer Beobachtungsreichweite. Ratet mal, was? Ja, von Ihrer Position aus sieht es so aus, als wären Sie im Zentrum des Universums, und jede Galaxie — einschließlich der fernen Milchstraße — rast von Ihnen weg.

Das meinen wir, wenn wir sagen: „Das Universum expandiert.“ Jede Galaxie weicht von jeder anderen Galaxie ab (mit ein paar kleinen Ausnahmen von lokalen Fusionen, aber das ist das Thema eines anderen Artikels).

Aber es muss ein Limit geben, oder? Es ist nicht so, dass das Universum unendlich ist, oder? Stimmt’s?

Nun, wahrscheinlich nicht. Obwohl es sehr, sehr, sehr groß ist, ist das Universum wahrscheinlich nicht unendlich groß.

Aber es braucht immer noch keine Kante.

Denken Sie noch einmal darüber nach, von Galaxie zu Galaxie zu hüpfen. Von der Milchstraße aus sieht das Universum aus wie eine riesige Seifenblase, die an Größe zunimmt, mit uns im Zentrum. Aber aus einer anderen Galaxie sieht diese universelle Blase anders aus, weil es eine andere Galaxie im „Zentrum“ der Blase gibt.. Was wir versucht sein könnten, ein „Inneres“ oder einen „Rand“ unseres Universums zu nennen, ist aus der neuen Perspektive bedeutungslos. Das gilt für jede einzelne Galaxie.

Ich sage es noch einmal: „Expandierendes Universum“ bedeutet nur, dass sich jede Galaxie weiter von jeder anderen Galaxie entfernt. Das war’s! Keine Kante. Keine Blase. Nichts zu erweitern. Die Mathematik ist einfach: Das Universum wird mit der Zeit größer. Und das war’s.

Machen wir einen Schritt zurück. Jeder kennt die üblichen Analogien, die verwendet werden, um ein expandierendes Universum zu beschreiben: Galaxien sind wie Ameisen, die auf einem Wasserball herumkriechen. Wir sind alle Rosinen in einem Laib Brot. Und – oh! — der Wasserball bläst sich auf! Ja! Der Laib Brot steigt in den Ofen! Der Weltraum dehnt sich aus und die Galaxien werden mitgerissen! Siehst du? Ganz ruhig!

Diese Analogien vermitteln sicherlich einen wichtigen Punkt: Die Galaxien fliegen nicht oder schießen oder walzen voneinander weg. Es ist der Raum unter ihnen, der die ganze Arbeit der Expansion macht; Die Galaxien sind nur für die kosmische Teppichfahrt da.

Aber diese Analogien tragen auch einen fatalen Fehler. Wir alle können uns leicht einen aufblasbaren Wasserball oder einen aufsteigenden Laib Brot vorstellen, und wir denken sofort daran, dass sie sich zu etwas ausdehnen: leere Luft. Der Strandball hat eine Haut. Der Laib hat eine köstliche, knusprige Kruste. Sie haben Kanten, und sie bewegen sich in etwas.

Unser Verstand hat uns einen Streich gespielt, und es hindert uns daran, völlig ehrfürchtig zu sein, was vor sich geht.

Wenn wir die Ameisen-auf-einem-Strandball-Analogie verwenden, ist das erste, was die Leute sagen, „Warum Ameisen?“ Ich weiß es nicht, kümmere dich darum. Und das zweite, was die Leute sagen, ist: „Oh, das Zentrum des Universums ist genau dort, in der Mitte des Balls.“ An diesem Punkt muss ich mich mit den Grenzen der Analogie auseinandersetzen: Unser gesamtes Universum ist die Oberfläche des Wasserballs. Und die Oberfläche des Balls hat kein Zentrum. So wie die Oberfläche der Erde kein Zentrum hat. Wir hätten die Stangen überall machen können, wo wir wollten.

Im Beachball-Modell ist unser gesamtes Universum eine zweidimensionale Oberfläche, voll von idiotischen Ameisen, die versuchen, aufeinander zuzukriechen, aber scheitern, weil ein Idiot es immer wieder aufbläst. OK, gut, was auch immer. Dieses Modelluniversum ist zweidimensional, aber vor unserem geistigen Auge denken wir sofort daran, dass es sich in eine dritte Dimension ausdehnt — eine Dimension, auf die die Ameisen nicht zugreifen können, weil sie nicht springen können. Diese zusätzliche Dimension bietet jedoch einen „Ort“, an dem sich die Oberfläche des Balls ausdehnen kann.

Aber unser wirkliches Universum ist dreidimensional. Während die Stringtheorie vorschlägt, dass es zusätzliche Dimensionen geben könnte, sind sie alle supertiny, also zählen diese nicht. Gibt es also eine vierte zusätzliche Dimension, die das „Zeug“ liefert, in das sich unser Universum ausdehnen kann?

Vielleicht, vielleicht nicht. Hier ist das Ding: Die Mathematik könnte eine vierte Dimension unterstützen, in die sich unser 3D-Universum ausdehnen kann. Und wir hätten definitiv eine „Kante“ in dieser zusätzlichen Dimension, genauso wie Sie auf die „Kante“ einer 2D-Wasserballoberfläche zeigen können.

Aber es muss nicht.

Wir brauchen keine vierte Dimension, um unser Universum zu umhüllen. Wir haben eine vollständige und konsistente mathematische Beschreibung der Expansion des Universums, die nur die normalen, alltäglichen drei Dimensionen verwendet, die wir kennen und lieben. Das bedeutet also, dass wir ein expandierendes Universum haben können, ohne einen Rand oder etwas zu brauchen, in das es sich ausdehnen kann.

Ich gebe zu, ich habe Probleme, meinen Kopf um dieses Konzept zu wickeln. Aber das ist das Schöne daran, Mathematik zu verwenden, um das Universum zu verstehen: Wir können Konzepte erstellen und manipulieren, die unser Gehirn einfach nicht alleine bewältigen konnte!

Erfahren Sie mehr, indem Sie sich die Episode „What’s the Point in Talking About Science?“ auf dem Ask A Spaceman Podcast, erhältlich bei iTunes und im Internet unter http://www.askaspaceman.com. Stellen Sie Ihre eigene Frage auf Twitter mit #AskASpaceman oder folgen Sie Sutter@PaulMattSutter und facebook.com/PaulMattSutter .

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