Det observerbare universet

Universet versus det observerbare univers

Mange referanser til universet i astronomisk og astrofysisk litteratur er implisitt en referanse til det observerbare universet. Den del av universet som ikke er observerbart kan man per definisjon ikke få informasjon fra, og det har ingen årsakssammenheng (en. causally disconnected) med vårt observerbare univers. Med dette mener man at det observerbare universet på et senere tidspunkt kan inkludere nye regioner av universet. Av samme grunn vil det med nåværende teori ikke være mulig å forme testbare hypoteser om universet, dets totale størrelse, alder, eksistensen av parallelle univers (multivers) og lignende ideer. Dette må derfor behandles mer fra et filosofisk og religiøst ståsted enn en astrofysisk behandling. 
Jorden er sentrum i vårt observerbare univers, men dette er ingen særstilling i forhold til andre mulige observerbare universer, og sier ingen ting om jorden eller solsystemets posisjon i universet som sådan.

Alder og størrelse

Størrelsen av det observerbare universet beregnes på grunnlag av hvor de objektene man kunne ha observert i ytterkanten «i dag» befinner seg. Dette kalles «Comoving distance» (Samflyttende avstand) og gir en radius på omkring 46,5 milliarder lysår. Lyset fra disse objektene observeres i dag som kosmisk mikrobølgebakgrunnsstråling og ble sendt ut for 13,7 milliarder år siden.
Lyset fra de eldste objektene vi kan observere ble sendt ut da universet var omtrent 200 millioner år gammelt. Før dette var universet en fra en alder på omkring 300 000 år ikke transparent for synlig lys fordi det ble avkjølt slik at hydrogenatomene ikke lenger var ionisert. Fra ca. 200 til 1000 millioner år etter universets skapelse foregikk en reionisering på grunn av stråling fra den første generasjonen stjerner. De eldste objektene var da bare 40 millioner lysår unna vår posisjon i det observerbare univers (jorden og solen ble dannet for «bare» 4.5 milliarder år siden). Lyset har derfor beveget seg gjennom et rom som stadig ekspanderer og har brukt 13,5 mrd år på veien. Det er derfor også sterkt rødforskjøvet. Samtidig har objektene fjernet seg fra hverandre og utviklet seg til galakser med stjerner i flere generasjoner. Relativistisk sett eksisterer det ingen «samtidig universell tid». En anvender derfor nåtidsbegrepet i henhold til kosmologisk tid.
Hubblegrensen er en tenkt grense der universets ekspansjon medfører at objektene fjerner seg fra jorden med lysets hastighet. Hubblekonstanten gir en ekspansjon etter Hubbles-Lemaîtres lov v = HD . Hastigheten (v) et objekt fjerner seg med er Hubblekonstanten (H) ganger avstanden (D) til objektet. Dette vil for lange avstander medføre at ekspansjonshastigheten blir større enn lyshastigheten. Dette er ikke et paradoks sett i forhold til relativitetsteorien, da det ikke er objektene som beveger seg – snarere er det selve rommet mellom dem som utvider seg. På samme måten vil også rommet mellom atomene i et objekt utvide seg, men så lite at elektromagnetisme og kjernekreftene langt overskrider effekten og holder materien sammen. Jorden er allikevel en anelse større enn den ville vært uten denne effekten. 
Når universet ekspanderer er det derfor ikke stjernene og galaksene som beveger seg fra hverandre (som i en eksplosjon), men selve rommet mellom objektene som utvider seg, som antydet i illustrasjonen. Individuelt kan stjerner og andre objekter i universet ha stor hastighet, men totalt sett er det liten eller ingen gjennomsnittlig relativ hastighet mellom objektene i universet. En effekt er at når avstanden mellom galakser øker, vil den tilsynelatende hastigheten mellom dem som følge av ekspansjonen øke, ifølge Hubbles-Lemaîtres lov. Den naturlige relative hastigheten mellom dem vil derfor etter hvert bli lavere enn ekspansjonshastigheten for stadig flere galakser, og antall kollisjoner mellom galaksesystemer vil minke. Dette er en observert effekt som styrker denne teorien.
Det observerbare universet er kuleformet og nær «flatt» og har derfor et volum på omkring 4/3π R³ = 4.0×10³² kubikklysår eller 3.4×10⁸⁰ kubikkmeter. Enhver observatør vil se seg selv i det observerbare universets sentrum, og alle andre objekter i det ekspanderende universet vil fjerne seg fra ham/henne etter Hubbles-Lemaîtres lov. Siden ekspansjonen er lik over hele universet vil alle observatører oppleve det samme; ingen av dem er på noen måte unike i denne sammenheng.
Disse tallene refererer til offisielle nye kilder. Det oppgis en rekke andre tall for størrelsen basert på forskjellige kilder og alder på observasjonen. Så sent som for 8 år siden lå variasjonen i alder på mellom 10 og 20 mrd år, og usikkerheten i ekspansjon medførte anslag for radius på mellom 25 og 160 mrd lysår.