Der Durchmesser meines beobachtbaren Universums beträgt 90 Milliarden, gemessen in angemessener Entfernung. Aber ist die Länge in der Relativitätstheorie nicht eine relative Größe? Könnte ein Beobachter, der sich mit einer anderen Geschwindigkeit als ich bewegt, einen anderen Durchmesser für mein beobachtbares Universum messen?
Antworten:
Wenn sich der Beobachter immer mit hoher Geschwindigkeit bewegt hat, misst er einen anderen Wert als Sie. Aber wenn er gerade auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, erhalten Sie das gleiche Ergebnis.
Der Grund dafür ist, dass der Radius des beobachtbaren Universums als die Entfernung definiert ist, die das Licht seit dem Urknall zurückgelegt hat, und dies hängt nicht von Ihrer momentanen Geschwindigkeit ab.
Wenn sich ein Beobachter jedoch beispielsweise mit der 0,866-fachen Lichtgeschwindigkeit bewegte, als das Universum geboren wurde, wäre das Universum im Referenzrahmen dieses Beobachters nur 1/2 das von Ihnen gemessene Alter, dh 6,9 Gyr. In diesem Alter betrug der Radius des beobachtbaren Universums nur ~ 39 Gly, dh ~ 0,8-facher Barwert.
Beachten Sie, dass der Beobachter langsam beschleunigen muss, damit dieses Ergebnis genau ist. Der Grund ist, dass in einem expandierenden Universum eine gegebene "eigentümliche" Geschwindigkeit wrt. Die umgebende Materie nimmt langsam ab, da sich das kommende Koordinatensystem mit dem Universum ausdehnt. Zum Beispiel würde sich ein Beobachter, der zu dem Zeitpunkt, als der kosmische Mikrowellenhintergrund 380.000 Jahre nach dem Urknall veröffentlicht wurde , mit , heute nur mit 80 km / s bewegen, wenn er nicht weiter beschleunigte.
Wenn der Beobachter klug wäre, würde er wahrscheinlich erkennen, dass er nicht in einem asymmetrischen Universum lebte, in dem die gesamte Materie nahe der Lichtgeschwindigkeit vorbeizudrehen schien, sondern dass das Universum ziemlich isotrop war, aber er / sie hatte irgendwie eine hohe Geschwindigkeit in Bezug auf alles andere erreicht. Es wäre dann möglich, das "wahre" Alter des Universums abzuleiten.
Was würde ein Beobachter sehen, wenn er sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würde? Sie würden sehen, dass Entfernungen entlang der Bewegungsrichtung kürzer erscheinen, aber senkrecht zu dieser Richtung würden Entfernungen normal erscheinen (dh dieselben wie Beobachter im nicht bewegten Rahmen). " Nicht bewegend ", sagst du wütend. "Alle Bewegungen sind relativ. Wie kann es einen unbeweglichen Rahmen geben?" Nun, es gibt einen speziellen Rahmen relativ zum Mittelwert der gesamten Masse im sichtbaren Universum, und in diesem Rahmen ist die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung über alle Richtungen am Himmel gleichmäßig. Dies ist ein natürlicher nicht beweglicher (und nicht rotierender) Rahmen für die Kosmologie, der als Comoving Frame bezeichnet wird.
Nun zurück zum beweglichen Rahmen. Dort beobachtet man alle nahe gelegenen Galaxien in Bewegungsrichtung als bläulich verschoben und alle nahe gelegenen Galaxien dahinter als rotverschoben. Daher wäre das Hubble-Gesetz eine Funktion der Richtung und wäre ziemlich kompliziert, wenn man nicht alle geeigneten relativistischen Korrekturen vornehmen würde. Wenn die Beobachter die Relativitätstheorie nicht kennen und einfach das Hubble-Gesetz anhand gemessener Geschwindigkeiten und geschwindigkeitsunabhängiger Abstandsmaße korrigieren würden, würden sie daraus schließen, dass das Universum wie ein abgeflachtes Ellipsoid geformt ist (in einer Richtung zu kurz und in der anderen Richtung korrekt) 2 Richtungen aus unserer Sicht). Tatsächlich ist es für sie jedoch diese Form und sie können sich tatsächlich schneller zwischen Sternen und Galaxien in dieser einen Richtung bewegen als wir (zumindest in ihrer Vorwärtsrichtung). Na sicher,
Sie werden auch einen Mikrowellenhintergrund beobachten, der in einer Richtung etwas wärmer und in der entgegengesetzten Richtung kälter ist und im Kreis zwischen diesen 2,7 K beträgt. Wenn sie die Relativitätstheorie kennen, werden sie verstehen, warum dies so ist und warum die Dichte der Galaxien in einer Dimension höher ist und warum das Hubble-Gesetz so kompliziert ist. Aber ja, ihr Universum wird im wahrsten Sinne des Wortes kleiner sein (in einer Dimension) als unser Universum.
Galaxien haben alle eine Bewegung im kommenden Rahmen und dies wird als eigentümliche Geschwindigkeit bezeichnet. Die Milchstraße wird mit ungefähr 50 km / s in Richtung Andromeda-Galaxie gezogen, und die gesamte lokale Gruppe wird mit 100 - 200 km / s in Richtung des Virgo-Clusters (dem Zentrum des lokalen Superclusters) gezogen. Galaxien im Virgo-Cluster haben eine Geschwindigkeitsstreuung von 700 km / s, so dass sich einige etwa doppelt so schnell bewegen. Und eine große Region bewegt sich aufgrund von Superclustern in großen Entfernungen mit ~ 500 km / s. Da sich diese besonderen Geschwindigkeiten jedoch auf weniger als 2.000 km / s summieren, wird keine außerirdische Rasse relativistische Geschwindigkeiten erreichen, es sei denn, sie befinden sich in einem Raumschiff ihrer eigenen Entwicklung.
Noch ein Problem. Auf der Zeitskala von einer Milliarde Jahren oder mehreren bewegt sich dieser sich bewegende Rahmen an einen Ort im Raum, der sich mit einer ähnlichen Geschwindigkeit bewegt, und verschmilzt so mit dem sich nicht bewegenden (aber expandierenden) Rahmen. Langsam verwandelt sich ihr abgeflachtes Universum in ein kugelförmiges, es sei denn, sie haben die Möglichkeit, kontinuierlich zu beschleunigen.