Ausdehnung des Raums vs. Bewegung im Raum [Duplikat]

Das Problem tritt auf, weil Sie Geschwindigkeiten relativ zu anderen Objekten messen. Wir haben einen praktischen Messstab in Form des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), von dem wir glauben, dass er mit dem Universum „in Ruhe“ ist.

Wenn wir die Wellenlänge des CMB von der Erde aus messen, sehen wir eine leichte Blauverschiebung in einer Richtung und eine leichte Rotverschiebung in der anderen, also wissen wir, dass wir in „diese“ Richtung mit etwa 625 km/s fahren .

Stellen Sie sich nun eine entfernte Galaxie mit einer massiven Rotverschiebung vor. Nun, das CMB drumherum hat auch eine massive Rotverschiebung. Die Subtraktion der beiden gibt uns die Geschwindigkeit der Galaxie selbst.

Es könnte auch hilfreich sein zu erkennen, dass das Konzept der "Entfernung" in der Allgemeinen Relativitätstheorie viel subtiler ist als die alltägliche Version, weil es vom Koordinatensystem abhängt. GR gibt Ihnen die Anweisungen, wie Sie eine Entfernung erhalten, sobald Sie ein Koordinatensystem ausgewählt haben, was bedeutet, dass GR eine "metrische" Theorie ist. Wir sind daran nicht gewöhnt, wir glauben, dass Sie 2D-Breiten- und Längenkoordinaten oder kartesische Koordinaten in 3D verwenden können und trotzdem feststellen, dass die Entfernung zwischen New York und London eine bestimmte Sache ist. Aber auf Skalen des gesamten Universums können Sie sehr unterschiedliche Entfernungen erhalten, je nachdem, wie Sie die Ereignisse koordinieren. Aufgrund des kosmologischen Prinzips sticht jedoch ein Koordinatensystem hervor, das als "mitbewegte Rahmenkoordinaten" bezeichnet wird und sich mit dem Durchschnitt der lokalen Materie bewegt, denn in diesen Koordinaten scheint das Universum in einem bestimmten Alter überall gleich zu sein. Es ist diese Wahl der Koordinaten, die zwischen „was der Raum tut“ und „was die Materie im Raum tut“ analysiert. Ob dies nur eine bequeme Sprache ist oder etwas Tieferes darstellt, erfordert die Entdeckung neuer Gesetze, um festzustellen, aber im Moment ist das kosmologische Prinzip eine Art Organisationsprinzip der Bequemlichkeit.

Beachten Sie jedoch, dass die Geschwindigkeitsbegrenzung der speziellen Relativitätstheorie diesen Problemen nicht unterliegt, da diese Geschwindigkeitsbegrenzung nur für zwei Objekte gilt, die einander im Wesentlichen am gleichen Ort und zur gleichen Zeit passieren. Die globalen Koordinaten spielen bei einer solchen lokalen Interaktion keine Rolle, genauso wie Sie keine Breiten- und Längenkoordinaten benötigen, um festzustellen, wie schnell Sie auf der Autobahn an jemandem vorbeifahren.

In der Praxis kann man per se nicht zwischen „Eigengeschwindigkeit“ und „Hubble-Strömung“ unterscheiden . Es gibt jedoch zahlreiche Möglichkeiten, beides zu bilanzieren. Der wichtigste zu berücksichtigende Faktor ist, dass Galaxien der Gravitationsdynamik genauso gehorchen wie alle anderen Objekte (wie Sterne in Galaxien oder Planeten in Sternensystemen). Insbesondere ihre (eigenartige) Geschwindigkeit hängt von der lokalen Umgebung ab. Wenn Sie einen Haufen von Galaxien beobachten, die miteinander assoziiert sind, können Sie Variationen in den Geschwindigkeiten der einzelnen Galaxien (Eigengeschwindigkeit) und auch eine durchschnittliche Geschwindigkeit des Haufens als Ganzes (Hubble-Fluss, Geschwindigkeit) sehen. Galaxien im Feld (dh nicht in Haufen) neigen dazu, viel geringere Eigengeschwindigkeiten zu haben.

Wenn Sie sich viele Galaxien ansehen – sogar solche, die völlig nicht miteinander verbunden sind –, werden sich ihre eigentümlichen Geschwindigkeiten tendenziell ausgleichen, weil sie in zufälligen Richtungen liegen.

Wenn Sie die Raumausdehnung ausklammern, bleibt Ihnen die eigentümliche Geschwindigkeit eines Objekts.