Enthält altes Licht Hinweise auf sein Alter?

Licht „erfährt“ Zeit nicht, der Begriff „Alter“ trifft auf Licht nicht sinnvoll zu (in Bezug auf die menschliche Erfahrung). [Als Hintergrund; Erinnern Sie sich an Uhren, die für Objekte langsam sind, wenn sie sich der "Lichtgeschwindigkeit" nähern und eine theoretische 0 erreichen, wenn die volle Lichtgeschwindigkeit erreichbar wäre.] Eine Gedankenexperiment-Uhr auf einem Photon würde daher stillstehen. Die Quelle eines Photons hat ein „Alter“ im traditionellen Sinne (menschliche Erfahrung), und es ist Standard, dass wir sagen, dass das Licht so alt ist wie seine Quelle. Dieses "Alter" bringt dann nicht den traditionellen Effekt des Alterns mit sich.

Während die Lichtquelle auf traditionelle Weise altert und tatsächlich vollständig ausgebrannt sein kann, obwohl wir sie heute von unserer entfernten Position im Weltraum aus beobachten können, ist jedes Photon von einem Objekt, egal wie alt die Quelle ist, in keiner Weise anders als neu geschaffen Photon, vorausgesetzt, es hat die gleiche Wellenlänge. Aus meiner Sicht könnte man das "Zeitalter" des Lichts ohne Kenntnis seiner Quelle nicht erkennen, weil Licht in Wirklichkeit zeitlos ist.

Das älteste Licht im Universum ist der kosmische Mikrowellenhintergrund, der nur etwa 380.000 Jahre jünger ist als das Universum. Es zeigt Anzeichen seines Alters in der Rotverschiebung, die bei der Expansion des Universums aufgetreten ist – das CMB wäre sichtbar gewesen, als es entstanden ist, und befindet sich jetzt im Mikrowellenspektrum. Abgesehen davon stimmen die Ergebnisse jedoch damit überein, dass es sich wie normales "junges" Licht verhält.

Kein Experiment kann beweisen, dass sich Licht nicht in irgendeiner Weise über einen bestimmten Zeitraum entwickelt – wir können nur bestimmte Wege testen, von denen wir erwarten, dass sich Licht entwickeln könnte, und Grenzen für die Zeiträume festlegen, in denen sie auftreten müssen. Die Vorstellung, dass sich Licht im Laufe der Zeit auf irgendeine Weise entwickeln könnte, ist also nicht wirklich falsifizierbar. Wenn ein Doktorand daran arbeiten würde, würde ich definitiv sagen, dass dies im Zusammenhang mit spezifischen, falsifizierbaren Theorien darüber stehen sollte, wie sich Licht im Laufe der Zeit entwickeln könnte.

Soweit ich weiß, erfordern alle Modelle, bei denen sich das Photon überhaupt entwickelt, dass das Photon eine Ruhemasse ungleich Null hat. Wenn Photonen eine Ruhemasse ungleich Null haben, könnten sie über einen langen Zeitraum in andere Teilchen zerfallen, sie könnten oszillieren, wie Neutrinos es mit einem anderen Teilchen tun, und sie würden mit der Zeit (sehr leicht) langsamer, wenn sie rotverschoben würden. Die Particle Data Group listet aktuelle Grenzwerte für die Photonenmasse auf$m_\gamma < 10^{-18}~\rm eV$. Beachten Sie, dass dies impliziert, dass die Geschwindigkeit eines CMB-Photons innerhalb liegt$2\cdot10^{-4}\rm\frac{meters}{universe\ age}$der nominalen Lichtgeschwindigkeit, so dass die Verlangsamung, falls vorhanden, viel zu gering wäre, um direkt gemessen zu werden.

Man kann die Frage stellen „wie alt ist dieses Gesteinsstück“ und gute Antworten erhalten, indem man die Veränderungen in den Gitterstrukturen mit der Zeit untersucht, die Streuung anderer Atome im Gitter, die ebenfalls von der Zeit abhängt, usw. Wir können das denn die Grundgitter des Gesteins sind zeitlich konstant. Sie können mit einer bestimmten Rate zusammenbrechen, mit zusätzlichen Atomen mit einer bestimmten Rate interagieren usw., aber die Basis ist zeitlich konstant.

Licht besteht aus Zillionen von Photonen in Überlagerung (nicht Wechselwirkung), wobei sich die quantenmechanischen Wellenfunktionen der Photonen so addieren, dass sie das beobachtete Licht erzeugen. Im Gegensatz zu Atomen in einem Gitter ist die Struktur instantan, dh eine Scheibe in dieser klassischen Lichtwellenlösung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung

wird Zillionen von Photonen enthalten, die entlanglaufen und keine Geschichte behalten außer der Geschichte der Frequenz der Welle, die ihre Energie ist$E=h\nu$. Dies kann Doppler-verschoben werden und Spektrallinien können eine Geschichte der Laufzeit und des Ursprungs geben. So ist es möglich, für spezielle Situationen (wie die Doppler-Verschiebung) eine Historie in den Wellenzügen zu finden, die von weit her kommen, und bei intermittierenden Signalen, wie auch bei Pulsaren, kann man zusätzliche Informationen aus den Variationen der Amplitude des ankommenden Lichts gewinnen , wie bei Neutronensternverschmelzungen, die die Geschichte der Verschmelzung bei elektromagnetischer Strahlung (neuerdings auch bei Gravitationsstrahlung , aber das ist eine andere Geschichte) wiedergeben.

Tatsächlich könnte diese völlig neue Erforschung von Zeitkristallen ein Fenster in die Zukunft öffnen für etwas Ähnliches wie die Kontaminationen, die die Zeit in einem normalen Kristall hervorruft, wo eine Geschichte enträtselt werden kann, aber ich halte nicht den Atem an. Es wurden keine natürlichen Zeitkristalle vorgeschlagen, die Wellenzüge gesendet haben könnten, die verwendet werden könnten, um eine Geschichte aus dem ankommenden Licht zu extrahieren.

Licht, das von kosmischen Quellen emittiert wird, weist normalerweise Spektrallinien bekannter Elemente wie Wasserstoff auf. Bewegt sich die Lichtquelle von uns weg oder verliert Licht unterwegs seine Energie, verschieben sich die Spektrallinien zum roten Ende hin. Da sich das Universum ausdehnt, so dass alles Licht auf seiner Reise seine Energie verliert, können wir ungefähr abschätzen, welche Entfernung das Licht zurückgelegt hat, indem wir die Verschiebung der Spektrallinien messen.

Meiner Meinung nach verliert Licht langsam eine kleine Menge an Energie, wenn es sehr lange Strecken zurücklegt. Dies äußert sich in einer Rotverschiebung des Lichts entfernter Galaxien. Diese Energie geht nicht verloren, sondern entsteht durch das Lichtteilchen, das Lichtquelle und Lichtziel voneinander wegschiebt. Dies könnte als Beispiel für die elektromagnetische Kraft angesehen werden, die zwei Galaxien voneinander wegdrückt, wenn Licht zwischen ihnen hin und her springt. Obwohl der aktuelle wissenschaftliche Konsens darin besteht, dass diese Rotverschiebung durch die Ausdehnung des Weltraums selbst verursacht wird, glaube ich, dass eine solche Ausdehnung des Weltraums dazu geführt hätte, dass sich die großräumigen Strukturen des Universums wie Galaxienhaufen vor langer Zeit aufgelöst hätten. Licht, das zwischen Galaxien wandert, würde jedoch eine Kraft verursachen, die die Galaxien voneinander wegdrückt. Dies hätte den gleichen Effekt wie eine Raumausdehnung, allerdings ohne die Notwendigkeit "dunkler Energie" oder eine Verletzung des Massen- und Energieerhaltungssatzes. Egal, ob Sie meine Meinung teilen oder strikt der wissenschaftlichen Gemeinschaft folgen,Sie können eine allgemeine Vorstellung davon bekommen, wie alt Licht ist, indem Sie seine Rotverschiebung relativ zur erwarteten Frequenz messen .