Erkunden über Ereignishorizonte hinaus

Wenn sie weit entfernt sind, haben sie eine relative Trennungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit, und wenn ja, wie können wir solche Galaxien überhaupt entdecken?

Wir können solche Galaxien nicht entdecken. Die Rotverschiebung geht am kosmischen Horizont ins Unendliche, und wir können nicht darüber hinaussehen. Beachten Sie, dass sich der kosmische Horizont von der Hubble-Sphäre unterscheidet: An der ersteren reichen relative Geschwindigkeiten gemäß parallelem Transport entlang des Lichtstrahls$c$, während die Rezessionsgeschwindigkeiten reichen$c$bei letzterem. Was beobachtbare Effekte betrifft, ist die Hubble-Sphäre weitgehend irrelevant.

Gibt es eine Möglichkeit, solche unsichtbaren Horizonte mit solchen Effekten zu entdecken?

Nein, Verschränkung kann so nicht genutzt werden – sie ist ohne einen klassischen Informationskanal zum 'Notieren' völlig nutzlos. Wenn eines Ihrer Partikel hinter einem Ereignishorizont verschwindet, ist ein solcher Kanal nicht verfügbar (Beachten Sie, dass das Partikel aus Ihrer Sicht tatsächlich niemals den Horizont überqueren wird, sondern in der Zeit eingefroren und aufgrund der Rotverschiebung nicht mehr beobachtbar wird).

Die Tatsache, dass die Teilchen quantenkorreliert statt klassisch sind, spielt keine Rolle. Anstatt verschränkte Teilchen und den kosmologischen Horizont zu verwenden, könnten Sie eine rote Kugel und eine blaue Kugel nehmen und sie ohne hinzusehen in zwei Kästen legen. Werfen Sie dann eine der Kisten in ein schwarzes Loch und öffnen Sie die andere. Sie wissen sofort, welche Kugel im Schwarzen Loch gelandet ist - aber was sagt Ihnen ein solches Experiment über sein Inneres?

Selbst in der speziellen Relativitätstheorie gilt die Behauptung, dass sich Licht immer mit einer konstanten Geschwindigkeit von c fortbewegt, nur in Trägheitsreferenzsystemen , in nicht-inertialen Koordinatensystemen wie Rindler-Koordinaten kann die Koordinatengeschwindigkeit (Änderung der Positionskoordinate in Bezug auf die Koordinatenzeit) möglicherweise variieren. In der Allgemeinen Relativitätstheorie sind alle Koordinatensysteme, die große Bereiche der gekrümmten Raumzeit abdecken, nicht inertial, obwohl es in infinitesimalen Bereichen der Raumzeit „lokale“ Trägheitssysteme geben kann und gemäß dem Äquivalenzprinzip gemessen werden muss, dass Licht eine lokale Geschwindigkeit von c hat in allen lokalen Inertialsystemen.

Wenn Sie die bestimmte Wahl der Zeitkoordinate verwenden, die in der Kosmologie am häufigsten vorkommt (so gewählt, dass die durchschnittliche Dichte von Materie / Energie zu jedem Zeitpunkt der Koordinatenzeit über große Bereiche des Raums ungefähr gleichmäßig ist), und verwenden Sie die richtige EntfernungUm die Entfernung zwischen Galaxien oder Lichtstrahlen zu messen (wobei die richtige Entfernung die Entfernung ist, die von einer Reihe kurzer Lineale gemessen würde, die zu einem bestimmten Zeitpunkt der Koordinatenzeit aneinandergereiht sind), können Sie eine "Geschwindigkeit" in Begriffen definieren der ratenrichtigen Entfernung ändert sich mit der Koordinatenzeit. Die Gesamtgeschwindigkeit eines Objekts in jeder geeigneten Entfernung D kann in eine Summe aus „Rezessionsgeschwindigkeit“ aufgrund der Ausdehnung des Weltraums (die Geschwindigkeit, mit der sich eine durchschnittliche Galaxie in dieser Entfernung von uns entfernen würde) und "eigenartige Geschwindigkeit" aufgrund der Bewegung des Objekts relativ zu dem, was wir für ein "durchschnittliches" Stück Materie in dieser Entfernung erwarten würden. Die Rückzugsgeschwindigkeit im richtigen Abstand D, dh die erwartete Geschwindigkeit für ein durchschnittliches Stück Materie im Abstand D,als v = HD, wobei H die Hubble-„Konstante“ ist (der Name ist etwas irreführend, da angenommen wird, dass sich der Wert im Laufe der Zeit ändert, obwohl angenommen wird, dass er räumlich konstant ist). Und für Lichtstrahlen funktioniert es, dass ihre besondere Geschwindigkeit immer gleich c ist, wenn also ein Lichtstrahl aus einer Entfernung D direkt auf uns emittiert wird, ist seine Anfangsgeschwindigkeit relativ zu uns HD - c.

Die Rückzugsgeschwindigkeit HD wird am Radius der Hubble-Kugel gleich c , und dennoch ist es möglich, dass Licht, das aus dieser oder einer größeren Entfernung emittiert wird, uns schließlich erreicht. Wie kann das sein? Wie in Abschnitt 3.3 des Artikels erklärt, mit dem PhotonicBoom verlinkt ist, Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe, es ist eine Folge der Tatsache, dass angenommen wird, dass H mit der Zeit abnimmt (es mag verwirrend erscheinen, dass dies sogar in Modellen möglich ist, in denen Physiker sagen, dass sich die Expansionsrate beschleunigt, aber was sie damit meinen, ist das für eine bestimmte Galaxie sich von uns weg ausdehnt, wird ihre Rückzugsgeschwindigkeit mit der Zeit zunehmen, was nicht im Widerspruch zu der Behauptung stehen muss, dass, wenn wir eine feste Entfernung D wählen, die Rückzugsgeschwindigkeit einer durchschnittlichen Galaxie in dieser Entfernung mit der Zeit abnimmt). Zitieren aus der PDF-Version des Papiers im Link (beachten Sie, dass$v_{rec}$ist die Rezessionsgeschwindigkeit,$D_H$ist der Radius der Hubble-Kugel,$a$ist der Skalierungsfaktor , und Punkte zeigen Zeitableitungen an):

Wir haben gesehen, dass die Geschwindigkeit von Photonen, die sich zu uns ausbreiten, nicht konstant ist, sondern eher$v_{rec} - c$. Daher hat Licht, das sich außerhalb der Hubble-Sphäre befindet, eine Gesamtgeschwindigkeit von uns weg. Wie kommt es dann, dass wir dieses Licht jemals sehen können? Obwohl sich die Photonen in der superluminalen Region befinden und sich daher von uns (in angemessener Entfernung) entfernen, weicht auch die Hubble-Sphäre zurück. In langsamer werdenden Universen$H$sinkt als$\dot{a}$abnimmt (wodurch die Hubble-Sphäre zurückweicht). In sich beschleunigenden Universen$H$nimmt seitdem auch tendenziell ab$\dot{a}$steigt langsamer an als$a$. Solange sich die Hubble-Kugel schneller zurückzieht als die Photonen unmittelbar davor,$\dot{D_H} > v_{rec} - c$, landen die Photonen in einem subluminalen Bereich und nähern sich uns. Daher werden Photonen in der Nähe der Hubble-Sphäre, die sich langsam zurückziehen, von der schneller zurückweichenden Hubble-Sphäre überholt.

Die kosmologischen Modelle, die derzeit als am besten durch Beweise gestützt angesehen werden, beinhalten jedoch einen Ereignishorizont, so dass Licht, das von außerhalb dieses Horizonts emittiert wird, uns niemals erreichen wird, egal wie lange wir warten, siehe Abb. 1 des Davis/Lineweaver-Papiers (insbesondere das dritte Graph, der ein "konformer" ist, bei dem die Pfade der Lichtstrahlen immer als gerade Linien bei 45 Grad von der Vertikalen dargestellt werden), zusammen mit meiner Antwort hier .

Der letzte Teil Ihrer Frage könnte also umformuliert werden als: "Wäre es möglich, Quantenverschränkung zu verwenden, um Regionen jenseits unseres Ereignishorizonts zu kommunizieren (oder zu beobachten)?" Laut Quantenmechanik lautet die Antwort nein, denn es gibt ein allgemeines Theorem namens No-Communication Theorem, das zeigt, dass Messungen eines Teils eines verschränkten Systems niemals dazu verwendet werden können, Informationen an einen Experimentator zu übermitteln, der einen anderen Teil desselben misst verschränktes System. Und es gibt auch dieses allgemeine Ergebnis in der Quantenfeldtheorie (der relativistischen Version der Quantenmechanik), das zeigt, dass in der QFT keine Form der Kommunikation schneller als Licht möglich ist.

Solche Galaxien können nicht nachgewiesen werden. und Quantenverschränkung ist nur eine Korrelation zwischen zwei Informationsbits, und das tut sie auf keinen Fall, und es kann auf keinen Fall verwendet werden, um Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu übertragen. Jedes Licht, das von solchen Galaxien zu unserer gesendet wird, würde nach Berücksichtigung der Doppler-Verschiebung eine Wellenlänge von unendlich zeigen. Kurz gesagt, diese Galaxien können niemals entdeckt werden. Diese Grenze, über die sich Galaxien durch die Ausdehnung der Raumzeit mit Überschallgeschwindigkeit hinwegbewegen, wird als kosmologischer Ereignishorizont bezeichnet . Keine Information von außerhalb dieser Grenze würde ins Innere gelangen können, wenn die Expansion so fortgesetzt würde.

Diese Galaxien sind nicht unerreichbar. Die Hubble-Sphäre ist das Raumvolumen, das einen Beobachter umgibt, wobei sich alles innerhalb der Sphäre mit einer Geschwindigkeit von weniger als c vom Beobachter wegbewegt .

Nach dieser Logik folgt sofort, dass die Hubble-Sphäre dem kosmologischen Ereignishorizont entspricht, den @Hritik in seiner Antwort diskutiert. Interessanterweise ist dies nicht der Fall, da Beweise zeigen, dass sich unser Universum tatsächlich mit zunehmender Geschwindigkeit von uns weg ausdehnt.

Dies impliziert, dass sich die Hubble-Sphäre so schnell ausdehnt wie das Universum und somit astronomische Körper, die sich einst von uns entfernten, schneller als$c$wird Licht aussenden, das schließlich in die Hubble-Sphäre eintritt. Dies wird in einer sehr interessanten Veritasium- Episode über Missverständnisse im Universum diskutiert.

Es scheint, dass die Fakten von Wikipedia auf der Seite, die ich oben verlinkt habe, falsch sein könnten. Ein Artikel von Tamara M. Davisa und Charles H. Lineweaver mit dem Titel „ Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe“, der von Veritasium im YouTube-Kommentarbereich verlinkt wurde, klärt dies angeblich auf, aber ich habe nicht genug Zeit zum Lesen das jetzt.

Wie ich auch in den Kommentaren sagte, bedeutet Quantenverschränkung nicht, dass Informationen schneller als Licht reisen, da Quantenverschränkung nur eine Korrelation zwischen 2 Qubits ist. Es reisen überhaupt keine Informationen.