Hat die Zukunft laut der speziellen Relativitätstheorie bereits stattgefunden? [abgeschlossen]

Dies ist eine Idee, die als Blockuniversum bekannt ist . Das Beispiel eines Photons ist etwas extrem, da Photonen kein Ruhesystem haben, aber die Idee ist die gleiche: Für einen sich schnell bewegenden Beobachter könnte unsere Zukunft in ihrer Vergangenheit liegen, was darauf hindeutet, dass unsere Zukunft bereits existiert.

Dies sind jedoch rein philosophische Vorstellungen. Um zu sehen, was die Physik dazu zu sagen hat, müssen wir „die Zukunft existiert bereits“, was ein Haufen Wörter ist, in ein Experiment übersetzen, das tatsächlich durchgeführt werden kann.

Ein solches Experiment wäre der Versuch, Signale aus der Zukunft zu empfangen, beispielsweise das Ergebnis eines Münzwurfs. Die relativistische Kausalität verbietet dies jedoch und schließt auch alle ähnlichen Experimente aus. Zu dieser Frage hat die Physik eigentlich nichts zu sagen.

Sie könnten sich beschweren, warum sollten wir das experimentell testen? Existiert die Zukunft nicht bereits direkt in die Mathematik der speziellen Relativitätstheorie, von der wir wissen, dass sie wahr ist?

Das ist es, aber Sie müssen aufpassen, dass Sie nicht Merkmale der Mathematik einer Theorie mit den Vorhersagen der Theorie verwechseln. Der Nachweis, dass die Vorhersagen korrekt sind, zeigt nicht , dass die mathematischen Strukturen, die verwendet werden, um die Vorhersagen zu treffen, ontologisch real sind. Zum Beispiel hat die Quantenmechanik eine große Vielfalt an Geschmacksrichtungen, die alle unterschiedliche Ontologien (Kollaps der Wellenfunktion, viele Welten, Pilotwellen) aber identische Vorhersagen haben.

Die Physik kann sie nicht unterscheiden. Zu entscheiden, welche Interpretation der Quantenmechanik richtig ist, oder ob die Lorentz-Invarianz etwas über den freien Willen aussagt, ist eine Aufgabe für die Philosophen.

Es gibt eine berühmte Geschichte über Einstein, der sich als Teenager fragte, wie es wäre, auf einer Lichtwelle zu reiten, und diese Forschungsrichtung entwickelte sich im Laufe des nächsten Jahrzehnts zur speziellen Relativitätstheorie. Die Geschichte, wie sie normalerweise erzählt wird, überspringt den interessanten Teil: Es stellt sich nicht trivialerweise heraus, dass es keinen verdammten Sinn macht, sich vorzustellen, dass man auf einer Lichtwelle reitet. Aus der Perspektive eines "Beobachters", der allein auf einer Lichtwelle reitet, haben Sie Bereiche mit statischem elektrischem Feld ohne Quelle, die den Maxwell-Gleichungen nicht gehorchen. Maxwells Elektrodynamik kann nur dann für alle Beobachter funktionieren, wenn keiner dieser Beobachter jemals ein oszillierendes Feld "einholen" kann, das sich mit endlicher Geschwindigkeit bewegt.

Die Weltlinie eines Photons in der speziellen Relativitätstheorie besteht aus einer Reihe kausal verbundener Ereignisse: Emission, Transmission, vielleicht Reflexion, Absorption. Die Absorption eines Photons ist ein Ereignis im zukünftigen Lichtkegel seiner Emission. Und die Lichtkegel werden durch die Lorentz-Transformation nicht verformt. Es gibt kein pathologisches Koordinatensystem, das Sie auswählen können, um ein Ereignis von meiner „Zukunft“ in mein „anderswo“ zu verschieben.

Stellen Sie sich für die Antwort anstelle eines Photons ein schnelles Raumschiff vor, das sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt. Nach dem Zwillingsparadoxon könnte der Astronaut zu Lebzeiten weit entfernte Sterne erreichen und zur Erde zurückkehren. Allerdings dürften inzwischen tausend Jahre auf der Erde vergangen sein.

In diesem Beispiel hat der Astronaut unsere Zukunft erreicht, aufgrund der einfachen Tatsache, dass er sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt hat, und aufgrund der Zeitdilatation. Die Zeitdilatation versetzt Sie jedoch niemals in die Vergangenheit von jemandem, das würde Kausalitätsprobleme nach sich ziehen.

Wichtig ist, dass die Zeit für jedes Teilchen anders voranschreitet und das Zwillingsparadoxon auch im Kleinen funktioniert. Zum Beispiel altert ein Busfahrer langsamer als ein Gefangener, seine Uhr geht langsamer. Auch wenn der Zeitunterschied astronomisch gering ist, der Unterschied ist da. Jedes Teilchen folgt seiner eigenen Zeit, und die rechte Hand eines rechtshändigen Tennisspielers wird die Zukunft der linken Hand sehen.

Kehren wir nun zum Photon zurück. Wir könnten ein Photon aus dem frühen Universum beobachten, das vor Milliarden von Lichtjahren emittiert wurde, das Photon hat die Zukunft der Teilchen des frühen Universums erreicht, aus denen wir heute bestehen. Jedes Teilchen folgt seiner eigenen Weltlinie und damit dem Tempo seiner eigenen Uhr. Die Zeitdilatation hängt von der Geschwindigkeit ab ($\gamma (v)$) und auf die Schwerkraft.

Die Grundannahme dieser Frage ist falsch. Es ist falsch anzunehmen, dass für ein Photon keine Zeit vergeht, weil seine Geschwindigkeit entlang der Zeitachse Null ist, weil die Dimension der Zeit und der Zeitpfeil zwei unterschiedliche Konzepte sind.

Einstein fragte sich, was passieren würde, wenn ein fahrendes Auto mit den Scheinwerfern leuchtet, da dies intuitiv schnellere als Lichtgeschwindigkeiten suggerierte. Aber dieser Gedankengang wurde später zur Speziellen Relativitätstheorie entwickelt, wonach es nicht möglich ist, einem Photon einen Bezugsrahmen zuzuordnen, in dem es als ruhend behandelt werden kann. Grundsätzlich gibt es keinen universellen Bezugsrahmen, da sich alles relativ zueinander bewegt. Es ist also grundsätzlich falsch zu sagen, dass für ein Photon keine Zeit vergeht, obwohl für ein (so genanntes) Koordinatensystem, das an einem Photon befestigt ist, alle Ereignisse gleichzeitig stattfinden.

Es sollte von Vorteil sein, den Unterschied zwischen einer absoluten Zukunft und einer relativen Zukunft zu verstehen. Nehmen wir als Beispiel eine Supernova, die in diesem Moment in einer 2 Lichtjahre entfernten Galaxie auftritt. Die von dieser Galaxie emittierten Photonen werden das Hubble-Weltraumteleskop in zwei Jahren erreichen. Nun wird dieses Ereignis für uns 2 Jahre in der Zukunft eintreten, während es für die Photonen des Supernova-Überrests bereits vor 2 Jahren eingetreten ist. Dies ist ein Fall von relativen Zukünften, die Zukunft eines Ereignisses unterscheidet sich von der Zukunft anderer.

Eine absolute Zukunft ist jedoch wahrscheinlich nicht wahr, da die Ereignisse im kleinsten Maßstab völlig zufällig sind und diese Unsicherheiten einen Schmetterlingseffekt auf die wahrscheinliche Zukunft verursachen. Egal wie viele Informationen Sie haben, die Zukunft wird zufällig sein.

Ein Photon erfährt keine Zeit, was bedeutet, dass es die Zeit überschritten hat. In seiner Erfahrung gibt es kein Konzept von Vergangenheit, Gegenwart oder Zukunft. Zu überlegen, ob ein Photon Zukunft erlebt, ist wie darüber nachzudenken, ob ein Stein glücklich oder traurig ist. So wie es für einen Stein kein Konzept von Glück oder Traurigkeit gibt, gibt es für Photonen kein Konzept von Zeit.

Wenn die bewegte Uhr langsam läuft (langsamer als die stationäre), dann existiert die Zukunft bereits im hier erklärten Sinne:

Thibault Damour, in http://www.bourbaphy.fr/damourtemps.pdf :

Das Paradigma der besonderen relativistischen Umwälzung des üblichen Zeitbegriffs ist das Zwillingsparadoxon. Lassen Sie uns betonen, dass dieses eindrucksvolle Beispiel der Zeitdilatation beweist, dass Zeitreisen (in die Zukunft) möglich sind. Als gedankenexperiment (wenn wir praktische Aspekte wie die Technologie, die zum Erreichen von Geschwindigkeiten vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit erforderlich ist, die Treibstoffkosten und die Fähigkeit des Reisenden, hohe Beschleunigungen auszuhalten) vernachlässigen, zeigt es, dass ein fühlendes Wesen springen kann, "innerhalb einer Minute" (seiner erlebten Zeit) beliebig weit in die Zukunft, sagen wir sechzig Millionen Jahre voraus, und sehen und dabei sein, was dann auf der Erde geschehen (wird). Dies ist ein klarer Weg, um zu erkennen, dass die Zukunft „bereits existiert“ (wie wir sie „in einer Minute“ erleben können).

Dass die bewegliche Uhr langsam läuft, ist eine Schlussfolgerung in Einsteins Artikel von 1905:

http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/ ÜBER DIE ELEKTRODYNAMIK BEWEGTER KÖRPER, A. Einstein, 1905:

Daraus ergibt sich folgende eigentümliche Konsequenz. Wenn an den Punkten A und B von K stationäre Uhren stehen, die im stationären System betrachtet synchron sind; und wenn die Uhr bei A mit der Geschwindigkeit v entlang der Linie AB nach B bewegt wird, dann synchronisieren sich bei ihrer Ankunft bei B die beiden Uhren nicht mehr, sondern die von A nach B bewegte Uhr hinkt der anderen, die bei B verblieben ist, um nach tv^2/2c^2 (bis zu Größenordnungen vierter und höherer Ordnung), wobei t die Zeit ist, die für die Reise von A nach B benötigt wird.“

Warum ist die bewegte Uhr langsam und die stationäre schnell? Aus Einsteins Postulaten von 1905 folgt keine solche Asymmetrie. Was gültig folgt, ist, dass die sich bewegende Uhr langsam ist, wenn es vom stationären System beurteilt wird, und die stationäre Uhr langsam ist, wenn es vom sich bewegenden System beurteilt wird. Einsteins obige Schlussfolgerung (die bewegte Uhr "hinkt" der stationären nach) ist ungültig - sie folgt nicht aus den Postulaten. Mit anderen Worten, die Annahme, dass Einsteins Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit von 1905 wahr ist (tatsächlich ist es falsch), impliziert nicht die Schlussfolgerung, dass eine der Uhren der anderen „nachhinkt“.

Gemäß der speziellen Relativitätstheorie „erfährt“ ein Photon, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, keine Zeit.

Sie würden es auch nicht tun, wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen würden. (Während Sie nicht wirklich mit Lichtgeschwindigkeit reisen können, können Sie theoretisch so nahe an der Lichtgeschwindigkeit reisen, dass wir den Unterschied nicht erkennen konnten). Wenn Sie mit (fast) Lichtgeschwindigkeit reisen, unterliegen Sie einer Zeitdilatation in einem solchen Ausmaß, dass Sie ein "Eis am Stiel" sind. Du bist effektiv eingefroren, du kannst nichts sehen oder hören oder denken. Du erlebst nichts, auch nicht die Zeit. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie sofort reisen. Mit Vorkenntnissen Ihres Kurses kann ich Ihnen einen Asteroiden in den Weg schleppen. Blöd! Und das ist das Ende von dir.

Es reist mit unendlicher Geschwindigkeit in die Zukunft, richtig?

Nein ist es nicht. Es reist durch den Raum, nicht durch die Zeit. Die Idee, in die Zukunft zu reisen, ist nur eine Redensart. Du bewegst dich nicht wirklich durch die Zeit . Wenn Sie unter Zeitdilatation leiden, ist es, als wären Sie im Zeitlupenmodus, das ist alles. Ein extremes Beispiel dafür bietet die Stasisbox . Wie Zeitreisen ist es Science-Fiction, aber meiner Meinung nach trifft es den Kern der Sache. In der Stasisbox findet keinerlei Bewegung statt. Licht bewegt sich nicht, elektrochemische Signale bewegen sich nicht, nichts bewegt sich. Als ich Sie also fünf Jahre lang in die Stasisbox sperrte und dann die Tür öffnete, denken Sie, ich hätte sie sofort geöffnet. Sie sind „in die Zukunft gereist“, indem Sie sich überhaupt nicht bewegt haben, während sich alles andere bewegt hat .

Das würde bedeuten, dass alles, was jemals passieren könnte (mein Tod, Trumps Wahlsieg, Tod der Sonne, Ende des Universums), bereits passiert ist (aus dem Rahmen eines Photons). Wir sind einfach zu "langsam", um dies zu erleben.

Nicht so. Das Photon hat keinen Rahmen, und diese Dinge sind nicht passiert. Wenn Sie fast mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs waren, ist dieser Vorfall mit dem Asteroiden noch nicht passiert.

Ist das richtig? Denn das würde einige seltsame Implikationen über den freien Willen und die Natur unserer Existenz mit sich bringen. Wenn alles schon passiert ist, dann folgen wir nur einem vorgegebenen Weg.

Es ist nicht richtig. Es tut uns leid. Aber es ist gut, dass du an so etwas denkst.