Vergeht die Zeit auch langsamer für eine Galaxie, die sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegt, wo der Geschwindigkeitsunterschied auf die Hubble-Expansion zurückzuführen ist?

Dies ähnelt früheren Fragen, die Sie gestellt haben, insbesondere dieser . Ich glaube, Sie klammern sich immer noch an die Idee, dass es eine quasi-newtonsche Hauptuhr gibt, die den wirklichen Lauf der Zeit definiert, und dass bestimmte Uhren um ein Verhältnis langsamer laufen als die Hauptuhr, das berechnet werden kann.

In Wirklichkeit gibt es keine Hauptuhr, und jede physische Uhr tickt mit einer Sekunde pro Sekunde. Es ist wie die Tatsache, dass jeder Meterstab einen Meter lang ist. In einer relativistischen Welt gibt es kaum einen Unterschied zwischen räumlichen Intervallen und Zeitintervallen.

Wenn Sie zwei Meterstäbe haben, die sich an einem Ende berühren, aber mit ihren anderen Enden an verschiedenen Stellen, welches ist länger? Die einfache Antwort ist, dass sie beide einen Meter lang sind. Aber wenn Sie das Problem unnötig verkomplizieren möchten, können Sie zwei Ebenen senkrecht zum Meterstab konstruieren$S$und enthält die Enden des Meterstabs$S'$, und definieren Sie den Abstand zwischen diesen Ebenen als die Länge von$S'$"gemessen an"$S$. Um es etwas verwirrender zu machen, anstatt diese Länge in Bezug auf den Winkel zu berechnen$θ$zwischen den Meterstäben (was wäre$1\text{m}\cdot\cos θ$) könnten Sie stattdessen eine Steigung verwenden,$v=\tan θ$, in Bezug auf die die Länge wäre$1\text{m}\cdot γ$Wo$γ = 1/\sqrt{1+v^2}$.

Genau das passiert in der speziellen Relativitätstheorie mit Gammafaktoren und$v = dx/dt$Geschwindigkeiten. Es ist nur Geometrie. Sie sieht aufgrund der unterschiedlichen Konventionen, insbesondere der Verwendung von Steigungen (3-Geschwindigkeit) anstelle von Winkeln ( Schnelligkeit ) , viel mehr anders aus als die euklidische Geometrie, als sie wirklich ist .

Die Meterstäbe, die einen gemeinsamen Endpunkt teilen, sind wie speziell-relativistische Uhren, die sich trägheitsmäßig von einem gemeinsamen Punkt wegbewegen, und die Länge von$S'$"gemessen an"$S$ist wie Zeitdilatation.

Die Hubble-Rezession ist die gleiche, außer dass es in großen Maßstäben eine signifikante Raumzeitkrümmung gibt. Es gibt viele Leute, einschließlich professioneller Astronomen, die denken, dass es einen grundlegenden Unterschied zwischen den beiden gibt, aber es gibt keinen.

Wie ich in meiner anderen Antwort sagte, ist die Hubble-Expansion wie Linien konstanter Länge auf der Erdoberfläche. An den Polen strahlen sie wie die Meterstäbe von einem gemeinsamen Punkt aus. Weit von den Polen, aber auch weit vom Äquator entfernt, stehen sie immer noch in einem Winkel ungleich Null zueinander. Am Äquator sind sie parallel (das ist die maximale Größe eines wieder zusammenbrechenden Universums). Wenn Sie einen ausreichend kleinen Teil der Erde betrachten, ist er ungefähr flach und Sie können ihn verwenden$\cos θ$oder$1/\sqrt{1+v^2}$Formel, um die Länge einer Linie "gemessen durch" eine andere zu erhalten. Es ist geometrisch die gleiche Situation wie zuvor, abgesehen von der Erdkrümmung, die in kleinen Maßstäben vernachlässigbar ist.

Bei größeren Maßstäben, bei denen die Krümmung von Bedeutung ist, müssen Sie entscheiden, wie Sie die Länge „gemessen an“ definieren, bevor Sie sie berechnen können. Es gibt keine sinnvolle Definition. Aber selbst die ursprüngliche Definition des flachen Raums machte wenig Sinn. Das ist kein Problem, denn keines der Gesetze der Physik hängt von einer Vorstellung von "gemessen an" Länge ab, selbst bei kleinen Maßstäben.

Ja, aber es hat wenig mit der speziellen relativistischen Zeitdilatation eines sich bewegenden Körpers zu tun – in dem Sinne, dass die Rezessionsgeschwindigkeit eher auf die Ausdehnung des Raums zwischen Galaxien als auf ihre relativen Bewegungen zurückzuführen ist.

Die kosmologische Expansion führt zu einer Rotverschiebung$z$und auch zur Zeitdilatation um einen Faktor$(1+z)$. dh diese fernen Uhren scheinen uns um einen Faktor langsamer zu laufen$(1+z)$. Und umgekehrt – unsere Uhren würden aus der Perspektive eines Beobachters in einer fernen Galaxie scheinbar langsam laufen.

Der Zeitdilatationseffekt wurde in den Lichtkurven von Supernovae mit hoher Rotverschiebung ( Blondin et al. 2008 ) und der Dauer von Gammastrahlenausbrüchen ( Zhang et al. 2013 ) beobachtet und stimmt mit dieser Vorhersage überein. Dies ist eine wichtige Beobachtung, da es sehr schwierig ist, diesen Zeitdilatationseffekt mit einer "müden Licht"-Erklärung zu erklären.