Was ist das sich am schnellsten bewegende Objekt im Universum?

Die Antwort darauf ist überraschend:

Wir sind.

Und viele (wenn nicht alle) andere Galaxien.

Und sie bewegen sich schneller als das Licht.

Sehen Sie, das Universum dehnt sich immer schneller aus . Das Gewebe der Raumzeit selbst dehnt sich aus, sodass sich Galaxien scheinbar voneinander entfernen. Das Interessante ist, dass die Relativitätstheorie es diesen nicht verbietet, sich schneller als Licht zu entfernen. Während der lokale Raum flach ist und die lokale Lichtgeschwindigkeit aufrechterhalten werden muss, muss dies nicht auf globaler Ebene gelten, sodass es möglich ist, Rahmen zu haben, die sich schneller voneinander entfernen als$c$. In der Tat gibt es einige Galaxien, die sich schneller als Licht von uns entfernen ( der einzige Grund, warum wir sie sehen, ist, dass sie früher näher waren und sich langsamer bewegten ). Jedes Galaxienpaar, das 4200 Mpc voneinander entfernt ist (d. h. mit einer Rotverschiebung von 1,4), bewegt sich schneller voneinander weg als das Licht in den Bildern der anderen (Zahlen von der verlinkten Seite gestohlen).

Da die einzige konsequente Art, über Bewegung zu sprechen, relativ ist, kann man sagen, dass wir uns schneller als Licht von anderen Galaxien entfernen, da auch das Gegenteil zutrifft. Dies kann Galaxien in den Eimer der sich am schnellsten bewegenden Objekte im Universum bringen. Was am schnellsten ist , weiß ich nicht, wir müssten ein Paar Galaxien finden, die am weitesten voneinander entfernt sind (Abstand natürlich im Rahmen der Galaxie gemessen), aber da das Universum wahrscheinlich mehr ist als was wir ¹ beobachten , können wir das Galaxienpaar nicht lokalisieren, für das dies gilt.

Für diejenigen, die denken, dass es Schummelei ist, die Frage mit der Weltraumexpansion ^{kurzzuschließen} , gibt es andere Objekte, die sich schneller als das Licht bewegen (sie sind jedoch nicht die schnellsten Objekte im Universum), und diese können auf good 'ol gefunden werden Erde.

Elektronen :

^{In den Kühlbecken 3} des Kernreaktors haben wir ein Phänomen, das als Cerenkov-Strahlung bekannt ist . Grundsätzlich bewegen sich emittierte Beta-Partikel schneller als die Lichtgeschwindigkeit in Wasser. Dadurch entsteht ein Effekt ähnlichen Ursprungs wie beim Überschallknall, bei dem starkes Licht vom Medium ausgeht.

Sag was? Glaubst du, ich schummele wieder ² , indem ich alles relativ zur Lichtgeschwindigkeit in ein Medium stecke?

In Ordnung, gut. Hier sind einige schnelle Objekte, die keine schnelle Raumausdehnung erfordern und auch keine semantischen Tricks beinhalten, wenn das Medium, in dem sie gemessen werden, nicht erwähnt wird. Viele wurden bereits von astromax erwähnt.

• Tachyonen : Dies sind Partikel, die schneller sind als$c$– dies verstößt nicht gegen die Relativitätstheorie, solange sie niemals auf subluminale Geschwindigkeiten abbremsen. Es gibt jedoch nicht viele (irgendwelche?) experimentelle Beweise dafür. Viele BSM-Modelle sagen jedoch ihre Existenz voraus. Hier wird also noch etwas geschummelt, weiter zur bradyonischen Angelegenheit:

• Gluonen : Diese sind masselos, und obwohl sie nicht frei vorkommen (außer möglicherweise in Klebekugeln , obwohl diese höchstwahrscheinlich Masse haben), bewegen sie sich doch $c$. Aber diese können sich nicht mit einer anderen Geschwindigkeit bewegen, also ist dies wieder ein leichter Betrug. Weiter zur fermionischen Materie:

• Neutrinos : Das sind jetzt brauchbare Kandidaten. Es ist bekannt, dass das Elektron-Neutrino sehr, sehr wenig Masse hat (wir haben eine Obergrenze dafür, die ergibt ) und kann daher leicht sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen. Setzen Sie es in ein Gravitationsfeld, und es geht noch schneller. Wenn Sie jedoch makroskopische Objekte möchten:

• Material, das sich um sich drehende Schwarze Löcher windet : Schwarze Löcher haben ein starkes Gravitationsfeld, und wenn sie sich drehen, können sie nahen Objekten wie Akkretionsscheiben einen Drehimpuls (viel davon) verleihen. Objekte in der Nähe eines Schwarzen Lochs werden auf ziemlich hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Tatsächlich bewegt sich ein Objekt, wenn es sich innerhalb der Ergosphäre befindet, aus der Sicht bestimmter Bezugssysteme schneller als Licht.
• Material, das in Schwarze Löcher fällt : Aus dem fernen Bild beschleunigt ein Objekt und nähert sich der Lichtgeschwindigkeit, wenn es sich dem Horizont eines Schwarzen Lochs nähert. Beliebig große Geschwindigkeiten begrenzt durch$c$können hier erreicht werden.
• Plasmajets von Schwarzen Löchern: Jets, die aus Schwarzen Löchern geschleudert werden, können im Verhältnis zueinander ziemlich schnell werden.

^{1. Aufgrund der kosmischen Expansion kann es Galaxien geben, die für uns nicht mehr sichtbar sind. Einige Galaxien waren für uns vielleicht nie sichtbar, wenn wir beginnen, von dem Zeitpunkt an zu beobachten, als sich Galaxien zu bilden begannen.}

^{2. Ich für meinen Teil stimme Ihnen zu.}

^{3. Und an anderen Orten, an denen massive Partikel sehr schnell in ein Medium emittiert werden}

Es gibt auch ein anderes Mediatorteilchen, das sich mit anderer Lichtgeschwindigkeit als dem Photon bewegt. Das ist das Gluon , das Austauschteilchen für die starke Kraft. Das Seltsame am Gluon ist, dass es niemals alleine gesehen wird (d. h. außerhalb von Ansammlungen anderer Gluonen).

Außerdem sind Neutrinos, obwohl sie tatsächlich Masse haben, neutrale Teilchen. Ich erwähne das deshalb, weil Neutrinos bei Supernovae- Explosionen unter Umständen vor den Photonen eintreffen können – sie interagieren nicht mit geladenen Teilchen. Da es sich um schwach wechselwirkende Teilchen handelt, passieren sie außerdem beträchtliche Massenmengen (nämlich Staub und Gas), bevor eine Wechselwirkung auftreten kann. Das bedeutet, wenn Sie die von einer Supernova stammenden Neutrinos erkennen könnten, könnte dies Ihnen möglicherweise eine Frühwarnung geben, dass die Photonen bald folgen würden. Dies würde Ihnen Zeit geben, seine Lichtkurve zu messen (siehe: SNEWS: The SuperNova Early Warning System ).

In der Astrophysik gibt es viele sich schnell bewegende Objekte.

Ein guter Ort, an dem man sich relativistisch bewegen kann, ist in der Nähe eines Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Eine einfache Newtonsche Abschätzung verdeutlicht diesen Punkt. Schwarzes Loch hat seine ganze Masse$M$verborgen unter einem Ereignishorizont des Ordnungsradius$r_{g}=\dfrac{2GM}{c^2}$. Ein Objekt, das sich kreisförmig im Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs am Radius bewegt$\alpha r_{g}$, wo$\alpha>1$, hätte eine Newtonsche Umlaufgeschwindigkeit$v$gleicht$v=\sqrt{\dfrac{GM}{\alpha r_g}}=\dfrac{c}{\sqrt{2\alpha}}$.

Dies ist eine quantitative Schätzung der Geschwindigkeitsskala. Aus der allgemeinen Relativitätstheorie gibt es keine stabilen Kreisbahnen$\alpha<3$, aber jeder Körper wird zusätzliche Beschleunigung erfahren, wenn er in das Schwarze Loch eindringt. Um ein wenig Komplexität hinzuzufügen, wenn man anfängt, in Begriffen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu denken, muss man sich fragen, was wir wirklich mit der Geschwindigkeit von Objekten und mit solchen Fragen meinen.

Dennoch ist die obige Schlussfolgerung richtig: Im Bereich der Schwarzen Löcher können intakte Objekte relativistische Geschwindigkeiten erreichen, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind .

Es gibt viele physikalische Beispiele für solche Systeme: binär verschmelzende Schwarze Löcher, Schwarze Löcher, die mit Neutronensternen verschmelzen, supermassereiche Schwarze Löcher und Weiße Zwerge usw. Während alle diese Systeme mit relativistischen Geschwindigkeiten zur schließlichen Verschmelzung getrieben werden, ist es für alle schwierig Komponenten herausgeschleudert werden und frei schweben. Meines Wissens sind keine frei schwebenden relativistischen astrophysikalischen Körper bekannt, aber einige von ihnen werden wahrscheinlich tatsächlich aus Materialstücken hergestellt, die bei Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit leicht relativistischer Geschwindigkeit weggeschleudert werden.

Eine weitere seltene Möglichkeit besteht darin, ein kompaktes binäres System im Feld eines supermassereichen Schwarzen Lochs zu haben, das durch die Wechselwirkung mit ihm gestört wird. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Störung eintritt, wenn die kompakte Binärdatei kurz vor der Verschmelzung steht, ist jedoch verschwindend gering.

Eine weitere allgegenwärtige Klasse von Objekten sind relativistische Jets, bei denen es sich um ultrarelativistische Plasmaströme handelt, die hauptsächlich entstehen, wenn eine Akkretion auf einem Schwarzen Loch stattfindet. Teilchen in solchen Jets bewegen sich mit hohen relativen Geschwindigkeiten, obwohl die genaue Natur der Jetbildung noch nicht vollständig verstanden ist. Schließlich gibt es im Hintergrund viele relativistische Teilchen, wie Teilchen der kosmischen Strahlung und Neutrinos.

Eine letzte Sache, die zu erwähnen wäre, wären Plasmen, die relativistische Temperaturen haben (in der Größenordnung$10^9 K$) und die daher Teilchen (hauptsächlich Elektronen) enthalten, die sich relativistisch bewegen. Es kommt selten vor, dass Plasmen so hohe Temperaturen erreichen, aber es ist definitiv während einer Kernkollaps-Supernova möglich.

Schließlich bewegte sich in ausreichend frühen Stadien des Urknalls absolut alles im Universum relativistisch!

Edit : Noch ein paar Dinge, die mir danach eingefallen sind: 1) Künstliche Teilchenstrahlen in Teilchenbeschleunigern sind relativistische, makroskopische, aber keine astrophysikalischen Objekte. 2) Wenn es intelligentes Leben im Universum gibt, könnte es auch relativistische Objekte von makroskopischem, aber wiederum wahrscheinlich nicht astrophysikalischem Maßstab (wie Raumfahrzeuge) hervorgebracht haben.

5/2013 Ich dachte:

Wenn man die Frage googelt, bekommt man Antworten zurück auf die Erde: Geparden, Autos, Flugzeuge. Ich wollte im Universum wissen. Ich dachte an das "Gedankenexperiment" einer Leiter, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und sich genug zusammenzieht, um in eine zu kleine Garage zu passen. Ich überlegte, wenn es KEINE Makromasse (wie eine Leiter) im Universum gibt, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, was ist der Sinn des Leiter-Gedankenexperiments?

Dann las ich, wie schnell sich NGC 1365 dreht: „sich so schnell drehend, dass sich seine Oberfläche fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.“ Pressemitteilung: 2013-07, 27.02.13 13:00:00 Uhr EST

Man liest allgemein, es würde unendlich viel Energie brauchen, um Masse auf Lichtgeschwindigkeit zu bringen. Ich habe argumentiert, dass man deshalb im Allgemeinen von masselosen Teilchen hört, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen (Photonen und?). Aber jetzt haben wir NGC 1365, der sich fast mit Lichtgeschwindigkeit dreht, mit seinen zwei Zahlen für Masse und Spin. Ich bin mir nicht sicher, was "fast" ist - sagen wir 90% oder?

Obwohl wir über die Rotationsgeschwindigkeit sprechen, ist dieses Schwarze Loch NGC 1365 mit einem Durchmesser von 2 Millionen Meilen dennoch mit Sicherheit die schnellste Masse, die wir im Universum kennen, richtig?

Ich begründe: Der Artikel sagt: "Stellen Sie sich eine Kugel mit einem Durchmesser von mehr als 2 Millionen Meilen vor" - diese Beschreibung ist ihr Durchmesser, D = 2.000.000 Meilen oder 3.218.688 km.

Der Umfang dieses Objekts ist Pi x D = 3,14 x 3.281.688 km = 10.106.680,32 km.

Die interessante Frage ist, wie es für ein Objekt ist, das auf der Tangente zum Umfang sitzt ["Umfang" bedeutet "innerste stabile Kreisbahn", am gemeinsamen Punkt mit der Linie und der innersten stabilen Kreisbahn]. Ich verliere den Überblick, wenn dies Genauigkeit vs. Präzision erhöht? Ist bei einem Objekt mit einem Durchmesser von 2.000.000 Meilen ein "Punkt" auf seiner innersten stabilen Kreisbahn gleich einem Sattelschlepper, einem Kleinwagen, einem Kühlschrank, einem Buch, einer Murmel, einem Molekül oder einem Atom???

Unabhängig von der Größe der Masse an diesem Punkt beschreibt die Tangente an die innerste stabile kreisförmige Umlaufbahn eine Asymptote mit einer "Makro" -Länge. Die Bewegung der Masse entlang dieser Asymptote erklärt ihre Geschwindigkeit, gerade Linie. Daher muss dies die höchste Geschwindigkeit sein, eine gerade Linie, keine Winkelmasse, die wir im Universum kennen. RECHTS??? Ist die Winkelgeschwindigkeit im Vergleich zur geraden Linie in einem großen Objekt von Bedeutung (hat sie einen Effekt). Wir befinden uns auf einem sich drehenden Planeten und bemerken seine Geschwindigkeit nicht.

Danke, JMc

Die schnellsten Hypervelocity-Sterne sollen etwa 900 km/s 2 Millionen Meilen pro Stunde erreichen https://www.space.com/19748-hypervelocity-stars-milky-way.html

Quasare sind ein offensichtliches Beispiel für Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit.

Wenn sich beschleunigte Materie im Strahl der Lichtgeschwindigkeit nähert, werden astrophysikalische Jets zu relativistischen Jets, da sie Effekte der speziellen Relativitätstheorie zeigen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Astrophysical_jet

S62 ist laut Wikipedia der bisher am nächsten entdeckte Stern, der das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie, Sagittarius A* , umkreist :

Bei größter Annäherung beträgt seine Geschwindigkeit etwa 0,10 ° C (10% der Lichtgeschwindigkeit), also ~ 30 km / s

Arxiv-Papier: S62 auf einer 9,9-jährigen Umlaufbahn um SgrA*

Ich glaube, es gab ein ähm TATSÄCHLICHES EXPERIMENT DURCHGEFÜHRT ähm, wo zwei Elektronen in die genau entgegengesetzte Richtung abgefeuert wurden und die negative Ladung sich in eine positive änderte, wobei die gleiche besagte Änderung gleichzeitig mit dem anderen Elektron geschah.

Dieses Experiment, wenn es gültig und wahr ist, würde bedeuten , dass sich etwas schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegt.