Wenn die Lichtgeschwindigkeit eine Grenze ist, gibt es dann eine Möglichkeit festzustellen, in welche Richtung wir uns durch den Raum bewegen und wie schnell?

Nach der Galileischen Relativitätstheorie Geschwindigkeiten$u$Und$v$hinzufügen gem

$u+v$.

Aber relativistisch gesehen ist die Beziehung keine direkte Addition, sondern

$\frac{u+v}{1+uv}$,

wo die Einheiten so sind$c=1$. Wenn du einlegst$v=\pm 1$In dieser Gleichung erhalten Sie ein Ergebnis, das gerecht ist$\pm 1$nochmal. In Ihrem Experiment werden Sie also immer alle Photonen messen, um gleiche Geschwindigkeiten zu haben$c$, und Sie erhalten keine Informationen über Ihren eigenen Bewegungszustand.

Bens Antwort ist technisch korrekt, die beste Art von Korrektheit, aber ich möchte sie trotzdem ein wenig erweitern ...

Sie werden sich mit 2-facher Lichtgeschwindigkeit auseinander bewegen, richtig?

Nein. Tatsächlich ist dies die gesamte Grundlage der Relativitätstheorie .

Was Sie tun, ist im Grunde das Hinzufügen der Geschwindigkeiten. Sie könnten sich zwei Bälle auf einem Schreibtisch vorstellen und Sie haben ein Lineal und messen sie, während sie sich auseinander bewegen. Jetzt ersetzen Sie das einfach durch Licht, es ist dasselbe, richtig?

Diese Art des Denkens hat eine inhärente zugrunde liegende Annahme, die Sie nicht einmal bemerken. Es geht davon aus, dass Messungen außerhalb des Weltraums liegen. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung ein unendliches 3D-Raster aus Punkten im Raum vor. Wahrscheinlich hattest du damit kein Problem, oder? Aber denken Sie darüber nach ... was Sie gerade getan haben, kann unmöglich physisch in diesem Universum existieren. Aber es ist genau diese Art von imaginärem Konstrukt, an dem Sie messen, Sie konstruieren einfach "einen Raum" mit bestimmten Eigenschaften, wie jeden Zoll einen imaginären Punkt, und Sie stützen Ihre Messungen auf dieses zugrunde liegende Konstrukt.

Aber was ist, wenn das einfach nicht stimmt? Was ist, wenn die von Ihnen durchgeführten Messungen nicht auf einem imaginären Raster basieren können? Ist das wirklich so überraschend, wenn man bedenkt, dass Ihr Lineal ein physisches Objekt in diesem Universum ist? Wenn ein unendliches 3D-Gitter innerhalb des Universums nicht möglich ist, wie können Sie irgendetwas darauf stützen, daran zu messen?

Was Einstein (und viele andere) demonstriert haben, ist, dass Sie nicht über die Messung sprechen können, die Sie durchführen, wenn Sie aufhören, Messungen als rein theoretische Konzepte zu betrachten, und stattdessen Teil des Systems sind. Denken Sie darüber nach, wie genau würden Sie die Geschwindigkeit von zwei Photonen messen, die in entgegengesetzte Richtungen gehen, wenn Sie nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit sein können? Sie können diese Messung in einer imaginären reinen Zahlenwelt durchführen, aber nicht hier in der realen.

Und hier kommt die Formel ins Spiel, die Ben gepostet hat. Wenn Messungen nicht auf absoluten Zahlen basieren können, müssen sie von Natur aus relativ zum Messenden (Sie) sein. Und wenn Sie das einbeziehen, dann ist die maximale Geschwindigkeit, die Sie jemals sehen können, c.

Damit kommen wir zu deiner Ausgangsfrage...

Gibt es eine Möglichkeit zu sagen, in welche Richtung wir uns durch den Raum bewegen und wie schnell?

Trotz allem, was ich oben gesagt habe, ja, das kannst du. Aber das liegt an etwas ganz anderem.

Der Weltraum ist gefüllt mit Photonen, die vom Urknall übrig geblieben sind, wir nennen es den kosmischen Hintergrund. Es ist überall. Obwohl Sie die Lichtgeschwindigkeit immer als c messen, kann seine Energie , wenn es Sie trifft, dopplerverschoben sein, genauso wie eine Krankenwagensirene, wenn sie vorbeifährt. Wenn Sie also die Energie, die wir als Farbe sehen, dieser Photonen messen und alles mitteln, erhalten Sie am Ende eine klare Asymmetrie in ihren Geschwindigkeiten – eine Seite des Himmels ist blauer und die andere röter. Presto, da ist deine Geschwindigkeit. Und, IIRC, die Milchstraße bewegt sich um 0,01 c.

Nun, wenn Sie die Frage theoretischer stellen, könnten wir unsere Geschwindigkeit in einem anderen Universum ohne Hintergrund messen, na dann, nein. Es gibt keine Möglichkeit, Ihre Geschwindigkeit ohne Bezug auf etwas anderes zu messen. Noch einmal, das ist die ganze Idee der Relativitätstheorie.