Wie funktioniert die Zeit jenseits des kosmischen Ereignishorizonts?

Lassen Sie uns zunächst mit einigen Missverständnissen aufräumen:

Die Hubble-Sphäre

In der Speziellen Relativitätstheorie (SR) gilt die Lichtgeschwindigkeit als Obergrenze. In der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR), die verwendet werden muss, um die Expansion des Universums zu beschreiben, obwohl man lokal (dh wo SR eine gute Annäherung ist) die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten kann, gibt es keine Begrenzung für die Relativgeschwindigkeit zweier Objekte.

Nach dem Gesetz von Hubble ($v=H_0 d$), alle Galaxien, die weiter von uns entfernt sind als der „Rand“ der sogenannten Hubble-Sphäre$d_\mathrm{H} = c/H_0 \simeq 14.4\,\mathrm{Glyr}$(Milliarden Lichtjahre) entfernen sich schneller von uns als$c$. Dies ist für uns kein Hindernis, sie zu beachten; wir beobachten regelmäßig viel weiter entfernte Galaxien (siehe zB diese und diese Antwort).

Der Ereignishorizont

Der kosmische Ereignishorizont (EH) ist die größte Entfernung, in der sich eine Galaxie befinden kann und dennoch ein Lichtsignal aussendet, das uns in einer endlichen Zeit erreichen kann. Er ist derzeit etwa 16 Glyr entfernt, also etwas weiter als der Hubble-Horizont. Wir beobachten auch regelmäßig Galaxien, die weiter entfernt sind als das EH, aber wir sehen sie in der Vergangenheit (wie wir alles andere sehen), und das Licht, das sie heute aussenden, wird uns niemals erreichen (nicht weil sich der Weltraum ausdehnt, sondern weil sich die Expansionsrate beschleunigt ) .

Der Teilchenhorizont

Der Teilchenhorizont (PH) ist die größte Entfernung, aus der Licht seit dem Urknall Zeit hatte, uns zu erreichen. Aufgrund der Expansion des Universums ist dieser derzeit 46,3 Glyr entfernt. Galaxien in dieser Entfernung entfernen sich mit 3,2-facher Lichtgeschwindigkeit von uns. Wir sehen hier keine Galaxien, weil wir in die Zeit kurz nach dem Urknall zurückblicken, wo sie sich noch nicht gebildet hatten (und weil das Universum zu dieser Zeit neblig war), aber die am weitesten entfernte Galaxie, die bisher beobachtet wurde, GN-z11 , ist 32,2 Glyr entfernt und geht auf zurück$2.2c$.

Zeitdilatation

Sie haben jedoch Recht, dass die Rezession der Galaxien von uns aus gesehen, dass ihre Zeit langsamer vergeht, wie von uns aus gesehen. Nicht durch den SR-Faktor$(1 - v^2/c^2)^{-1/2}$, aber durch den GR-Faktor$(1+z)$, Wo$z$ist ihre beobachtete Rotverschiebung.

Galaxien, die sich von uns zurückziehen$v=c$haben eine Rotverschiebung von$z\simeq1.5$, wenn wir also physikalische Prozesse in einer solchen Galaxie beobachten – zB die Abnahmezeit für die Helligkeit einer Supernova – ist es um einen Faktor langsamer$\simeq2.5$. GN-z11 ist rotverschoben$z=11$, also geht es dort um den Faktor 12 langsamer zu.

Je weiter man schaut, desto langsamer passieren die Dinge, und wenn man beliebig weit schauen könnte, könnte man das Geschehen direkt nach dem Urknall im Prinzip in Zeitlupe sehen. Sie können "Null Uhr" nicht sehen, was eine unendliche Rotverschiebung hätte. Und Sie können niemals, nicht einmal theoretisch, etwas sehen, das weiter entfernt ist, als sein Licht die Zeit hatte, sich fortzubewegen, also macht es nicht einmal theoretisch Sinn, diesen Ereignissen einen Zeitdilatationsfaktor zuzuordnen.

Soweit wir wissen, gibt es Galaxien außerhalb des PH. Mit der Zeit nimmt die Entfernung zum PH zu, sowohl weil sich der Raum ausdehnt, als auch weil uns Licht aus weiter entfernten Regionen erreichen wird. Aber sobald dieses Licht uns erreichen kann, befindet sich das Objekt, das es ausgesendet hat, innerhalb des PH und hat somit einen endlichen Zeitdehnungsfaktor.

Aber denken Sie daran, dass die Zeitdilatation nur aus unserer Sicht ist. Wenn du dich jetzt magisch dorthin teleportieren könntest, würde die Zeit für dich dort normal vergehen. Da passiert also nichts besonderes.

Klügere Leute werden die komplizierten, mathematischen Erklärungen durchstehen, aber in Bezug auf die Idee:

In diesem lokalen Bezugsrahmen über dem kosmischen Ereignishorizont bewegen Sie sich nicht, nicht mehr als Sie sich derzeit mit einer höheren Geschwindigkeit als 3 x 10 ^ 8 m / s von einem über dem Horizont entfernten Punkt im Weltraum bewegen.

Denken Sie daran, dass es so etwas wie ein Zentrum im Universum nicht gibt, ein bisschen wie es kein Zentrum auf der Oberfläche einer Kugel gibt.

Ihre Frage setzt als objektive, statische Größe „den Raum“ voraus. Denn auf der Erde ist die alltägliche Erfahrung, dass wir bleiben können, wo wir sind, oder wir können uns mit einer Geschwindigkeit irgendwohin bewegen. Aber es liegt daran, dass wir auf der Erde leben und durch ihre Schwerkraft an ihrer Oberfläche gefangen sind.

Wir haben also einen objektiven Bezugsrahmen, es ist die Erde, und die Geschwindigkeit der Dinge wird automatisch in diesem Bezugsrahmen interpretiert.

Physik geht so nicht. Es gibt keinen objektiven Bezugsrahmen. Es ist weit vor Einstein bekannt (Galilei verstand es zuerst im 17. Jahrhundert). Das können Sie nicht sagen

"$\rm{X}$geht mit geschwindigkeit$\rm{v}$, dann wird seine Zeit langsamer mit$\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$" .

Stattdessen,

"$\rm{X}$geht mit geschwindigkeit$\rm{v}$in unserem Bezugsrahmen, dann wird seine Zeit langsamer mit$\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$in unserem Bezugsrahmen".

Sterne direkt neben unserem kosmologischen Horizont bleiben in ihrem Bezugssystem. Sie erleben also absolut nichts Besonderes. Für sie sind sie statisch und wir fliegen mit fast c oder sogar mit Überlichtgeschwindigkeit davon.

Etwas komplizierter wird die Situation durch die Ausdehnung des Universums. Diese Ausdehnung ist nicht wie eine Explosion, dh die Dinge bewegen sich nicht so schnell, je weiter sie von irgendeinem Explosionszentrum entfernt sind. Stattdessen ändert sich die Geometrie der Raumzeit, die Entfernungen werden mit der Zeit immer größer. Das Universum dehnt sich nicht von einem „Zentrum“ aus aus, weil es kein Zentrum hat. Mehr darüber können Sie in der Frage „ Ist der Urknall irgendwann passiert?“ nachlesen. . Es ist, als ob wir auf einer sich ständig dehnenden Gummiplatte leben würden.

Diese Art der Erweiterung ist nicht begrenzt durch$c$, weil es keine Geschwindigkeiten gibt.

So können sich die Sterne außerhalb unseres kosmologischen Horizonts mit Überlichtgeschwindigkeit "von uns entfernen". Das bedeutet nicht, dass sie superluminal wären. Es bedeutet nur, dass sich das Universum weiter ausdehnt, während ihr Licht unsere Teleskope erreichen könnte. Daher können wir sie niemals sehen. Es ist eigentlich mehr: Wir haben keine Möglichkeit, in irgendeiner Weise mit ihnen zu interagieren. Tatsächlich sind sie nicht Teil unseres beobachtbaren Universums.

Daher haben wir keine Möglichkeit zu wissen, was da ist. Wenn eine große Mauer aus Ziegeln direkt außerhalb unseres kosmologischen Horizonts existieren würde, würden wir sie nicht sehen. Es besteht jedoch die starke Annahme, dass es auch dort Sterne und Galaxien gibt. Es liegt einfach daran, dass es keinen Grund zu der Annahme gibt, dass irgendetwas signifikant anders wäre, nur weil wir es nicht sehen können.