Wie kann der Durchmesser des Universums so groß sein, wenn nichts schneller sein kann als das Licht? [Duplikat]

Das Folgende sind Fakten des vorherrschenden kosmologischen Modells.

  1. Das Alter des Universums beträgt etwa 13,772 Milliarden Jahre.

  2. Nichts mit Masse kann die Lichtgeschwindigkeit überschreiten.

  3. Der Durchmesser des beobachtbaren Universums beträgt 28,5 Gigaparsec, also 93 Milliarden Lichtjahre.

Wie könnten zwei Teilchen, die nie schneller als 186.000 Meilen pro Sekunde sind, jemals weiter als 27,544 ± Lichtjahre voneinander entfernt sein? Lässt sich dieser scheinbare Widerspruch vernünftig erklären, ohne Stift und Papier?

"Aber da sich die von Ihnen gemessenen Lichtjahre seit dem Durchgang des Photons ausgedehnt haben" - dies ist die Prämisse aus der Antwort, von der Sie fälschlicherweise behaupten, dass sie meine Frage beantwortet.
Sagen Sie Ihrem Freund, dass er davon ausgehen soll, dass der Raum wie ein Tuch ist, das sich dehnen kann. Sagen Sie ihm, dass sich Licht immer entlang des Raumgewebes bewegt (sagen Sie, dass dies eine Tatsache ist). Es gibt eine göttliche Kraft, die den Raum immer weiter ausdehnt, dh: sei der Gott und halte dein Stück Stoff und strecke es von zwei Enden aus. Das Licht bewegt sich weiterhin wie gewohnt entlang des neuen länglichen Raumgewebes, aber der Abstand zwischen zwei Punkten nimmt zu, genau wie der Abstand zwischen Ihren Händen zunimmt.
@ JimMcMillan Ich denke immer noch, dass es ein Duplikat ist, aber die Antworten in dieser Frage tanzen um das von Ihnen angesprochene Problem herum. Also habe ich eine separate Antwort darauf gegeben.

Antworten (3)

Lässt sich dieser scheinbare Widerspruch vernünftig erklären, ohne Stift und Papier?

Ich denke schon, aber es erfordert etwas Vorstellungskraft / Visualisierung (und vielleicht eine bessere Erklärung, als ich liefern kann).

Wie könnten zwei Teilchen, die nie schneller als 186.000 Meilen pro Sekunde sind, jemals weiter als 27.544 Lichtjahre voneinander entfernt sein?

Eine kurze Antwort wäre: "Der Raum dehnt sich aus, was den Abstand zwischen den Teilchen vergrößert, ohne dass sie sich jemals schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen müssen".

Stellen Sie sich zwei Teilchen in einem kleinen Universum (auch bekannt als das frühe Universum) vor, die sich mit Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernen. Wenn sich das Universum nicht ausdehnt, irgendwann ( t ) später würden sie einfach sein 2 c t voneinander getrennt. In einem expandierenden Universum werden sie nun durch eine Distanz getrennt sein

2 d = 2 c t + 2 v s p a c e ( t ) t
wo 2 v s p a c e ( t ) ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Abstand zwischen ihnen ausdehnt. Wenn Sie dann versuchen, die Durchschnittsgeschwindigkeit eines einzelnen Teilchens zu berechnen ( d / t ) du erhältst
v a v g = d t = c + v s p a c e ( t )
die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Entscheidend ist, dass die Relativitätstheorie nicht gebrochen ist – die Teilchen haben sich immer bewegt c , es war der Raum, der sich ausdehnte.

Eine realistische/intuitive Analogie ist schwierig, weil diese Art von Effekten einfach nicht in unserem alltäglichen Ausmaß auftreten. Ein Gedankenexperiment, über das Sie nachdenken könnten, ist: Zwei Autos fahren mit maximaler Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen auf einer sehr langen und geraden Straße. Was passiert mit dem Abstand zwischen ihnen, wenn sich die Straße streckt?

oder ist es nur so etwas, was man nicht versteht, es sei denn, man ist Physiker?

Absolut nicht, obwohl es sehr hilfreich ist, Zeit zu haben, über solche Dinge nachzudenken, und die Mathematik zu sehen.

Wären sie im frühen Universum nicht nur c*tgetrennt, weil die Geschwindigkeitsaddition anders ist, wenn man sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegt?
Ich glaube nicht, aber vielleicht weißt du mehr als ich? Wenn Sie ein Photon nach Norden und ein weiteres Photon nach Süden feuern. Beide Photonen bewegen sich einzeln mit Lichtgeschwindigkeit, aber weil sie sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, vergrößert sich der Abstand zwischen ihnen mit doppelter Lichtgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, ich füge hier keine Geschwindigkeiten, sondern Entfernungen hinzu.
Ja, ich denke, Sie haben Recht, im Rahmen des Impulszentrums der beiden Photonen sollten sie beide zurückweichen c. Aus dem Ruhesystem eines der Photonen müsste sich das andere jedoch nur mit entfernen c. Aber ich denke, das wird fehlschlagen, weil Sie nicht in den Ruherahmen eines Photons (?) Steigen können, weil es keinen Rahmen gibt, in dem das Photon ruht, es bewegt sich immer mit c.
Ja, oder einfacher gesagt: Es ist unmöglich, dass eines der Photonen jemals etwas vom anderen erfährt, weil das Botenteilchen etwas einholen müsste, was sich entfernt c , wodurch eine Geschwindigkeit größer als erforderlich ist c . Im Ruhesystem eines Photons ist das andere Photon also nicht sichtbar. Ja, Sie haben Recht, denn wenn Sie versuchen, Lorentz in das Ruhesystem des Photons zu steigern ( v = c ) , der Lorentzfaktor γ ( v = ± c ) = ∞ wird es sehr schwierig machen, den Dingen einen Sinn zu geben (z. B. mit unendlicher Zeitdilatation und unendlicher Längenkontraktion).

Nehmen wir an, Sie müssen Ihrem Freund die Wahrheit ohne Komplikationen erklären.

Geben Sie Ihrem Freund zunächst eine Einführung und ziehen Sie eine Analogie zwischen physikalischen Begriffen und einigen netteren Begriffen.

"Der Weltraum ist wie ein Stück Stoff, ein Stoff, der sich dehnen kann. Es gibt einige göttliche Kräfte, Kräfte, die den Raumstoff (den Stoff) kontinuierlich dehnen. Licht bewegt sich immer wie ein superschneller Wurm entlang des Raumgewebes."

Bitten Sie nun Ihren Freund, der Gott zu sein, indem Sie zwei diagonal gegenüberliegende Ecken eines Tuchs halten, und bitten Sie ihn, es schnell zu dehnen (schneller als der Wurm). Sagen Sie ihm nach dem Dehnen, dass sich das Licht immer noch mit Lichtgeschwindigkeit entlang des Stoffes bewegt, ohne die ganze Dehnungsmagie zu bemerken, die passiert ist.

Fragen Sie ihn, ob sich der Abstand zwischen seinen beiden Händen vergrößert hat. Fragen Sie auch, wie weit der Wurm während des Prozesses gereist ist ...

Ok, das scheint mundgerecht genug für einen Nicht-Physiker zu sein, und nach sorgfältiger Überlegung glaube ich, dass ich es verstehe. Eine Frage habe ich allerdings. Es wurde angedeutet, dass sich die ersten Lichtjahre im Vergleich zu den heutigen Lichtjahren erheblich ausgedehnt haben. Wissen wir, ob sich Licht schneller als 186.000 Meilen pro Sekunde fortbewegt hat? oder ob sich diese Meilen seit dem frühen Universum nur gestreckt haben? Wenn es letzteres ist, sollte diese Dehnung dann nicht wie Schaltsekunden quantifiziert und aktualisiert werden? oder vielleicht ist das dasselbe?.... umwerfend... ok als Antwort markiert. Vielen Dank
Anfangs war der Weltraum nur ein Punkt, der sich auf, sagen wir, ein Lichtjahr ausdehnte, die Ausdehnung setzte sich fort und hat jetzt einen Durchmesser von 92 Milliarden Lichtjahren. Wenn ich Ihre Frage richtig verstanden habe, dann ist das, was wir heute haben, ein extrem kleiner Punkt, der sich voll ausdehnt. Licht kann nicht schneller reisen als Licht und das ist eine Tatsache. Relativitätstheorie und Quantenmechanik funktionieren jedoch nicht ganz am Anfang des Universums. Die Ausdehnung des Universums ist bereits quantifiziert, erfordert jedoch Mathematik auf hohem Niveau.

Wie Yashas sagte, ist die übliche "mathematikfreie" Erklärung, dass sich der Raum zwischen den Partikeln ausdehnt, sodass der Abstand zwischen den Partikeln schneller wächst als die Lichtgeschwindigkeit. Nun müssen wir erklären, warum dies Ihrer Aussage nicht widerspricht, "die Teilchen überschreiten nie 186.000 Meilen pro Sekunde".

Das Problem ist, dass wir angeben müssen, wozu diese Geschwindigkeit relativ ist. In der speziellen Relativitätstheorie können Sie die Geschwindigkeit jedes Objekts relativ zu jedem anderen Objekt berechnen (z. B. die Geschwindigkeiten der beiden Teilchen relativ zueinander). Dies ist jedoch nur möglich, da die Raumzeit in der speziellen Relativitätstheorie einheitlich ist. Jeder Punkt ist gleich, sodass alles an zwei beliebigen Punkten verglichen werden kann.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Raumzeit nicht mehr homogen, und daher ist es unmöglich, Vektoren wie Geschwindigkeiten an zwei verschiedenen Punkten zu vergleichen. Sie können sagen, dass sich ein Teilchen gerade mit einer bestimmten Geschwindigkeit an Ihnen vorbeibewegt hat, aber es ist sinnlos , die relative Geschwindigkeit zweier entfernter Teilchen zu berechnen.

Nehmen wir als Analogie an, wir stehen an zwei verschiedenen Stellen am Äquator, die beide nach Norden zeigen. Wenn wir die Richtungen, in die wir zeigen, vergleichen wollen, müssen wir uns an der gleichen Stelle treffen. Wenn wir uns am Äquator treffen, stimmen unsere Richtungen überein. Wenn wir beide zum Nordpol marschieren und vergleichen, werden sie anderer Meinung sein! Dies geschieht, weil die Erdoberfläche gekrümmt ist. Aus denselben Gründen ist es unmöglich, entfernte Geschwindigkeiten in der gekrümmten Raumzeit zu vergleichen. Es gibt keinen eindeutigen Weg, dies zu tun.

Als solche wächst die Entfernung zwischen ihnen schneller als c widerspricht nicht der Relativität. Nichts ist jemals schneller unterwegs als c so ein lokaler Beobachter.

Wie kann der Durchmesser des Universums so groß sein, wenn nichts schneller sein kann als das Licht? [Duplikat]
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