Wie lange würde es dauern, den Rand des erreichbaren Universums zu erreichen?

Wie lange würde es dauern, um den aktuellen Rand des erreichbaren Teils des Universums zu erreichen, wenn man die folgenden Grenzen berücksichtigt:

Ich möchte wissen, welche Zeit der Reisende erlebt und wie alle anderen (z. B. die auf Erden) diese Zeit erleben.

Ich denke, dies ist wahrscheinlich ohnehin besser für das space.stackexchange.com- Forum geeignet, aber ich denke nicht, dass es machbar ist zu sagen, dass es für die gesamte Reise beschleunigen müsste (+/-), da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und Sie nicht beschleunigen können es ist Vergangenheit.
Mir ist klar, dass der Beobachter die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten würde, aber Längenkontraktion und Zeitdilatation finden mit nahezu relativistischen Geschwindigkeiten statt. Relativitätstheorie ist seltsam, aber erstaunlich! Ich frage mich, ob es auf space.stackexchange.com verschoben werden könnte, wenn es als notwendig erachtet wird?
Da diese Reise völlig unmöglich ist, aber für den hypothetischen Fall mit Physik beantwortet werden kann, sollte es meiner Meinung nach hier bleiben.
Ich denke, Pela hat eine bessere, verfeinerte Antwort gegeben. Schauen Sie sich auch die Auswirkungen an, die ich am Ende meiner Antwort vorschlage. Ich denke, sie sind einen Blick wert.

Antworten (2)

Jonathans Antwort ist im Wesentlichen richtig, aber wie Rob Jeffries kommentiert, berücksichtigt er nicht, dass sich das Universum während der Reise ausdehnt.

Der Rand des beobachtbaren Universums ist 47 Milliarden Lichtjahre (Gly) entfernt. Selbst wenn Sie ein Lichtstrahl sind, können Sie diesen Punkt nicht erreichen. Das weiteste, was Sie gehen können, wenn Sie heute abreisen, beträgt ungefähr 5 Gpc oder 17 Gly, aber diese Reise würde natürlich unendlich lange dauern (sonst wäre es nicht "das weiteste, was Sie gehen können"). Auf diese Entfernung bezieht sich wahrscheinlich der verlinkte Artikel (ich habe den Artikel nicht gelesen; er ist sehr, sehr lang).

Damit die Antwort Spaß macht, müssen Sie das Universum mit Magie einfrieren, was Jonathans Taschenrechner tut. Hier gebe ich nur die analytische Lösung: In diesem Fall die richtige Zeit τ (dh die Zeit, die der Reisende verbringt), um eine Distanz zu erreichen x beim Fahren mit konstanter Beschleunigung a ist

τ = c a cosch − 1 ⁡ ( a x c 2 + 1 ) ,
wo c ist die Lichtgeschwindigkeit. Will man nach der Hälfte abbremsen, teilt man einfach x von 2 und multipliziere das Ergebnis mit 2 .

Wenn Sie das anschließen x = fünfzehn G l j Sie fordern, Sie erhalten ungefähr 45 Jahre . Um mit 47 Gly an den Rand des Universums zu gelangen, dauert es eigentlich nur noch ein paar Jahre mehr. Der Grund dafür ist einfach, dass das Reisen mit 1G Sie in nur wenigen Jahren auf (fast) Lichtgeschwindigkeit bringt und Sie daher (fast) keine Zeit haben, egal wie weit Sie gehen.

Die für die Erdlinge erlebte Zeit ist für den Reisenden bei konstanter Beschleunigung gegeben durch

t ( τ ) = c a Sünde ⁡ ( a τ c ) ,
was zu 15 Gyr für die 15 Gly und 47 Gyr für das beobachtbare Universum führt. Der Grund liegt einfach darin, dass der Reisende aus Sicht der Erdlinge extrem schnell eine Geschwindigkeit erreicht, die fast Lichtgeschwindigkeit ist.

Vielen Dank für die Bereitstellung der Formel, Überarbeitung und für eine gut durchdachte Antwort! Könnten Sie bitte angeben, was alle Variablen in der Formel sind?
@Jonathan: Ich denke, es ist schon da: „… die richtige Zeit τ eine Distanz zu erreichen x auf Reisen a ". Oder an welche Variablen denken Sie?
ah ja, ich weiß nicht, wie ich das übersehen habe (es sei denn, es wurde bearbeitet). Danke dir!
Wie funktioniert es also, wenn Sie die Ausdehnung der Raumzeit berücksichtigen? Wenn Sie sich C nähern, zieht sich die Länge zusammen und gleichzeitig dehnt sich die Raumzeit aus. Beobachtet der Reisende daher eine stark erhöhte Expansionsrate, die die Längenkontraktion dominiert, beobachtet er auch. Ihn daran hindern, den Rand des beobachtbaren Universums zu erreichen? Die Implikationen davon sind, dass Geschwindigkeiten nicht relativ sind und dass es tatsächlich einen universellen Referenzrahmen gibt, den Sie entdecken könnten, indem Sie Ihre Geschwindigkeit anpassen, bis Sie die beobachtete Expansionsrate des Universums minimieren. Das scheint falsch zu sein.
Wenn stattdessen die Expansionsrate für alle Beobachter unabhängig von der Geschwindigkeit gleich ist, wird sich das Universum in diesen 45 Jahren aus seiner Sicht nicht stark ausdehnen und er kann es daher weit über den Rand des beobachtbaren Universums hinaus schaffen.
@trampster wow, ein interessanter Punkt, den ich nicht bedacht hatte. Wie das gehen soll weiß ich noch nicht...

Ich begrüße den Beitrag aller anderen sowohl zu dieser Antwort als auch zu möglichen anderen Lösungen! Das ist mir eingefallen:

Zunächst einmal wäre die Bereitstellung eines 1G-Schubs auf dem gesamten Weg (Wechsel zur Verzögerung auf halbem Weg) eine großartige Möglichkeit, "künstliche Schwerkraft" bereitzustellen. Ich habe eine Seite gefunden, die tatsächlich Skripte enthält, die bei solchen Berechnungen helfen! Unter der Annahme, dass die Website korrekt ist, kommen wir zu folgendem Ergebnis: http://www.cthreepo.com/lab/math1/ Verwendung der Long Relativistic Journeys-Berechnung:

  • Beschleunigung eingeben: 1G
  • Geben Sie Lichtjahre für die Reise ein: 15000000000
  • Vom Beobachter erlebte Zeit: Unendlich (falsch, und die Website weist darauf hin, dass aufgrund einer Einschränkung im Java-Skript so große Zahlen nicht richtig berechnet werden)
  • Erlebte Zeit auf der Erde: 15010384285.855611

Mir ist jedoch etwas Interessantes aufgefallen, das uns vielleicht noch dorthin führen könnte:

  • Für eine Reise von 15 Lichtjahren zeigt es, dass der Beobachter ungefähr 5,54 Jahre erlebt, und die erfahrene Erdzeit beträgt ungefähr 16,84 Jahre.

  • Für eine Reise von 150 Lichtjahren zeigt es 9,80 Jahre für den Beobachter und 152,03 Jahre für die Erde

  • Für eine Reise von 1500 Lichtjahren zeigt es 14,24 Jahre für den Beobachter und 1502,97 Jahre für die Erde

  • Für eine Reise von 15000 Lichtjahren zeigt es 18,70 Jahre für den Beobachter und 15012,32 Jahre für die Erde

Ich bemerke hier ein Muster ... Die Zeit für den Beobachter verlängert sich jedes Mal, wenn die Entfernung mit 10 multipliziert wird, um etwa 4,5 Jahre. Die Zeit, die die Erde erlebt, nähert sich mit zunehmender Entfernung der Anzahl von Lichtjahren an. Lassen Sie uns nun sehen, wo die Berechnung zusammenbricht, und sehen, ob dieses Muster vor diesem Punkt immer noch auftritt.

  • Es bricht bei 1,5 Milliarden Lichtjahren zusammen, also gehen wir ein paar Schritte zurück und sehen, ob wir das Muster immer noch sehen.

  • Für eine Reise von 1.500.000 Lichtjahren zeigt es 27,63 Jahre für den Beobachter und 1501040,36 Jahre für die Erde. Beachten Sie, dass Kommas hinzugefügt wurden, um leichter zu erkennen, um welche Zahl es sich handelt. Verwenden Sie bei der Eingabe von Zahlen in die Berechnung keine Kommas.

  • Für eine Reise von 15.000.000 Lichtjahren zeigt es 32,10 Jahre für den Beobachter und 15010386,22 Jahre für die Erde.

  • Für eine Reise von 150.000.000 Lichtjahren zeigt es 35,61 Jahre für den Beobachter und 150103844,77 Jahre für die Erde.

Ja, das Muster hält noch weitgehend an. Es scheint ungefähr 3,5 - 4,5 Jahre für jeden zusätzlichen Faktor von 10 für die Entfernung zu sein (und scheint weniger Zeit "nahe der Bruchstelle" zu bekommen). Nehmen wir auf dieser Grundlage an, dass jeder Faktor von 10 eine Verlängerung der Zeit des Beobachters um ungefähr 4 Jahre bewirkt und dass die auf der Erde erlebte Zeit sehr nahe an der Anzahl der zurückgelegten Lichtjahre liegt.

  • Bei einer Reise von 1,5 Milliarden Lichtjahren würde dies 39,61 Erfahrungsjahre für den Beobachter und etwas mehr als 1,5 Milliarden Erfahrungsjahre auf der Erde bedeuten.

  • Nun zum Großen und unserer Antwort: Eine 15-Milliarden-Lichtjahre-Reise sollte für den Beobachter etwa 43,61 Jahre dauern, während etwas mehr als 15 Milliarden Jahre auf der Erde erlebt würden!

Das hat erstaunliche Auswirkungen:

  • Mit einem solchen Schiff könnten wir theoretisch innerhalb eines Menschenlebens bis ans Ende des erreichbaren Universums reisen (obwohl auf der Erde 15 Milliarden Jahre vergangen wären)!
  • Wir könnten auch theoretisch innerhalb eines Menschenlebens jeden Punkt innerhalb dieses Gebiets in kürzerer Zeit erreichen (so dass wir praktisch überall hin reisen könnten, in eine benachbarte Galaxie, in eine entfernte Galaxie, in das Zentrum unserer Galaxie usw.). (in weniger als 44 Jahren)!
  • Wir könnten eine Zeitreise in die ferne Zukunft machen, indem wir mit relativistischer Geschwindigkeit an einen sehr weit entfernten Ort gehen und dann zur Erde zurückkehren! Hinweis: Soweit wir wissen, wurde die Zeitreise noch nicht herausgefunden. Bei großen Entfernungen wäre die zurückgelegte Zeit etwas mehr als doppelt so groß wie die zurückgelegte Entfernung in Lichtjahren (unter Berücksichtigung der Rückreise).
Dies scheint eine Standardlösung für Zwillingsparadoxe zu sein; aber wie haben Sie die Expansion des Universums erklärt?
Guter Punkt, ich habe die Expansion des Universums, die hier stattfindet, nicht berücksichtigt. Deshalb suche ich nach zusätzlichem Feedback.
@RobJeffries und Jonathan: Aber wenn Sie die Expansion berücksichtigen, ist die Antwort fast in der Frage gegeben: Sie können nicht weiter als 5 Gpc gehen, was dauern würde ∞ aus Sicht der Erdlinge und nur wenige Jahre aus Sicht der Reisenden, da sie sehr schnell (fast) Lichtgeschwindigkeit erreicht und daher (fast) keine Zeit hat, irgendwohin zu gehen.
@pela, Bedeutet dies, dass in 15 Milliarden Jahren (ungefähr 3 * 5 Gpc = 15 G Lichtjahre) so etwas wie ein großer Riss im Universum passieren wird?
@Pela das ist die Antwort.
@Jonathan: Nein, diese Berechnungen gehen von einer kosmologischen Konstante aus, dh von keinem großen Riss. Aber die Beschleunigung bedeutet immer noch, dass die Rückzugsgeschwindigkeit jedes Objekts, das nicht gravitativ an uns gebunden ist, unbegrenzt zunimmt und sie schließlich unerreichbar macht.
@RobJeffries: Tut mir leid, dass ich deinen Namen falsch geschrieben habe. :)
Wie lange würde es dauern, den Rand des erreichbaren Universums zu erreichen?
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