Wie sehen die Sterne wirklich aus, wenn man fast mit Lichtgeschwindigkeit reisen könnte?

Ich denke, Sie meinen, wie sieht die Außenwelt aus, wenn Sie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reisen könnten?

Machen Sie sich bereit, enttäuscht zu werden. Entschuldigung an alle Star Wars & Star Trek-Fans und SF-Leser überall.

Diese Vorstellung von einem streifigen Sternenfeld kann falsch sein, da Hollywood das CMB vergessen hat.

Stattdessen ist dieses Bild unten anscheinend richtig:

Nicht viel, nach all der Anstrengung, fast auf Lichtgeschwindigkeit zu kommen?

Bildquelle und Ausschnitte aus Near Light Speed ​​aus dem Fenster schauen

Eine Gruppe von Physikstudenten an der University of Leicester hat herausgefunden, dass eine Besatzung unter der Annahme, dass ein Schiff nahezu mit Lichtgeschwindigkeit reisen könnte, eine riesige, unscharfe Kugel in der Ferne sehen würde.

Für ihre Studie gingen die Studenten davon aus, dass der Millennium Falcon (ja, das war die in der Studie verwendete Formulierung) mit 99,99995 Prozent Lichtgeschwindigkeit (c) an der Erde vorbei in Richtung Sonne rast (in einer Entfernung von 1 AU). Offensichtlich konnten die Schüler in Übereinstimmung mit den von Albert Einstein festgelegten Gesetzen und im Gegensatz zu einigen Sci-Fi-Interpretationen der überlichtschnellen Raumfahrt (dh "Hyperspace") keinen Wert größer als c annehmen.

Die Forschungsgruppe stellte fest, dass die kosmische Hintergrundstrahlung die Sicht dominiert, wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert

Ein Doppler-Blauverschiebungseffekt würde durch die elektromagnetische Strahlung – einschließlich sichtbarem Licht – erzeugt, die sich schnell auf die Besatzung zubewegt. Dieser Effekt, so die Forscher, würde die Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung verkürzen.

Aus Sicht der Crew würde die höhere Frequenz des Lichts benachbarter Sterne das bisher sichtbare Spektrum in den Röntgenbereich transformieren – und diese Sterne damit für das menschliche Auge unsichtbar machen. Es wurde auch entdeckt, dass der Röntgendruck die Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen verringern würde.

Ich möchte 4 möglicherweise hervorstechende Punkte von Rob Jeffries in Bezug auf das obige Bild und meine Antwort einbeziehen:

1. Welchen Winkelmaßstab soll dieses Bild haben? Um den Mikrowellenhintergrund blau zu verschieben, so dass er blau/weiß aussieht, ist eine Rotverschiebung um einen Faktor erforderlich$>2000$, was in der Tat die angegebene Geschwindigkeit erzeugt. Dies entspricht einem Lorentzfaktor von$\gamma=1000$. Wäre der "Klecks" also nicht eigentlich ein kleiner Fleck mit eckiger Ausdehnung$\sim \gamma^{-1} = 0.06$Grad.

2. Das angebliche Bild hat keine Winkel- oder Intensitätsskala, daher kann seine Richtigkeit nicht festgestellt werden. Ich behaupte, dass bei dieser Geschwindigkeit der gezeigte "Klecks" eigentlich ein winziger Fleck mit einem Bruchteil eines Grades sein sollte, also ist das Gezeigte ziemlich irreführend (und kommt in den eigentlichen Papieren, auf die verwiesen wird, nicht vor).

3. Kollisionen mit Weltraumstaub würden Ihr Schiff bei diesen Werten von zerstören$\gamma$ (es sei denn, Sie können es so bauen, dass es Stößen standhält, die Tonnen von TNT aus Staubkörnern der Masse entsprechen  $10^{−7}\,$g. Weitere Einzelheiten unter arxiv.org/pdf/1503.05845.pdf .

4. Eine vollständige Antwort sollte zumindest eine Erwähnung der relativistischen Aberration enthalten.

Basierend auf relativistischer Abberation – Wikipedia

Dieser Effekt ist unabhängig von der tatsächlichen Entfernung zwischen Beobachter und Strahlungsquelle.

Angenommen, wir befinden uns im Rahmen der Beobachter. Für sie bewegt sich die Quelle in einem Winkel$\theta _{s}$mit Geschwindigkeit$v$, relativ zu einem Vektor, der von der Quelle (zum Zeitpunkt der Lichtemission) zu den Beobachtern im Raumfahrzeug gezogen wurde.

Die Gleichung, die dann zur Beschreibung der Aberration der Lichtquelle gilt, ist

Relativistisches Strahlen tritt auf: Lichtstrahlen, die von der Quelle zum Beobachter emittiert werden, werden in Richtung der Bewegungsrichtung der Quelle (relativ zum Beobachter) geneigt, sie bilden effektiv einen Kegel in Bewegungsrichtung des Raumfahrzeugs. Licht, das von einem sich bewegenden Objekt empfangen wird (z. B. der Blick von einem sehr schnellen Raumfahrzeug), erscheint ebenfalls in Richtung seiner Bewegungsrichtung konzentriert.

Eine Folge davon ist, dass normalerweise erwartet werden sollte, dass ein vorwärts gerichteter Beobachter einen größeren Anteil des Lichts des Objekts auffängt als ein rückwärts gerichteter; Diese Konzentration des Lichts in Vorwärtsrichtung des Objekts wird als "Suchscheinwerfereffekt" bezeichnet.

Einfach ausgedrückt ist das gesamte Universum von schwachen Mikrowellen erfüllt. Diese Mikrowellen sind tatsächlich Energie, die zum Zeitpunkt des Urknalls ausgestrahlt wurde . Dies wird als kosmischer Mikrowellenhintergrund bezeichnet .

Wenn Sie nun mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reisen, nimmt die Frequenz dieser Wellen gemäß dem Doppler-Effekt zu und sie fallen unter das sichtbare Lichtspektrum.

Hier können Sie die genaue Frequenzänderung berechnen .

Das gesamte Universum vor Ihnen wird also erleuchtet und Sie können nur ein helles Licht wie @count_to_10 sehen, das im zweiten Bild erwähnt wurde.

Während dieser Zeit wandelt sich das Licht der Sterne vom sichtbaren Spektrum in höherfrequente Gammastrahlen um. Sterne könnten also in einem Universum voller hellem Licht nicht mehr sichtbar sein.

Dies ist eine Ergänzung zur Antwort von count_to_10. Ich möchte eine Visualisierung bieten, anstatt Sie mit Mathematik zu belästigen.

Wenn Sie in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit reisen, würden Sie den Stern nicht auf sich zukommen sehen, sondern es scheint, als würde sich der Stern beim Beschleunigen von Ihnen entfernen, da sich Ihr Sichtfeld vergrößern würde. Damit Sie Dinge hinter sich sehen können, hier die Erklärung . Das gesamte Licht, das Sie erreicht, wird blauverschoben, wie das Bild in der Antwort von count_to_10 zeigt.

Es ist das CMB, das ins sichtbare Spektrum blauverschoben wird.

Also mein Freund, wenn Sie ein Star Wars-Fan sind, tut es mir leid, es ist nicht realistisch, da die Crew des Millennium Falcon einen wie dieses Bild oben sehen würde. Aus der Perspektive von Han, Luke und Leia würde die Wellenlänge des Lichts benachbarter Sterne abnehmen und sich aus dem sichtbaren Spektrum in den Röntgenbereich verschieben – wodurch diese Sterne für das menschliche Auge unsichtbar würden.

Dieses Video zeigt eine tatsächliche Simulation.

Nützliche Quelle:

1. http://io9.gizmodo.com/5976041/this-is-what-it-would-really-look-like-to-travel-at-near-lightspeed
2. http://www.fourmilab.ch/cship/aberration.html