Wie würde der Nachthimmel aussehen, wenn die Lichtgeschwindigkeit unendlich wäre?

Wird es heller? Verschiedene Farben? Gravitationslinsen? Würde es Schwarze Löcher geben?

Unendliche Lichtgeschwindigkeit .... Das ist eine schwer zu beantwortende Frage. Keine unserer etablierten Physik macht in diesem Paradigma viel Sinn. Ich vermute, der Nachthimmel wäre so hell wie die Oberfläche eines Sterns. Ich vermute auch, dass die Welt für uns nicht viel Sinn machen würde, wenn wir sie besuchen würden.
Wir spekulieren hier nicht wirklich viel über "absurde" Physik, aber es wird ziemlich oft drüben beim Weltenbau gemacht , was (vielleicht) für diese Frage besser geeignet sein könnte.
Alle, die dafür stimmen, als Nicht-Mainstream zu schließen, erinnere ich daran, dass dies genau die Kosmologie von Newtons Zeit ist.
Wie würde es aussehen und ob Schwarze Löcher existieren würden, sind zwei verschiedene Fragen. Ich empfehle, sie als solche zu trennen
Wenn die Lichtgeschwindigkeit in jedem Medium unendlich wäre, würde es keine Brechung geben, also würden die Sterne nicht funkeln ... das bedeutet natürlich auch, dass die Linsen in Ihren Augen nichts tun würden, also könnten Sie nicht sehen sie sowieso.
Denken Sie zunächst an jedes Ergebnis (Formel) in der Physik, das die unveränderliche Geschwindigkeit beinhaltet c und lass c → ∞ . In diesem Zusammenhang kann argumentiert werden, dass das Phänomen Licht nicht existieren würde . Das heißt, die Frage „Wie würde etwas aussehen ?“ könnte in einem solchen Zusammenhang inkohärent sein.
Wenn alle elektromagnetische Energie überall gleichzeitig ist, wird es dann nicht zu "heiß", um etwas zu beobachten.
Ich denke, Licht würde ergreifen, um mit dem Auge zu interagieren

Antworten (9)

In einer Newtonschen/Galileischen Welt, wo c unendlich ist, könnte man Olbers' Paradoxon mit einem unendlichen Universum nicht entkommen . Jede Sichtlinie würde schließlich die Oberfläche eines Sterns schneiden, und so wäre der gesamte Himmel so hell wie die Sonne. Dies gilt immer dann, wenn zwei Hypothesen erfüllt sind:

  • Das Universum ist räumlich unendlich (oder besser gesagt, die Verteilung der Dinge verjüngt sich nicht mit der Entfernung von uns),
  • Das Alter des Universums multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ist unendlich.

Die erste Bedingung besagt, dass alle Sichtlinien auf Sternen enden. Die zweite besagt, dass wir diese Sternoberfläche sehen, ob wir eine beliebig lange, aber endliche Zeit warten müssen, bis sie uns erreicht (weil c endlich ist, aber wir haben eine unendliche Vergangenheit, in der Licht gereist ist), oder nicht (weil jede endliche Entfernung augenblicklich zurückgelegt wird, also spielt es keine Rolle, wie lange das Universum existiert).

Beachten Sie übrigens, dass sich unendlich schnell ausbreitende Einflüsse und unendliche, homogene Universen überhaupt nicht gut mischen, nicht nur in Bezug auf Licht. Beispielsweise ist die Gravitationswirkung auf uns durch eine unendliche, gleichmäßige Massenverteilung in der Newtonschen Kosmologie undefiniert . So wusste Newton schon vor Olbers, dass etwas hergeben musste, wenn man ein unendliches Universum haben wollte.

Würde es Sterne geben?
@RobJeffries Ich glaube nicht, dass das wirklich eine gültige Frage ist. Natürlich arbeitet keine "echte" Physik mit unendlich c . Für jedes Szenario kann ich einen Referenzrahmen finden, in dem es endlich ist c und unendlich c unterscheiden sich willkürlich stark in ihren Vorhersagen. Aber gleichzeitig sagen wir den Studenten nicht: "Kümmern Sie sich nicht um die klassische Mechanik, da die Fehler in Ihren Ergebnissen bei angemessen gewählten Formulierungen des Problems unbegrenzt groß sind." Die Erforschung der Implikationen einer funktionierenden Theorie, die nicht versucht, alles im Universum konsequent zu erklären, ist immer noch Physik.
Ich bin mir nicht sicher, ob das ganz stimmt, da das Licht, das wir jetzt von Sternen und Novas sehen, die vor langer Zeit gestorben sind, nicht vorhanden wäre.
@CarlWitthoft aber es gäbe neue Stars. Denken Sie daran, dass dies für ein homogenes Universum gilt. Es gibt also ähnliche Galaxien wie unsere, die über das ganze Universum verstreut sind
Ich glaube nicht, dass der ganze Himmel so hell wie die Sonne wäre . Ist Helligkeit (zumindest in der Astronomie) nicht definiert als der scheinbare Strahlungsfluss in Watt/m^2? Obwohl das Licht der fernen Sterne die Erde auf einmal erreicht, sind sie immer noch sehr weit entfernt, und so breitet sich ihre Energie im Weltraum aus und verringert die auf der Erde wahrgenommene Helligkeit. Ich denke, der Nachthimmel könnte überall hell und ungefähr so ​​hell sein wie die Sterne, die bereits da sind.
@pentan Sowohl der scheinbare Winkeldurchmesser als auch die empfangene Gesamtenergie sind proportional zum umgekehrten Quadrat der Entfernung. Angenommen, unsere Sonne ist ein durchschnittlicher Stern (für unsere Zwecke) und das Universum ein Vakuum (nicht ganz, aber fast), überall heller Stern == überall helle Sonne.
@Chris White, in Bezug auf Ihren ersten Aufzählungspunkt: Warum erfordert die Annahme eines unendlichen c die Annahme eines unendlichen Universums?
Warum würde die erste Bedingung sagen, dass alle Sichtlinien auf Sternen enden? Das wäre offensichtlich wahr, wenn das Universum nur aus leerem Raum und Sternen bestünde, aber das Universum kann und enthält undurchsichtige Dinge, die viel kälter und dunkler als Sterne sind, und zumindest einige Sichtlinien würden auf ihnen enden.
@DavidRose Das tut es nicht. Die beiden Kugeln zusammen sind notwendig und ausreichend, damit sich Olbers Paradox manifestieren kann. Die Lichtgeschwindigkeit tritt nur in die zweite Kugel ein.
@Peteris Undurchsichtige Dinge würden Licht blockieren, aber dann würden sie sich erwärmen, bis sie die gleiche Temperatur wie Sternoberflächen hätten und daher genauso hell leuchten würden. In einem solchen Universum verzögern undurchsichtige Objekte im Wesentlichen das Unvermeidliche und verlangsamen die effektive Lichtgeschwindigkeit (auch wenn sie ansonsten unendlich ist). Ich gehe also davon aus, dass entweder das Alter des Universums größer ist als die thermische Gleichgewichtszeit oder dass wir uns einfach auf die effektive beziehen c wenn wir sagen, es ist unendlich.
@TimS. Nein, der Winkeldurchmesser ist nur proportional zum umgekehrten Abstand, nicht zum umgekehrten quadratischen Abstand, da die Energiedissipation unter en.wikipedia.org/wiki/Angular_diameter zu finden ist
Der @Pentan-Raumwinkel geht als Quadrat unter, was Tim S. sicherlich gemeint hat.
@pentane ja, ich habe mich vertan, ich meinte den festen Winkel (obwohl ich das Wort nicht kannte), wie Chris sagte.
Ah, das macht sehr viel Sinn, danke @ChrisWhite und @TimS! Würden Sie in Betracht ziehen, diese Erklärung dafür aufzunehmen, warum es so hell wie die Sonne wäre? Ich denke, es würde die Antwort verbessern :)
Übrigens, Sie könnten dem Olbers-Paradoxon mit genügend Staubwolken gut entkommen (das Universum ist nicht unendlich alt und das Absorbieren / Wiederstrahlen ist langsam); Dazu müssen jedoch noch einige Dinge geändert werden.
Eine kleine Korrektur: "Die Länge der Zeitspanne, in der es Sterne gibt, multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ist unendlich." Wenn die Sterne ein relativ neues Phänomen wären, wäre das auch eine Auflösung von Olbers' Paradoxon.
Es muss jedoch nicht unbedingt hell sein. Wenn ein Licht mit unendlicher Geschwindigkeit immer noch als Welle betrachtet werden kann und der Weltraum sich ausdehnt, würde das Licht eine Rotverschiebung erfahren, sodass der Himmel überall nur im Infraroten hell wäre, denke ich.
@lieryan Aber wenn die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist, wie könntest du dann eine Rotverschiebung haben? Alle Wellen würden sofort eintreffen. Sie erhalten eine Rotverschiebung (oder eine Blauverschiebung), wenn die Bewegung der Quelle den Abstand zwischen den Wellen "ausdehnt". Aber wenn c unendlich wäre, sehe ich nicht, wie das passieren könnte. Die Geschwindigkeit der Quelle als Prozentsatz von c wäre Null.
RE Winkelabstand und Lichtintensität: Stellen Sie es sich so vor. Stellen Sie sich eine Reihe kugelförmiger Hüllen um die Erde vor. Wie viele Sterne würde eine solche Kugel schneiden? Nun, die Oberfläche der Hülle ist proportional zu r^2. Wenn also Sterne gleichmäßig im Universum verteilt wären, wäre die Anzahl der Sterne, die sie schneiden würde, proportional zu r^2. Wie viel Licht bekommen wir von jedem Stern? Das ist proportional zu 1/r^2. Wie viel Licht bekommen wir also von jeder Schale? Die beiden r^2 heben sich auf. Wir erhalten von jeder Schale die gleiche Lichtmenge. Wenn das Universum unendlich ist, dann selbst wenn ...
... die Lichtmenge von jeder Schale ist sehr klein, unendlich mal eine sehr kleine Zahl ist immer noch unendlich. Warum ist der Himmel also nicht unendlich hell? Entweder ist die Anzahl der Sterne nicht unendlich, oder das Universum dehnt sich aus und c ist nicht unendlich, sodass ein Teil dieses Lichts uns nie erreicht. Vielleicht gibt es noch eine andere Möglichkeit.

Im Vakuum

∇ × B → = 1 c 2 ∂ E → ∂ t = 0
ein sich änderndes E-Feld erzeugt also kein sich änderndes B-Feld. Larmors Formel für Strahlung von beschleunigenden Ladungen hat auch c im Nenner.

Also gar kein (Sternen-)Licht ? [Oder zumindest keine elektromagnetischen Wellen].

Dies ist vergleichbar mit der Aussage, dass die Wellenlänge allen Lichts unendlich ist und es daher kein Licht gibt; es ist alles dunkel. Aber da der Unterschied zwischen Elektrizität und Magnetismus relativitätsbedingt ist (vereinfacht gesagt), ist es nicht sicher, dass Licht Magnetfelder benötigen würde, wenn die Geschwindigkeit unendlich wäre. Oder besser gesagt, die Felder könnten alle als elektrisch interpretiert werden, selbst wenn sie magnetischen Feldern im Feldstärketensor entsprechen
@ Jim fairer Punkt. Die Frage wäre vielleicht besser gewesen, wenn es gewesen wäre, wie das Universum aussehen würde, wenn die Lichtgeschwindigkeit viel höher (aber nicht unendlich) wäre.
Ja, natürlich nein, denn elektromagnetische Wellen brauchen ein endliches c. Ich denke, im Falle eines unendlichen c verteilten sich die Änderungen von E, B auch mit unendlicher Geschwindigkeit, also gab es keine Wellen, aber eine Energieübertragung war möglich.
Es gibt vielleicht nichts, was wir elektromagnetische Wellen nennen würden, aber es gäbe ETWAS. 2 Partikel in einem Vakuum könnten immer noch interagieren, und 2 Partikel, die durch eine kilometerdicke Bleiwand getrennt sind, würden immer noch sehr unwahrscheinlich interagieren. Ist das nicht richtig?
@cowlinator Wie interagieren? Die starke Kraft vermutlich. - Kein Licht.

Das Ändern von c auf unendlich ändert einige wichtige Dinge. Der tatsächliche Effekt hängt davon ab, wie Sie die Wirkung magnetischer Kräfte vorschlagen möchten (normalerweise sind dies fiktive Kräfte, die durch die Relativitätstheorie induziert werden). Wenn wir annehmen, dass die Kopplungskonstante (diese Konstante erscheint nicht in der Gleichung, da ihr Wert normalerweise 1 ist) gegen unendlich geht, wenn c gegen unendlich geht, so dass sich die Magnetostatik nicht ändert, ändert sich das Aussehen des Universums nicht radikal, außer für Quasare verschwinden (da wir die Vergangenheit nicht mehr sehen können, indem wir in die Ferne schauen).

Es passieren jedoch Dinge, die sofort auffallen, beginnend mit Gold ist nicht mehr gelb und sollte Platin chemisch sehr ähnlich sein.

BEARBEITEN: Bei einigen Berichtsmodellen sehen wir die Rückwärtszeitbegrenzung in alle Richtungen, während wir bei anderen zuerst eine Kante auf einer Seite sehen. Nimmt man das erste, erscheint ein neues Artefakt, wo irgendwann eine Entfernung sein muss, in der wir keine Galaxien mehr sehen. Der Unterschied liegt in einer Region, die bereits verändert ist, weil man nicht in der Zeit zurückblickt.

Was ist mit dem Olbers-Paradoxon, wie von Chris White bemerkt? Mit unendlich c , sollte der beobachtbare Radius ebenfalls unendlich sein. (Wenn das Universum selbst endlich ist, würde dies nur bedeuten, dass wir unendlich viele Bilder davon beobachten könnten, wenn Lichtstrahlen das Universum umhüllen.) Wenn das Universum auch in großen Maßstäben homogen ist (oder, wie oben erwähnt, endlich) und Sterne enthält, sollten wir in der Lage sein, in jede Richtung zu blicken und schließlich die Oberfläche eines Sterns zu sehen (oder eines anderen undurchsichtigen Objekts, das nach demselben Argument auch in Sternenlicht getaucht und somit zum Glühen gebracht werden sollte).
Ich glaube, dass das Universum von endlicher Masse ist.
Glauben Sie auch, dass es eine unendliche räumliche Ausdehnung hat (was in Kombination mit einer endlichen Masse und einer lokalen Dichte ungleich Null zwangsläufig eine Inhomogenität impliziert)? Wenn nicht, haben Sie immer noch das gleiche Problem, da ein unendlich schneller Lichtstrahl ein endliches Universum beliebig oft umkreisen kann, bevor er ein Ziel trifft. Daher sollten Sie, egal in welche Richtung Sie in einem solchen Universum blicken, etwas anderes als den leeren Raum sehen, sei es ein Stern, eine Gaswolke, ein Planet oder Ihr eigener Hinterkopf.
Ich glaube, unendliche räumliche Ausdehnung, aber nicht genug Gesamtmasse, um Licht zurück und inhomogen über einen bestimmten Punkt hinaus zu biegen). Als Antwort auf die offensichtliche nächste Frage zeigen einige Berichte, die ich erhalten habe, dass wir einen Rand des Universums sehen können und andere nicht.

Für ein Objekt in Ihrer Nähe ist die Lichtgeschwindigkeit praktisch unendlich - dh die Zeit, die die Glühbirne in 10 m Entfernung von Ihnen benötigt, um zu Ihnen zu gelangen, ist so nahe bei Null, dass sie als unmittelbar angesehen werden kann, und somit die Lichtgeschwindigkeit als unendlich angenommen.

Vor diesem Hintergrund würde dies bedeuten, dass der Himmel heller wäre. In Wirklichkeit ist die Lichtgeschwindigkeit eine grundlegende Konstante im Universum, und wenn die Lichtgeschwindigkeit unendlich wäre, würde sich die gesamte Struktur des Universums ändern und wäre möglicherweise nicht stabil genug, um lange genug zu bestehen, damit sich Leben entwickeln kann , um eine solche Frage zu stellen.

Eine echte quantenmechanische Antwort wäre also, hell oder dunkel, wir wissen nur nicht, was ...

Ändern des Werts von c würde unsere Physik hinter der Erkennung verändern, aber wenn wir dieses lästige Detail ignorieren: Nehmen wir an, dass unser fiktives Universum unendlich groß ist, unendlich viele Sterne enthält und hat c = ∞ . Bedeutet das, dass jede Sichtlinie in einem Stern enden würde und der Himmel heller als die Sonne wäre (unter der Annahme, dass die Sonne in diesem Universum unterdurchschnittlich hell ist)?

Es gibt einen Weg, dem Olbers-Paradoxon zu entkommen und ein solches Universum mit einem Nachthimmel zu haben, der fast so schwarz ist wie der Nachthimmel in unserem Universum. In unserem Universum haben wir Sterne und viel Leere dazwischen, die Galaxien bilden, und diese Galaxien aggregieren zu Haufen, mit viel Leere zwischen ihnen, und Haufen bilden Superhaufen, mit viel Leere zwischen ihnen ... aber letztendlich unser Universum in ausreichend großem Maßstab als recht homogen angenommen wird.

Aber unser fiktives Universum könnte sich in dieser Hinsicht vom tatsächlichen Universum unterscheiden und in allen Größenordnungen klumpig sein. Angenommen, Sie messen die Materiemenge des fiktiven Universums innerhalb einer Radiusblase r . Angesichts der Tatsache, dass die Materie in diesem Universum klumpig und fraktal verteilt ist, würde die Dichte mit einer Rate von zunehmen r D für eine fraktale Dimension D , und wählen D niedrig genug (ein homogenes Universum würde bedeuten D = 3 , aber Sie sollten ein fraktales Universum mit wählen D < 2 ), können Sie das Olbers-Paradoxon vermeiden (das übrigens nicht wirklich zuerst von Olbers, sondern von Kepler diskutiert wurde; und die von mir vorgestellte Lösung wurde von Fournier entdeckt; für eine eingehendere Diskussion siehe Mandelbrot, "The Fractal Geometrie der Natur"): Obwohl unser fiktives Universum unendlich viele Sterne enthält, würden die meisten Sichtlinien niemals einen treffen, sondern durch immer größer werdende Regionen der Leere führen.

Es kommt auf den Standpunkt des Betrachters an. Da die Zeit mit Lichtgeschwindigkeit zum Stillstand kommt, vergeht für das Photon keine Zeit, unabhängig von der zurückgelegten Entfernung, und seine Geschwindigkeit ist daher unendlich.

Sobald das Universum aus seinem dunklen Zeitalter herauskam, wenn die Lichtgeschwindigkeit unendlich wäre, würde es in der Lage sein, mit der Expansion des Universums Schritt zu halten. Es wäre ringsum sehr viel heller, vielleicht unerträglich für uns. Das Universum würde sehr aktiv erscheinen, da uns weit entfernte Ereignisse sofort erscheinen würden. Wir könnten blind sein, da unsere Lichtsinnesorgane möglicherweise nicht in der Lage sind, unendlich schnelle Photonen zu verarbeiten. Schwarze Löcher würden beleuchtet. Die Größe des Universums scheint dramatisch zu schrumpfen

Es gibt zwei Szenarien, die mir in den Sinn kommen. 1) das Universum, wie es jetzt existiert, wobei nur die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Photonen sofort unendlich wird. 2) Die Geschwindigkeit ist zu Beginn des Urknalls unendlich.

Für das erste Szenario würde der Himmel mindestens so hell wie unser Tageslichthimmel werden, da Licht sichtbar würde, das wir jetzt nicht sehen. Da alle "Farben" verschoben würden, könnten unsere Augen höchstwahrscheinlich keine Farbe erkennen. Wir könnten nur hell und dunkel sehen. Es gäbe keinen Gravitationslinseneffekt, und die bestehenden Schwarzen Löcher hätten das Aussehen von Sternen (Photonen könnten entkommen).

Für das zweite Szenario glaube ich, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu Beginn des Urknalls tatsächlich unendlich war. Dann, als sich der Weltraum ausdehnte, änderten sich seine Eigenschaften, was dazu führte, dass die Geschwindigkeit der EM-Ausbreitung auf den heutigen Wert abnahm. Wenn sich die Eigenschaften des Weltraums nicht geändert hätten (Raum nicht erweitert), wäre die Ausbreitungsgeschwindigkeit immer noch unendlich und das Universum, wie wir es kennen, würde nicht existieren. Wenn man dem Universum erlauben würde, sich bei unendlicher Photonengeschwindigkeit zu entwickeln, wären die Ergebnisse die gleichen wie im ersten Szenario.

Bei unendlichem c reduziert sich Elektromagnetismus auf Elektrostatik. Licht würde also nicht existieren.

Zur Verdeutlichung, die Rolle c spielt in der Physik die eines Skalierungsparameters, es gibt nur 3 verschiedene physikalisch unterschiedliche Fälle: c = 0, c = endlich und c = unendlich. Im letzteren Fall sind die Gesetze der Physik nicht lokal, es gibt keine gute Vorstellung von Lokalität, es gibt keine elektromagnetischen Felder, die Informationen von einem Teil des Universums zu einem anderen tragen. Stattdessen hängt der zukünftige Zustand des Universums irgendwann vom vergangenen Zustand nicht nur einer kleinen Nachbarschaft dieses Punktes ab, sondern des gesamten Universums.

Der beste Weg, sich ein ac = unendliches Universum vorzustellen, wäre, es als einen einzigen Punkt im Raum zu betrachten. Das elektromagnetische Feld, wie es in unserem Inversum existiert, sollte man sich also in einem einzigen Punkt kollabiert vorstellen, man muss es also durch ein Feld ohne räumliche Freiheitsgrade ersetzen, das dann eine genügend große Anzahl von Komponenten hat, um Platz für alle zu schaffen Freiheitsgrade.

Ich bin nicht ganz überzeugt von diesem Argument (insbesondere der ersten Aussage): ∇ × B = 0 & ∇ ⋅ B = 0 bedeutet nicht B = 0 .
auch eine Konstante B Feld bedeutet nicht die E Feld ist statisch. Es kann immer noch Elektrodynamik geben
Ja, Sie können immer noch "Elektrodynamik" haben, was nichts anderes bedeutet als das Ändern elektrischer Felder und das Bewegen von Ladungen, aber die Auswirkungen der Verzögerung sind genau Null, sodass die Gleichungen der Elektrostatik auch für die dynamische Situation genau gelten.
Wie würde der Nachthimmel aussehen, wenn die Lichtgeschwindigkeit unendlich wäre?
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