Würde ein Raumschiff, das mit Lichtgeschwindigkeit oder fast Lichtgeschwindigkeit fliegt, nicht hunderte von Jahren in der Zukunft zurückkommen, um die Erde zu finden?

Die spezielle Relativitätstheorie ist die wissenschaftliche Erklärung für die Gründe, warum Raumschiffe, die sich mit oder nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, weniger Zeit haben. Je näher an der Lichtgeschwindigkeit, desto weniger Zeit vergeht. Um nach Hunderten von Jahren zur Erde zurückzukehren, muss das Raumschiff an einen Ort reisen, der mindestens hundert Jahre braucht, um es zu erreichen und die Rückreise wieder zur Erde zu unternehmen.

Es gibt jedoch eine angemessene Anzahl von Zielen, die viel näher an der Heimat liegen. Eine Reise dorthin bedeutet also nicht, dass unsere Astronauten Jahrhunderte später nach Hause zurückkehren. Zum Beispiel dauert eine Reise zum Sirius mit 90 % der Lichtgeschwindigkeit zehn Jahre für die Reise dorthin und weitere zehn Jahre für die Rückkehr. Die Zeitdilatation wird ungefähr zwei betragen, sodass die Astronauten nur zehn Jahre lang für die gesamte Hin- und Rückreise unterwegs sein werden. Plus, wie viel Zeit sie damit verbracht haben, das Sirius-System zu erforschen, also sagen wir fünf Jahre. Das bedeutet, dass die Astronauten fünfundzwanzig Jahre weg sein werden, aber sie werden nur fünfzehn Jahre erleben.

Ein Science-Fiction-Beispiel: In Larry Nivens Kurzgeschichte „Singularities Make Me Nervous“ reist der Astronaut mit relativistischer Geschwindigkeit zu einem massiven Schwarzen Loch, wo er die hypothetische Eigenschaft von Schwarzen Löchern nutzt, um Dinge wie Raumschiffe in die Vergangenheit zu versetzen. Er macht dann die Rückreise und kommt wieder auf der Erde an, bevor er abreist. Wenn Ihre Astronauten einen Mechanismus entdecken, um sie in der Zeit zurückzuversetzen, können sie zumindest zur Erde zurückkehren, ohne dass Jahrhunderte vergangen sind.

Zu der Zeit, als Nivens Geschichte geschrieben wurde, glaubte man, Schwarze Löcher könnten als Zeitmaschinen verwendet werden. Die Idee wurde später wissenschaftlich entlarvt, aber das allgemeine Prinzip gilt immer noch. Finden Sie ein Wurmloch oder eine geeignete Raum-Zeit-Diskontinuität, die als Zeitmaschine fungieren kann, und Ihre Astronauten werden ohne allzu viele Vorbeifahrten zu Hause sein.

Wenn die Zukunft, in der diese relativistischen Reisen stattfinden, natürlich ihre eigene Form der Zeitreise erfunden hat, dann können sie die Zeit manipulieren, um zu vermeiden, Jahrhunderte zu spät nach Hause zurückzukehren. Larry Nivens Roman Rainbow Mars (1999) enthält eine Diskussion über diese Möglichkeit.

Da ich keinen Zugriff auf das Beispiel in Nivens Buch habe, wie dies funktionieren würde, ist hier mein ausgearbeitetes Beispiel für den Prozess. Ein Raumschiff zum Sirius mit 90 % Lichtgeschwindigkeit erreicht es in zehn Jahren. Sie erforschen es fünf Jahre lang. Bevor sie Sirius verlassen, aktivieren sie eine Zeitmaschine, die Raumschiffe und Astronauten etwas weniger als fünfundzwanzig Jahre in die Vergangenheit trägt. Sie fliegen nach Hause und kommen kurz nach ihrer ursprünglichen Abreise nach Sirius an.

Wenn ein Raumschiff mit genau Lichtgeschwindigkeit reisen würde, würde absolut keine Zeit auf dem Raumschiff vergehen. Das bedeutet, dass Ihre Astronauten so weit reisen können, wie sie möchten, und es wird keine Zeit für sie vergehen. Dies hat einen Nachteil. Wenn keine Zeit vergeht, woher wissen Sie, wann Sie Ihren Weltraumantrieb ausschalten und aufhören müssen, mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen? Glücklicherweise sollte dies noch unmöglicher sein, als schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen.

Wenn Reisen mit Lichtgeschwindigkeit möglich wären, wäre es extrem einfach, nicht nur Jahrhunderte in der Zukunft, sondern Jahrtausende und sogar Millionen von Jahren zu reisen und zurückzukehren.

Astronauten können nur begrenzt weit reisen, und zwar nicht Jahrhunderte später, und das heißt, bei relativistischen Geschwindigkeiten nicht weiter als etwas weniger als fünfzig Lichtjahre reisen. Im schlimmsten Fall bedeutet dies, etwa hundert Jahre später zur Erde zurückzukehren, aber das Gute ist, dass dies nicht Hunderte von Jahren später sein wird.

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Es gibt eine andere, weniger offensichtliche, aber ziemlich skurrile Methode, um zu vermeiden, dass Astronauten Jahrhunderte nach ihrem Abflug zurückkehren. Dies wurde in zwei Science-Fiction-Romanen verwendet. Greg Egans Schild's Ladder (2002), wo es nur am Rande als Teil des Hintergrunds der Geschichte erwähnt wird, und in Karl Schroeders Lockstep (2014), wo es Teil der Handlung ist, die die Geschichte vorantreibt. Bei Schröder wird das Konzept gründlich behandelt und steht im Mittelpunkt der Geschichte.

Grundsätzlich verlangsamen die Menschen auf einem Planeten wie der Erde ihre eigene Zeit, um sie an den Zeitablauf anzupassen, den Astronauten erleben, die irgendwo in den Weltraum reisen. In Egan sind die Menschen Softwareeinheiten, also verlangsamen sie einfach die Taktgeschwindigkeit der Computer, auf denen ihre Existenz implementiert ist. Bei Schroeder geschieht dies durch eine Kombination aus Biosuspension (oder suspendierter Animation) und einem sehr regulierten Lebensstil. Diese Kombination ist Lockstep.

Mit Schröders Lockstep reisen Astronauten mit einer durchschnittlichen relativistischen Geschwindigkeit von 99 % der Lichtgeschwindigkeit zu einem 693 Lichtjahre entfernten Ziel. Die Reisezeit wird im Ruhesystem 700 Jahre betragen, aber die Astronauten werden 70 Jahre erleben. Die Zeitdilatation beträgt zehn. Auf der Erde werden die Menschen für neun Tage in die Biosuspension eintreten. Am zehnten Tag werden sie alle synchron auftauchen und das tun, was sie normalerweise einen Tag lang tun würden. Dies würde für die gesamte Hin- und Rückfahrt des Raumschiffs fortgesetzt.

Tatsächlich vergehen während der Zeit der Astronautenreise für die Astronauten und die Menschen auf der Erde einhundertvierzig Jahre. Ja, das ist die Zukunft, also können wir davon ausgehen, dass sie eine extreme Langlebigkeit erreicht haben. Das bedeutet, dass interstellare Expeditionen, die zwei Jahrhunderte dauern, für uns kurzlebigere Menschen mehreren Jahren entsprechen werden.

Dies kann für realistischere interstellare Reisen zu nahen Sternen in der Nähe des Sonnensystems zurückskaliert werden. Aber wenn die Leute von hinten bereit waren, sich zu verlangsamen, so dass den Menschen auf der Erde nicht mehr passiert als den Astronauten, die durch den interstellaren Raum reisen, dann werden sie, selbst wenn streng genommen viele Jahrhunderte vergangen sind, sowohl für die Erde als auch für die Astronauten die gleiche Menge erleben von Zeit. Für die zurückkehrenden Astronauten wird es keine Zeitverschiebung von Jahrhunderten geben.

Hinweis: Karl Schroeder hat sein fiktives Lockstep-System entwickelt , um die Probleme des Reisens astronomischer Entfernungen ohne Überlichtgeschwindigkeit zu umgehen

Es kommt darauf an, wie weit sie reisen.

Wenn sie Hunderte von Lichtjahren reisen, während sie sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, dann ja, es wird Hunderte von Jahren in der Zukunft sein. Wenn sie 1 Lichtjahr in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit reisen, dann wird es ein Jahr in der Zukunft sein. Die Art und Weise, wie die Zeitdilatation funktioniert, ist, dass die Reisenden auf dem Schiff weniger Zeit erleben , als tatsächlich vergangen ist.

Angenommen, das Schiff bewegt sich mit 99,99 % Lichtgeschwindigkeit. Sie reisen zu einem 70 Lichtjahre entfernten Stern. Während das Schiff noch 70 Jahre braucht, um dorthin zu gelangen, werden die Passagiere an Bord des Schiffes bei dieser Geschwindigkeit nur etwa ein Jahr erlebt haben.

In gewisser Weise könnte man also sagen, dass es ein Weg ist, in die Zukunft zu reisen, aber wenn man es sich ansieht, ist es das nicht wirklich.

So wie ich es sehe, gibt es zwei Möglichkeiten, dies zu verhindern:

1. Reisen Sie langsam genug, dass die Zeitdilatation kein so großes Problem mehr darstellt (es wird immer noch eines sein, es liegt an Ihnen, wie viel tolerierbar ist).

2. Verletzung der Kausalität, so dass reisende Menschen nicht wirklich reisen, sondern lediglich an ihrem Ziel ankommen (irgendeine Art Warpantrieb oder Wurmloch).

Wenn Sie immer noch wollen, dass sie tatsächlich reisen, und sie mit relativistischen Geschwindigkeiten reisen lassen, dann glaube ich nicht, dass dies nach unserem derzeitigen Verständnis von Wissenschaft möglich ist.

Abhängig von der Physik Ihrer Umgebung könnten Überlichtgeschwindigkeiten eine Problemumgehung für dieses Problem sein, aber das liegt außerhalb des Bereichs von wissenschaftlich fundierten .

Andere Antworten haben schön zusammengefasst, wie schnelleres Reisen die Zeit für den Reisenden verlangsamt (aber es für alle anderen so lässt, wie es war). Es mag also Spaß machen, mit Lichtgeschwindigkeit durch die Galaxie zu rasen, aber wenn Sie nach Hause kommen, sind Ihre Freunde und Verwandten schon lange weg, und Sie können ihnen nichts davon erzählen.

Unser aktuelles Verständnis der Physik hat keine Lösung für dieses Problem (oder ist es ein Merkmal?) des physischen Reisens. Science-Fiction hatte einige Ideen:

• Wurmlöcher
• Warp-Antrieb
• 'Klappraum'
• Senden Sie eine Robotersonde und verwenden Sie dann einfach VR, um so zu tun, als wären Sie dorthin gegangen
• Lassen Sie den Rest der Zeit des Universums langsamer vergehen, während Sie fliegen, damit sich Ihre Zeit mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wie ihre (oder lassen Sie Ihre schneller vergehen, denke ich).

Mein persönlicher Favorit ist, dass Sie eine relativistische Röhre im Raum bauen, in der das Eisteinsche Gesetz nicht gilt (ist das „Hyperraum“?). Sie fliegen dann mit Lichtgeschwindigkeit durch diese Röhre. Um jedoch noch schneller zu werden, können Sie eine zweite Röhre um die erste herum machen. Sie fliegen die Innenseite der ersten Röhre hinunter und es fliegt die Innenseite der zweiten Röhre hinunter. Sie reisen also tatsächlich mit 2-facher Lichtgeschwindigkeit, spüren aber keine der Auswirkungen. Ich bin immer noch dabei, herauszufinden, wie ich eine funktionierende Demonstration davon konstruieren kann ;-)

Wenn sie einen Alcubierre-Antrieb nutzen, um nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen, können sie während ihrer gesamten Reise im Trägheitsbezugssystem der Erde bleiben. Es bewirkt nicht, dass sie sich per se durch den Raum bewegen. Es verzerrt lediglich den Raum um sie herum, ähnlich wie dunkle Energie weit entfernte Galaxien dazu bringt, sich von uns zu entfernen. Auf diese Weise konnten sie die ganze Zeit in der Gegenwart bleiben.

Aber Alcubierre-Antriebe könnten theoretisch auch verwendet werden, um schneller als Licht zu fahren. Und wenn sie dafür verwendet würden, könnten unsere Raumfahrer nach Sirius aufbrechen, dort 5 Jahre verbringen und dann nur wenige Minuten nach ihrer Abreise zur Erde zurückkehren. Oder sie könnten zurückkehren, bevor sie gegangen sind. Aber irgendetwas sagt mir, dass die Weltraumregierung die Rückkehr vor Ihrer Abreise höchst illegal machen würde. Nicht, weil sie sich Sorgen um das Schicksal des Universums machen, sondern weil ihnen der Gedanke daran Kopfschmerzen bereitet.

Sie können der Geschwindigkeits-Zeit-Dilatation mit Gravitationszeit-Dilatation entgegenwirken. Eine große Gravitationsmasse könnte genügend Zeitdilatation erzeugen, um den Auswirkungen einer Reise nahe der Lichtgeschwindigkeit entgegenzuwirken. Bei nahezu Lichtgeschwindigkeit müsste die benötigte Gravitationsmasse der Masse eines großen Planeten oder Sterns entsprechen, der in einem kleinen Raum auf dem Schiff zusammengepfercht ist. Die Passagiere des Schiffs konnten den tödlichen Auswirkungen der extremen Schwerkraft erspart bleiben, indem sie das Schiff mit unglaublicher Geschwindigkeit in Richtung der Masse beschleunigten.

Die Probleme sind: Je höher die Schiffsgeschwindigkeit ist, desto mehr Gravitationsmasse ist erforderlich, um der Geschwindigkeits-Zeit-Dilatation entgegenzuwirken. Je mehr Gravitationsmasse verwendet wird, desto mehr Beschleunigung ist erforderlich, um der erdrückenden Schwerkraft entgegenzuwirken.