Frage von hypergerd, 132

Gibt es so etwas wie Maximale Zeitgeschwindigkeit bei Zeitdilatation?

Unter https://de.wikipedia.org/wiki/Zeitdilatation und Relativitätstheorie kennt man ja den Effekt, dass sich durch Geschwindigkeit und Gravitation die Zeit verlangsamen lässt und das jedes System seine eigene relative Zeit hat.

Gibt es nun ein System, welches gegenüber allen anderen Systemen die höchste  Geschwindigkeit hat?

Könnte man so den Mittelpunkt unseres Weltalls bestimmen?

Immer wieder hört & ließ man, dass der Mittelpunkt nicht bestimmt werden kann. Andererseits strebt alles auseinander und der Radius unseres überschaubaren Weltalls liegt unterhalb 80 Mrd. Lichtjahre (Quelle Wiki; nicht verwechseln mit aktuelles Maximum der Entfernung oder mit Alter des Weltalls)

Vermutlich ist der Unterschied so gering, dass wir ihn selbst mit heutigen Atomuhren noch nicht messen können...

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Physik, 63

hypergerd,

Immer wieder hört & ließ man, dass der Mittelpunkt nicht bestimmt werden kann. Andererseits strebt alles auseinander und der Radius unseres überschaubaren Weltalls liegt unterhalb 80 Mrd. Lichtjahre

Das ist eher ein Verständnisproblem...

Es GIBT keinen Mittelpunkt.

Wir stehen im Mittelpunkt des beobachtbaren Universums. Aber das gilt immer.

Jeder Mensch, der sich auf der Erde umsieht, steht in der Mitte seines Horizontkreises. Von einer anderen Galaxie aus wäre unser beobachtbares Universum ein anderes - aber wir ebenfalls wieder im Mittelpunkt.

Ein absolutes Bezugssystem gibt es im Universum jedoch nicht. Bewegungen im beobachtbaren Universum können wir am ehesten noch relativ zur kosmischen Hintergrundstrahlung angeben.
Jeder Raumpunkt des beobachtbaren Universums ist aber beim Urknall schon im dichten heißen Anfangszustand enthalten. Der Anfangspunkt der Expansionsbewegung war also - überall.

Grüße

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Mathematik & Physik, 98

Dass eine Größe nach oben beschränkt ist, heißt nicht, dass sie einen maximalen Wert hat. Z. B. gibt es unter den Zahlen, die echt kleiner als 1 sind, keine, die die größte ist.

Ebenso kann kein Stück Materie auf genau Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden - es ist immer ein wenig langsamer. Und egal, welche mögliche Geschwindigkeit es hat, von ihm aus gesehen sehen die physikalischen Gesetze noch genauso aus. Insbesondere bewegt sich Licht immer noch mit Lichtgeschwindigkeit in die Richtung, die wir "vorwärts" nennen, und die obere Grenze der Geschwindigkeit von Materie in diese Richtung ist ebenfalls die Lichtgeschwindigkeit.

Auch die Grenzen des beobachtbaren Universums sind durch Naturkonstanten und Parameter des Universums bestimmt und damit der Relativität unterworfen. Solange die Parameter des Universums keine bestimmte Bewegung auszeichnen - und nach allem, was wir wissen, tun sie genau dies nicht -, sind alle Bezugssysteme im Prinzip gleichwertig.

In jedem Punkt des Universums dürfte jedoch dasjenige System, in dem die Materie in der Umgebung (nicht allzu viel kleiner als die Größenordnung Durchmesser des beobachtbaren Universums) im Mittel ruht, dasjenige sein, in dem die Grenzen sich überall mit gleicher Geschwindigkeit bewegen.

Damit sieht das Universum wieder von jedem Punkt aus betrachtet im wesentlichen gleich aus.

Kommentar von hypergerd ,

Mal ganz konkret: es ist ja bekannt, dass Andromedanebel (Galaxie) auf uns zukommt: 

114 km/s

Kann man die relative Zeit dieses Systems mit unserem System vergleichen?

Ich meine nicht die Rotverschiebung und nicht die mathematische Berechnung über die Zeit.

Antwort
von NutzlosAlpha, 56

Also um ehrlich zu sein, ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich hier durchsteige. So wie ich das sehe scheinst du mehrere Fragen auf einmal zu stellen, richtig?

Gibt es so etwas wie Maximale Zeitgeschwindigkeit bei Zeitdilatation?

In jedem Bezugssystem vergeht die Zeit maximal. Soll heißen, der Zeitfluss, wie du und ich ihn gerade empfinden ist überall so, egal ob wir nun hier rumsitzen, mit 0,999999 c im All rumfliegen oder fernab jeglicher Gravitationsquelle unbewegt nichts tun.

Was sich bei Bewegung ändert ist nur das, was sich außerhalb deines Bezugssystems befindet: Die Dinge laufen außerhalb deines Bezugssystems beschleunigt ab, so als ob du die Zeit vorspulst. Entsprechend verkürzen sich auch die Abstände zu Dingen, auf die du dich zubewegst.

Gibt es nun ein System, welches gegenüber allen anderen Systemen die höchste Geschwindigkeit hat?

Nein, jedenfalls nicht im Sinne des gefühlten Zeitablaufs... Falls die Frage aber danach gerichtet ist, ob das Universum in einem Bezugssystem in Ruhe ist, so wäre dies das Bezugssystem der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Hast Du eine Zahl, welche Relativgeschwindigkeit unsere Galaxie gegenüber Deinem beschriebenen Ort (lokale Gruppe) hat?

Die lokale Gruppe bewegt sich ca. mit 600 km/s gegenüber der Hintergrundstrahlung. Die Abweichung ist also tatsächlich nicht besonders groß in Relation gesehen.

Auch die Relativgeschwindigleit von nur 114 km/s ist viel zu klein für gute Messergebnisse um merkliche Abweichungen zur theoretischen Zeitdilatation zu bekommen.

Theoretische Zeitdilatation? Ich hoffe doch sehr, dass du nicht meinst, was ich befürchte!? Jedenfalls müssen wir die Zeitdilatation bei unseren GPS-Satelliten berücksichtigen. Davon abgesehen haben wir sie sogar schon mit Atomuhren in Flugzeugen da sollte das Messen bei so hohen Geschwindigkeiten auch kein Problem mehr sein. Wobei sich natürlich die Frage stellt, was wir kosmologisch in Sachen Zeitdilatation untersuchen sollen. Das Meiste ist zuweit weg um  Vorgänge zu beobachten, die in so kurzen Zeiträumen ablaufen. Jedoch können wir die Zerfallsrate von Teilchen aus der Hochatmosphäre beobachten und wissen daher, dass die Zeitdilatation tatsächlich real ist.  Falls du natürlich einer dieser wehementen Leugner bist, kann ich dir leider auch nicht helfen.

ch suche aber Galaxien in unserer Nähe (wie Andromeda), die auf uns zukommen oder parallel mit uns fliegen

Richtung wohin? Bewegungen sind immer relativ. M 31 bewegt sich auf uns zu, die magellanschen Wolken fliegen mehr oder weniger mit usn mit, die gesamte lokale Gruppe steuert auf den Virgohaufen zu.

Für mindestens 3 Galaxien müsste man diese relativen Geschwindigkeiten und gemessenen relativen Zeiten vergleichen -> und hätte dann aus der Abweichung zur theoretischen Zeit (theoretisch ist ja der Mittelpunkt der 3 Galaxien ein Ruhepunkt) einen Richtungsvektor zum Weitersuchen.

Ich hab' kein bisschen verstanden was du damit fragen willst... nochmal neu formulieren bitte.

Hauptproblem scheint wirklich die "Nichtmessbarkeit" der inneren relativen Zeit zu sein. (z.B. Zerfallszeit bekannter Isotope in relativer Ruhe).

Was willst du denn damit fragen? Die radioaktiven Atome zerfallen in ihrem Bezugssystem so, wie sie sollen. Falls sie bewegt sind, geht die Welt außerhalb ihres Bezugssystems schneller, umgekehrt vergeht für die außenstehende Welt die Zeit bei den Atomen verlangsamt.

Könnte man so den Mittelpunkt unseres Weltalls bestimmen?

Denn gibt es nicht, sofern sich die RT nicht als falsch erweist und bisher hält sie sich doch recht wacker... Jedenfalls sofern man von einem Zentrum im Raum ausgeht. Das Zentrum der Raumzeit war der Urknall.

Kann man die relative Zeit dieses Systems mit unserem System vergleichen?

Ich meine nicht die Rotverschiebung und nicht die mathematische Berechnung über die Zeit.

Wie willst du denn die beiden Zeiten vergleichen, wenn nicht mathematisch? Naja, den Lorentzfaktor findest du im Wikipediartikel zur Zeitdilatation, da brauchst du ja im Prinzip nur noch die Werte einsetzen. Bei 114 km/s wird die Differenz allerdings eher gering ausfallen.

LG, NA

Kommentar von hypergerd ,

Gibt es eine Quelle (LINK) zu "600 km/s gegenüber der Hintergrundstrahlung"? Und was ist Hintergrundstrahlung für ein Bezugspunkt? Ist damit ein vektorieller Ausgleichspunkt gemeint, wo sich Rot/Blau-Verschiebungen neutralisieren?

Andererseits bewegt sich doch Strahlung (elektromagnetische Welle) mit Lichtgeschwindigkeit...

Kommentar von NutzlosAlpha ,

http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/cosmology/cbr.html

Und was ist Hintergrundstrahlung für ein Bezugspunkt?

Die Hintergrundstrahlung ist selbst kein Bezugssystem, sondern es gibt ein Bezugssystem, in dem die Hintergrundstrahlung von überall gleich ist und nicht durch deine eigene Bewegung Blau- oder Rotverschoben ist. Dies ist das entsprechende Bezugssystem. Der Unterschied zwischen diesem und unserem Bezugssystem ist aber sehr gering, weil wir uns so langsam bewegen.

Kommentar von hypergerd ,

Danke für den LINK!

Expertenantwort
von hypergerd, Community-Experte für Mathematik, 33

Da hier viele Antworten in die falsche Richtung abdriften,bitte nur ganz konkret:

"Mittelpunkt" weglassen, solange folgendes Hauptproblem nicht geklärt ist:

System1 hat v=0 und 3 Atomuhren.

System2 nimmt 2 Atomuhren mit und beschleunigt solange, bis die 2 Atomuhren halb so schnell laufen, wie in System1.(wir alle kennen das Myonen-Experiment, die mit hoher Geschwindigkeit länger leben)

Von System2 startet System3 mit 1 Atomuhr solange, bis es merklich langsamer als System 2 ist (muss nicht halbe Zeit-Geschwindigkeit sein, aber gut messbar).

Bis hier ("Endzustand") sollten noch alle "OK" sagen.

Nun bringe ich die vektorielle Komponente ins Spiel, die mir im Lorentzfaktor fehlt: Der Richtungsvektor:

Was ist, wenn System 3 genau in entgegengesetzte Richtung von System2 fliegt und somit wieder genau so schnell wie System1 ist!?

Zwar ist die Absolutzeit von System3 zu System1 verschoben,ABER was stimmt nun:

a) die Atomuhr im System3 ist von alle Uhren am langsamsten (da mit aufsteigender System-Nummer auch immer eine höhere Geschwindigkeit als die vom Vorgänger eingestellt ist)

b) da System 3 die selbe Geschwindigkeit hat wie System1 (Parallelflug), sind Zeit-Differenz-Messungen auch gleich lang (aber was sagt System2 zu den beiden anderen Uhren ???)

c) es gibt ja "Zeitdilatation durch Beschleunigung" diese könnte den Ausgleich bewirken/erklären,da ja mal positiv und mal negativ beschleunigt wird...(Richtungsvektor im Vorzeichen von a ?)

d) hier kommt wieder meine Vermutung dazu, dass im "Endzustand" der 3 Systeme ein "Uhrenvergleich"nicht einfach möglich sein könnte...

Erst wenn alle 3 Uhren in einem System eingesammelt werden, kann man sie vergleichen.Da die Uhr aus System3 natürlich verschoben war (Offset), kann man keine direkten Rückschlüsse auf die Zeit-Differenzmessung wäherend des Parallel-Fluges von System 1 & 3 machen.

d) ganz anders...

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Wenn es um beschleunigte systeme geht, kannst du auch nicht mehr die SRT nehmen, sondern musst die ART benutzen. Leider habe ich davon aber auch nicht genug Ahnung.

Was die drei Uhren angeht, so müssen sie natürlich alle drei am gleichen Ort ankommen, wie willst du sie denn sonst vergleichen? Uhr 3 ist auch nicht (zwangsläufig)  so schnell wie Uhr 1, sondern beide Uhren bewegen sich in entgegengestzte Richtungen.

Angenommen Uhr 3 und 1 treffen sich wieder und vergleichen die Zeit, so ist für 3 weniger Zeit vergangen, weil sie 2x beschleunigt wurde, und zwar einmal zusammen mit Uhr 2 weg von Uhr 1 und dann wieder zurück zu 1. Mit Uhr 2 kann man die Zeit logischerweise nicht vergleichen, weil sie sonstwo ist.

Kommentar von hypergerd ,

Bei ART könnte bestimmt Ute helfen - oder?

zu "entgegengestzte Richtungen": nein! System 3 soll parallel zu System 1 fliegen, also nur ein konst. Offset beim Ort und durch die Beschleunigung ein Offset bei der Zeit.

Was mich aber interessiert ist die Zeit-Differenzmessung im von mir definierten "Endzustand". Ist sie messbar? Könnte es einen Weg geben, diese Info der 3 Systeme auszutauschen?

Wenn man erst alle Uhren wieder in ein System bringt, ist ja alles vorbei! Dann sieht man nur noch die Offsets der Zeiten und kann keine Rückschlüsse mehr auf vergangene Zeit-Differenzmessungen mehr tätigen (oder doch)!

Also d) -> damit ist natürlich keine Mittelpunkt-Suche machbar.

Antwort
von Mikkey, 73

Ja, die gibt es, zumindest theoretisch.

Wenn Du Dich aus dem Sonnensystem, der Milchstraße und der lokalen Gruppe entfernst, damit Du an einem Ort bist, an dem die Zeitdehnung durch die Raumkrümmung weitgehend eliminiert ist, besitzt Du die von Dir aus gesehen schnellste Uhr des Universums.

Ach so, ob dort dann der Mittelpunkt des Universums ist, ist Ansichtssache. Ich würde meinen eher nicht.

Kommentar von hypergerd ,

Hast Du eine Zahl, welche Relativgeschwindigkeit unsere Galaxie gegenüber Deinem beschriebenen Ort (lokale Gruppe) hat?

Analog Andromeda zu uns: 114 km/s

Kommentar von Mikkey ,

Die lokale Gruppe enthält sowohl die Milchstraße als auch den Andromedanebel (zweitgrößte und größte Galaxie darin).

Was ich versucht habe zu schreiben war, dass Du, egal mit welcher Geschwindigkeit Du Dich bewegst immer selbst die schnellste Uhr besitzt, selbst wenn Du Dich mit 90% der Lichtgeschwindigkeit von der Milchstraße entfernen würdest.

Antwort
von Ahzmandius, 72

Man kann die Mitte nicht bestimmen, weil das Weltall kein 3D Raum sondern ein 4D Raum ist (Raumzeit).

Dafür gibt es eine schöne Analogie:

Du hast einen Luftballon. Überall auf dem Ballon malst du Punkte drauf und blässt den Luftballon auf. Der Ballon wird größer und die Punkte driften auseinander. Das Zentrum des System liegt in der Ballonmitte. Das heißt das Zentrum ist von der Oberfläche aus gar nicht zu erreichen.

In dieser Analogie entspricht der Ballon dem Weltall, die Oberfläche entspricht unserem 3D Raum und das Innere soll die 4 Dimension sein.

Kommentar von hypergerd ,

Ja, diesen Vergleich kenne ich.

Hauptproblem scheint wirklich die "Nichtmessbarkeit" der inneren relativen Zeit zu sein. (z.B. Zerfallszeit bekannter Isotope in relativer Ruhe)

Für mindestens 3 Galaxien müsste man diese relativen Geschwindigkeiten und gemessenen relativen Zeiten vergleichen -> und hätte dann aus der Abweichung zur theoretischen Zeit (theoretisch ist ja der Mittelpunkt der 3 Galaxien ein Ruhepunkt) einen Richtungsvektor zum Weitersuchen.

Problem beim Austausch von Daten (zwischen den Galaxien) ist ja leider die Lichtgeschwindigkeit: Wartezeit von 1 Mio. Jahre ist schon sehr lang (Frage + Antwort sogar noch doppelte Wartezeit)!

Auch die Relativgeschwindigleit von nur 114 km/s ist viel zu klein für gute Messergebnisse um merkliche Abweichungen zur theoretischen Zeitdilatation zu bekommen.

Da ist ja die Fluchtgeschwindigkeit unserer Sonne (617 km/s) größer.

Kommentar von hypergerd ,

Noch was zur Ballon-Analogie: ja, für die weit entfernten Galaxien mag das zutreffen.

Ich suche aber Galaxien in unserer Nähe (wie Andromeda), die auf uns zukommen oder parallel mit uns fliegen.

Hier müsste die Abweichung (theoretische Mitte zwischen den 3 Galaxien) zur wirklichen Mitte mehr Effekt zeigen.

Kommentar von Ahzmandius ,

Wenn ich ehrlich bin, kann ich aus deinen posts nicht nachvollziehen wie du das Zentrum bestimmen willst?

Kommentar von hypergerd ,

In meiner Antwort habe ich alles mit dem 3-Systeme-Problem beschrieben. 

Nur im Fall b) wäre eine "Rückverfolgung" machbar. Das bedeutet aber, das man eine Zeit-Differenz-Information aus allen 3 Systemen herausholen können muss (was es aber heute noch nicht gibt).

Das System mit der schnellsten Zeitdifferenz hätte dann zum Mittelpunkt die geringste Geschwindigkeitsdifferenz. 

Dabei darf natürlich der Einfluss von Masse die Differenzzeit nicht verfälschen, was leider fast unmöglich ist -> siehe

https://de.wikipedia.org/wiki/Hafele-Keating-Experiment

Solange das 3-Systeme-Problem offen ist, brauchen wir nicht über Mittelpunkt-Suche reden!

Antwort
von Leprequaestio, 4

Das muss es zwingend logisch geben. Auch einen absoluten Bezugspunkt muss es geben, selbst wenn wir diesen nicht ermitteln können.

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