Сколько времени потребуется, чтобы достичь края доступной вселенной?

Сколько времени потребуется, чтобы достичь текущего края достижимой части вселенной, учитывая следующие ограничения:

  • Мы находим способ построить космический корабль, чтобы обеспечить постоянное ускорение в 1 G в течение длительного периода времени.
  • Мы ускоряемся, пока не достигнем половины пути, затем замедляемся после этой точки (так что мы останавливаемся, когда доходим до нее.
  • Наша цель находится примерно в 15 миллиардах световых лет от нас. Согласно http://curious.astro.cornell.edu/about-us/104-the-universe/cosmology-and-the-big-bang/expansion-of-the-universe/616-is-the-universe- промежуточные галактики, расширяющиеся быстрее скорости света, превышающие 4740 мегапарсеков, больше не достижимы. Использование этого сайта http://www.convertunits.com/from/megaparsecs/to/light+years для преобразования мегапарсеков в световые годы означает, что эта «недостижимая» точка в настоящее время находится на расстоянии 15 459 812 396,5002 световых года. Давайте упростим до 15 миллиардов световых лет, что все еще считается достижимым.
  • Мы как-то прорабатываем все детали жизнеобеспечения, столкновения с частицами на релятивистских скоростях и т.д...

Я хотел бы знать время, которое испытывает путешественник, и время, которое испытывают все остальные (например, те, кто на Земле).

Я думаю, что это, вероятно, больше подходит для форума space.stackexchange.com в любом случае, но я не думаю, что можно сказать, что ему нужно будет ускоряться на протяжении всего путешествия (+/-), потому что скорость света конечна, и вы не можете ускорить мимо него.
Я понимаю, что наблюдатель не превысит скорость света, но сокращение длины и замедление времени происходят на почти релятивистских скоростях. Относительность странная, но удивительная! Интересно, можно ли его переместить на space.stackexchange.com, если это будет сочтено необходимым?
Поскольку это путешествие совершенно неосуществимо, но на него можно ответить с помощью физики для гипотетического случая, я думаю, что оно должно остаться здесь.
Я думаю, что Пела предоставил более точный ответ, не стесняйтесь смотреть на последствия, которые я предлагаю в конце моего ответа, я думаю, что на них стоит взглянуть.

Ответы (2)

Ответ Джонатана в основном правильный, но, как комментирует Роб Джеффрис, он не принимает во внимание, что Вселенная расширяется во время путешествия.

Край наблюдаемой Вселенной находится на расстоянии 47 миллиардов световых лет (Гли). Даже если вы луч света, вы не можете достичь этой точки. Максимальное расстояние, которое вы можете пройти, отправляясь сегодня, составляет примерно 5 Гпк или 17 Гли, но это путешествие, конечно, займет бесконечно много времени (иначе это не будет «самое большое расстояние, на которое вы можете пойти»). Это расстояние, вероятно, является тем, на что ссылается связанная статья (я не читал статью, она очень, очень длинная).

Итак, чтобы ответ был каким-то забавным, вы должны заморозить Вселенную, используя магию, что и делает калькулятор Джонатана. Здесь я просто предоставлю аналитическое решение: В этом случае собственное время т (т.е. время, которое испытывает путешественник), чтобы достичь расстояния Икс при движении с постоянным ускорением а является

т знак равно с а чушь − 1 ⁡ ( а Икс с 2 + 1 ) ,
куда с это скорость света. Если вы хотите замедлиться после того, как достигли половины пути, вы просто делите Икс от 2 и умножить результат на 2 .

Если вы подключите Икс знак равно 15 грамм л у вы просите, вы получаете примерно 45 лет . Чтобы добраться до края Вселенной при 47 Гли, на самом деле требуется всего несколько лет. Причина этого просто в том, что путешествуя на скорости 1G, вы достигаете (почти) скорости света всего за пару лет, и, следовательно, вы (почти) не ощущаете времени, как бы далеко вы ни зашли.

Время, испытываемое землянами для путешественника при постоянном ускорении, определяется выражением

т ( т ) знак равно с а грех ⁡ ( а т с ) ,
что составляет 15 млрд лет для 15 млрд лет и 47 млрд лет для наблюдаемой Вселенной. Причина просто в том, что путешественник, с точки зрения землян, чрезвычайно быстро достигает скорости, почти равной скорости света.

Спасибо за предоставленную формулу, пересмотр и за хорошо продуманный ответ! Не могли бы вы указать, какие все переменные входят в формулу?
@Jonathan: Я думаю, что это уже там: «…подходящее время т достичь расстояния Икс во время путешествия в а ". Или какие переменные вы имеете в виду?
ах да, я не знаю, как я это пропустил (если это не было отредактировано). Спасибо!
Так как же это работает, если учесть расширение пространства-времени? По мере вашего приближения длина С сокращается, и в то же время пространство-время расширяется. Следовательно, наблюдает ли путешественник значительно увеличенную скорость расширения, которая доминирует над сокращением длины, которое он также наблюдает? Не дать ему добраться до края наблюдаемой вселенной? Следствием этого является то, что скорости не относительны и что на самом деле существует универсальная система отсчета, которую вы можете обнаружить, регулируя свою скорость до тех пор, пока не минимизируете наблюдаемую скорость расширения Вселенной. Это кажется неправильным.
Если вместо этого скорость расширения одинакова для всех наблюдателей, независимо от скорости, то, с его точки зрения, Вселенная не будет сильно расширяться за эти 45 лет, и, следовательно, он может пройти далеко за границу наблюдаемой Вселенной.
@trampster вау, интересный момент, который я не учел. Я пока не знаю, как это будет работать...

Я приветствую вклад всех остальных как в этот ответ, так и в возможные различные решения! Вот что я придумал:

Во-первых, обеспечение тяги 1G на всем пути (переключение на замедление на полпути) было бы отличным способом обеспечить «искусственную гравитацию». Я нашел сайт, на котором действительно есть скрипты, помогающие с такими вычислениями! Предполагая, что сайт правильный, вот что мы получаем: http://www.cthreepo.com/lab/math1/ Используя расчет длинных релятивистских путешествий:

  • Введите ускорение: 1G
  • Введите количество световых лет для путешествия: 15000000000
  • Время, которое испытал наблюдатель: бесконечность (неверно, и сайт указывает, что из-за ограничения в java-скрипте такие большие числа не рассчитываются должным образом)
  • Опытное время на Земле: 15010384285,855611

Тем не менее, я заметил кое-что интересное, что может привести нас к этому:

  • Для путешествия в 15 световых лет он показывает, что наблюдатель испытывает около 5,54 года, а земное время составляет около 16,84 года.

  • Для путешествия в 150 световых лет он показывает 9,80 года для наблюдателя и 152,03 года для Земли.

  • Для путешествия в 1500 световых лет он показывает 14,24 года для наблюдателя и 1502,97 года для Земли.

  • Для путешествия в 15000 световых лет это показывает 18,70 лет для наблюдателя и 15012,32 года для Земли.

Я замечаю здесь закономерность... Время для наблюдателя увеличивается примерно на 4,5 года каждый раз, когда расстояние умножается на 10. Время, которое испытывает Земля, приближается к количеству световых лет по мере увеличения расстояния. Теперь давайте посмотрим, где расчет нарушается, и посмотрим, сохраняется ли эта закономерность до этой точки.

  • Он разрушается на расстоянии 1,5 миллиарда световых лет, так что давайте сделаем несколько шагов назад и посмотрим, видим ли мы все еще эту закономерность.

  • Для путешествия в 1 500 000 световых лет он показывает 27,63 года для наблюдателя и 1 501 040,36 года для Земли. Обратите внимание, что запятые были добавлены, чтобы было легче понять, о каком числе мы говорим, при вводе чисел в расчет не используйте запятые.

  • Для путешествия в 15 000 000 световых лет он показывает 32,10 года для наблюдателя и 15010386,22 года для Земли.

  • Для путешествия в 150 000 000 световых лет он показывает 35,61 года для наблюдателя и 150103844,77 года для Земли.

Да, шаблон все еще в значительной степени сохраняется. Кажется, около 3,5-4,5 лет на каждый дополнительный коэффициент 10 для расстояния (и, кажется, становится меньше времени «около точки разрыва»). Давайте предположим, основываясь на этом, что каждое увеличение в 10 раз приводит к увеличению времени наблюдателя примерно на 4 года, и что время, наблюдаемое на Земле, очень близко к числу пройденных световых лет.

  • Для путешествия в 1,5 миллиарда световых лет это будет означать 39,61 года для наблюдателя и чуть более 1,5 миллиарда лет для Земли.

  • Теперь перейдем к большому вопросу и нашему ответу: путешествие в 15 миллиардов световых лет должно занять у наблюдателя около 43,61 года, в то время как на Земле он испытает немногим более 15 миллиардов лет!

Это имеет некоторые удивительные последствия:

  • С таким кораблем мы теоретически могли бы добраться до конца досягаемой вселенной за человеческую жизнь (хотя на Земле прошло бы 15 миллиардов лет)!
  • Мы также теоретически могли бы добраться до любой точки в этой области за меньшее время (так что мы могли бы путешествовать практически куда угодно, в соседнюю галактику, в далекую галактику, в центр нашей галактики и т. д.) в течение человеческой жизни. (менее чем за 44 года)!
  • Мы могли бы путешествовать во времени в далекое будущее, отправившись куда-то очень далеко на релятивистских скоростях, а затем вернувшись на землю! Примечание: насколько нам известно, возвращение в прошлое до сих пор не решено. Для больших расстояний пройденное время будет чуть более чем в два раза больше пройденного расстояния в световых годах (с учетом обратного пути).
Это похоже на стандартное решение парадокса близнецов; но как вы объяснили расширение Вселенной?
Хорошо, я не учел расширение Вселенной, происходящее здесь. Вот почему я ищу дополнительные отзывы.
@RobJeffries и Джонатан: Но если принять во внимание расширение, ответ почти дан в вопросе: вы не можете двигаться дальше 5 Гпк, что потребует ∞ с точки зрения землян, и всего несколько лет с точки зрения путешественника, поскольку она очень быстро достигает (почти) скорости света и, следовательно, не имеет (почти) никакого времени, чтобы никуда уйти.
@pela, означает ли это, что через 15 миллиардов лет (примерно 3 * 5 Gpc = 15 G световых лет) во Вселенной произойдет что-то вроде большого разрыва?
@Pela это ответ.
@Jonathan: Нет, в этих расчетах предполагается космологическая постоянная , то есть нет большого разрыва. Но ускорение по-прежнему означает, что скорость удаления любого объекта, не связанного с нами гравитацией, будет безгранично возрастать, в конечном итоге делая их недосягаемыми.
@RobJeffries: извините за опечатку в вашем имени. :)
Сколько времени потребуется, чтобы достичь края доступной вселенной?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 4v