Sun Wukong konnte Tathagatas Hand nicht entkommen und dafür gibt es tatsächlich einen physikalischen Grund!

Die Küstenseeschwalbe ist möglicherweise das lichtliebendste Tier der Welt. Vom Tag seines Schlüpfens an jagt es ständig der Sonne nach. Während des Sommers auf der Nordhalbkugel kommen sie an die Küste des Arktischen Ozeans und vermehren sich in der Tundra. Während des Sommers auf der Südhalbkugel reisen sie in die Gegend um die Antarktis, um im Südpolarmeer Fische und Garnelen zu fangen.

Die Migrationsroute der Küstenseeschwalbe ist kurvenreich. Durchschnittlich legt er jedes Jahr etwa 71.000 Kilometer hin und zurück zurück. Während seiner langen Lebensdauer von mehr als 30 Jahren entspricht die gesamte Migrationsdistanz drei Hin- und Rückflügen von der Erde zum Mond!

Küstenseeschwalbe. Bild von: pixabay.com

Für einen winzigen Vogel ist diese Leistung Grund genug, mehrere geologische Zeitalter lang damit zu prahlen. Wenn man den Menschen also 30 Jahre Zeit gäbe, innerhalb des bekannten physikalischen Rahmens zu handeln, ohne Einschränkungen bei den Mitteln, wie weit könnten wir fliegen?

Sie sind buchstäblich 30 Jahre lang geflogen!

Die erste von Menschen in das äußere Sonnensystem geschickte Sonde war Pioneer 10. Bis zum 30. Jahrestag ihres Starts (März 2002) hatte sie eine Entfernung von 12 Milliarden Kilometern von der Erde zurückgelegt.

Allerdings konnte Voyager 1, die 1977 gestartet wurde, einen Rückstand aufholen und Pioneer 10 im 21. Flugjahr mit 10,4 Milliarden Kilometern überholen. Damit wurde sie zum am weitesten fliegenden, von Menschenhand geschaffenen Objekt. Im 30. Jahr (2007) hatte Voyager 1 15,5 Milliarden Kilometer erreicht und durchquerte die Heliosphäre. Jetzt hat Voyager 1 die Heliosphäre verlassen und bewegt sich im interstellaren Raum 24 Milliarden Kilometer von uns entfernt.

Zwei Reisende reisen 2007 durch die Heliosphäre. Bildquelle: NASA

Obwohl 15,5 Milliarden Kilometer offensichtlich viel besser sind als die drei Hin- und Rückflüge der Küstenseeschwalbe zur Erde und zum Mond, erscheint es zu langweilig, die Entfernung einfach zu vervielfachen, um in der Geschwindigkeit mitzuhalten. Lassen Sie uns etwas wilder denken: Gibt es eine Möglichkeit, weiter zu fliegen?

Solange die Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit liegt, kann ein kurzes Leben weiter laufen

Das seltsame Verhalten eines mikroskopisch kleinen Partikels kann unser Denken anregen. In einer Höhe von 15 Kilometern über dem Boden bombardieren hochenergetische Protonen der kosmischen Strahlung die Erdatmosphäre und erzeugen Myonen und Neutrinos.

Die Lebensdauer des Myons ist sehr kurz und es zerfällt in etwa 2,2 Mikrosekunden. Logischerweise kann es, selbst wenn es mit Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 Meter pro Sekunde) abtaucht, nur 660 Meter weit fliegen und den Boden nicht erreichen. Doch dann geschah etwas Interessantes: Auf Meereshöhe und sogar in unterirdischen Minen konnten zahlreiche Myonen nachgewiesen werden, und die Entfernung, die sie zurücklegten, war mehr als 23 Mal größer als ursprünglich vorhergesagt.

Was ist los? Es stellte sich heraus, dass es die spezielle Relativitätstheorie war, die insgeheim half. Von der Erde aus betrachtet würde sich der Zeitablauf von Myonen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, erheblich verlangsamen. Solange sich seine Geschwindigkeit um weniger als 9 Zehntausendstel von der Lichtgeschwindigkeit unterscheidet, wird der Lauf der Zeit um mehr als das 23-fache verlangsamt. Wenn wir und das Myon jeweils eine Stoppuhr halten, werden wir feststellen, dass unsere Stoppuhr beim Auftreffen auf der Erde 52 Mikrosekunden erreicht hat, die Stoppuhr des Myons jedoch noch nicht 2,2 Mikrosekunden erreicht hat (es scheint, als ob „Leben in der Bewegung“ richtig ist …)

Aus der Perspektive des Myons hat es jedoch nicht den Eindruck, dass die Zeit langsamer vergeht. Normalerweise stirbt es nach 2,2 Mikrosekunden und zerfällt in andere Teilchen, und die Stoppuhr in unseren Händen ist diejenige, die langsam geht. Vor seinen „Augen“ sieht es folgende Szene: Die Erde, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf ihn zurast, wird radial mehr als 23-mal zusammengedrückt und wird zu einem „Pfannkuchen“ (wenn es weiß, wie die Erde ursprünglich aussieht). Die Atmosphäre, die es durchqueren muss, ist dünner als 660 Meter, und es kann sogar noch etwas weiter laufen und in eine unterirdische Mine bohren!

Es gibt eine optionale Formel für die Vielfachen der Zeitverzögerung bzw. Längenkompression, die ausschließlich für neugierige Leser zur Überprüfung der folgenden Daten dient:

Dabei ist v die Geschwindigkeit des Objekts und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Das Phänomen der Myonen, die den Boden erreichen, ist ein klassischer Beweis der speziellen Relativitätstheorie . Beachten Sie, dass das Myon aus der Perspektive der Erde 52 Mikrosekunden braucht, um 15 Kilometer zurückzulegen. Aus der Perspektive des Myons dauert es 2,2 Mikrosekunden, um 660 Meter zurückzulegen. In ihren jeweiligen Bezugssystemen bewegen sich Myonen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Wenn man sie jedoch vermischt, gelangt man zu einer falschen (aber interessant klingenden) Schlussfolgerung: Das Myon legte 15 Kilometer in 2,2 Mikrosekunden zurück, was der 23-fachen Lichtgeschwindigkeit entspricht!

Solange Sie hart arbeiten und Wunder vollbringen, können Sie die Milchstraße überqueren?

Als wir in dieser Richtung weiterdachten, kamen wir auf eine kühne Idee. Wenn wir uns (auf welche Weise auch immer) auf eine Geschwindigkeit beschleunigen würden, die extrem nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt, wären wir dann in der Lage, die Milchstraße, die ursprünglich einen Durchmesser von 200.000 Lichtjahren hat, innerhalb von 30 Jahren zu durchqueren?

Diese Zeitverzögerung oder Längenkompression beträgt das 6667-fache, sagen wir 7000. Mithilfe der Formel, die wir gerade verwendet haben, können wir berechnen, dass wir die Milchstraße 7000-mal radial abflachen können, wenn wir die Lichtgeschwindigkeit auf 1 Teil pro Milliarde genau erreichen, sodass wir sie in 30 Jahren durchqueren können .

Aus der Perspektive der Generationen von Nachkommen, die auf unserem Heimatplaneten verbleiben, reisten wir natürlich immer noch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und brauchten 200.000 Jahre, um die Aufgabe zu bewältigen, aber jede unserer Bewegungen war unglaublich langsam, selbst jeder Wimpernschlag dauerte eine Stunde!

Wie viel Energie wird benötigt, um diese Geschwindigkeit zu erreichen? Angenommen, das Raumschiff ist sehr leicht, nur 1 Tonne einschließlich uns (ausgestattet mit unkonventioneller Nahrung, um während der 30-jährigen Reise nicht zu verhungern), dann beträgt die endgültige kinetische Energie E=mc² mal 7000, was 6300 Billionen Joule entspricht. Diese Zahl ist eigentlich nicht so groß. Es handelt sich lediglich um die Energie, die die Sonne in einer 600stel Sekunde erzeugt. Er ist etwas heftiger als der Asteroideneinschlag, der die Dinosaurier zerstörte. Vielleicht können wir es noch produzieren.

Versuchen wir es also noch einmal und fliegen innerhalb von 30 Jahren an den Rand des Universums, um einen Blick darauf zu werfen? Seit dem Urknall hat sich der Teil des Universums, aus dem Signale Zeit hatten, uns zu erreichen (das sogenannte „beobachtbare Universum“), auf einen Radius von 46,5 Milliarden Lichtjahren ausgedehnt und dehnt sich immer noch aus. Wenn wir es stoppen und innerhalb von 30 Jahren dorthin fliegen könnten, müssten wir das Raumschiff auf lediglich 500 Billionstel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die erforderliche Energie würde 14 Billionen Billionen Joule betragen, was der gesamten Produktionskapazität der Sonne in 6 Minuten entspricht, oder 72 Drei-Schluchten-Staudämmen, die seit der Entstehung der Erde in Betrieb waren!

Nach der Lektüre der obigen Berechnungen könnten wir der Illusion erliegen, dass Wunder geschehen können, solange wir hart arbeiten. Tatsächlich besteht das größere Problem darin , dass die Expansion des Universums in dem uns bekannten System nicht gestoppt werden kann und sich immer noch beschleunigt. Je weiter sich die Galaxien von uns entfernen, desto schneller entfernen sie sich, wobei die Geschwindigkeit sogar die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann (die Expansion des Weltraums verstößt nicht gegen die Relativitätstheorie) . Selbst wenn wir uns in einen Lichtstrahl verwandeln und jetzt sofort aufbrechen würden, könnten wir uns der Galaxie, die derzeit etwa 15 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist (und sich mit Lichtgeschwindigkeit entfernt), nur allmählich nähern, sie aber niemals erreichen, geschweige denn in einer Entfernung von 46,5 Milliarden Lichtjahren.

Als ich davon sprach, fiel mir plötzlich das Glücksspiel zwischen Sun Wukong und Tathagata in „Die Reise nach Westen“ ein. Sun Wukong machte einen Purzelbaum von 108.000 Meilen, aber er konnte sich immer noch nicht aus Tathagatas Hand befreien. Der Grund dafür könnte sein, dass Tathagata eine kosmische Expansion eingeleitet hat …

Sun Wukong begegnet der Ausdehnung des Universums. Screenshot der Fernsehserie "Die Reise nach Westen"

Planung und Produktion

Autor: Qu Jiong, populärwissenschaftlicher Autor

Rezension von Liu Xi, Forscher am Beijing Planetarium

Herausgeber: Ding Zong