Universums gåta

[Engan]

Så.. gåtan kommer förbli olöst. Men.. alltså.. nåt måste ju universum expandera i om det nu gör det?

/Vlad

Eftersom du inte definierat frågan kan den förstås aldrig få ett svar. Det är ungefär som i Liftarens guide till galaxen: de ber superdatorn om "Svaret på frågan om livet, universum och allting" och får efter moget övervägande svaret "42". När de klagar över att de inte förstår svaret påpekar datorn att det är de som inte förstått sin egen fråga.

En ospecifierad fråga kan aldrig få ett vettigt svar. Jag kan ju säga att "42" är svaret på "universums gåta", för det är ett lika vettigt svar som allt annat man kunde säga.

Din sista mening är dock en specifik fråga och har mycket riktigt ett svar. Men det har ju Lindir redan gett dig, så jag slipper.

[Dûrion Annûndil]

Man vet numera att universum i sitt tidigaste stadium expanderade fortare än ljuset. Redan vid första nanosekunden av universums existens stöter vi alltså på en paradox, för inget kan väl färdas fortare än ljuset?

Ljuset färdas i nästan 300 000 km/s, i vakuum, i vår normala rymd med de fysikaliska lagarna. Det finns väl inget som säger att det kan funnits snabbare hastigheter i ett universum där de fysikaliska lagarna ännu inte gällde?

[Engan]

Man vet numera att universum i sitt tidigaste stadium expanderade fortare än ljuset. Redan vid första nanosekunden av universums existens stöter vi alltså på en paradox, för inget kan väl färdas fortare än ljuset?

Ljuset färdas i nästan 300 000 km/s, i vakuum, i vår normala rymd med de fysikaliska lagarna. Det finns väl inget som säger att det kan funnits snabbare hastigheter i ett universum där de fysikaliska lagarna ännu inte gällde?

Eller, för att vara petig, där de fysikaliska lagarna än så länge var annorlunda. Eller där våra nuvarande definitioner av dem är otillräckliga. Det kan ju mycket väl hända att lagarna är och alltid varit totalt konstanta, men att de vid höga energinivåer (högre än vad som existerar i universum nu, men som var vardagsmat strax efter skapelsen) "förvrängs" på grund av termer som är försumbara vid "normala" energinivåer. Ungefär som Newtonsk mekanik funkar utmärkt i vardagslag, men när man närmar sig ljusets hastighet blir termer som vid "vardagliga" hastigheter är försumbara så stora att naturlagarna verkar bryta ihop om man inte känner till dessa termer (vilket vi gör tack vare en viss herr Einstein ). En trolig effekt är att rumtidens expansion under en mycket kort tid gick avsevärt mycket fortare på grund av den höga energinivån, vilket under den första tiden "blåste upp" universum väldigt fort. Men i samma takt minskade ju energinivån och expansionshastigheten närmade sig mer och mer den vi ser idag.

Glöm heller inte att med tanke på hur expansionen går till så är det ingenting som "färdas" över huvud taget! Ingenting "flyger utåt med över ljusets hastighet", för det är ingenting som "flyger utåt" över huvud taget! Det blir mer rymd emellan saker, men det beror inte på att de flyttar sig. (Och det KAN inte bero på att de flyttar sig. Om de gjorde det skulle man inte se en likformig expansion i alla riktningar.) Däremot finns det förstås "vanliga" rörelser hos materiella ting (stjärnor har en bana runt i galaxen, galaxerna har banor runt i sina kluster osv.) men detta sker i hastigheter som är fysikaliskt fullt förklarliga och det sker helt oberoende av den skenbara hastighet saker har p.g.a rummets expansion.

Analogt kan man ta "paradoxen" att om man med en kraftig laser skapar en ljusfläck på månens yta (t.ex.) så kan man enkelt genom att snabbt svepa laserkanonen fram och tillbaka få ljusfläcken att "röra sig fortare än ljusets hastighet". Att detta är möjligt beror på att "ljusfläcken" är ett skenbart objekt som i sig inte existerar. I varje givet ögonblick "består" fläcken av helt olika fotoner. Ingen enskild partikel flyttar sig med ljusfläcken och alltså är det ingenting som färdas med över ljushastigheten även om det kan se ut så.

[Osprey]

Svaret är 42!!

Prova att gå till http://www.google.com och sök efter "answer to life, the universe and everything" (utan "")

[wiseguy]

Analogt kan man ta "paradoxen" att om man med en kraftig laser skapar en ljusfläck på månens yta (t.ex.) så kan man enkelt genom att snabbt svepa laserkanonen fram och tillbaka få ljusfläcken att "röra sig fortare än ljusets hastighet". Att detta är möjligt beror på att "ljusfläcken" är ett skenbart objekt som i sig inte existerar. I varje givet ögonblick "består" fläcken av helt olika fotoner. Ingen enskild partikel flyttar sig med ljusfläcken och alltså är det ingenting som färdas med över ljushastigheten även om det kan se ut så.

Det här stycket får du gärna förklara lite närmare då jag inte riktigt förstår vad du menar med "röra sig fortare än ljusets hastighet" Ljusfläcken i sig kommer att röra sig med en betydligt högre hastighet än vad lasern rör sig i men inte snabbare än ljuset.. eller?

Det enda stället ljuset rör sig snabbare än ljusets hastighet är vi i och omkring svarta hål där?

[tornros]

...enda stället ljuset rör sig snabbare än ljusets hastighet ...



Tårta på tårta?


För övrigt finns teorin om tachyoiderna, tror jag det stavas, som är snabbare än ljuset, men som ingen har lyckats bevisa med förklaringen att de inte går att se, eller på annat sätt märka av dem, just pga av deras otroliga snabbhet.
En del forskare anser dock att de är ett nödvändigt komplement till Big Bang teorin och att denna står och faller med existensen av tachyoiderna.

[wiseguy]

...enda stället ljuset rör sig snabbare än ljusets hastighet ...



Tårta på tårta?

Jag skrattade också lite åt min egen spetsfundighet

[Engan]

Analogt kan man ta "paradoxen" att om man med en kraftig laser skapar en ljusfläck på månens yta (t.ex.) så kan man enkelt genom att snabbt svepa laserkanonen fram och tillbaka få ljusfläcken att "röra sig fortare än ljusets hastighet". Att detta är möjligt beror på att "ljusfläcken" är ett skenbart objekt som i sig inte existerar. I varje givet ögonblick "består" fläcken av helt olika fotoner. Ingen enskild partikel flyttar sig med ljusfläcken och alltså är det ingenting som färdas med över ljushastigheten även om det kan se ut så.

Det här stycket får du gärna förklara lite närmare då jag inte riktigt förstår vad du menar med "röra sig fortare än ljusets hastighet" Ljusfläcken i sig kommer att röra sig med en betydligt högre hastighet än vad lasern rör sig i men inte snabbare än ljuset.. eller?

Det enda stället ljuset rör sig snabbare än ljusets hastighet är vi i och omkring svarta hål där?

Din sista mening förstår jag inte alls. Ljuset rör sig inte någonsin snabbare än ljusets hastighet. Inte vid svarta hål heller.

Ljusfläckens position kan lätt flyttas snabbare än ljusets hastighet. Det beror på att den inte rör sig (och inte heller kan röra sig). Den är bara ett skenbart objekt. Vårt öga uppfattar det belysta området som varande ett objekt men i själva verket "är" den ju ingenting. När vi uppfattar det som att den "rört sig" innebär det bara att ett nytt område på månen belyses, så att vi luras att tro att "fläcken flyttat sig". Vilket den inte har. Inga partiklar flyttar med fläcken, i fläckens skenbara hastighet (som lätt kan fås att vara många gånger ljusets hastighet). Räkna lite snabbt på det. Avståndet till månen är grovt räknat 400000 km. Om du rör din "laserkanon" 45 grader på en halv sekund (vilket ju du lätt kan göra) kommer fläcken på månen att verka röra sig i en hastighet av 2*2*tan( pi/8 )*400000 (extremt grovt räknat, vi antar här att månen är en platt filmduk ) km/s=660000 km/s, dvs. mer än dubbla ljushastigheten. Om du rör din lilla kanon fortare eller ökar avståndet till prylen du belyser kan du lätt få din lilla ljusfläck att verka "röra sig" i warp 100. Men som sagt, det är bara en skenbar rörelse. Ingen enskild partikel "följer med" ljusfläcken.

Har jag uttryckt mig begripligt, tro?

[Engan]

För övrigt finns teorin om tachyoiderna, tror jag det stavas, som är snabbare än ljuset, men som ingen har lyckats bevisa med förklaringen att de inte går att se, eller på annat sätt märka av dem, just pga av deras otroliga snabbhet.
En del forskare anser dock att de är ett nödvändigt komplement till Big Bang teorin och att denna står och faller med existensen av tachyoiderna.

Tachyoner menar du nog. Finns inga experimentella bevis för att de existerar (de har inte observerats), men det finns flera sätt som de skulle kunna observeras om de fanns. T.ex. skulle en laddad tachyon ge upphov till kraftig Cherenkov-strålning när den skapas och omedelbart pilar iväg i över ljusets hastighet.

Tachyoner har intressanta teoretiska egenskaper. Om de existerar är deras minimihastighet ljushastigheten, och de har högre hastighet ju lägre energi de har. När de går mot noll energi går deras hastighet mot oändligheten. De rör sig också bakåt i tiden, vilket ställer till med alla möjliga intressanta problem. Om de någon gång observeras kommer det krävas mycket teoriarbete för att foga in dem i fysikens ramverk.

Men, som sagt, det finns inga konkreta bevis för att tachyoner existerar. Man kan postulera alla möjliga knepiga partiklar tills man blir blå i ansiktet, men innan de observerats är de rent hypotetiska.

Vad jag vet klarar sig Big Bang-teorin utmärkt utan tachyoner.

[tornros]

Tachyoner, alltså? Tack för uppdateringen.

Vad jag har hört (är själv ingen rymdfysiker, har nog med problem med att förstå hur gravitationen fungerar, då jag på något konstigt vis väger betydligt mer än jag borde.. ) så borde partiklar, enligt någon teori, vid universums födelse ha färdats betydligt snabbare än vad vi nu känner till som högsta möjliga hastighet. Hur emellertid detta är möjligt har jag ingen som helst aning om, då det ligger långt utför mitt eget gebit (donuts). Jag tror dock det var någonting om att universum annars skulle kollapsa i sin egen vikt, ungefär som ett svart hål då, men säker ar jag absolut inte.

Du kanske har hört den teorin, eller en variant av den, förut och känner förhoppningsvis till den bättre än vad en glad amatör som jag gör..

Cherenkov-strålning, vad är det för något?

[Engan]

Det finns alla möjliga intressanta problem med hur naturlagarna måste fungerat under universums allra första tid. Det finns också alla möjliga förslag till lösningar. Den troligaste förklaringen (som hittills verkar stämma med observerade data) är inflationsmodellen. Den är just en förklaring till varför universum inte kollapsade in i sig själv igen direkt efter skapelsen.

Förklaring på doktorandnivå:
http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/W ... tents.html
På studentnivå:
http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect ... ation.html
På lekmannanivå:
http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101inflation.html

Detta är inget lätt ämne! Jag gör absolut inte anspråk på att fatta alla aspekter av detta. Jag är inte heller någon astrofysiker. Men som svar på din fråga om partiklar måste färdas fortare än c vid skapelsen tror jag jag kan svara nej. Att alla avstånd i hela universum ökar på grund av att rummet expanderar innebär inte att allting färdas med den hastigheten! Två saker som är i övrigt fullständigt stilla i universum avlägsnar sig alltid från varandra med en hastighet direkt proportionell mot avståndet mellan dem, såvida inga andra krafter (som gravitation eller elektrosvag eller stark kraft) förhindrar detta. Så var glad att elektromagnetiska krafter håller ihop atomerna i din kropp, annars skulle du svälla upp i takt med universums expansion!

För att övergå till något helt annat:

Cherenkov- (eller vi i Sverige kanske skall stava Tjerenkov?) strålning är en effekt som beror på att en (laddad) partikel överskrider ljusets hastighet i ett medium. Det är naturligtvis egentligen fel att säga att inget kan färdas snabbare än ljuset. Vad man borde säga är ju att inget kan färdas snabbare än c, ljusets hastighet i vakuum. Ljusets hastighet (dvs. den hastighet fotoner färdas i) kan lokalt vara avsevärt lägre när ljuset färdas i någon form av medium (en gas, en vätska eller något annat translucent medium). Nyligen har man t.o.m. lyckats sakta ner en ljuspuls till att stå i princip still i nästan en sekund.
http://physicsweb.org/article/news/5/1/9/1
http://physicsweb.org/article/news/7/7/9

Tjerenkovstrålning beror som sagt på att laddade partiklar färdas snabbt genom ett medium. Då exciteras atomer i mediet och när de sedan återtar sitt ekvilibrium utsänds fotoner från dem. Om partikeln färdas snabbare än ljusets hastighet uppstår en konstruktiv interferens mellan de utsända fotonerna, vilket ger upphov till en observerbar strålning. Om partikelns hastighet är lägre än ljusets utsänds också fotoner, men de tenderar att destruktivt interferera med varandra vilket gör att ingen detekterbar strålning produceras.

Det kusliga blåa ljuset du säkert sett skina i en reaktors kylvatten i någon film eller TV-program är ett bra exempel på Tjerenkovstrålning. Det mesta av tjerenkovstrålningen sker i ultraviolett spektrum, men den del som faller inom det synliga spektrat är vanligen lysande blått.

Fenomenet upptäcktes 1934 av Pavel Tjerenkov. 1958 fick han och de forskare som gett förklaringen till fenomenet dela på nobelpriset i fysik.

Genom att observera tjerenkovstrålningen en partikel ger upphov till kan man räkna sig till partikelns hastighet och färdriktning, även om man inte kan "observera" partikeln direkt. Mycket användbart.

Ett (inte helt korrekt, men träffande) sätt att beskriva fenomenet är att det är motsvarigheten till en ljudbang, en ljusbang.
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/R ... enkov.html

Wikipedia har en bra artikel om ämnet:

http://en.wikipedia.org/wiki/Cherenkov_radiation

[wiseguy]

Borde inte ljuset få en högre hastighet när de strålar in mot ett svart hål? Gravitationen påverkar ju ljuset och om då gravitationen drar rakt framåt i ljusets riktning borde väl hastigheten öka... eller?

[tornros]

Ok.... Om jag nu förstod det rätt, så existerar denna Cherenkov-strålning (liksom all annan strålning?) överallt utom i vakuum? Om man antar att dessa tachyoner endast rör sig vakuum då?
Är min fråga för dum ber jag om överseende.

Tackar för ett mycket bra svar samt att du hade godheten att lägga in en lekmanna förklaring... Måste jag erkänna att det var den jag läste?

[Engan]

Ok.... Om jag nu förstod det rätt, så existerar denna Cherenkov-strålning (liksom all annan strålning?) överallt utom i vakuum? Om man antar att dessa tachyoner endast rör sig vakuum då?
Är min fråga för dum ber jag om överseende.

Tackar för ett mycket bra svar samt att du hade godheten att lägga in en lekmanna förklaring... Måste jag erkänna att det var den jag läste?

Förstår inte riktigt hur du menar.. självklart kan strålning existera i vakuum? Hur tror du att du kan se solen och känna dess värme? Eller se stjärnorna?

Cherenkov-strålningen kan (naturligtvis, liksom all annan strålning) "existera" dvs. fortplantas i vakuum. Men den kan inte uppstå när partiklar färdas i vakuum. Både för att partiklarna då inte kan överträffa ljushastigheten, och för att det inte finns några atomer där att excitera.

Menar du att tachyoner skulle ha någon sorts magisk egenskap att spårlöst och odetekterbart försvinna så fort de kommer i kontakt med materia, och hela tiden magiskt uppstå mitt i vakuum, eller vad menar du? Fattar inte riktigt..

Poängen är att om laddade tachyoner existerade borde de färdas genom medier då och då, och kunna detekteras på grund av den extremt kraftiga cherenkovstrålningen de skulle ge upphov till. Neutrinos detekteras till exempel på detta sätt.