Eines der interessantesten Themen im Bereich der Naturwissenschaften ist das Konzept der Allgemeinen Relativitätstheorie. Wissen Sie, diese Vorstellung, dass seltsame Dinge passieren, wenn Sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Es gibt seltsame Längenänderungen, bizarre Verschiebungen der Wellenlängen. Und am rätselhaftesten ist das Konzept der Dilatation: Wie Sie buchstäblich mehr oder weniger Zeit erfahren können, je nachdem, wie schnell Sie im Vergleich zu anderen reisen.
Und noch seltsamer? Wie wir im Film Interstellar gesehen haben, kann allein der Aufenthalt in der Nähe eines sehr massiven Objekts wie eines Schwarzen Lochs dieselben relativistischen Effekte verursachen. Weil Masse und Beschleunigung irgendwie dasselbe sind?
Ehrlich gesagt ist es genug, um Ihnen massive Kopfschmerzen zu bereiten.
Aber nur weil ich das Konzept verblüffend finde, werde ich immer noch weiterreden, versuchen, mehr darüber zu verstehen und Ihnen zu helfen, auch Ihr Gehirn damit zu beschäftigen. Zu meinem eigenen Vorteil, zu Ihrem Vorteil, aber hauptsächlich zu meinem Vorteil.
Es gibt eine großartige Anekdote in der Geschichte der Physik – es ist wahrscheinlich nicht das, was tatsächlich passiert ist, aber ich liebe es immer noch.
Einer der berühmtesten Astronomen des 20. Jahrhunderts war Sir Arthur Eddington, gespielt von einem schneidigen David Tennant im Film Einstein und Eddington von 2008. Was Sie wirklich sehen sollten, wenn Sie es noch nicht getan haben.
Wie auch immer, Doctor Who, ich meine Eddington, hatte herausgefunden, wie Sterne Energie erzeugen (durch Fusion) und persönlich bestätigt, dass Einsteins Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie richtig waren, als er 1919 eine totale Sonnenfinsternis beobachtete.
Arthur Eddington
Anscheinend fragte jemand während eines Vortrags von Sir Arthur Eddington: „Professor Eddington, Sie müssen einer der drei Menschen auf der Welt sein, die die Allgemeine Relativitätstheorie verstehen.“ Er hielt einen Moment inne und sagte dann: 'Ja, aber ich versuche daran zu denken, wer die dritte Person ist.'
Ich bin es definitiv nicht, aber ich kenne jemanden, der die Allgemeine Relativitätstheorie im Griff hat, und das ist Dr. Brian Koberlein, Professor für Astrophysik am Rochester Institute of Technology. Er behandelt dieses Thema die ganze Zeit auf seinem Blog One Universe At A Time, den Sie unbedingt besuchen und lesen sollten briankoberlein.com .
Um zu demonstrieren, wie das funktioniert, hat Brian sein RIT-Büro praktischerweise auf fast Lichtgeschwindigkeit gebracht und rast gerade jetzt auf uns zu.
Dr. Brian Koberlein:
Hallo Fraser, danke, dass du mich hast. Wenn Sie eine Sekunde durchhalten können, muss ich nur langsamer werden.
Fraser Kain:
Was ist da gerade passiert? Warum wurdet ihr alle verlangsamt?
Brian:
Es ist eigentlich ein interessanter Effekt, der als Zeitdilatation bekannt ist. Eines der Dinge über Licht ist, dass Sie, egal in welchem Bezugssystem Sie sich befinden, egal wie Sie sich durch das Universum bewegen, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum immer gleich messen werden. Etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde.
Und um dies zu tun, müssen sich unsere Referenzen für Zeit und Raum verschieben, um die Lichtgeschwindigkeit konstant zu halten, wenn du dich relativ zu mir bewegst oder wenn ich mich relativ zu dir bewege. Da ich mich schneller von dir wegbewege, muss meine Zeit deiner Meinung nach langsamer erscheinen. Auf der gleichen Seite wird Ihre Zeit im Vergleich zu mir langsamer erscheinen.
Und dieser Zeitdilatationseffekt ist notwendig, um die Lichtgeschwindigkeit konstant zu halten.
Fraser:
Passiert das nur bei einem Umzug?
Eine Darstellung des Koordinatensystems des verzerrten Weltraums um die Erde. Bildnachweis: NASA
Brian:
Zeitdilatation tritt nicht nur aufgrund von Relativbewegungen auf, sie kann auch aufgrund der Schwerkraft auftreten. Einsteins Relativitätstheorie besagt, dass die Gravitation eine Eigenschaft der Krümmung von Raum und Zeit ist. Wenn Sie also eine Masse wie die Erde haben, verzerrt sie tatsächlich Raum und Zeit.
Wenn Sie auf der Erde stehen, scheint sich Ihre Zeit aufgrund des Unterschieds in der Schwerkraft etwas langsamer zu bewegen als jemand oben im Weltraum.
Für die Erde ist das nicht wirklich wichtig, aber für so etwas wie ein Schwarzes Loch könnte es sehr wichtig sein. Wenn Sie einem Schwarzen Loch immer näher kommen, scheint sich Ihre Zeit immer mehr zu verlangsamen.
Fraser:
Was würde das für die Raumfahrt bedeuten?
Brian:
In der Science-Fiction werden Sie oft die Idee einer Rakete sehen, die sich sehr nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt und die Zeitdilatation verwendet, um zu entfernten Sternen zu reisen.
Aber Sie könnten tatsächlich dasselbe mit der Schwerkraft tun. Wenn Sie ein Schwarzes Loch hätten, das zu einem anderen Stern oder einer anderen Galaxie ausgeht, könnten Sie tatsächlich Ihr Raumschiff nehmen und es sehr nahe am Schwarzen Loch umkreisen. Und Ihre Zeit scheint sich zu verlangsamen. Während Sie das Schwarze Loch umkreisen, braucht das Schwarze Loch seine Zeit, um zu einem anderen Stern oder einer anderen Galaxie zu gelangen, und für Sie scheint es sehr schnell zu sein.
Die Umlaufbahn in der Nähe eines sich bewegenden Schwarzen Lochs scheint nicht das sicherste Transportmittel zu sein, aber die Zeitdilatation könnte das Risiko wert sein. Bildnachweis: NAOJ
Das ist also eine weitere Möglichkeit, die Zeitdilatation zu nutzen, um zu den Sternen zu reisen, zumindest in der Science-Fiction.
Fraser:
Alles klar Brian, ich habe noch eine letzte Frage an dich. Wenn Sie mit zunehmender Lichtgeschwindigkeit massiver werden, könnten Sie dann so viel Masse bekommen, dass Sie sich in ein Schwarzes Loch verwandeln? Ich möchte, dass Sie diese Frage in Form eines Blog-Beitrags auf . beantworten briankoberlein.com und auf dem Google+ Beitrag werden wir verlinken genau hier .
Brian:
Danke Fraser, ich werde diese Antwort auf meiner Website veröffentlichen.
Wieder einmal besuchten wir das verblüffende Reich der Zeitdilatation und kehrten relativ unversehrt zurück. Das bedeutet nicht, dass ich es besser verstehe, aber ich hoffe, du tust es trotzdem. Nochmals ein großes Dankeschön an Dr. Koberlein, dass er sich auf seiner relativistischen Reise ein paar Minuten Zeit genommen hat, um unsere Fragen zu beantworten. Besuchen Sie unbedingt seinen Blog und lesen Sie seine Antwort auf meine Frage.
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