gravitationsbedingten Zeitdilatation - verständliche Erklärung?
Ich wollte mir jetzt unbedingt den Film "Interstellar" ansehen, da ich solche Filme sehr interessant finde. Habe mich davor etwas in Wikipedia eingelesen um die Hintergründe etwas besser zu verstehen, da der Film ja schon ziemlich verwirrend sein kann, wenn man sich Null mit der Materie auskennt. (Wurde mir so gesagt).
Jetzt habe ich da eine Sequenz aus Wikipedia gefunden, aus der ich nicht schlau werde...
Wegen der gravitationsbedingten Zeitdilatation entspricht eine Stunde auf dem Planeten sieben Jahren außerhalb des unmittelbaren Einflussbereichs des Schwarzen Lochs.
Ich hab mir die Definition von gravitationsbedingter Zeitdilatation durchgelesen... Doch ich verstehe es absolut nicht, so wie es auf Wikipedia beschrieben ist. Kann mir das vielleicht jemand verständlich ohne Fachgeschwafel erklären? So, dass es ein normaler Mensch versteht? :-) Es würde mich wirklich sehr interessieren und freuen, wenn mir jemand weiterhelfen kann.
Danke!
9 Antworten
Puh also um das mit der Masse zu verstehen muss man erstmal verstehen wieso sich die Zeit überhaupt ändert. Eigentlich ändert sie sich aber gar nicht..
Nach Einstein ist alles relativ. Relativ heißt zB. dass ein Objekt im Universum keine Geschwindigkeit hat solange man die Geschwindigkeit nicht mit einem anderen Objekt vergleicht. Es gibt also im Universum keine allgemein gültige "Nullgeschwindigkeit" nach der man sich richten kann.
Beispiel:
Ich stehe auf der Erde. ich bewege mich relativ zur Erde nicht.
Die Erde dreht sich aber um ihren Mittelpunkt und das mit ca. 1 km pro Sekunde. So schafft sie etwa eine Umdrehung am Tag.
Also irgendwie bewege ich mich anscheinend doch.. und das ist noch nicht alles. Die Erde fliegt mit 20 km pro Sekunde um die Sonne! Also bewege ich mich um den Erdmittelpunkt und gleichzeitig um die Sonne.
Das ist aber immer noch nicht alles, Die Sonne bewegt sich mit 200 km pro Sekunde um den Mittelpunkt der Milchstraße. Also bewege ich mich schon mit 200 km/s, 20km/s, 1km/s was noch??? Naja, die Milchstraße selbst steht auch nicht gerade still.. Das Spielchen kann man ewig so weiterspielen.
Im Endeffekt zählt für dich dass du auf dem Boden stehst und dich nicht bewegst.
So, eine Geschwindigkeit ist also "relativ" wie übrigens alles andere auch :-) Also auch Zeit. Wie geht das?
Als erstes sollte man wissen dass Licht bzw. Information sich mit höhstens Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann. Das ist eine Art Geschwindigkeitsbegrenzung im Universum die man so einfach erstmal akzeptieren muss. Darauf baut alles irgendwie auf.
Wenn du also auf der Erde stehst und einen Stern siehst dann siehst du nicht wie der Stern jetzt gerade im Moment aussieht, sondern wie er vor vielen tausend Jahren ausgesehen hat weil das Licht eben so lange gebraucht hat.
Naja gut, das erklärt nicht wieso Zeit relativ ist. Die Zeit für dich ändert sich nicht und kann sich auch nicht ändern. Sie vergeht immer gleich. Was sich aber ändern kann ist die Zeit die zwischen dir und jemandem anderen vergeht.
Um das zu verstehen muss wieder die Lichtgeschwindigkeit herhalten bzw. erstmal die Schallgeschwindigkeit! Wie du vielleicht weißt hört sich ein Krankenwagen der auf dich zu kommt anders an als wenn er von dir weg fährt. Das ganze heißt Dopplereffekt. Die Schallwellen einer Quelle die sich auf dich zubewegt sind dichter gepackt als die einer Quelle die sich von dir wegbewegt.
Genau das gleiche passiert auch mit Licht. Bewegt sich jemand verdammt schnell von dir weg, also fast mit Lichtgeschwindigkeit, dann kommt das Licht kaum noch hinterher. Beobachtest du die Person dabei wie sie zB. in die Luft hüpft während sie sich mit nahe der Lichtgeschwindigkeit von dir wegbewegt sieht das Ganze so aus als ob es in Zeitlupe passieren würde weil sich die Information über den Vorgang fast so schnell wegbewegt wie sie bei dir ankommen kann. Sie wird quasi über einen längeren Zeitraum hinweg gedehnt als es eigentlich der Fall war.
Die Person die du beobachtest merkt davon aber gar nichts. Es ist mehr eine optische Täuschung. Bewegt sich die Person ein Jahr lang von dir weg siehst du ein Jahr lang alles wie in Zeitlupe. Bleibt sie dann in einem Lichtjahr Entfernung stehen sieht es für dich nach insgesamt einem Jahr dann wieder normal aus nur siehst du eben alles ein Jahr verzögert. Fliegt die Person dann wieder mit nahe der Lichtgeschwindigkeit zu dir zurück sieht alles wiederum wie vorgespult aus. Du siehst sie losfliegen und im Null Komma nichts ist sie wieder bei dir. Das liegt daran dass du ein Jahr nach ihrem Abflug erst gesehen hast dass sie los geflogen ist und in der Zeit ist sie ja schon in deine Richtung geflogen. Weil aber die ganze Information über ihren Rückflug auch bei dir ankommen muss sieht es eben vorgespult aus.
Seit ihr wieder zusammen ist für euch beide insgesamt die gleiche Zeit vergangen. Es sah eben nur so aus als ob die Zeit sich verändert hätte. Der Effekt fällt aber erst bei sehr sehr hohen Geschwindigkeiten auf. Ab 90% der Lichtgeschwindigkeit ca.
Wenn du bis hier her folgen konntest bist du bereit für Zeitdilatation im Gravitationsfeld ;-P Um das zu verstehen muss man Gravitation als solches erstmal vergessen. Gravitation ist nur eine Wirkung. Eine Wirkung wird von etwas verursacht und die Ursache für Gravitation ist eine Raumkrümmung.
Was zum Henker ist Raumkrümmung? Stell dir ein dehnbares Netz mit quadratischen Löschern vor das an der Wand runterhängt. Wenn du jetzt einen Faden nimmst und in dieses Netz einen Halbkreis flechtest, hast du eine Kurve in einen ungekrümmten Raum dargestellt.
So eine Kurve ist im wahrsten Sinne des Wortes eine echte Kurve die du zB. mit einem Auto lang fährst. Was passiert in einer Kurve? Du wirst nach Außen gedrückt. Diese Kraft die dich nach Außen drückt nennt man Zentripetalkraft. Jetzt müssen wir wieder an Relativität denken. Im Auto bewegst du dich nicht. Du sitzt einfach nur da.
Wir haben also eine Verbindung zwischen Geschwindigkeit und Gravitation gefunden. Die Verbindung zwischen Zeit und Geschwindigkeit kennen wir auch. Jetzt muss man eigentlich nur noch eins und eins zusammenzählen :-)
Es gibt also auch eine Verbindung zwischen Gravitation und Zeit.
Während du auf der Erde stehst passiert mit dir das gleiche als ob du super schnell um die Kurve fahren würdest. Wo aber ist die Bewegung? Die ist versteckt!
Du bewegst dich nämlich in alle Richtungen gleichzeitig. Also nach vorne, nach hinten, nach links und nach rechts. Du merkst nichts davon weil sie sich alle für dich ausgleichen und du quasi stillstehst.
In der Physik spricht man hier von Superposition. Die Geschwindigkeiten befinden sich für den Raum in Superposition. Sie existieren alle gleichzeitig obwohl sie sich für dich alle gegenseitig aufheben. Sie sind trotzdem da, da du auf den Boden gedrückt wirst.
Wie genau Masse es schafft so etwas verrücktes zu erzeugen weiß ich leider nicht. :-)
Kleiner Fehler ganz am Anfang:
Es dauert fast zwei Jahre für dich -- nachdem jemand ein Jahr lang mit fast Lichtgeschwindigkeit von dir weg geflogen ist -- bis du merkst dass er stehengeblieben ist.
Er ist schließlich ein Jahr lang geflogen und die Information dass er dann dort steht braucht dann ja auch nochmal ein Jahr bis zu dir. Sein 1-Jahr Flug dauert für dich also quasi zwei Jahre. Das heißt aber nicht dass er in den zwei Jahren nur ein Jahr gealtert ist. Er ist auch zwei Jahre gealtert und nur relativ zu dir ein Jahr weil das zweite Jahr, ja genau ein Jahr verspätet bei dir ankommt.
Das stimmt so aber nicht! Physikalische Prozesse sind durch die maximale Lichtgeschwindigkeit begrenzt. Bewegt sich nun die Person mit nahe Lichtgeschwindigkeit für 1jahr aus der Beobachterperspektive, werde die Physikalischen Prozesse kaum noch stattfinden, da sich die Person ja schon fast mit c (Lichtgeschwindigkeit) bewegt. Die Person wird also keinesfalls am Ende dieses Jahres, das der Beobachter auf der Erde verbringt, 1Jahr gleich alt sein. Er wird gar nicht merken, dass er ein Jahr unterwegs war für ihn wäre das wohl nur eine kurze Zeitspanne. Würde er sich mit c bewegen würde er sogar gar nicht altern. Sobald er stehen biebe würden sich die Prozesse fortsetzen und er wäre aus seiner Sicht in 0 Zeit von ort A zu B gekommen. Er wäre in die Zukunft gereist. Das Universum ist dann ein Jahr älter als er.
Je höher die Masse desto tiefer ist die Delle welche diese Masse in das Raum-Zeit Kontinuum drückt.
Für einen Menschen in der Delle verläuft die Zeit langsamer als für einen Menschen welcher den Menschen in der Delle "von außen" beobachtet.
Zeit ist relativ und wenn ich keinen Bezugspunkt habe (wie den Urmeter in Paris) verläuft sie für mich immer gleich schnell.
Schau dir den Film 'Lucy' an. Da wir die Zeit auch als relativ erklärt.
(Mit-)Produzent und wissenschaftlicher Berater bei "Interstellar" war der Astrophysiker Kip Thorne. Und der hat vor so einigen Jahren ein gutes Buch genau dazu geschrieben: Gekrümmter Raum und verbogene Zeit. Dieses Buch düfte am Besten zu deiner Frage passen.
Versuch's mal mit diesem Artikel: http://www.scilogs.de/quantenwelt/gravitation-was-kruemmt-den-raum/
Das Buch von Kip Thorne ist übrigens auch ein guter Tipp.
Danke, der Link ist wirklich gut! Habs jetzt so einigermaßen verstanden :-)
(Wow, das erste mal dass ich die maximale Anzahl an Buchstaben erreiche)
Wenn du die Augen im Auto zu hast und nicht weißt dass das Auto eine Kurve fährt hast du keine Ahnung woher die Kraft kommt. Fährt das Auto schnell genug um die Kurve könnte es sogar an einer Wand lang fahren. Fährt es an einer Wand um die Kurve wirst du wieder nach unten gedrückt. je schneller desto heftiger.
Es gibt keine Möglichkeit für dich festzustellen ob die Kraft die dich nach unten drückt eine Zentripetalkraft ist, oder eine Gravitationskraft. Warum nicht?
Weil beides ein und das selbe ist :-)
Du machst eine gekrümmte Bewegung durch den geraden Raum und wirst auf den Boden gedrückt.
Stell dir wieder das Netz an der Wand vor. Zieh mal fest an der Mitte nach unten. Der Halbkreis verbiegt sich...
Er verbiegt sich bis er irgendwann eine Gerade ist. Jetzt ist der Raum gekrümmt und die Strecke ist eine Gerade geworden. Beides ist genau das gleiche.
Hier ein Bild dazu