Albert Einstein ist einer der bekanntesten Physiker des 20. Jahrhunderts. Zusätzlich zu erstaunlichen Theorien, die die Welt im großen Maßstab mit unglaublicher Genauigkeit beschreiben, enthüllte er jedoch ein merkwürdiges Phänomen: Je stärker die Schwerkraft, desto langsamer vergeht die Zeit.
Einstein nannte seine erste der ganzen Welt bekannte Theorie die Spezielle Relativitätstheorie. Es war etwas Besonderes, weil es sich um konstante Geschwindigkeiten handelte. Um es mit der realen Welt in Einklang zu bringen, in der Objekte ständig beschleunigen und verlangsamen, musste er die Auswirkungen seiner Theorie auf die Beschleunigung untersuchen. Dieser Versuch, alle allgemeinen Phänomene zu verallgemeinern und zu berücksichtigen, führte zur Entdeckung der Beziehung zwischen Zeit und Schwerkraft. Einstein nannte seine neue Theorie Allgemeine Relativitätstheorie.
Newton glaubte, dass der Fluss der Zeit wie ein Pfeil ist. Es bewegt sich stetig nur in eine Richtung - vorwärts. Einstein schlug vor, dass sich die Zeit umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit ändert. Und aufgrund seiner Fließfähigkeit wie im Weltraum "verdient" es seine eigene Messung. Darüber hinaus argumentierte Einstein, dass Raum und Zeit ein einziges Ganzes sind - ein flexibles vierdimensionales Gewebe, auf dem alle Ereignisse im Universum stattfinden. So nannte er es - das Gewebe der Raumzeit. Als der Physiker seine Arbeit mit all ihren Schlussfolgerungen veröffentlichte, wurde sie ungläubig begrüßt.
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie streckt und kontrahiert Materie das Gefüge der Raumzeit. Es stellt sich heraus, dass Objekte nicht auf mysteriöse Weise vom Erdmittelpunkt angezogen werden, sondern im Gegenteil von dem gekrümmten Raum um sie herum gedrückt werden. Wie eine Steigung beschleunigt die Krümmung der Raumzeit sich nach unten bewegende Objekte, obwohl die Geschwindigkeit dieser Beschleunigung nicht immer gleich ist. Die Schwerkraft nimmt zu, wenn Sie sich der Erdoberfläche nähern, wo die Krümmung stärker ist.
Die Geschichte des Universums auf dem Pfeil der Zeit.
Wenn die Schwerkraft beim Abwärtsbewegen zunimmt, fällt das Objekt frei schneller auf Punkt B auf der Oberfläche als auf Punkt A in einer höheren Höhe. Gemäß der Speziellen Relativitätstheorie sollte die Zeit für ein frei fallendes Objekt am Punkt B relativ zum Objekt am Punkt A langsamer sein, da die Geschwindigkeit des Objekts am Punkt B höher ist.
Was ist Zeit
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Wann ist die richtige Zeit? Einstein postulierte, dass es keine absolute Zeit gibt. Die Zeit ist relativ in Abhängigkeit von dem Kräftesystem, dem sie ausgesetzt ist. Dies wird formal als Referenzrahmen bezeichnet. Die Zeit, die in Ihrem System vergeht, wird als Ihre eigene Zeit bezeichnet. Wenn die Bewegungsgesetze für alle Beobachter unabhängig von ihrer Bewegung gleich sein müssen, muss sich die Zeit verlangsamen. Das heißt, je schneller Sie sich bewegen, desto langsamer tickt Ihre Uhr im Vergleich zu anderen Uhren. Dies ist, was die Heldin Anne Hathaway der Figur Matthew McConaughey in "Interstellar" nach dem Abstieg zu einem fernen Planeten sagte: "Eine Stunde auf diesem Planeten entspricht sieben Erdjahren."
Ist das Beobachten einer verlangsamten Zeit eine Einschränkung unseres primitiven neurologischen Aufbaus oder verlangsamt sich die Zeit wirklich? Und was bedeutet Zeitdilatation eigentlich? Dies bringt uns am Ende zu der Frage: Was ist Zeit? Dies ist nicht nur eine Frage, die sich Philosophiestudenten bei einem Glas Bier stellen. Das Konzept der Zeit hat Naturphilosophen und Physiker seit jeher verwirrt.
Die Hauptfunktion der Zeit besteht darin, die Chronologie der Ereignisse zu verfolgen. Bis zu den letzten 400 Jahren haben die Menschen die Zeit jedoch unter der Annahme bestimmt, dass sich Sterne um die Erde bewegen und nicht umgekehrt. Unabhängig davon funktionierte bis zu einem gewissen Grad alles recht gut - aufgrund der Tatsache, dass sich die Tage und Jahreszeiten vorhersehbar wiederholten und wenn Sie etwas haben, das sich vorhersehbar wiederholt, gibt es einen Mechanismus, um die Zeit zu verfolgen.
Galileo nutzte die rekursive Natur eines solchen Mechanismus, um die Bewegung zu berechnen. Die Beschreibung der Bewegung wäre ohne eine gewisse Zeitangabe nicht möglich. Aber diese Zeit war nie absolut. Selbst als Newton seine Bewegungsgesetze formulierte, verwendete er das Konzept der Zeit, bei dem zwei Uhrenpaare nicht mit der absoluten, unabhängigen Zeit, sondern miteinander synchron ticken. Die Synchronisation ist der Grund, warum die Menschheit eine so hoch entwickelte und genaue Atomuhr gebaut hat.
Das Konzept der Zeit basiert auf der Gleichzeitigkeit oder dem entscheidenden Zusammentreffen zweier Ereignisse - wie der Ankunft eines Zuges und dem einzigartigen Zusammentreffen der Uhrzeiger in diesem Moment. Einsteins Theorie besagt, dass dies durch Bewegung beeinflusst werden muss. Wenn sich die beiden Beobachter auf dem Bahnsteig und im Zug nicht darauf einigen können, was gleichzeitig ist, können sie sich nicht darauf einigen, wie die Zeit selbst fließt.
Bewegung verzerrt die Zeit
Betrachten Sie einen einfachen Zeitmechanismus, um die Auswirkung der Bewegung auf die Vorhersagbarkeit zu verstehen. Stellen Sie sich eine Zeiterfassungsvorrichtung vor, die aus einem Photon besteht, das zwischen zwei Spiegeln springt, die einen endlichen Abstand voneinander haben. Lassen Sie eine Sekunde während der Reflexionsperiode des Photons vergehen. Platzieren wir nun zwei solcher Geräte an den Punkten A und B über der Erdoberfläche und direkt darauf (wie im oben beschriebenen Beispiel) und sehen, wie sie die Zeit zählen, in der ein frei fallendes Objekt an ihnen vorbeizieht. Dieses Objekt misst wiederum seine eigene Zeit mit derselben Uhr. Was werden sie zeigen?
Das Betrachten der Reflexion eines Photons zwischen zwei sich bewegenden Spiegeln ist wie das Beobachten eines Tennisballs, der in einem sich bewegenden Zug hüpft. Selbst wenn der Ball senkrecht zu jemandem im Zug springt, beschreibt er einem stationären Beobachter draußen Dreiecke.
Ein Experiment mit einer fallenden Uhr.
Wenn sich der Apparat vorwärts bewegt, scheint das Photon wie eine Kugel eine größere Strecke zurückzulegen, nachdem es reflektiert wurde. Es stellt sich heraus, dass ein Ergebnis unseres Experiments verzerrt ist! Je schneller sich die Vorrichtung bewegt, desto länger dauert es, bis das Photon reflektiert wird, wodurch sich die Dauer einer Sekunde verlängert. Aus diesem Grund ist der Zeitablauf am Punkt B langsamer als am Punkt A (denken Sie daran: Aufgrund der Schwerkraft fällt das Objekt am Punkt B schneller als am Punkt A).
Dieser Unterschied ist natürlich vernachlässigbar. Der Unterschied zwischen der Zeit, die von Uhren auf den Gipfeln der Berge und auf der Erdoberfläche gemessen wird, beträgt nur wenige Nanosekunden. Trotzdem war Einsteins Entdeckung ein echter Durchbruch. Die Schwerkraft stört den Zeitablauf wirklich, was bedeutet, dass je massereicher ein Objekt ist, desto langsamer die Zeit in der Nähe fließt. Einige Physiker machen sogar einen Vorbehalt, dass alle Objekte im Universum es zu fühlen scheinen, und versuchen zu fallen, wo die Zeit langsamer wird, von Orten, an denen die Zeit schneller geht.
Gravitationsfeld der Erde und GPS-Satellit.
Beine jünger als der Kopf
Die Gravitationszeitdilatation ist heute nicht nur ein bekanntes Phänomen aus dem Bereich der theoretischen Physik, sondern auch ein praktisches Werkzeug. Dank der Entdeckung von Einstein und seinen Gleichungen haben wir eine wunderbare Sache wie die GPS-Navigation, die nicht so genau funktionieren könnte, wenn der Unterschied zwischen dem Zeitverlauf auf der Erdoberfläche und dem Zeitverlauf in der erdnahen Umlaufbahn nicht berücksichtigt würde. Die Gravitationszeitdilatation hilft auch theoretischen Physikern und Astrophysikern, genaue Theorien darüber aufzustellen, was im Weltraum in der Nähe von Objekten geschieht, denen wir physikalisch nicht nahe kommen können (z. B. Schwarze Löcher und Neutronensterne). Und ja, angesichts dieses Phänomens stellt sich heraus, dass Ihre Beine - wenn auch unendlich unbedeutend - jünger sind als Ihr Kopf.
Vladimir Guillen
