Je größer die Masse, desto mehr verlangsamt sich die Zeit. Warum ist das?

Der Effekt, von dem Sie sprechen, wird Gravitationszeitdilatation genannt . Der Effekt lässt sich leicht aus der Metrik (normalerweise der Schwarzschild-Metrik ) berechnen, aber wenn Sie fragen: "Warum ist das so?" Ich vermute, Sie fragen, ob es eine Möglichkeit gibt, zu verstehen, warum dies geschieht, ohne die gesamte Algebra durchzuarbeiten. Die Antwort ist nein, nicht wirklich, aber ich kann versuchen, eine grobe Skizze zu geben. Beachten Sie jedoch, dass dies keine genaue Beschreibung der Physik ist und Sie in die Irre führen wird, wenn Sie es zu weit treiben. Aber um es besser zu machen, muss man in die Mathematik eintauchen.

Betrachten Sie das oben gezeigte Gedankenexperiment. Wir haben einen Spiegel, der in einer festen Entfernung über einem Schwarzen Loch schwebt$r$, und von weit weg vom Schwarzen Loch strahlen wir einen Lichtstrahl auf den Spiegel und messen, wie lange der Lichtstrahl braucht, um den Spiegel zu erreichen und zurückzukehren. Der Abstand von uns zum Spiegel ist$d$wie in unserem Koordinatensystem gemessen. Wir kennen Lichtbewegungen mit einer festen Geschwindigkeit von$c$, also ist die Zeit für das Licht, den Spiegel zu erreichen und zurückzukehren, gerade$t_0 = 2d/c$dh Entfernung dividiert durch Geschwindigkeit.

Nun, nein. Die Zeit, die ich oben berechnet habe, gilt nur im flachen Raum, dh wenn das Schwarze Loch nicht da ist. Wenn wir ein Schwarzes Loch haben, das den Raum krümmt, gibt es ein Problem, denn wenn wir die Bewegungsgleichungen für den Lichtstrahl in Gegenwart des Schwarzen Lochs lösen, stellen wir fest, dass er sich weiter als bewegt$d$, und die Zeit, die wir für die Rückfahrt messen,$t_{bh}$ist also länger als$t_0$.

Das Licht scheint sich also langsamer zu bewegen, wenn das Schwarze Loch vorhanden ist, weil es länger dauert, den Spiegel zu erreichen und zurückzukehren, als wir denken. Aber wir wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit festgelegt ist$c$, also ist die einzige andere Erklärung, dass sich die Zeit für den Lichtstrahl verlangsamt hat, als er sich dem Schwarzen Loch näherte, und dies ist die gravitative Zeitdilatation.

Schwerkraft ist Beschleunigung. Einsteins Äquivalenzprinzip besagt, dass die Schwerkraft (mit dem Vektor, der zum Zentrum der Masse zeigt) der tatsächlichen Bewegung entspricht, bei der die Beschleunigung nach "außen" zeigt. Deshalb beobachten wir die gravitative Blauverschiebung .

Blauverschiebung bedeutet nun, dass die Frequenz des empfangenen Photons im Vergleich zu seiner Frequenz an der Quelle erhöht wird.

Sie würden diese Verschiebung nicht erhalten, wenn sich der Empfänger auf einem nicht-massiven Körper (stationär bzgl. der Quelle des Photons) befinden würde.

Abschluss? Blueshift ergibt sich aus der Differenz der Taktraten. Je größer die Masse, desto größer die Beschleunigung, desto größer die Blauverschiebung und desto größer daher die Zeitdilatation.

Ich verstand, dass die Zeit nur ein wahrgenommenes Maß von sagen wir einer Schwingung eines Photons ist. Ein starkes Gravitationsfeld dehnt die Raumzeit so stark aus, dass das Photon eine "längere" Strecke zurücklegen muss. Da es eine längere/erweiterte Strecke zurücklegt, nehmen wir es als langsamer wahr. (der Abstand zwischen einem Tick und dem Tack wird gedehnt)

Für einen außenstehenden Beobachter scheint sich die Zeit verlangsamt zu haben. Für das Photon vergeht die „Zeit“ mit normaler Geschwindigkeit, aber alles außerhalb des Gravitationslochs geschieht viel schneller.

Dasselbe gilt für die Pyramide. Wenn Sie in der Nähe davon stehen, "fließt" Ihre Zeit mit dem, was Sie als normal sehen. Aber die Zeit aller anderen, weg von der Pyramide, vergeht schneller als deine.

Was John sagt, ist hauptsächlich wahr, aber der Teil, wo die Schlussfolgerung ist, dass die Zeit langsamer wird, ist technisch nicht der Fall. Die Schlussfolgerung in der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass der Raum selbst verzerrt ist, also hat sich die Zeit nicht unbedingt verlangsamt, sondern dass die Raumzeit länger ist und daher länger braucht, bis das Licht eine Strecke zurücklegt, die wir als kurze Distanz wahrnehmen.

In Bezug darauf, warum Sie langsamer werden, stellen Sie sich ein rechtwinkliges Dreieck vor und die Hypotenuse ist c, die Lichtgeschwindigkeit. Stellen Sie sich nun vor, Sie hätten eine "Geschwindigkeit" durch die Zeit, die die angrenzende Seite des Dreiecks ist. Wenn Sie keine "Geschwindigkeit" im Raum haben, ist die gegenüberliegende Seite des Dreiecks gleich der Hypotenuse, dh Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch die Zeit. Wenn Sie beginnen, im Raum "Geschwindigkeit" zu haben, muss sich Ihre Geschwindigkeit durch die Zeit verkürzen, um die Hypotenuse auf derselben Länge zu halten.

Der einfachste Weg, diese Anwendung auf die Schwerkraft zu erklären, besteht darin, dass Sie wissen, dass Sie für jedes Gravitationsobjekt eine Fluchtgeschwindigkeit haben. Stellen Sie sich also vor, dass Sie, um still zu bleiben, dieses Geschwindigkeits-"Defizit" haben, für dessen Auffüllung Sie "Geschwindigkeit" aufwenden. Daher verlangsamt sich die Zeit für Sie.

Schließlich ist es falsch zu sagen, dass Schwarze Löcher eine unendliche Masse haben. Sie nicht. Wenn sie eine unendliche Masse hätten, würde alles in ihrem beobachtbaren Universum mit unendlicher Beschleunigung auf sie zurasen. Das Schwarze Loch hat eine endliche, messbare Masse, das im Zentrum unserer Galaxie wiegt etwa 10^30 Sonnen. (Ich sage Gewichte, offensichtlich ist das eine falsche Bezeichnung, ich meine nur, hat die Masse von) Schwarze Löcher verziehen den Raum einfach bis zu dem Punkt, an dem an ihrem "Ereignishorizont" die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist und daher nichts jemals entkommen kann ihnen. Es bedeutet auch, dass Ihre gesamte Hypotenuse dieses Dreiecks entlang der "Geschwindigkeits" -Achse fällt und Sie sich daher nicht zeitlich bewegen können.

Wenn Sie die Erde auf die Dichte eines Schwarzen Lochs schrumpfen würden, hätte sie einen Radius des Ereignishorizonts von 3 mm. :)

Tatsächlich ist es einfacher, als es scheint.

Wenn die Schwerkraft auf ein Objekt einwirkt, wird seine Raumzeit durch die Masse dessen gekrümmt, der die Schwerkraft hervorruft. Wenn also Zeit und Raum gekrümmt werden, ist die Distanz, die das Objekt zurücklegen muss, länger, also ist es seine Zeit.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Masse die Raumzeit krümmt, und durch die Krümmung der Raumzeit erscheint die Zeit und dauert länger. Ich hoffe, das wird hilfreich sein.