Warum verursacht die Schwerkraft Zeitdilatation?

Ich fürchte, Ihr allegorisches Herausfinden, warum die Schwerkraft die Zeitdilatation verursacht, ist weiter verwirrend. Die physikalische Realität wird durch die Metrik eines Referenzrahmens gemessen, der die Koordinaten zusammensetzt, aber die einzelnen Koordinaten haben nicht unbedingt eine spezifische Bedeutung in der GR (allgemeine Relativitätstheorie).

Das Einsteinsche Äquivalenzprinzip erlaubt es, die Schwerkraft geometrisch (metrisch) einer gekrümmten Raumzeit zu beschreiben.

Wenn wir eine statische (Schwarzschild-) Kugelmasse betrachten, ist die Krümmung radial anders und die Eigenzeit stationärer Beobachter, wie durch die Metrik angegeben, verlangsamt sich zunehmend, wenn Sie sich der Masse nähern, im Vergleich zu der Zeit, die von einem weit entfernten Beobachter gemessen wird aus der Masse.

Die Zeitdilatation von SR (Spezielle Relativitätstheorie) ist immer noch ein anderes Konzept, da sie zwischen zwei Beobachtern in gleichförmiger Relativbewegung symmetrisch ist. Stattdessen ist die gravitative Zeitdilatation nicht symmetrisch; tatsächlich misst der stationäre Beobachter eine Zeitkontraktion im Vergleich zum weit entfernten Beobachter.

Jahlon,

Ich verstehe deine Verwirrung. Denken Sie an Ihren Apfel, der am Baum hängt. Die vier Geschwindigkeitsvektoren sind in die räumliche Dimension gekippt, diese Komponente ist genau die Kraft, die der Ast spürt, der den Apfel nach unten zieht.

Es könnte hilfreich sein, die vier zugehörigen Impulskomponenten zu berücksichtigen und zu erkennen, dass die räumliche Impulskomponente Ihres Apfels ständig am Ast zieht, obwohl er sich nicht in diese Richtung bewegt.

Nehmen wir als schreckliche Analogie an, wir hätten ein kleines Spielzeugauto, dessen Räder sich immer mit konstanter Geschwindigkeit über den Boden drehen. Wenn wir es in einem sehr kleinen Winkel gegen eine Wand stellen (sagen wir eine reibungsfreie Wand), fährt das Auto jetzt langsamer an der Wand entlang, als wenn es streng parallel dazu fahren würde. denn jetzt übt es auch eine Kraft gegen die Wand aus, so wie der Apfel auf dem Ast ist.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das für Sie klar gemacht habe (: Hoffe, es hilft!

In einer Gravitationsfeldstärke sein$g$entspricht einer Beschleunigung von$g$. Da dies impliziert, dass der Körper in keinem festen Bezugssystem in Ruhe bleiben kann, ist mit Zeitdilatation zu rechnen.

Warum ist eine Distanz$r$aus einer Punktmasse$M$multiplizieren Sie den Zeitablauf mit$\sqrt{1-\frac{2GM}{rc^2}}$? Denn das ist der Wert von$\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}$Wenn$v=\sqrt{\frac{2GM}{r}}$, die Newtonsche Grenzfluchtgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, die Zeitdilatation der Gravitation ist gleich der Zeitdilatation der Fluchtgeschwindigkeit im fernen Weltraum, wo die Grenze des schwachen Feldes erreicht wird.

Sie scheinen nach einer Heuristik zu greifen. (Hier meine ich mit „Heuristik“ ein mentales Bild, das es Ihnen ermöglicht, Ihre Gedanken zu ordnen.)

Wenn ja, schlage ich vor, dass Sie sich das River-Modell der Allgemeinen Relativitätstheorie ansehen

Wie Hamilton und Lisle (die Autoren dieses Artikels) betonen, ist das Flussmodell keine physikalische Theorie. Es ist ein Werkzeug, das Ihnen hilft, eine Kohärenz zu sehen, die Sie sonst nicht sehen würden.

Allgemeine Bemerkungen zum Physikverständnis:

Es ist immer sehr erfreulich, wenn eine physikalische Erklärung unser Verständnis auf eine tiefere Ebene bringt. Beispiel: Wenn Sie Salz in einen mit Eis (und etwas Schmelzwasser) gefüllten Behälter geben, warum sinkt die Temperatur dieser Salz / Wasser / Eis-Mischung? Mit dem Konzept der Atome und der statistischen Mechanik kann man das erklären. Es ist sehr verlockend zu erwarten, dass alle physikalischen Theorien dies für uns tun.

Aber es gibt viele Fälle, in denen man einfach etwas ohne Erklärung annehmen muss , um überhaupt eine Theorie zu formulieren. Der Vorgänger von GR ist ein Beispiel: Newtons Gesetz der universellen Schwerkraft. Zu Newtons Zeiten gab es keine Aussicht darauf, eine Erklärung dafür zu liefern, wie die Schwerkraft möglicherweise über die riesigen Entfernungen des Sonnensystems wirken könnte. Newton argumentierte: Das Verdienst dieses Gravitationsgesetzes ist, dass es vereinheitlicht: Es beschreibt sowohl die Umlaufbahnen von Planeten als auch die Schwerkraft auf der Erde. Die Physikgemeinschaft akzeptierte das Gesetz der universellen Schwerkraft aufgrund dieses Verdienstes.

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine Reihe von Annahmen, die zusammen die Gleichungen für Schwerkraft und Bewegung einschränken. Aber diese Annahmen selbst werden nicht erklärt. Einstein wählte eine bestimmte Annahme als Schlüssel: das Prinzip der Äquivalenz. Davon muss man ausgehen, sonst kann man nicht einmal ansatzweise eine Theorie formulieren.

Das Äquivalenzprinzip scheint allgemeingültig zu sein. Aber derzeit haben wir keine tiefere Theorie, die eine Erklärung dafür bietet, warum das Prinzip der Äquivalenz in unserem Universum gilt. Das Konzept der Krümmung der Raumzeit taucht natürlich im Kontext des PoE auf, aber es ist eine Interpretation und es ist wichtig, es nicht zu überdenken. Ich vermute eher, dass Ihre Metapher des "Wegstehlens" der Bewegung von einer Dimension in eine andere eine solche Überinterpretation des Konzepts der Raumzeitkrümmung ist.

Ich denke, es ist ziemlich intuitiv, die gravitative Zeitdilatation mit Hilfe des Äquivalenzprinzips und einer Lichtuhr zu erklären. Die EP sagt, dass man die Beschleunigung im flachen Raum nicht vom Schweben in konstantem Abstand zum Mittelpunkt einer Masse unterscheiden kann.

Denken Sie an eine Kiste mit konstanter Beschleunigung in einer flachen Raumzeit. Von oben gesendete Lichtimpulse werden unten empfangen. Während das Licht noch wandert, beschleunigt der Boden auf es zu. Daher misst die untere Uhr kürzere Intervalle zwischen zwei Impulsen als die obere Uhr. Wenn die obere Uhr beispielsweise 2 Stunden verstrichene Zeit anzeigt, könnte die untere Uhr 1 Stunde anzeigen (abhängig von der Beschleunigung). Da dieses Szenario dem Schweben eines Kastens in der Nähe eines Schwarzen Lochs entspricht, läuft die untere Uhr bei gleicher Beschleunigung um den gleichen Betrag langsamer als die obere Uhr.

Denn die Zeit ist ein berechnetes Ergebnis aus Weg/Geschwindigkeit. Auch wenn Sie eine subjektive Zeiterfahrung als reale Sache haben, ist Zeit keine unabhängig existierende Einheit wie Ton, Licht oder andere Dinge, die Sie erleben. Wenn Ihre Geschwindigkeit zunimmt, sehen Menschen in einem stationären Ruhesystem (relativ zu Ihnen) diese Entfernungen zwischen den Dingen in Ihrem Bezugsrahmen ändern. Erinnern Sie sich an das Beispiel des mit Lichtgeschwindigkeit fahrenden Zuges, der an Ihnen vorbeifährt, verkürzt erscheint. Die stationären Personen (auch wenn sie vielleicht nicht im Bahnhof sind) rechnen daher damit, dass die Zeit für Sie langsamer vergeht als für sie.

Ich glaube nicht, dass es Theorien zum „Warum“ gibt. Aber es kann Möglichkeiten geben, die Dinge in Ihrem Kopf zu beruhigen. Ich würde das versuchen -

Zeit ist im Grunde eine Tickrate von Ereignissen. Angenommen, das Atmen ist ein Ereignis. Du bist auf Meereshöhe, du hast deine eigene Atemfrequenz. Dann tauchen Sie mit einem Atemgerät 10 Fuß unter Wasser. Ihre Atemfrequenz ändert sich aufgrund des durch die Tiefe verursachten Stresses/Drucks. Ich denke, es ist schwieriger unter Wasser zu atmen und die Atmung verlangsamt sich. Du tauchst tiefer und die Atmung verlangsamt sich weiter.

Auf die gleiche Weise erfährt die Existenz innerhalb eines Gravitationsfeldes einen gewissen Stress, der die Tickrate für alle Ereignisse verlangsamt, einschließlich subatomarer Ereignisse. Deshalb hängt die Gravitationszeitdilatation nur von der Gravitationstiefe ab, nicht von der Gravitationsbeschleunigung. Selbst in weniger gekrümmten Geodäten kann die Zeit abhängig vom Gravitationspotential langsam sein. Zum Beispiel gibt es im Zentrum der Erde keine geodätische Kurve (oder Steigung), aber die Zeitdilatation ist dort tatsächlich größer als auf der Oberfläche. Es ist also die Tiefe, nicht die Steigung der Kurve.

Ebenso verursacht Geschwindigkeit Stress und verlangsamt Ereignisse.

Es gibt eine Beziehung zwischen den beiden - Gravitationszeitdilatation und Geschwindigkeitszeitdilatation -

Die Zeitdilatation in einem Gravitationsfeld ist aufgrund der Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um diesem Gravitationsfeld zu entkommen, gleich der Zeitdilatation im fernen Weltraum.

Hier ist der Beweis - https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_time_dilation#Important_features_of_gravitational_time_dilation