Wie kann die Zeit gekrümmt werden?

Um genau zu sein, die Zeit ist nicht gekrümmt , sondern die Raumzeit-Mannigfaltigkeit hat eine Krümmung. Einer solchen Mannigfaltigkeit kann ein Koordinatendiagramm gegeben werden - ein beliebiges - das verschiedenen Punkten (Raumzeitereignissen) einige Etiketten zuweist.

Es stellt sich heraus, dass wir eine Zeitkoordinate benötigen, um die Zeitscheiben zu kennzeichnen, und drei räumliche Koordinaten, um die Ereignisse innerhalb dieser Scheibe zu unterscheiden .

Was Sie zufriedenstellend sagen können, ist, dass die Fließgeschwindigkeit der Eigenzeit – der Zeit, die Ihre eigene Uhr anzeigt – davon abhängt, wie stark die Raumzeitkrümmung in Ihrer Nähe ist. Dies ist eine koordinatenunabhängige Größe, eine echte physikalische Eigenschaft, wenn man so will. Diese Eigenzeit ist ein Maß für Ihr Altern, biologische Prozesse in Ihrem Organismus, die Schwingungsfrequenzen im atomaren Übergang in der Atomuhr, die Sie möglicherweise haben usw.

Stellen Sie sich vor, Sie und Ihr Freund umkreisen ein statisches Schwarzes Loch. Sie erhalten die gleichen Uhren und synchronisieren sie. Sie zeigen die gleiche Zeit an und ticken mit der gleichen Rate.

Dann bleibt Ihr Freund auf seiner Umlaufbahn (auf Abstand$r_{friend}$) und Sie kommen dem Schwarzen Loch viel näher (in einer Entfernung$r_{you}$). Sie verbringen einige Zeit dort und bei Ihrer Rückkehr stellen Sie fest, dass Ihre Uhren andere Werte anzeigen!

Tatsächlich könnten Sie mit der Schwarzschild-Lösung vorhersagen, dass Ihre Uhren ein Verhältnis von verstrichenen Eigenzeiten von gleich aufweisen

Im Obigen lasse ich das Problem aus, zu bestimmen, wann Sie mit den Messungen beginnen und aufhören und wie Sie die Hin- und Rückfahrt erklären. Es ändert nichts daran, dass Ihre Uhr im Vergleich zu der Ihres Freundes weniger tickt und tickt.

Wenn man darüber nachdenkt, ist „Raum“ kein greifbareres Konzept als „Zeit“. Wenn der eine sich krümmen kann, kann der andere das auch.

Die Raumzeit ist im gleichen Sinne gekrümmt wie die Erdoberfläche. Zwei Schiffe, die auf anfänglich parallelen Wegen fahren, können dennoch zusammenlaufen und sich treffen.

Ein ähnliches Beispiel für Zeitkrümmung ist, wenn jemand an einem Punkt in großer Höhe, wie der Red Bull-Typ, einen Laserimpuls auf den Boden blitzte und dann 1 Sekunde später (nach seiner Uhr) erneut einen blitzte, würden die Impulse ankommen ein Detektor am Boden im Abstand von weniger als 1 Sekunde von unserer Uhr. Ungefähr weniger$10^{-12} \,\rm{sec}$. Das Zeitintervall zwischen den beiden Pulsereignissen nimmt also ab, wenn wir uns dem Erdmittelpunkt nähern, genauso wie das Raumintervall zwischen den Schiffen abnimmt, wenn sie sich dem Nordpol nähern.

Wenn es ein Schwarzes Loch statt der Erde wäre, könnten die Impulse viel tiefer in die Schwerkraft eindringen, und die Zeit zwischen ihnen würde gegen Null gehen.

Im Allgemeinen ist Zeit nur eine Dimension. Wir könnten ein Diagramm zeichnen, in dem wir sagen, dass sich ein Objekt im Laufe der Zeit im Raum krümmt. Wir könnten aber auch das Diagramm umdrehen und sagen, die Objektkurven in der Zeit über dem Raum. Es ist nur eine Frage der Perspektive.

Ich denke, eine bessere Art, sich die "Krümmung" der Raumzeit vorzustellen, besteht darin, sich vorzustellen, dass sich ihre Dichte ändert. Räumliche Dichte drückt Objekte von hoher Dichte zu niedriger Dichte (Schwerkraft). Die Zeitdichte sagt uns, dass die Dinge relativ zur „universellen Uhr“ anders ticken. Niedrigere zeitliche Dichte bedeutet, dass weniger Ticks ein Objekt in der gleichen Spanne der "Echtzeit" aktualisieren als ein Bereich mit höherer Dichte.

Natürlich ist "Echtzeit" schwer festzumachen, und einige würden argumentieren, dass es bedeutungslos ist. Aber ich fand es immer einfacher anzuerkennen, dass Referenzrahmen eine gewisse Relativität haben, als zu versuchen, sie vollständig aus der Konversation zu entfernen.

Wie wirkt sich ein physisches Objekt auf etwas Immaterielles aus?

Das ist eigentlich ganz üblich, nicht nur für das Gravitationsfeld, sondern auch für andere Felder.

Nehmen Sie zum Beispiel das elektromagnetische Feld. Dieses Feld trägt nicht nur Energie (wie jeder vom Sonnenlicht kennt), sondern auch Impuls und Drehimpuls. Daher sollten Sie sich das Feld nicht als immaterielles vorstellen, sondern eher als ein reales physisches Objekt. Elektrische Ladungen erzeugen ein elektromagnetisches Feld. Und das elektromagnetische Feld beeinflusst die Bewegung geladener Körper.

Zeit ist kein physisches Objekt,

Genauer gesagt sollte man statt von Zeit von Raumzeit sprechen, denn Raum und Zeit sind eng miteinander verflochten. Die gleiche Denkweise wie oben für das elektromagnetische Feld gilt für das Gravitationsfeld (oder für die Raumzeitkrümmung in Einsteins Sprache). Daher sollte die Raumzeit als ein reales physikalisches Objekt betrachtet werden. Massen krümmen die Raumzeit. Und die gekrümmte Raumzeit beeinflusst die Bewegung von Massen.

In gewisser Weise kann man sich die Raumzeit als ein sehr hartes Zeug vorstellen, weil man enorme Massen braucht, um nur eine winzige Krümmung der Raumzeit zu erzeugen. Zum Beispiel: An der Erdoberfläche ist die Erdbeschleunigung$g=9.8$MS$^2$. Nach Einstein entspricht dies einer winzigen Krümmung der Raumzeit. Sein Krümmungsradius ist tatsächlich$r=\frac{c^2}{g} = 9.2\cdot 10^{15}$M.