Wird die Zeit beschleunigt, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist? Warum? Was bedeutet das?

Ich habe mir einen sehr interessanten kurzen Dokumentarfilm angesehen, in dem der Autor sagte, dass es im Weltraum 8 Minuten dauert, um das Schwarze Loch zu umrunden, ein Beobachter von der Erde beobachtet, dass es von der Erde aus 16 Minuten dauert. Ich verstehe, dass dies mit der Relativitätstheorie zu tun hat, aber bedeutet dies, dass der Astronaut das Gefühl hat, dass die vergangene Zeit 8 Minuten beträgt, während die Menschen auf der Erde das Gefühl haben, dass es 16 Minuten gedauert hat? Oder wird die Zeit tatsächlich beschleunigt?

Wenn die Zeit beschleunigt wird, bedeutet das, dass eine chemische Reaktion im Weltraum weniger Zeit in Anspruch nimmt, oder wird sie von einem Astronauten gleichzeitig anders empfunden?

Wenn Sie sich auf einer sich drehenden Karnevalsfahrt befinden, "fühlen" Sie sich schwerer, richtig? Ebenso (es ist kaum zu glauben, aber wahr) vergeht die Zeit schneller, wenn man sich in der Nähe eines unglaublich schweren Gegenstands befindet. Nur 10 Minuten vergehen auf Ihrer Uhr, aber 20 Minuten für Ihren Freund zu Hause.
Ich glaube, was Sie fragen, ist: Ja, die Zeit „FÜHLT“ sich für Sie genauso an wie der Astronaut. Aber "magischerweise" wird weniger Zeit vergangen sein, wenn Sie nach Hause kommen. Die Zeit „FÜHLT“ sich absolut identisch an.
@Fattie Tatsächlich wäre es ziemlich seltsam, wenn es sich nicht identisch anfühlen würde, da unsere eigene Zeitwahrnehmung mit einigen elektrischen und chemischen Prozessen verbunden ist, die auch aus der Sicht des entfernten Beobachters entsprechend langsamer ablaufen. Die einzige Möglichkeit, wie dies nicht der Fall wäre, wäre, wenn es eine universelle Zeit gäbe und wir dafür sensibel wären – aber genau das, was die allgemeine Relativitätstheorie sagt, kann nicht einmal im Prinzip existieren (insofern die allgemeine Relativitätstheorie mit der Realität übereinstimmt).

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Angenommen, Sie stehen 16 Minuten weit entfernt von einem Schwarzen Loch, während ein Astronaut in einer Rakete sich dem Schwarzen Loch nähert und dann zurückkommt. Wenn gesagt wird, dass "für den Astronauten nur 8 Minuten vergangen sind", bedeutet das

  • Die mechanische Uhr des Astronauten zeigt 8 Minuten an, nicht 16
  • Die elektronische Uhr des Astronauten zeigt 8 Minuten an, nicht 16
  • Eine Standuhr auf dem Schiff zeigt 8 Minuten an, nicht 16
  • Eine chemische Reaktion, die 16 Minuten dauern würde, wird nur zur Hälfte zurückkommen
  • Ein Bakterium auf dem Schiff, das 8 Minuten braucht, um sich zu teilen, hat sich einmal geteilt, nicht zweimal
  • Wenn der Astronaut die Zeit durch Zählen der Herzschläge messen würde, würden sie 8 Minuten messen, nicht 16
  • Kekse, die 16 Minuten dauern, ist das Backen in einem Ofen auf dem Schiff nur zur Hälfte fertig

Kurz gesagt, absolut alles verlangsamt sich. Es gibt also nur zwei logische Möglichkeiten: Entweder verlangsamt sich die Zeit selbst und verlangsamt damit alles, oder die Zeit vergeht immer gleich schnell, aber alle 7 oben genannten "Uhren" werden zufällig um den gleichen Betrag verlangsamt.

Die zweite Möglichkeit ist, wie Sie vielleicht erraten haben, viel komplizierter zu handhaben, also nehmen wir in der Physik die einfachere Option. Wir modellieren alle 7 dieser Ergebnisse, indem wir einfach sagen, dass die Zeit selbst langsamer wird.

Es sollte betont werden, dass ich nicht meine, dass die Zeit auf der Rakete langsamer ist als eine „absolute Zeit“, dh es gibt keine „objektive Uhr“, mit der der Astronaut seine Uhr vergleichen kann. Stattdessen habe ich alles als Vergleich zwischen der Astronautenuhr und Ihrer Uhr formuliert, was angemessen ist, weil es nur um tatsächlich beobachtbare Größen geht.

Mathematisch modellieren wir in der Allgemeinen Relativitätstheorie die Raumzeit als eine Lorentzsche Mannigfaltigkeit, und diese Mannigfaltigkeit hat keine Struktur wie eine absolute Zeit. Es gibt nur Punkte. Unter Verwendung der Metrik können wir jedoch eine verstrichene Zeit entlang eines beliebigen Pfads zuweisen, indem wir die Eigenzeit integrieren. Diesmal spreche ich hier davon, „schneller“ oder „langsamer“ zu sein.

Während Ihre Erklärung nicht falsch ist, vergessen Sie zu erwähnen, dass sich die Ortszeit immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Diese Tatsache ist als Konstanz der lokalen Lichtgeschwindigkeit bekannt. Ihr Argument bricht zum Beispiel in einem einfachen Zwillingsparadoxon, bei dem die Zeit jedes Zwillings dem anderen Zwilling langsamer erscheint. Zwei Zeiten können sich nicht jeweils langsamer bewegen als die andere, daher ist „Zeitverlangsamung“ nicht die beste Art, die Relativitätstheorie zu beschreiben. Meine von dir gesehene Zeit ist eine Projektion, wie ein Schatten, der so kürzer ist, wie die Sonne höher ist, aber meine eigene Größe ist dieselbe. Sie sehen also, dass meine Zeit langsamer vergeht, aber für mich ist es immer dasselbe.
@safesphere Das ist ein guter Punkt. Eine populäre Erklärung der Relativitätstheorie zu machen, ist immer eine Herausforderung!
"Eine Standuhr auf dem Schiff zeigt 8 Minuten an, nicht 16" , vorausgesetzt natürlich eine ausreichend stabile künstliche Schwerkraft und eine ausreichende Vibrationsisolierung.
* Meine Frau wird nur ihr Kleid ausgesucht haben, aber noch nicht ihre Schuhe
@safesphere : "Zwei Zeiten können sich nicht langsamer bewegen als die andere, also ist "Zeitverlangsamung" nicht die beste Art, die Relativitätstheorie zu beschreiben." Nachdem der (in der flachen Raumzeit oder auch in der Nähe eines Schwarzen Lochs reisende) Zwilling zur Erde zurückkehrt, zeigt seine Uhr weniger verstrichene Zeit als die Uhr, die dort geblieben ist. Dies bedeutet, dass die „Zeitverlangsamung“ ein echter Effekt ist, im Gegensatz zu einem Lorentz-kontrahierten Stab, der wieder seine ursprüngliche Länge hat, wenn er beim Beobachter ruht.
@timm Die Lorentz-Zeitdilatation ist ebenso real. In beiden Fällen ist die Zeitgeschwindigkeit immer gleich und wird als lokale Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Die Zeit verlangsamt sich nicht. Stattdessen ist die Länge der eigentlichen Zeitintervalle unterschiedlich. In der hyperbolischen Geometrie der Raumzeit können zwei Beobachter unterschiedliche Strecken mit gleicher Geschwindigkeit zurücklegen und gleichzeitig ins Ziel kommen. Dies ist ein kontraintuitiver Unterschied zur euklidischen Geometrie. Hoffe das hilft.
@safesphere "In beiden Fällen ist die Zeitgeschwindigkeit immer gleich und wird als lokale Lichtgeschwindigkeit bezeichnet" vereinbart. Mein Punkt ist, dass der oft verwendete Ausdruck "Zeitverlangsamung" im Zusammenhang mit dem Zwillings-"Paradoxon" meiner Meinung nach nicht falsch ist, da der Uhrenvergleich eine unterschiedliche verstrichene Zeit zeigt. Wie genau definieren Sie "Zeitgeschwindigkeit" bezogen auf die Eigenzeit eines Beobachters?
@timm Licht bewegt sich nicht in der Zeit, sondern bleibt im selben Moment der Zeit. Indem wir die Bewegung des Lichts beobachten, sehen wir die Bewegung des Moments der Zeit, in dem das Licht verweilt. Licht bewegt sich mit der Zeitgeschwindigkeit des Beobachters für verschiedene Beobachter unterschiedlich, weil ihre Zeiten unterschiedlich sind. Ein Raumschiff fährt mit hoher Geschwindigkeit an Ihnen vorbei und macht einen Lichtblitz. Im Bild des Schiffs bewegt sich das Zentrum des Blitzes mit dem Schiff, aber in Ihrem Bild bleibt das Zentrum des Blitzes bei Ihnen, weil sich das Licht mit der Zeit jedes Beobachters bewegt. Die Geschwindigkeit ist immer eins (wie in einer Lichtsekunde pro Sekunde).
@timm Mit anderen Worten, die Zeitgeschwindigkeit ist ein Koeffizient vor der Zeitkomponente in der Minkowski-Metrik. Die Richtung der Zeit folgt dem Lichtkegel. Ihre Zukunft kommt mit Lichtgeschwindigkeit aus allen Richtungen zu Ihnen. Deine Vergangenheit fliegt auch mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen von dir weg. Die lokale Lichtgeschwindigkeit im Vakuum sollte Zeitgeschwindigkeit genannt werden. Licht folgt ihm einfach. Diese Geschwindigkeit in natürlichen Einheiten ist die Einheit, die die Raumzeitsymmetrie anzeigt. Dann definieren wir der Einfachheit halber einen Meter als genau 1/299.792.458 Teil einer Lichtsekunde, um den Äquator auf 40.000 Meter zu bringen.
@safesphere "Licht bewegt sich nicht in der Zeit, sondern bleibt im selben Moment." Sie beabsichtigen, die richtige Zeit des Lichts auszudrücken d τ = 0 , Jawohl. Aber ich bin mir nicht sicher, wie Sie "Zeitgeschwindigkeit" physikalisch definieren. Geschwindigkeit ist eine physikalische Größe (m, kg,...) pro Zeiteinheit. Wie macht Zeit pro Zeiteinheit Sinn?
@timm Die Geschwindigkeit der Zeit wird nicht in Sekunden pro Sekunde angegeben. Zeit ist nicht statisch im Raum. Jeder Zeitmoment bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde oder in Lichtsekunden pro Sekunde durch den Raum. Wir sagen, wir bewegen uns in der Zeit, weil sich die Zeit ständig durch uns bewegt. Bitte lesen Sie meinen vorherigen Kommentar für Details.

Es ist nicht der Raum selbst, der die Zeit beeinflusst; es ist hohe Geschwindigkeit oder Beschleunigung/Schwerkraft.

Und der Effekt macht sogar auf der Erde intuitiv Sinn, obwohl die Folgen davon schwer zu fassen sind.

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Waggon mit einer Glühbirne. Schalten Sie es ein und das Licht beginnt, bis zur Decke zu fließen, wo Sie einen Detektor haben. Sie können die Zeit messen, die das Licht benötigt, um diese vertikale Höhe zu überwinden.

Aber stellen Sie sich jetzt vor, der Zug fährt. Sie sehen immer noch dasselbe. Aber eine Person auf dem Bahnsteig draußen sieht, dass die Glühbirne eingeschaltet wird, wenn Sie sich an einem Punkt befinden, und bevor das Licht die Decke erreicht, fährt der Zug zu einem anderen Punkt. Anfangs- und Endpunkt des Lichts liegen nicht senkrecht übereinander. Der Endpunkt ist seitlich verzerrt.

Sehen Sie sich einige der Abbildungen hier an, um es zu visualisieren.

Der Abstand zwischen Start- und Endpunkt ist nun aufgrund einfacher Geometrie "größer" als wenn der Zug stillsteht. Aber das weiß man im Zug nicht. Sie messen die gleiche Zeitdauer. Der Typ auf dem Bahnsteig misst eine andere Zeitdauer, weil sich das Licht aus seiner Perspektive mit der gleichen Geschwindigkeit weiter bewegt.

Diese seltsame, seltsame, aber logisch konsistente Tatsache zeigt, dass Zeit relativ ist. Die Zeit wird je nach Geschwindigkeit unterschiedlich erlebt. Eine gemessene Zeit von beispielsweise 1 Sekunde durch den sich bewegenden Beobachter im Zug würde als mehr als 1 Sekunde vom stationären Beobachter gemessen. Mehr Zeit verging für den stationären Kerl. Dieser stationäre Typ ist jetzt etwas älter als der sich bewegende Typ im Zug.

Stellen Sie sich vor, wir hätten Zähler in unseren Körpern, die jede Sekunde ticken (Erdsekunde: P), und wir wenden die Zwillingsparadox-Situation an, wenn beide nebeneinander sind, zeigen die Timer tatsächlich unterschiedliche Zahlen an? (Ich erforsche immer noch die moderne Physik)
Wenn ich eine Antwort auf diese Situation bekommen könnte, wäre meine ganze Verwirrung gelöst @Steeven
@HasanHammoud Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit " wir wenden die Zwillingsparadox-Situation " meinen. Aber ja, wenn sich der Typ im Zug mit dem Typ auf dem Bahnsteig treffen würde, würden ihre getragenen Armbanduhren tatsächlich unterschiedliche Zeiten anzeigen. Der Effekt ist natürlich extrem gering, aber bei sehr genauen Atomuhren, die in einem Hochgeschwindigkeitsflugzeug auf einer Erdumrundung platziert sind, zeigt sich der Unterschied (dies wurde bereits 1971 durchgeführt): en.wikipedia. org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment
Damit tun sich so viele Menschen schwer, insbesondere im Hinblick auf die Lichtgeschwindigkeit als kosmische "Geschwindigkeitsbegrenzung" (wobei es sich in Wirklichkeit eher um eine Kausalitätsgrenze handelt). Betrachten Sie Alpha Centauri – vier Lichtjahre entfernt, würden Sie erwarten, dass Sie in vier Jahren mit Lichtgeschwindigkeit am schnellsten dorthin gelangen könnten. Aber wenn Sie in einem Raumschiff bei 99,995 % c (in Bezug auf die Erde) abheben würden, würden Sie feststellen, dass Beobachter auf der Erde sehen würden, dass Ihr Schiff tatsächlich etwa vier Jahre braucht, um dorthin zu gelangen, aber Sie, der Astronaut, würden feststellen, dass Sie es tun würden kommen in nur zwei wochen.
Es fällt mir immer schwer zu verstehen, warum derjenige im Zug als der sich bewegende angesehen wird. Denn was ist, wenn Sie das Experiment umkehren? Was ist, wenn der Typ am Bahnsteig eine Glühbirne anschaltet? Der Typ im Zug sieht dann eine "größere" Entfernung. Würde das nicht bedeuten, dass die Zeit auf dem Bahnsteig dann in diesem Fall "langsamer" ist? Woher weißt du, wer eigentlich der Bewegte ist?
@IvoBeckers - einer davon beschleunigt.
@IvoBeckers das ist das Zwillingsparadoxon

Ich glaube, was das OP fragt, ist speziell:

Wie „fühlt“ es sich an, in erweiterter Zeit zu sein?

Die Antwort ist, dass es sich absolut identisch anfühlt – kein Unterschied.

10 Minuten in der Nähe eines Schwarzen Lochs zu verbringen, „fühlt“ sich absolut genauso an wie 10 Minuten an einem normalen Ort.

Der einzige Unterschied besteht darin, dass, wenn Sie zu Ihren Freunden auf der Erde zurückkehren, viel mehr Zeit für sie vergangen sein wird. (1 Jahr für Sie, 5 Jahre für sie usw.)

Ich bin mir ziemlich sicher, dass das das ist, was OP hier fragt.

Angenommen, ich gehe auf einem kurzen Weg von A nach B. Aber man geht auf einem langen Weg von A nach B. Wir gehen beide mit genau 5 mph, normaler Gehgeschwindigkeit. Es „fühlt“ sich für uns beide gleich an. Und wir landen am selben Ort. Aber du bist 10 Meilen gelaufen, während ich nur 3 Meilen gelaufen bin.

In ähnlicher Weise ist die Nähe eines Schwarzen Lochs eine "Abkürzung durch die Zeit". Sie kommen beide zur "gleichen Zeit" (wie "Jahr 2340") zurück, aber für die anderen ist viel mehr Zeit vergangen und für Sie viel weniger Zeit.

Auch hier bin ich mir ziemlich sicher, dass Ihre eigentliche Frage hier ist

Wie „fühlt“ es sich an, in erweiterter Zeit zu sein?

Die Antwort lautet: identisch . Da ist einfach weniger drin .

Der OP dachte verständlicherweise, dass all dieses Gerede über "Zeitverlangsamung" bedeuten könnte, dass die Zeit "langsam zu laufen scheint" (wie: wenn Sie beim Zahnarzt sind! oder in einem Zeitlupenfilm). Nein, damit hat es nichts zu tun.

Alles, was es bedeutet, ist, wenn Sie nach Hause kommen, wird mehr Zeit für die andere Person vergangen sein : das ist ALLES, was es bedeutet, OP. Alles andere ist gleich.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es ein Intervallkonzept entlang einer Weltlinie, das für alle Beobachter gleich ist und die Ortszeit darstellt, die ein Beobachter auf dieser Weltlinie erlebt. Es gibt keine andere Art von Zeit, obwohl es in jedem bestimmten Koordinatensystem normalerweise drei space-likeKoordinaten und eine time-likeKoordinate gibt. Die einzigen sinnvollen Fragen zur Zeit sind:

Wenn zwei Beobachter Signale austauschen, was wird jeder beobachten?

Wenn zwei Beobachter am selben Weltpunkt starten, sich trennen, reisen, sich treffen und Uhren vergleichen, was werden die Ergebnisse sein.

Beachten Sie, dass keine der Fragen ein anderes Zeitkonzept als die Ortszeit entlang einer Weltlinie beinhaltet.

Lokal ist die längste Weltlinie zwischen zwei Punkten diejenige, der ein frei fallender Beobachter folgt. Wenn sich ein Beobachter im freien Fall befindet und der andere das schwarze Ganze verlässt, beschleunigt und um das schwarze Ganze herum beschleunigt und sich dann wieder seinem Begleiter anschließt, wird die Uhr des frei fallenden Beobachters mehr Zeit anzeigen als die Uhr des beschleunigenden Beobachters.

+1 Diese Antwort und dieses Beispiel sind hilfreich, da der Zeitverlauf korrekterweise eher durch seine Länge als durch seine Geschwindigkeit bezeichnet wird. Der gesunde Menschenverstand auf der Grundlage der euklidischen Geometrie sagt uns, dass, wenn zwei Beobachter gleichzeitig zurückkehren, derjenige, der eine größere Entfernung zurückgelegt hat, eine höhere Geschwindigkeit hatte. Dies ist in der hyperbolischen Geometrie der Raumzeit nicht der Fall. Die Zeit läuft nicht "langsamer". Dann würden sich nie wieder zwei Beobachter gleichzeitig treffen. Es ist die Zeitdauer, die für jeden Beobachter unterschiedlich ist, nicht die Geschwindigkeit der Zeit.
Wird die Zeit beschleunigt, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist? Warum? Was bedeutet das?
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