Effect van reizen met lichtsnelheid
Michael stelde deze vraag op 02 januari 2020 om 16:44.Stel ik reis 1 jaar lang door de ruimte met de snelheid van het licht en ik kom weer terug op aarde. Wat is er dan precies gebeurd met mijn leeftijd in vergelijking met de achterblijvers op aarde en waarom?
Reacties
Met de lichtsnelheid kun je niet reizen. Wel langzamer. Met lichtsnelheid staat je klok stil en word je niet ouder. De buitenwereld wel. Aannemend dat de "aardeklok" 2 x 1/2 jaar voorbij tikt, dan worden die mensen 1 jaar ouder en jij 0 jaar.
Rem- en omdraaiverschijnselen (beide versnellingen!) maken dat de speciale relativiteitstheorie hier niet volledig opgaat (die veronderstelt geen versnelling).
Tijd staat stil. Hoe zit het dan met de afbraak van je cellen door ouderdom? Dat is een scheikundig proces.
Een film waarin jij een stilstaand beeldje bent want de film staat op "pauze".
• Je vraagt: 'Hoe zit het dan met de afbraak van je cellen door ouderdom [als je reist met de lichtsnelheid]?'
Letterlijk opgevat, kan ik je vraag niet beantwoorden. Volgens de relativiteitstheorie kan materie namelijk niet bewegen met de 'lichtsnelheid in vacuüm'. Dat geldt voor je lichaam, je cellen, voor een fysieke klok en meetlat. Wel kunnen we met de 'speciale relativiteitstheorie' nagaan hoe het zit als je de lichtsnelheid benadert.
• We doen een gedachte-experiment. Je vriendin Anna blijft in rust op aarde bij de plaats x=0 van haar inertiaalstelsel S. (Een inertiaalstelsel is een coördinatenstelsel waarin geen enkel punt een versnelling ondergaat. In de speciale relativiteitstheorie zijn we dol op zulke stelsels.)
• Naast Anna, bij x=0, zet je je horloge gelijk met haar klok: twee betrouwbare uurwerken. De tijd op Anna's klok noemen we t. De tijd op je horloge heet τ, de Griekse letter tau.
Met je raket ga je op reis vanaf x=0 op aarde. Je vertrekt op t=τ=nul. Je laat je raket steeds sneller gaan. De raket maakt een beweging met een versnelling van 10 m/s², gemeten in de raket. Zo lijkt het alsof je de zwaartekracht voelt, net als op aarde. Dat is nodig om je lichaamsprocessen 'normaal' te laten verlopen.
Je versnelt tot het tijdstip τ=3 jaar op je horloge. Vanaf dat moment laat je de raket remmen met een vertraging van 10 m/s² tot je op τ=6 jaar tot stilstand komt. Je keert om en maakt de terugreis op dezelfde manier. Je horloge wijst aan τ=12 jaar als je tot stilstand komt naast Anna op aarde.
• Wat blijkt: volgens Anna's klok heeft je reis ruim 44 jaar geduurd, niet 12 jaar!
Tijdens je reis ben je 12 jaar ouder geworden volgens dezelfde processen als op aarde zou gebeuren. Dat geldt ook voor de veroudering en afbraak van je cellen. Tijdens je reis is Anna ruim 44 jaar ouder geworden en zijn in haar lichaam heel wat meer cellen afgebroken dan bij jou.
• Nieuwsgierig geworden, herhaal je het gedachte-experiment met hetzelfde reisschema en dezelfde versnelling en vertraging van 10 m/s². Ditmaal duurt je reis τ=20 jaar op je horloge. Bij terugkomst op aarde zie je tot je schrik dat je reis op haar klok bijna 367 jaar heeft geduurd. Het experiment is voor Anna fataal verlopen.
• Hoe langer je raketreis duurt, hoe groter het verschil in reisduur volgens jou en Anna. Het verschil wordt extreem groot als je langer reist met bijna de lichtsnelheid. Dan begint het erop te lijken dat 'de tijd voor jou stilstaat' en voor Anna 'gewoon doorloopt'. Zo is het niet echt, want je kunt de lichtsnelheid niet bereiken, hoelang je ook versnelt.
Wat achtergrond
• Klokken die ten opzichte van elkaar bewegen, meten niet dezelfde tijdsduur tussen dezelfde twee gebeurtenissen. Dit verschijnsel heet tijdrek of tijddilatatie (Engels: time dilation). Het is vooral merkbaar als de ene klok ten opzichte van de andere beweegt met een hoge snelheid, al dan niet met een versnelling. We kunnen het genoemde verschil in reisduur exact berekenen met de 'speciale relativiteitstheorie' van Einstein.
• Tijdrek ontstaat niet doordat de ene klok langzamer loopt dan de andere. Ze werken namelijk volgens dezelfde natuurwetten. Tijdrek ontstaat niet doordat de ene klok 'langere seconden' tikt dan de andere. Er zijn geen korte of lange seconden of seconden met frambozensmaak. Er zijn alleen seconden.
Groet, Jaap
Twee vrienden beide 40ers de ene friend laat wat zien aan de ander en zegt.kijk eens wat ik even in elkaar gepruts heb n capsule echt n vet ding en hij gaat hard joh net zo snel als de snelheid van het licht.ik ga even n ritje maken stap in en zoef weg was die.voor die ander op aarde gingen de jaren voorbij na 40 jaar die gast inmiddels al een oude man van 80 en al die jaren altijd maar afgevraagd hoe zou het toch zijn met die ouwe maat van toen hij laat maar niks van hem horen die lul?en dacht weet je wat ik ga hem bellen.ander in capsule neemt de telefoon op.die ouwe op aarde zegt he he eindelijk spreek ik je weer na 40 jaar.die ander in die capsule zegt hum? wat lul je nou ik ben pas 2 minuten onderweg nou ja ik kom terug en flits op aarde hij kijkt zijn maat verbaasd aan he wat is er met jouw gebeurd?die ander weer he je bent geen steek veranderd hoe heb je dat voor mekaar gekregen?ze stonden perplex en gingen samen maar net als van oudsher een biertje drinken.alleen die ouwe had natuurlijk net iets meer te vertellen over alles wat hij in die 40 jaar had meegemaakt dan die ander met zijn 2 minuten.ja nogal wiedes vind je het gek.
Idc
Als je met de auto rijdt ga je sneller dan die ander op die fiets maar dat betekent toch niet dat je haren dan ook maar sneller gaan groeien.
dag Idc,
Het ligt inderdaad een tikje anders, en net andersom. Niet zozeer dat alles in jouw auto langzamer gaat, maar bezien vanuit de fietser gaat alles in jouw auto langzamer.
Bij dit soort kleine snelheidsverschillen gaat het om insignificante tijdsverloopverschillen . Bij het befaamde experiment met de atoomklokken (google Hafele and Keating Experiment) geeft dat verschillen van tientallen nanoseconden bij een vliegreis rond de wereld.
Groet, Jan