Gravitationele tijdsdilitatie
Bas stelde deze vraag op 26 november 2024 om 21:41.Beste,
Allereerst, ik ben een leek als het op natuurkunde aankomt. Ik vraag me af waarom onder invloed van zwaartekracht de tijd verstoord wordt en niet materie. Neem het bekende voorbeeld dat tijd in de buurt van een zwart gat vertraagd, op basis van speciale relativiteit. Als leek zou ik denken dat als de zwaartekracht toeneemt, moleculen ook meer kracht moeten uitoefenen om te bewegen en dus steeds langzamer gaan. In het geval van een mens zou dat in extremis leiden tot een voor onze aardse begrippen vrijwel stilstand. Echter, de persoon in kwestie merkt daar niets van. Alle processen in zijn lichaam zijn haast oneindig vetraagd, maar zijn even snel gebleven tov alle andere interne en externe processen in zijn omgeving. Dus als er voor zijn beleving een minuut verstreken is, is dat in werkelijkheid vele malen meer. Voor mijn gevoel vergt de uitleg dat materie obv zwaartekracht vertraagd minder "aannames" dan de uitleg dat tijd vertraagd. Ook bijvoorbeeld het feit dat een klok in een baan om de aarde sneller loopt dan op aarde, is dan nog steeds te verklaren door te stellen dat de deeltjes van de klok minder tegenwerking ondervinden, daardoor sneller bewegen, waardoor de klok sneller loopt. Ik ben benieuwd waar mijn denkfout zit, aangezien ik niet de illusie heb de speciale relativiteitstheorie om ver te kunnen werpen :)
Hartelijke groet,
Bas
Reacties
> Ik vraag me af waarom onder invloed van zwaartekracht de tijd verstoord wordt en niet materie
Vragen als deze kunnen voorkomen als je als leek niet alle ins en outs kent. Dan blijf je verwonderd achter. Ook ik heb geen definitieve antwoorden maar massa en zwaartekracht zijn aan elkaar gekoppeld. Doordat er massa is, is er zwaartekracht. Waarom is een onopgeloste vraag. Het feit is dat de twee verbonden zijn. Dus "massa verstoort de tijd" is een andere formulering van "zwaartekracht verstoort de tijd".
>meer kracht moeten uitoefenen om te bewegen en dus steeds langzamer gaan
Kracht en versnelling (of, indien kracht en beweging tegengesteld zijn, vertraging) zijn aan elkaar gekoppeld. Zwaartekracht trekt aan deeltjes, die gaan steeds sneller in die richting bewegen (of indien de beweging eerst tegen de kracht in is, remmen eerst af, komen tot stilstand en gaan dan steeds sneller in de krachtrichting)
Hartelijk dank dat je de tijd genomen hebt te antwoorden! Zo makkelijk is het dus niet aan te geven waar mijn denkfout zit. Je geeft zelf aan dat zwaartekracht/massa deeltjes sneller/langzamer laat bewegen, alleen formuleer je dat veel beter dan ik. Maar dan blijft de vraag, als deeltjes langzamer bewegen tov een plek met minder zwaartekracht, waarom moet dan ook nog de tijd als variable aangepast worden. Dat de klok langzamer/sneller loopt hoeft toch geen bewijs te zijn dat de tijd ook anders loopt? Dan kan puur mechanisch verklaard worden door de snelheid van de deeltjes die samen de quartz/processor vormen. Nogmaals, het zal een denkfout zijn :)
>Maar dan blijft de vraag, als deeltjes langzamer bewegen tov een plek met minder zwaartekracht, waarom moet dan ook nog de tijd als variable aangepast worden.
Onder invloed van een kracht bewegen deeltjes altijd sneller (2e wet van Newton - ook relativistisch - is F = ma ofwel kracht = massa x versnelling). Deeltjes bewegen sneller (in richting kracht) of langzamer (tegen de kracht in). Hoe snel hangt af van hun beginsnelheid (door welke oorzaak ook zoals elektrische velden op geladen deeltjes, botsingen e.d.). Er zijn overal snellere en langzamere deeltjes - dat is niet het gevolg van zwaartekracht. Het nog sneller of langzamer worden kan wel het gevolg van zwaartekracht zijn (vergelijk "heuvel af" versus "heuvel op").
De tijd blijkt geen onveranderlijke grootheid te zijn. Einstein toonde in zijn relativiteitstheorie aan (tot iemand met iets anders/beters komt) dat tijd en afstand met elkaar verbonden zijn - gevolgen van zijn aanname dat de lichtsnelheid voor iedereen dezelfde is. Want als snelheid = afstand/tijd dan moet als iemand een kortere afstand (dan een ander in een ander stelsel) meet ook de tijd korter moet zijn om het quotient dezelfde waarde te laten houden.
De algemene relativiteitstheorie (ART) geeft aan dat tijd en afstand variëren met de snelheid van een referentie-stelsel maar ook van de hoeveelheid massa in de buurt die de tijd-ruimte ook aanpast. Zwaartekracht kun je volgens de ART ook te zien als een vervorming van afstand-tijd (of ruimte-tijd) . Grotere massa is grotere kracht en meer vervorming van ruimte-tijd. Veel wordt dan als voorbeeld een 2-dimensionaal plat vlak genomen dat indeukt (putje vormt) rondom een massa (als de zon). Een knikker die rechtuit beweegt maar langs de wand van de put beweegt feitelijk van richting verandert. Dat kun je vervorming van de tijd-ruimte noemen, maar ook als gevolg van een kracht. Twee zienswijzen voor hetzelfde.
>Dat de klok langzamer/sneller loopt hoeft toch geen bewijs te zijn dat de tijd ook anders loopt
Tussen 2 tikken op de klok verloopt 1 seconde. Als die klok trager loopt duurt het dus ook langer voordat die ene seconde voorbij is. Een buitenstaander (met een ander tempo klok) zal denken "die klok loopt traag" want die ene tik duurt niet 1 seconde maar 2 seconden (volgens mijn tikkende klok). De eigenaar (A) van die klok vindt dat niet: die "ziet" gewoon tussen 2 tikken 1 seconde voorbij gaan. Alles verloopt ook als gebruikelijk: polsslag, groeitempo van planten e.d. Maar die buitenstaander (B) ziet alles trager gaan (planten groeien langzamer e.d.). Door de relativiteit is echter het omgekeerde ook waar: A ziet alles van B traag lopen. Ze zijn het onderling dus niet eens, alleen meten ze allebei dezelfde lichtsnelheid.
Tijd is dus niet iets dat verloopt met vast tempo maar dat tempo past zich aan aan de (snelheid van) het stelsel waarin het zich bevindt en wie het meet (A zelf of B meet bij A). En past zich ook aan als er meer of minder massa (zwaartekracht) in de buurt is.
Ik denk dat je denkfout zit in het aannemen dat er een soort absolute, invariabele, tijd is. Dat 1 seconde voor iedereen (in welk bewegend stelsel of onder welke zwaartekracht dan ook) altijd 1 seconde is. Tot Einstein dacht men dat ook. En voor normale dagelijkse omstandigheden is de afwijking met onze snelheden tot een paar honderd km/s te klein om de tijdsafwijking te meten. "Dus" is de tijd absoluut. Maar dat is dus niet zo.
Wederom dank! En voor de zekerheid. Je schrijft:
Door de relativiteit is echter het omgekeerde ook waar: A ziet alles van B traag lopen. Ze zijn het onderling dus niet eens, alleen meten ze allebei dezelfde lichtsnelheid.
Ziet A alles van B niet juist sneller lopen?
En wellicht dat ik het op basis van je opmerking over de gemeten lichtsnelheid beter snap. Als puur materie sneller zou bewegen onder invloed van lagere zwaartekracht zouden photons dat ook moeten doen. Maar dat zou resulteren in een variable lichtsnelheid afhankelijk van de zwaartekracht. Dus dan snap ik eindelijk waarom de tijd variabel moet zijn. Vraag ik me al af sinds ik de film Interstellar nog een keer gezien heb, toch al anderhalf jaar geleden. Veel dank en fijne avond!
>Ziet A alles van B niet juist sneller lopen?
Nee. En dat is in het "gewone" leven ook niet zo. Als A in een trein zit die met 100 km/h naar links beweegt en B staat naast de rails dan zie B dat de trein met A erin voorbij raast met 100 km/h naar links. Maar A ziet vanuit zijn raampje B (en het landschap) met dezelfde snelheid naar rechts bewegen. En gezien de lage snelheid (t.o.v. lichtsnelheid) zijn ze het ook eens over de tijdsduur en de lengtemaat. Geef de trein een zetje naar 0,9c snelheid en ze zijn het niet meer eens over tijd en lengtemaat. Wel over de snelheid van trein t.o.v. rails en andersom. Niet over de snelheid van een auto die toevallig langs de spoorbaan rijdt met hoge snelheid (de auto beweegt in zowel stelsel van A als B terwijl A en B "stilstaan" in hun eigen stelsel).
Fotons zijn lichtdeeltjes - die hebben geen rustmassa maar laten zich wel door zwaartekracht beinvloeden volgens de ART - en Eddington toonde dit aan tijdens een zonsverduistering in 1919 waarbij enkele sterren achter de zonnerand moesten zitten maar toch zichtbaar bleken omdat het licht door de (massa van de) zon werd afgebogen en zo toch de aarde bereikte.
Voor de grap heb ik je complete eerste post eens aan chatGPT.com gegeven en die kwam met dit AI gegenereerde antwoord:
Allereerst dank voor je eerdere correctie. Ik heb dat experiment ooit bekeken maar niet goed onthouden dus en niet geschakeld. Begrijp het nu weer beter. En wat cool dat chatgpt het ook zo goed kan uitleggen echt op basis van mijn aannames. Biedt perspectief in het leerproces, maar dat is geen verrassing. Super dank dat je me zo op weg hebt geholpen!