Bedenken van een licht klok

(in slow motion)

stationaire vs bewegende lichte klokken

(in slow motion)

So if voor de ruimtereiziger reist het licht met 300.000.000 m/s, maar hoeft het alleen op en neer te reizen; en voor de aardgebonden waarnemer reist het licht met 300.000.000 m/s, maar moet het een langere, diagonale afstand afleggen; voor de aardgebonden waarnemer duurt het langer om te “tikken”.,

dit effect wordt tijddilatatieglossarytime dilatatiede vertraging van de tijd voor een waarnemer ten opzichte van een andere genoemd. Hoe sneller je door de ruimte reist, hoe langzamer je door de tijd reist.

perspectief is belangrijk

maar wiens tijd is echt vertraagd? Is het de persoon op aarde, die zijn vriendin voorbij ziet zippen in haar ruimteschip? Of de astronaut, die beweert dat ze stil blijft terwijl de aarde voorbij vliegt?

vreemd genoeg zijn beide gezichtspunten geldig—maar alleen terwijl beide constant in beweging zijn.laten we ter illustratie aannemen dat toen de astronaut de aarde verliet, zij en haar vriend even oud waren. Als ze vertrekt, versnelt het ruimteschip weg van de aarde. Wanneer ze terugkeert, vertraagt het ruimteschip om een noodlanding te voorkomen. Zowel bij het verlaten als bij het terugkeren verandert het ruimteschip zijn referentiekader.het referentiekader van de fysieke omgeving van een waarnemer die zijn staat van beweging betrekt., Een persoon die in een auto reist, bevindt zich in een ander referentiekader dan iemand die in een auto met een andere snelheid of richting reist, of een voetganger aan de kant van de weg, of iemand die in een vliegtuig overhead reist, enz. en onze astronaut kan de verandering van beweging voelen. Experimenten uitgevoerd in het ruimteschip tijdens versnelling en vertraging zouden laten zien dat er iets verandert. Dit breekt de symmetrie van de situatie, en wanneer het ruimteschip terug op aarde landt, zal onze astronaut echt jonger zijn dan haar aardse tegenhanger.,

de effecten zijn alleen merkbaar als ze echt, echt snel reisden—maar het is nog steeds waar om te zeggen dat wanneer de astronauten en gevechtspiloten van vandaag terugkeren van een high-speed missie, ze een piepklein beetje minder verouderd zullen zijn dan de rest van ons tijdens die missie.

de vier dimensies van ruimtetijd

die hieruit voortvloeien, in plaats van te denken aan drie dimensies van ruimte en één afzonderlijke dimensie van tijd, kunnen we ze beschouwen als vier dimensies van “ruimtetijd”. Hoe sneller je door de ruimte reist, hoe langzamer je door de tijd reist, en vice versa.,

bewegende objecten trekken samen in de ruimte

een ander gevolg van de speciale relativiteit is dat snel bewegende objecten lijken samen te trekken in grootte, in de richting van hun beweging. (En nogmaals, dit wordt omgedraaid, afhankelijk van wiens perspectief je kijkt vanuit.)

Dit volgt uit de vervorming van de tijd—immers, je kunt de lengte van iets meten door de hoeveelheid ruimte die iets door de tijd reist (bijvoorbeeld lichtjaren, lichtseconden). En hoewel het lastig is om je voor te stellen dat je de lengte van een bewegend object meet vanuit het perspectief van iemand anders, is lengtecontractie een echt, fysiek effect, en niet alleen een resultaat van onnauwkeurige metingen.,

In tegenstelling tot de leeftijdsverschillen die kunnen ontstaan door tijddilatatie, zijn er geen resterende effecten als gevolg van lengtecontractie zodra het bewegende object en de waarnemer worden herenigd.

het begrijpen van zwaartekracht

Einstein ‘ s beschrijving van zwaartekracht leidt tot situaties die net zo bizar zijn als speciale relativiteit-inclusief tijdreizen!

versnelling en zwaartekracht zijn niet van elkaar te onderscheiden

stel je voor dat je wakker wordt in een ruimteschip, versnellend door de ruimte., Net zoals je teruggeduwd wordt in de stoel van een versnellende auto, duwt het versnellende ruimteschip je naar de andere kant waar het naar toe versnelt. Met een bepaalde snelheid van acceleratie, kan een reeks schalen je vertellen dat je precies hetzelfde weegt als je thuis op aarde bent.

is er een fysisch experiment dat je zou kunnen doen binnen de grenzen van je ruimteschip om te vertellen of je echt aan het versnellen was door de ruimte (ervan uitgaande dat er geen ramen waren om vanuit te kijken), of dat je in plaats daarvan in een ruimteschip was dat stil stond op het aardoppervlak? Einstein zei nee-net zoals Galileo zich de niet-onderscheidbaarheid voorstelde tussen een persoon in een vlot varend schip (beperkt zonder ramen) en een persoon op het land, realiseerde Einstein zich dat de effecten van versnelling en zwaartekracht ook niet te onderscheiden waren., Dit wordt het equivalentieprincipe genoemd hetlossaire equivalentieprincipe de effecten van het zijn in een gravitatieveld zijn niet te onderscheiden van de effecten van het zijn in een versneld referentiekader.

ruimte-vervormingen onder versnelde beweging

zodra Einstein het equivalentieprincipe had geformuleerd, werd de zwaartekracht minder mysterieus., Hij kon zijn kennis van versnelling toepassen om de zwaartekracht beter te begrijpen.

u weet misschien dat acceleratie niet altijd een snelheidsverandering betekent, zoals wanneer u versnelt in een auto en u naar de achterkant van uw stoel duwt. Het kan ook een verandering in richting betekenen, zoals wanneer je een rotonde draait, waardoor je naar de zijkant van de auto leunt.

om dit verder uit te breiden, laten we ons een cilindrische carnaval rit voorstellen waar u en uw medepassagiers aan de buitenkant worden vastgepind. De cilinder wordt steeds sneller gedraaid totdat de acceleratie afneemt en de beweging constant blijft., Maar zelfs als de snelheid constant is, voel je nog steeds de versnelde beweging—je voelt jezelf vastgepind aan de buitenste rand van de rit.

als deze draaiende rit groot genoeg was en snel genoeg bewoog, zou je enkele bizarre effecten in de rit zelf beginnen op te merken, niet alleen vanuit het oogpunt van iemand die er buiten staat.,

bij elke rotatie reizen die aan de rand van de rit de volledige omtrek van de cilinder—terwijl er in het midden nauwelijks beweging is. Dus als iemand in het midden van de rit stond (misschien vastgehouden door een brace, waardoor ze niet op de rand zouden vallen), zouden ze al die rare effecten opmerken die we zagen onder speciale relativiteit—dat die aan de rand in lengte zullen samentrekken en hun klokken langzamer zullen tikken.,

zwaartekracht is de kromming van de ruimtetijd

het equivalentieprincipe vertelt ons dat de effecten van zwaartekracht en versnelling niet van elkaar te onderscheiden zijn. Als we denken aan het voorbeeld van de cilindrische rit, zien we dat versnelde beweging ruimte en tijd kan vervormen. Het is hier dat Einstein de punten verbond om te suggereren dat zwaartekracht de kromming is van ruimte en tijd. Zwaartekracht is de kromming van het heelal, veroorzaakt door massieve lichamen, die het pad bepaalt dat objecten reizen. Die kromming is dynamisch, bewegend als die objecten bewegen.,

Deze theorie, algemene relativiteitglossaryalgemene relativiteiteinsteins zwaartekrachttheorie, voorspelt alles, van de banen van sterren tot de botsing van asteroïden met appels die van een tak naar de aarde vallen—alles wat we van een zwaartekrachttheorie verwachten.,

ruimtetijd grijpt massa, vertelt hoe te bewegen… Mass grips spacetime, telling it how to curve physical John Wheeler