Kann mir einer einfach erklären, wie Zeit im Weltall sich im Gegensatz zur Erde verhält?
Ich möchte gerne wissen, ob die Zeit schneller oder langsamer im Weltraum vergeht und wie das im Gegensatz zu der Erde so ist.
4 Antworten
Hallo ckpho,
es gibt Orte im Weltall, wo eine beliebige funktionierende Uhr geringfügig schneller geht als auf der als auf der Erdoberfläche, aber auch Orte, an denen sie signifikant oder gar erheblich langsamer geht.
Das hängt von zwei Dingen ab:
- der Geschwindigkeit der Uhr (je größer, desto langsamer geht die Uhr) und
- dem Gravitationspotential, auf dem sie sich befindet (je tiefer, desto langsamer geht die Uhr).
Der Einfluss der Geschwindigkeit wird erstmals in der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) beschrieben. Die aus ihr entwickelte Allgemeine Relativitätstheorie (ART) beschreibt beide Effekte.
Eine wichtige Konstante in SRT und ART ist das Lichttempo c. Ich werde hier natürliche Einheiten benutzen, d.h., Längen werden in (Licht-) Sekunden angegeben, sodass automatisch c = 1 ist. Das spart erheblich Schreibarbeit und macht vor allem Formeln übersichtlicher.
Gerade die ART ist mathematisch sehr aufwändig. Allerdings hat SCHWARZSCHILD für den stark vereinfachten Fall, dass es eine absolut dominierende ruhende¹) Masse M gibt, eine relativ einfache Formel gefunden:
(1.1) dτ² = dt²q² − dr²⁄q² − r²dΩ²
mit
(1.2) dΩ² := dθ² + sin²(θ)dφ²
und
(1.3) q² := 1 − 2GM⁄r
Eine so dominierende Masse wird ein kugelsymmetrisches Feld erzeugen, da sie unter ihrer eigenen Schwerkraft in Kugelform gebracht wird. Daher bietet sich die Verwendung von sphärischen Koordinaten an.
Grundsätzlich lässt sich ja der Ort eines Punktes P relativ zu einem Referenzpunkt O, dem sog. Ursprung, durch einen Pfeil von O nach P darstellen, den Ortsvektor von P.
Den kann man in einem kartesischen Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y und z als Diagonale eines Quaders auffassen, dessen Kanten parallel zu den Koordinatenachsen verlaufen.
Abb. 1: Ort eines Punktes P ((kartesisch)
Zu jedem kartesischen Koordinatensystem gibt es allerdings auch ein sphärisches:
- r steht für die Entfernung von P zu O bzw. die Kugelschale der Fläche 4πr² um O, auf der sich P befindet.
- θ steht für den Winkel, den der Ortsvektor von P mit der positiven z- Achse bildet (Polarwinkel, auch Kobreite²) genannt).
- φ steht für den Winkel, den der Ortsvektor von P mit der positiven x- Achse bildet (Azimut oder Länge).
Abb. 1: Sphärische Koordinaten
-- Baustelle --
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¹) d.h. sie rotiert insbesondere nicht. Wir werden aber auch annehmen, dass sie sich nicht fortbewegt.
²) Die geographische Breite geht bekanntlich von 90° Nord oder +90° zu 90° Süd oder -90°. Die Kobreite ergibt sich aus 90° minus Breite. Man verwendet allerdings das Bogenmaß, d.h. statt 90° schreibt man z.B. ½π.
So ist es. Das wird beim Beibringen der SRT oft unterschlagen.
Je weiter, höher, feinstofflicher vergeht Zeit immer langsamer.
Eigentlich gibt es keine Zeit, nur immer Jetzt = Ewigkeit. Hier ist Zeit das, was wir an der Uhr ablesen, damit alle Termine, usw. geregelt sind.
Vergleich: Bei dem Einen, egal ob Gott, Brahman, oder anderer Name, ist ein MenschenErdAufenthalt, nur ein Wimpernschlag.
wer auf seine eigene Uhr schaut, für den vergeht die Zeit immer gleich schnell, egal wo. Für einen zweiten Beobachter kann diese Uhr langsamer laufen, wenn sie sich sehr schnell relativ zu ihm bewegt oder sich in einem stärkeren Gravitationsfeld befindet als er selbst.
Kommt drauf an, wie schnell du dich im Verhältnis zur Erde im Weltall bewegst. Für dich selber vergeht die Zeit wie immer. Wenn du zurück kommst, sind die auf der Erde älter als du.
Wobei man dies m.E. präziser formulieren müsste als "Es gibt Orte im Weltall, wo eine (...) Uhr geringfügig schneller geht als auf der als auf der Erdoberfläche, aber auch Orte, an denen sie signifikant oder gar erheblich langsamer geht."
Entscheidend ist eben, dass Uhren aufgrund relativer Bewegung nicht langsamer oder schneller gehen als auf der Erde, sondern dass dies abhängig ist vom messenden Beobachter/vom Bezugssystem. In diesem Fall wird ein Beobachter auf der Erde dies so feststellen.