Je höher die Geschwindigkeit, desto langsamer die Zeit. Was würde passieren, wenn wir mit annähernd Lichtgeschwindigkeit fliegen würden?

Gemäß dem Zeitdilatationseffekt der Relativitätstheorie vergeht die Zeit eines Objekts umso langsamer, je schneller es sich bewegt.

Es gibt also ein Gedankenexperiment namens „Zwillingsparadoxon“. Das „Zwillingsparadoxon“ bezieht sich auf ein Paar eineiiger Zwillinge. Der ältere Bruder bleibt auf der Erde, während der jüngere Bruder die Erde in einem Raumschiff verlässt, das mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reist. Als der jüngere Bruder nach der Fahrt mit dem Raumschiff zurückkommt, stellt er fest, dass sein älterer Bruder sich in einen alten Mann mit weißem Bart verwandelt hat, obwohl er immer noch genauso aussieht wie bei seiner Abreise. Warum passiert das? Da das Raumschiff sehr schnell unterwegs ist, verlangsamt sich der Zeitablauf im Raumschiff. Obwohl auf der Erde Jahrzehnte vergangen sind, sind im Raumschiff nur wenige Stunden vergangen. Das klingt unglaublich. Warum beeinflusst die Geschwindigkeit die Zeit?

Gemäß der Masse-Energie-Gleichung E=mc∧2 ist Energie gleich der Masse multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Energie und der Masse eines Objekts.

Wenn die Masse eines Objekts zunimmt, nimmt auch seine Energie zwangsläufig zu und umgekehrt. Die hier angegebene Energie bezieht sich auf die Gesamtenergie des Objekts. Wenn ein Objekt beginnt, sich zu bewegen, verfügt es über kinetische Energie. Je schneller die Bewegung, desto größer die kinetische Energie. Wenn die Gesamtenergie eines Objekts zunimmt, nimmt zwangsläufig auch seine Masse zu. Die hierbei erhöhte Masse wird als „Trägheitsmasse“ bezeichnet. Trägheitsmasse wird durch Bewegung erzeugt, entspricht jedoch der Gravitationsmasse des Objekts selbst. Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie führt die Gravitationsmasse eines Objekts zu einer Krümmung der umgebenden Raumzeit, und die Trägheitsmasse entspricht der Gravitationsmasse, die natürlicherweise zu einer Krümmung der umgebenden Raumzeit führt.

Wenn sich ein Objekt immer schneller bewegt, wird seine Trägheitsmasse immer größer und auch die Krümmung der umgebenden Raumzeit nimmt zu.

Raumzeit bezieht sich auf Zeit und Raum, die ein untrennbares Ganzes bilden. Daher verlängert die durch die Zunahme der Trägheitsmasse verursachte Krümmung der Raumzeit die Zeit im Raumschiff, das heißt, der Lauf der Zeit verlangsamt sich. Dies ist das Grundprinzip der Auswirkung von Geschwindigkeit auf die Zeit. Nachdem so viel gesagt wurde, scheint es sich alles nur um Theorien und Gedankenexperimente zu handeln. Hat Geschwindigkeit in der Realität tatsächlich einen Einfluss auf die Zeit? Das steht außer Zweifel. Wir verlassen uns beim Autofahren täglich auf die Navigation. Der Grund dafür, dass die Navigation die Route genau angeben kann, liegt an den Navigationssatelliten, die in der Erdumlaufbahn kreisen. Damit Navigationssatelliten die Route genau anzeigen können, ist ein Verfahren unverzichtbar: die Zweiwege-Zeitkalibrierung.

Navigationssatelliten, die die Erde umkreisen, bewegen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit. Aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit vergeht die Zeit langsamer als auf der Erdoberfläche, sodass eine Zeitkalibrierung erforderlich ist.

Da der Satellit zudem weit von der Erde entfernt ist, unterliegt er einer geringeren Schwerkraft als die Erdoberfläche, sodass die Zeit dort schneller vergeht als auf der Erdoberfläche. Daher muss eine zweite Zeitkalibrierung durchgeführt werden, bei der es sich um eine Zweiwege-Zeitkalibrierung handelt. Was passiert, wenn eine Zweiwege-Zeitkalibrierung durchgeführt wird? Am Beispiel von GPS-Navigationssatelliten beträgt die Positionsabweichung etwa 14 Meter alle 24 Stunden. Das heißt, wenn der Navigationssatellit nicht in beide Richtungen kalibriert wäre, wäre das Auto schon längst im Graben gefahren. Es dürfte mittlerweile keinen Einwand mehr geben, dass die Geschwindigkeit die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der die Zeit vergeht.

Geschwindigkeit beeinflusst die Zeit. Welchen Einfluss hat also die Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeit, mit der die Zeit vergeht?

Was würde passieren, wenn wir eine Minute lang mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegen und dann zur Erde zurückkehren würden? „Nahezu mit Lichtgeschwindigkeit“ ist etwas vage. Wie schnell gilt als nahe an der Lichtgeschwindigkeit? 50 % der Lichtgeschwindigkeit? 99 % der Lichtgeschwindigkeit? Oder 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit? Sie werden wirklich verstehen, was es bedeutet, tausend Meilen von der Wahrheit entfernt zu sein. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 299.792.458 Meter pro Sekunde. Selbst bei 50 % der Lichtgeschwindigkeit ist es bereits sehr schnell. Bei dieser Geschwindigkeit ist der Effekt der Zeitdilatation jedoch noch nicht sehr deutlich, sodass wir immer noch bei 99 % der Lichtgeschwindigkeit beginnen. Um den Zeitdilatationseffekt bei 99 % der Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, muss die Formel für den Zeitverlangsamungseffekt der Uhr angewendet werden, d. h. Δt=Δt/√(1-v∧2/c∧2).

Berechnungen zeigen, dass sich die Zeit um das Siebenfache ausdehnt, wenn die Geschwindigkeit 99 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen kann, was bedeutet, dass sich der Lauf der Zeit um das Siebenfache verlangsamt.

Wenn er also eine Minute lang mit 99 % der Lichtgeschwindigkeit fliegt und dann zur Erde zurückkehrt, dann sollten auf der Erde 7 Minuten vergangen sein. Offensichtlich ist die Veränderung nicht deutlich genug und reicht bei dieser Geschwindigkeit nicht aus, um seinen Zwillingsbruder in einen alten Mann zu verwandeln. Was wäre, wenn die Geschwindigkeit 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit entspräche? Die Änderungen sind diesmal viel offensichtlicher. Die Zeit wird sich um das 70-fache dehnen, was bedeutet, dass ein Flugtag im Raumschiff 70 Tagen auf der Erde entspricht. Das ist wirklich ein Tag im Himmel und zwei Monate unter der Erde. Wenn Sie immer noch nicht zufrieden sind, können Sie die Geschwindigkeit noch weiter erhöhen. Wenn die Geschwindigkeit 99,999999 % der Lichtgeschwindigkeit erreicht, dehnt sich die Zeit um das 7000-fache aus, was bedeutet, dass ein Flugtag im Universum 20 Jahren auf der Erde entspricht. Natürlich kann ein Objekt mit Masse, egal wie stark Sie beschleunigen, nicht die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Wenn es mit Lichtgeschwindigkeit läuft, bleibt die Zeit stehen.

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