Wissenschaftliche Antworten: Was ist der Zeitdilatationseffekt der Relativitätstheorie und kann er Menschen unsterblich machen?

Gestern habe ich einen Artikel veröffentlicht, in dem ich den Gravitationslinseneffekt vorstelle. Der Kerninhalt des Artikels besteht darin, dass Menschen durch den Gravitationslinseneffekt die Verzerrung der Raumzeit durch Masse intuitiv erkennen können, was beweist, dass Einsteins Theorie der Raumzeitverzerrung real und richtig ist.

Nach der Lektüre des Artikels schienen einige Freunde schließlich zuzustimmen, dass der Raum gekrümmt sein kann, stellten jedoch eine Frage: Wenn der Raum gekrümmt ist, warum muss er dann mit dem Wort „Raumzeit“ einhergehen? Was hat das mit der Zeit zu tun? Tatsächlich habe ich die Auswirkungen der Zeitdilatation bereits in vielen meiner früheren Artikel erklärt. Wenn Sie diese Artikel gelesen hätten, würden Sie diese Frage nicht stellen.

Was ist Zeitdilatation?

Die Theorie der Raum-Zeit-Krümmung und die Theorie der Zeitdilatation sind beide Teil von Einsteins Relativitätstheorie. In der speziellen Relativitätstheorie erklärte Einstein hauptsächlich die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Zeit, die allgemein als Geschwindigkeits-Zeit-Dilatationsproblem bezeichnet wird. Während in der Allgemeinen Relativitätstheorie der Schwerpunkt auf der Erklärung der Beziehung zwischen Zeit und Raumkrümmung liegt, also dem Problem der gravitativen Zeitdilatation.

Der Kerninhalt von Einsteins Relativitätstheorie besteht in der Erklärung der Beziehung zwischen Zeit, Raum und Materie. Anhand einer Reihe detaillierter mathematischer und logischer Argumente geht er davon aus, dass Zeit, Raum und Materie eine Dreifaltigkeit bilden, und beweist, dass Zeit und Raum in unterschiedlichen Koordinatensystemen relativ sind, was die absolute Sichtweise von Zeit und Raum in der klassischen Physik grundlegend untergräbt.

Der Argumentationsprozess ist sehr komplex, daher werde ich hier nicht ins Detail gehen. Die Schlussfolgerung ist ganz einfach: Die Zeit dehnt sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und in unterschiedlichen Gravitationsfeldern aus. Einfach ausgedrückt: Je höher die Geschwindigkeit, desto wahrscheinlicher ist es, dass in einem Koordinatensystem eine Längenkontraktion und ein Zeitdilatationseffekt auftreten, die Entfernung wird kleiner und die Zeit vergeht langsamer. und in einem Koordinatensystem mit größerer Schwerkraft vergeht die Zeit langsamer.

Es gibt jedoch zwei Obergrenzen: die Lichtgeschwindigkeit und den Schwarzschildradius eines Schwarzen Lochs, der das Ende von Zeit und Raum darstellt. Wenn sich ein Objekt mit Lichtgeschwindigkeit bewegt oder in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs eintritt, wo die Krümmung der Raumzeit unendlich ist (die Schwerkraft ist unendlich), wird der Raum Null und die Zeit bleibt stehen.

Aber die Lichtgeschwindigkeit ist die Grenze unserer Welt. Kein Objekt mit Ruhemasse kann es erreichen, geschweige denn durchbrechen. Dies liegt am Massenzunahmeeffekt. Wenn sich ein Objekt der Lichtgeschwindigkeit nähert, werden seine kinetische Energie und Masse unendlich. Dies bedeutet, dass selbst wenn es sich um ein einzelnes Elementarteilchen handelt, die dafür benötigte Energie und der Impuls unendlich sind, wenn es die Lichtgeschwindigkeit erreichen will.

Unser Universum ist außerdem endlich, das heißt, es ist unmöglich, über unendlich viel Energie zu verfügen, um ein Objekt mit Ruhemasse auf Lichtgeschwindigkeit zu bringen. Wenn es die Lichtgeschwindigkeit erreicht, übersteigt der Impuls dieses Teilchens die Masse des Universums, was an sich schon ein Paradoxon ist. Ich habe dieses Problem in der Vergangenheit bereits oft erläutert, deshalb werde ich heute nicht näher darauf eingehen.

Jetzt werden wir nur über die Beziehung zwischen Zeit, Geschwindigkeit und Raum anhand von zwei Zeitdilatationsformeln sprechen.

Die Bedeutung der beiden Zeitdilatationsformeln

Die Formel der Geschwindigkeits-Zeit-Dilatation aus der speziellen Relativitätstheorie lautet: t'=t/√[1-(v/c)²]

In der Formel ist t' der Wert des Geschwindigkeits-Zeit-Dilatationseffekts; t ist die von der ersten Uhr des langsamen Beobachters aufgezeichnete Zeit; v ist die Geschwindigkeit der zweiten Uhr relativ zur ersten Uhr; und c ist die Lichtgeschwindigkeit.

Die Formel zur Berechnung der gravitativen Zeitdilatation gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie lautet: t'=tx√(1-2GM/rc²)

In der Formel ist t' der Wert des gravitativen Zeitdilatationseffekts; t ist der Zeitdurchgangswert des Beobachters im Trägheitssystem mit geringer Schwerkraft; G ist die Gravitationskonstante, die 6,67 x 10^-11 N·m²/kg² beträgt; M ist die Masse des Himmelskörpers; r ist der Radius des Himmelskörpers; und c ist die Lichtgeschwindigkeit.

Der Herleitungsprozess ist sehr kompliziert, also überlassen wir es den „Experten“, die die Relativitätstheorie in Frage stellen, daran herumzumäkeln. Es besteht für uns keine Notwendigkeit, derart tiefgründige Dinge aus Gründen der Populärwissenschaft zu verstehen.

Gemäß der Formel für den Geschwindigkeits-Zeit-Dilatationseffekt beträgt die Zeitdilatation das 1,15-Fache oder ist um 15 % langsamer, wenn sich ein Objekt mit halber Lichtgeschwindigkeit bewegt, also etwa 150.000 Kilometern pro Sekunde. Wenn also für die Menschen im Raumschiff ein Jahr vergangen ist, vergehen für die Menschen auf der Erde 1,15 Jahre.

Wenn die Lichtgeschwindigkeit 99 % erreicht, wird der Zeitdilatationseffekt siebenmal so groß sein, d. h., nach einem Jahr für die Menschen im Raumschiff sind für die Menschen auf der Erde sieben Jahre vergangen. Wenn die Lichtgeschwindigkeit 99,999999999999 % erreicht, dehnt sich die Zeit um das 7,07-Millionen-fache, d. h., nach einem Jahr für die Menschen im Raumschiff sind für die Menschen auf der Erde 7,07 Millionen Jahre vergangen.

In einem Koordinatensystem mit größerer Schwerkraft dehnt sich die Zeit ebenfalls stärker aus, das heißt, die Zeit vergeht langsamer. Im Science-Fiction-Film „Interstellar“ erreicht die Raumsonde Millers Planeten in der Nähe eines Schwarzen Lochs, das 100 Millionen Mal so groß ist wie die Masse der Sonne. Der Film gibt zwar nicht die Entfernung zum Ereignishorizont des Schwarzen Lochs an, sagt aber, dass für jede Stunde, die die Astronauten dort verbringen, auf der Erde sieben Jahre vergangen sind, was bedeutet, dass sich die Zeit mehr als 60.000 Mal ausgedehnt hat.

Als Astronaut Cooper zur Erde zurückkehrte, war er immer noch derselbe, seine Tochter jedoch bereits über 90 Jahre alt.

Das größte bekannte Schwarze Loch im Universum, SDSS J073739.96+384413.2, hat eine Masse, die 104 Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne. Wie groß wäre die Zeitdilatation in der Nähe? Angesichts der Entfernung vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs können wir sie gemäß der Formel berechnen.

Viele Menschen lehnen es schlicht ab, sich die relevanten Kenntnisse der Relativitätstheorie anzueignen und lehnen die Theorie der Zeitdilatation auf Grundlage der Logik des Essens, Trinkens, Stuhlgangs und Urinierens ab. Doch ob diese Leute es glauben oder nicht, die Theorie der Zeitdilatation wird seit langem in der wissenschaftlichen Forschung und verschiedenen technologischen Anwendungen eingesetzt. Das typischste und am häufigsten verwendete Beispiel ist das Navigations- und Positionierungssystem. Wenn zwischen der Satelliten- und der Bodenzeit kein relativistischer Abgleich stattfindet, führt die Navigation Sie nach Java.

Kann der Effekt der Zeitdilatation also dazu führen, dass Menschen länger leben?

Meine Antwort ist NEIN.

Viele Internetnutzer haben ein Missverständnis: Da sich der Lauf der Zeit in der Nähe von Hochgeschwindigkeitsraumfahrzeugen oder großen Gravitationsfeldern verlangsamt, würden Menschen, die in diesem Koordinatensystem leben, nicht länger leben?

Tatsächlich ist dies überhaupt nicht der Fall. Denn die Menschen in diesem Koordinatensystem haben das Gefühl, dass die Zeit noch normal vergeht und sich überhaupt nicht verlangsamt. Das Gefühl von 1 Minute, 1 Sekunde, 1 Stunde und 1 Tag ist dasselbe wie auf der Erde. Wenn wir die verschiedenen Faktoren, die die Raumfahrt beeinflussen, wie Strahlung, Schwerelosigkeit usw., außer Acht lassen, ändert sich ihre Lebensdauer überhaupt nicht.

Das heißt, wenn sie auf der Erde 100 Jahre alt werden können, können sie im Raumschiff nur 100 Jahre alt werden.

Tatsächlich sind die Bedingungen für die Raumfahrt weitaus unsicherer als auf der Erde. Daher wird die Lebenserwartung unter den gleichen Krankenversicherungsbedingungen erheblich beeinflusst. Wenn sie jedoch zur Erde zurückkehren und den Lauf der Zeit mit dem der Erdlinge vergleichen, werden sie feststellen, dass die Zeit für die Erdlinge schneller vergeht als für sie. Wie viel schneller, hängt davon ab, wie schnell ihr Raumschiff ist oder wie stark das Gravitationsfeld ist, in dem sie sich befinden, und wie lange sie dort bleiben.

Gemäß der Formel zur Geschwindigkeits-Zeit-Dilatation sind für die Menschen auf der Erde 70 Jahre vergangen, wenn man ein Raumschiff mit 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit nimmt, ein Jahr lang fliegt und zurückkommt. Fliegt man mit einem Raumschiff mit 99,999999999999 % der Lichtgeschwindigkeit zur 2,54 Millionen Lichtjahre entfernten Andromeda-Galaxie und kehrt zurück, so dauert es für die Reisenden nur 0,7 Jahre oder etwas mehr als acht Monate, während auf der Erde 5,08 Millionen Jahre vergangen sind.

Wenn das Raumschiff, in dem Sie fliegen, sehr langsam ist, weniger als 50 % der Lichtgeschwindigkeit erreicht oder sogar noch langsamer ist, wird der Effekt der Zeitdilatation sehr gering sein und die Auswirkungen werden nicht signifikant sein. Die derzeitige Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen beträgt lediglich ein Dutzend Kilometer pro Sekunde, sodass der Effekt der Zeitdilatation auf Reisende im Vergleich zu Menschen, die auf der Erde leben, völlig vernachlässigbar ist.

Der Lauf der Zeit verlangsamt sich, und zwar in jeder Hinsicht

Der Effekt der Zeitdilatation besteht nicht darin, dass sich die Zeit langsamer anfühlt, sondern dass es sich überhaupt nicht so anfühlt, als würde sie langsamer vergehen. Der sogenannte Längenkontraktions- und Zeitdilatationseffekt lässt sich so verstehen: Je höher die Geschwindigkeit, desto kürzer die Distanz und desto weniger Zeit wird benötigt. Wie viel kürzer? Dies entspricht einem Vielfachen der Zeitdilatation.

Wenn Sie beispielsweise mit einer Raumsonde mit 99,9999999999999 % der Lichtgeschwindigkeit zur 2,54 Millionen Lichtjahre entfernten Andromedagalaxie fliegen, dehnt sich die Zeit um das 7,07-Millionen-Fache, was bedeutet, dass sich die Entfernung um das 7,07-Millionen-Fache verkürzt. Daher beträgt eine Entfernung von 2,54 Millionen Lichtjahren nur etwa 0,35 Lichtjahre und die Hin- und Rückreisedistanz nur 0,7 Lichtjahre. Die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs liegt nahe an der Lichtgeschwindigkeit, daher beträgt die Reisezeit natürlich nur etwa 0,7 Jahre.

Diese Berechnung dient lediglich der Veranschaulichung des theoretischen Werts dieses Problems, wobei die Zeit für Beschleunigung, Verzögerung und Verweilen außer Acht gelassen wird. Bitte bleiben Sie nicht daran hängen.

Daher hatten die Menschen im Raumschiff nicht das Gefühl, dass nur so und so viel Zeit vergangen war, sondern es war tatsächlich nur so und so viel Zeit vergangen. Diese Geschwindigkeit, mit der die Zeit vergeht, ist nicht oberflächlich, sondern liegt unseren Knochen inne. Von ihren bewussten Gefühlen bis hin zu jeder Zelle in ihrem Körper und sogar den verschiedenen Atomelementen, aus denen die Zellen bestehen, erfährt der Stoffwechselzyklus im Laufe der Zeit Veränderungen.

Der gleiche Zeitdilatationseffekt tritt in Gravitationssystemen auf.

Daher „vergeht“ die Zeit für Hochgeschwindigkeitsreisende langsamer als für Menschen, die auf der Erde relativ stationär sind. Für sie ist ein Tag einfach nur ein Tag und sie haben nicht das Gefühl, zusätzliche Zeit gewonnen zu haben.

Dies ähnelt ein wenig dem, was wir oft als eingefrorenes Alter bezeichnen, d. h. das Alter wird eingefroren oder die Menschen werden im Schnee eingefroren und dann nach vielen Jahren geweckt. Für die erwachten Menschen sind viele Jahre auf der Welt vergangen, aber kann man davon sprechen, dass dies die Langlebigkeit der erfrorenen Menschen ist?

Zukünftige Reisen in den Weltraum werden den Zeitdilatationseffekt minimieren

Der Effekt der Zeitdilatation ist eine objektive Existenz und ein Gesetz des Universums. Es bringt den Menschen, die ins All reisen, keinerlei Vorteile, sondern verursacht stattdessen eine Menge Ärger. Nehmen wir zum Beispiel an, es gäbe tatsächlich ein Raumschiff, das mit annähernd Lichtgeschwindigkeit reist, und die Menschen würden die Erde verlassen und zu einem bestimmten Planeten reisen. Bei ihrer Rückkehr wären ihre Lieben verschwunden und die Erde hätte sich drastisch verändert. Was ist der Sinn solcher Erkundungen oder Reisen?

Daher ist die Erhöhung der Geschwindigkeit für zukünftige Reisen in den Weltraum nur ein Aspekt. Wenn die Geschwindigkeit unter 50 % der Lichtgeschwindigkeit liegt, ist der Zeitdilatationseffekt nicht allzu störend und die Menschen können ihn immer noch akzeptieren. Doch eine schnellere Reise hängt möglicherweise nicht von einer Erhöhung der Geschwindigkeit ab, sondern davon, einen anderen Weg zu finden.

Derzeit ist die wissenschaftliche Gemeinschaft der Ansicht, dass es zwei Möglichkeiten gibt, den Geschwindigkeitsengpass bei der Navigation im Weltraum zu überwinden, nämlich die Durchquerung von Wurmlöchern und den Warp-Antrieb. Vereinfacht ausgedrückt bestehen diese beiden Methoden darin, das Ziel durch das Bohren von Tunneln oder das Nehmen von Abkürzungen zu erreichen. Aus der Perspektive der gesamten Reisedistanz und -zeit scheint es, als würden sie die Lichtgeschwindigkeit um ein Vielfaches überschreiten, tatsächlich erhöhen sie die Geschwindigkeit jedoch nicht. Daher sind sie nicht durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt und es kommt zu keinem Geschwindigkeitserweiterungseffekt.

Noch befinden sich diese Methoden im Science-Fiction-Stadium und es ist schwer zu sagen, ob sie in Zukunft wirklich umgesetzt werden können. Ich habe in der Vergangenheit viele davon eingeführt. Interessierte Freunde können sich die entsprechenden Artikel ansehen, die ich in der Vergangenheit veröffentlicht habe. Ich hoffe, es wird allen hilfreich sein. Vielen Dank fürs Lesen und herzlich willkommen zur Diskussion.

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