Sterrekunde

As 'n gebeurtenis op 'n tydstip in die ruimtetyd plaasvind, wat sal 'n waarnemer dan eers ervaar, dit is die swaartekrag of die lig daaruit?

As 'n gebeurtenis op 'n tydstip in die ruimtetyd plaasvind, wat sal 'n waarnemer dan eers ervaar, dit is die swaartekrag of die lig daaruit?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Gestel 'n persoon is naby genoeg aan 'n voorwerp in ruimtetyd om die gravitasie-effekte en die lig daaruit te kan waarneem. As daardie voorwerp skielik onstaan ​​(hipotetiese situasie), wat sal die persoon dan eers waarneem,

  1. Die afwesigheid van die gravitasieveld
  2. Die voorwerp verdwyn (lig stop nie meer nie)

P.S. - vergeef my vir die onbedagsaamheid van hierdie vraag, fisika is nie een van my sterkste vakke nie.


dit is 'n interessante vraag. Dit kan vra na enige gewelddadige kortstondige effek wat lig- en gravitasiegolwe voortbring, alhoewel 'uit die bestaan ​​spring' die uiteindelike stapfunksie is.

elektromagnetiese (EM) straling word effens vertraag deur die teenwoordigheid van interstellêre medium (veral deur vrye elektrone) en dit is afhanklik van die golflengte. Die onderstaande afbeelding van hierdie antwoord toon die laer frekwensie radiogolwe wat later aankom as die hoër frekwensie as gevolg van so 'n effek.

Hoe verder 'n voorwerp weg is, hoe groter is die tydsverskil, dus kan hierdie tegniek gebruik word om die waarskynlike afstand vir 'n gegewe voorwerp te bepaal.

As u dus die term "lig" verslap om 'n wye verskeidenheid golflengtes in te sluit wat baie sterrekundiges nou doen, kan u 'n groot vertraging sien.

Antwoorde op Hoe vinnig kan en gaan swaartekraggolwe? sê dat swaartekraggolwe gewoonlik met die snelheid van die lig beweeg, en antwoorde op Het onlangse LIGO / VIRGO-swaartekraggolfmetings die swaartekragspoed verder verminder? spreek eksperimentele bevestiging aan. Ek het nog nooit gehoor van 'n "brekingsindeks" vir swaartekrag wat afwyk van eenheid en dit kan vertraag met betrekking tot die snelheid wat 'n EM-golf tussen dieselfde twee punte sou beweeg nie, dus ek dink dit is waarskynlik veilig om aan te neem dat dit kom altyd voor die EM waai.


As 'n gebeurtenis op 'n tydstip in die ruimtetyd plaasvind, wat sal 'n waarnemer dan eers ervaar, dit is die swaartekrag of die lig daaruit? - Sterrekunde

Dit is die Engelse vertaling van 'n webblad wat oorspronklik in Frans geskryf is, deur Nymbus, wat ook die vertaling verskaf het. Ek het dit hier op my eie webwerf geplaas, met enkele klein persoonlike addisionele opmerkings. Die inhoud is onaangeraak gelaat. Enige kommentaar of vrae moet gerig word aan [email protected] Soms verwys hierdie webblad na konsepte uit Einstein & rsquos Special Relativity Theory.

Klein Writing, die Space-Time Compression beskrywing en die gevolgtrekkings is verskaf deur Ken Wright.

Verwysing: http://www.svsu.edu/

slaaf / gr /

OPMERKING: Die verwysingskakel hierbo blyk nie meer aktief te wees nie.

Voordat u met hierdie kort artikel begin, wat handel oor die essensiële kenmerke van Algemene Relatiwiteit, moet ons een ding plaas: Spesiale Relatiwiteit is veronderstel om waar te wees. Daarom lê Algemene Relatiwiteit op Spesiale Relatiwiteit. As daar bewys word dat laasgenoemde vals is, sou die hele gebou in duie stort.

Om die algemene relatiwiteit te verstaan, moet ons definieer hoe massa in klassieke meganika gedefinieer word.

Die twee verskillende manifestasies van die mis:

Laat ons eers kyk na wat massa in die alledaagse lewe voorstel: & ldquoDit & rsquos gewig. & Rdquo In werklikheid beskou ons massa as iets wat ons kan weeg, want dit & rsquos hoe ons dit meet: Ons plaas die voorwerp waarvan die massa gemeet moet word, op 'n weegskaal. Wat is die massa van die massa wat ons gebruik om dit te doen? Die feit dat die voorwerp en die aarde mekaar aantrek. Om oortuig te wees daarvan, gaan net in u motorhuis en probeer u motor grootmaak! Hierdie soort massa word & ldquogravitational massa genoem. & Rdquo Ons noem dit & ldquogravitational & rdquo omdat dit die beweging van elke planeet of van elke ster in die heelal bepaal: Aarde & rsquos en Sun & rsquos gravitasiemassa dwing die Aarde om 'n byna sirkelbeweging rondom laasgenoemde te hê.

Probeer nou om u motor op 'n plat oppervlak te druk. U kan nie ontken dat u motor baie sterk weerstaan ​​teen die versnelling wat u probeer gee nie. Dit is omdat die motor 'n baie groot massa het. Dit is makliker om 'n ligte voorwerp te beweeg as 'n swaar voorwerp. Massa kan ook op 'n ander manier gedefinieer word: & ldquo Dit weerstaan ​​versnelling. & Rdquo Hierdie soort massa word & ldquoinertial massa genoem. & Rdquo

Ons kom dus tot hierdie gevolgtrekking: Ons kan massa op twee verskillende maniere meet. Of ons weeg dit (baie maklik.) Of ons meet die weerstand teen versnelling (met behulp van die Newton & rsquos-wet).

Baie eksperimente is gedoen om die traagheids- en gravitasiemassa van dieselfde voorwerp te meet. Almal lei tot dieselfde gevolgtrekking: die traagheidsmassa is gelyk aan die swaartekragmassa.

Newton het self besef dat die gelykheid van die twee massas iets was wat sy teorie nie kon verklaar nie. Maar hy beskou hierdie resultaat as 'n eenvoudige toeval. Inteendeel, Einstein het gevind dat daar in hierdie gelykheid 'n manier is om die Newton & rsquos-teorie te verdring.

Daaglikse eksperimente bevestig hierdie gelykheid: twee voorwerpe (een swaar en die ander een lig) & ldquofall & rdquo op dieselfde snelheid. Die swaar voorwerp trek egter meer deur die aarde as die ligte. Dus, waarom val dit nie & ldquofaster nie? & Rdquo Omdat die weerstand teen versnelling sterker is. Hieruit kom ons tot die gevolgtrekking dat die versnelling van 'n voorwerp in 'n gravitasieveld nie van die massa afhang nie. Galileo Galilei was die eerste een wat hierdie feit opgemerk het. Dit is belangrik dat u moet begryp dat die feit dat alle voorwerpe en dieselfde val in dieselfde grawasieveld in 'n gravitasieveld 'n direkte gevolg is van die gelykheid van traagheids- en gravitasiemassas (in klassieke meganika).

Nou wil ek my toespits op die uitdrukking & ldquoto val. & Rdquo Die voorwerp & ldquofalls & rdquo vanweë die Aarde & rsquos gravitasieveld wat gegenereer word deur Aarde & rsquos gravitasiemassa. Die beweging van die twee voorwerpe sou in elke gravitasieveld dieselfde wees, hetsy maan & rsquos of son & rsquos. Hulle versnel in dieselfde tempo. Dit beteken dat hul spoed in elke sekonde met dieselfde waarde toeneem (versnelling is die waarde waarmee spoed in een sekonde toeneem).

Die gelykheid van swaartekrag- en traagheidsmassas as argument vir Einstein & rsquos Derde postulaat:

Einstein was op soek na iets wat dit kon verklaar: & ldquo Gravitasie massa is gelyk aan traagheidsmassa. & Rdquo

Met die doel hierop het hy sy derde postulaat, bekend as die beginsel van ekwivalensie, verklaar. Dit sê dat as 'n raam eenvormig versnel is in vergelyking met 'n Galilese, dan kan ons dit as rus beskou deur die teenwoordigheid van 'n eenvormige gravitasieveld in te stel.

Laat & rsquos 'n raam K 'beskou, wat 'n eenvormige versnelde beweging in verhouding tot K, 'n Galilese raam, het. Daar is baie voorwerpe rondom K en K '. Hierdie voorwerpe is in rus, relatief tot K. Dus, hierdie voorwerpe, relatief tot K ', het 'n eenvormige versnelde beweging. Hierdie versnelling is dieselfde vir alle voorwerpe, en dit is gekant teen die versnelling van K 'relatief tot K. Ons het pas gesê dat alle voorwerpe in 'n swaartekrag-veld met dieselfde tempo versnel. Die effek is dus dieselfde asof K 'in rus is en dat 'n eenvormige gravitasieveld teenwoordig is.

As ons dus die beginsel van ekwivalensie stel, is die gelykheid van die twee massas 'n eenvoudige gevolg daarvan. Daarom is hierdie gelykheid 'n kragtige argument ten gunste van die beginsel van ekwivalensie.

Deur aan te neem dat K 'in rus is en 'n swaartekragveld aanwesig is, maak ons ​​van K' 'n Galilese raam, waar ons die wette van meganika kan bestudeer. Daarom het Einstein sy vierde beginsel gestel:

Einstein & rsquos vierde postulaat:

Einstein & rsquos se vierde postulaat is 'n veralgemening van die eerste. Dit kan op die volgende manier uitgedruk word: & ldquoDie natuurwette is in elke raam dieselfde. & Rdquo Dit kan nie ontken word dat dit meer & ldquonatural & rdquo is om te sê dat die natuurwette in elke raam dieselfde is as in Galilea nie. Verder weet ons nie regtig of daar 'n Galilese raamwerk bestaan ​​nie.

Hierdie beginsel word die & ldquoPrinciple of General Relativity genoem. & Rdquo

Laat & rsquos 'n lift in vrye val oorweeg, val binne 'n baie hoë wolkekrabber met 'n dwase man daarin. Verwys na Figuur 1, 2 en 3 aan die regterkant.

In Figuur 1 laat die man sy horlosie en sy sakdoek val. Wat gebeur? Vir iemand wat die val van buite die hysbak dophou, met die raam Aarde & rsquos, val die horlosie, die sakdoek, die man en die hysbak presies op dieselfde snelheid (Laat & rsquos onthou dat die beweging van 'n liggaam in 'n swaartekragveld nie afhang van die massa daarvan nie. , volgens die ekwivalensiebeginsel). Dus, die afstand tussen die horlosie en die vloer, of tussen die sakdoek en die vloer, of tussen die man en die horlosie, of tussen die man en die vloer. verskil & rsquot. Daarom sal die horlosie en die sakdoek vir die man in die hysbak bly waar hy hulle gelos het.

As die man nou sy horlosie of sy sakdoek 'n sekere snelheid gee, sal hulle 'n reguit lyn volg met 'n konstante snelheid. Dit lei tot die volgende gevolgtrekking: Die man binne-in die hysbak kan die Aarde & rsquos se swaartekragveld ignoreer. Die hysbak gedra hom soos 'n Galilese raam. Dit sal egter nie vir ewig duur nie. Vroeër of later sal die hysbak ineenstort, en die waarnemer buite die hysbak sorg vir 'n groot slagting!

Figuur 1:Hysbak

Laat & rsquos 'n tweede geïdealiseerde eksperiment doen: in Figuur 2 is ons hysbak ver weg van enige groot massa, byvoorbeeld in die diep ruimte. Ons dwase man het sy ongeluk oorleef, en na 'n paar jaar in 'n hospitaal (jare, met betrekking tot wat.), Besluit hy om terug te gaan in die hysbak. Skielik begin 'n wese (watter soort wese, weet ons nie, vra Mulder vir die antwoord):

Klassieke meganika vertel ons iets: 'n konstante krag veroorsaak 'n konstante versnelling (dit is nie waar met baie hoë snelhede nie, aangesien die massa van 'n voorwerp met sy snelheid toeneem, maar ons sal dit as waar beskou vir ons eksperiment). Daarom sal die hysbak versnel in enige Galilese raamwerk.

Ons proefkonyn in die hysbak laat sy sakdoek en sy horlosie val. Iemand buite die hysbak in 'n Galilese raam dink dat die horlosie en die sakdoek die vloer sal tref, aangesien laasgenoemde hulle sal inhaal weens die versnelling daarvan. In werklikheid sal die waarnemer buite die hysbak die afstand tussen die horlosie en die vloer sien en die afstand tussen die sakdoek en die vloer in dieselfde tempo verminder. Aan die ander kant sal die man in die hysbak agterkom dat sy horlosie en sy sakdoek dieselfde versnelling het. Hy sal dit toeskryf aan 'n swaartekragveld.

Hierdie twee interpretasies lyk ewe waar: aan die een kant 'n versnelde beweging, aan die ander kant, 'n eenvormige beweging en die teenwoordigheid van 'n swaartekragveld.

Figuur 2:Hysbak


Laat & rsquos nog 'n toets doen om die teenwoordigheid van 'n swaartekragveld te regverdig. In Figuur 3 kom 'n ligstraal in die hysbak deur 'n venster en tref die muur wat daarop wys. Hier is die twee interpretasies van ons waarnemers:

Die een buite die hysbak vertel ons: & ldquoLight klim in die hysbak, alhoewel die venster horisontaal is in 'n reguit lyn en teen 'n konstante spoed (natuurlik!) Na die teenoorgestelde muur. Maar die hysbak gaan opwaarts: dus sal die lig die muur tref nie presies voor sy ingangspunt nie, maar 'n bietjie laer. & Rdquo

Die man in die hysbak sê: & ldquo Ek is in die teenwoordigheid van 'n swaartekragveld. Aangesien lig geen massa het nie, sal die veld- en rsquos-effekte gespaar word, en dit sal die muur presies voor die punt tref. & Rdquo

Oeps! N probleem! Die twee waarnemers stem nie saam nie. Die man in die hysbak het egter 'n fout gemaak. Hy het gesê dat die lig geen massa het nie. Maar lig dra energie met 'n massa (onthou dat E = Mc 2, die massa van 'n Joule energie is dus: m = E / c 2.). Daarom sal lig 'n geboë baan na die vloer hê, soos die waarnemer buite die hysbak gesê het.

Figuur 3:Hysbak

Aangesien die energiemassa baie klein is (c 2 = <299 750 000 meter / sek> 2!), Kan die verskynsel slegs opgespoor word in die teenwoordigheid van BAIE sterk gravitasievelde. Dit is geverifieer danksy die groot massa van Sun & rsquos: ligstrale word geboë as hulle dit nader. Hierdie eksperiment was die eerste bevestiging van die Einstein & rsquos-teorie.

Al hierdie eksperimente stel ons in staat om af te sluit: Ons kan dink dat 'n versnelde raam 'n Galilese is deur die teenwoordigheid van 'n swaartekragveld in te voer. Verder geld dit vir alle soorte bewegings, of dit nou draai (die gravitasieveld verklaar die teenwoordigheid van sentrifugale kragte) of nie eenvormig versnelde bewegings nie (wat wiskundig vertaal word deur die feit dat die veld nie aan die Riemann & rsquos-toestand voldoen nie). Soos u sien, is die beginsel van algemene relatiwiteit volledig in ooreenstemming met ervaring!

Figuur 4:Die ekwivalensie van versnelling en 'n swaartekragveldHysbakke in versnelling

NB: Hierdie voorbeeld is afkomstig van & ldquo L & rsquo volution des id es en Physique & rdquo (Champs Flammarion 1982) geskryf deur Albert Einstein en Leopold Infeld. 'N Wonderlike boek! Lees dit as u belangstel in fisika in die algemeen. Fassinerend!


Dinge gaan baie vreemd wees. Ek weet seker dat jy verbaas was toe jy tydverspreiding ontdek het. Maar Einstein het ook 'n ander vreemde gevolg van sy postulate ontdek: die wêreld waarin ons leef, is (in die meeste gevalle) nie Euclidies nie. Dit beteken dat sirkels nie rond is nie, dat parallelle lyne kan kruis of divergeer en dat die hoeke van 'n driehoek nie meer mag wees as 180 !

Maar wees versigtig! Ek sê nie dat wat u op skool geleer het, vals is nie! Euklidiese meetkunde, as 'n wiskundige abstraksie, is altyd waar. Maar as dit kom by die beskrywing van die regte wêreld, is niks seker nie. Voordat Einstein ontdek het dat die Euklidiese meetkunde nie die wêreld was nie, het Gauss en later Riemann 'n ander soort meetkunde ontwikkel. Dit word soms & ldquoGaussiese meetkunde genoem. & Rdquo Toe hulle hierdie nuwe tak van wiskunde ontwikkel, kon hulle nie eens dink dat dit die regte beskrywing van die wêreld sou wees nie. Eintlik ontwikkel Einstein, gehelp deur sy vriend Grossman ('n goeie wiskundige) sy Algemene Relatiwiteitsteorie aan die hand van die Gaussiese meetkunde. Wat ek wil wys, is dat wiskunde ontwikkel word sonder enige verwysing na die wêreld. Dit is 'n samevatting. & Rdquo

Laat & rsquos nog 'n voorbeeld neem: 1 + 1 = 2. Is dit waar? As 'n wiskundige abstraksie, altyd waar. Maar as u hierdie uitdrukking 'n fisiese betekenis wil gee, is dit soms vals. U kan byvoorbeeld nie die spoed van die lig by 'n ander spoed voeg nie (onthou die ervaring met die trein, ons kon nie die spoed van fotone by die spoed van die trein voeg nie): & ldquov + c = c. & Rdquo As u een liter melk byvoeg tot een liter water, sal u nie 2 liter vloeistof kry nie. Sien u wat ek bedoel? Wiskunde is seker solank hulle nie na die werklikheid verwys nie. Dit is baie belangrik dat u dit moet verstaan. Laat ons nou teruggaan na Algemene Relatiwiteit.

Laat & rsquos 'n groot skyf beskou, waaroor twee konsentriese sirkels getrek word, een baie klein en die ander een so groot soos die skyf soos in Figuur 5 hieronder getoon:

Figuur 5: Roteer skywe in 'n swaartekragveld

Ons waarnemer is op die skyf wat baie vinnig draai. 'N Ander man, in 'n Galilese raam, meet die omtrek (P) van die twee sirkels en hul diameters (d) met 'n liniaal. Hierdie man doen dan die volgende calculus: P / d. Hy vind: P / d = & # 960. Vir hom is die Euklidiese meetkunde waar (waar beteken hier dat dit die werklikheid beskryf).

Die waarnemer op die skyf meet die omtrek en die diameters MET DIESELFDE HEERSER. Vir die meting van die diameters is die liniaal nie saamgetrek nie (vanuit die oogpunt van die man in die Galilese raam) in sy lengte (sien Spesiale Relatiwiteit hiervoor). Die waarnemer op die skywe sal dus dieselfde resultate vind as die man in die Galilese raamwerk.

Nou meet die waarnemer die omtrek van die klein sirkel. Vir die man buite die skyf is die reël nie in sy lengte gekontrakteer nie, omdat dit baie stadig gaan (dit is naby aan die middel van die skyf). Daarom vind die waarnemer weer dieselfde resultaat.

Dinge gaan egter anders wees vir die vierde meting. Wanneer die waarnemer op die skyf die omtrek van die groot sirkel meet, gaan hy baie vinnig in vergelyking met die man buite die skyf. Vanuit die oogpunt van hierdie man word die reël dus in sy lengte gekontrakteer en sal die waarnemer dieselfde resultaat vind. Vir hom: P / d is nie gelyk nie & # 960. Euklidiese meetkunde beskryf nie die werklikheid in hierdie geval nie.

Wat kan hierdie vreemde resultaat verklaar? Die waarnemer op die skyf het 'n vreemde krag ondervind toe hy die omtrek van die groot sirkel meet. U sou dit 'n & ldquocentrifugale krag noem. & Rdquo Dit & rsquos as gevolg van die aanwesigheid van 'n gravitasieveld (op die diagram met pyle).

Dieselfde eksperiment kan gedoen word om tyd te meet deur 'n horlosie in die drie verskillende rame te gebruik: In die Galilese raam, op die skyf naby sy middelpunt en ver daarvandaan. Dit sou ons tot dieselfde gevolgtrekking lei: as die waarnemer op die skyf ver van sy middelpunt is, is sy tydmeting anders as die man & rsquos buite die skyf. Die teenwoordigheid van 'n gravitasieveld kan die verskil verklaar.

Dit lei ons tot die volgende gevolgtrekking: 'n swaartekragveld beïnvloed tyd en ruimte.

Tydsverwyding is gemeet as gevolg van 'n swaartekragveld. In werklikheid is die waarde van hierdie veld aan die bokant van 'n hoë berg effens minder as die waarde aan die onderkant van die berg, soos aangedui in Figuur 6 hieronder. Twee atoomhorlosies wat aanvanklik gesinkroniseer is, het twee verskillende resultate gelewer nadat hulle 'n tydjie op hierdie twee verskillende plekke deurgebring het:

Wat is ruimte-tydkompressie en hoe hou dit verband met spesiale relatiwiteit en algemene relatiwiteit? Ruimte-tydkompressie is die relativistiese effek van die vermindering van die gemete afstand en ligte reistyd tussen twee punte in die ruimte as gevolg van die teenwoordigheid van een van die volgende:

    Twee of meer traagheidsverwysingsraamwerke waarby relativistiese snelhede (snelhede van 'n beduidende breukdeel van die snelheid van die lig) tussen die verwysingsraamwerke betrokke is - 'n voorbeeld van spesiale relatiwiteit. 'N Spesifieke voorbeeld van toegepaste spesiale relatiwiteit met twee traagheidsverwysingsraamwerke is 'n ruimtetuig wat 0,98c (98% van die ligsnelheid) beweeg, gemeet deur 'n waarnemer op aarde en die posisie van die waarnemer & rsquos op aarde.

Ruimte-tydkompressie vind plaas as gevolg van die onveranderlikheid van die gemete, of waargenome, snelheid van die lig, onafhanklik van watter traagheids- of versnelde verwysingsraamwerk die waarnemer binne of buite waarneem.

Traagheidsverwysingsraamwerke:

Een manier om die ruimte-tyd-kompressie-effek kwantitatief waar te neem, is om na die blou regter driehoek te kyk binne 'n kwartsirkel van eenheidsstraal (radius, r = 1) wat in Figuur 7 hieronder getoon word. Die skuinssy van die driehoek is die kant van die blou driehoek wat begin vanaf die middel van die sirkel wat skuins opwaarts en na regs beweeg met 'n lengte-eenheid, of 1, en gelyk aan die radius van die kwartsirkel. Die skuinssy van die blou regter driehoek stel die snelheid van die lig voor, c, as 'n fraksie van die snelheid van die lig, c, wat natuurlik c / c = 1. Die vertikale sy van die blou regter driehoek is die verhouding van die snelheid van die ruimtetuig tot die van die snelheid van die lig, of v / c. Die vertikale kant van die blou regter driehoek is die & ldquo-teenoorgestelde kant & rdquo vanaf die hoek wat gevorm word deur die skuinssy van die blou regter driehoek, of die radius van die kwartsirkel, en die horisontale sy van die blou regter driehoek. Die hoek word voorgestel deur die Griekse letter & # 952 (Theta). Die hoek & # 952 strek van 0 & # 176 tot 90 & # 176. Die lengte van die vertikale sy van die blou regter driehoek is gelyk aan sin & # 952, dus, v / c = sin & # 952. Die horisontale sy van die blou regter driehoek stel die hoeveelheid ruimte-tyd-kompressie voor wat die afstand tussen twee punte in die ruimtetyd verminder (lengte-inkrimping) en verminder die tyd wat dit neem om tussen die twee punte te beweeg (tyddilatasie) gebaseer op die snelheid van die ruimtetuig relatief tot die snelheid van die lig. Die lengte van die horisontale sy van die blou regter driehoek is gelyk aan cos & # 952. Die & ldquoSpace-Time Compression Factor & rdquo is die vermenigvuldigende omgekeerde waarde van die lengte van die horisontale sy van die blou regter driehoek gelyk aan 1 / cos & # 952, of sek & # 952, en word aangedui deur die Griekse letter & # 947 (Gamma) . Die lengte-inkrimping en tydverwyding kan bepaal word deur die lengte van die horisontale sy van die driehoek op te los deur die stelling van Pythagoras te gebruik.

Figuur 7: Toepassing van die stelling van Pythagorasna Spesiale Relatiwiteit

Sin 2 & # 952 + cos 2 & # 952 = 1

V / c = sin & # 952

Vervang v / c vir sin & # 952, los dan cos & # 952 op

(v / c) 2 + cos 2 & # 952 = 1

Cos 2 & # 952 = 1 & ndash (v / c) 2

Cos & # 952 = [1 & ndash (v / c) 2] 1/2

1 / cos & # 952 = sek & # 952 = 1 / [1 & ndash (v / c) 2] 1/2 = & ldquo Ruimtetyd-kompressiefaktor & rdquo

Daarom word die afstand tussen die aarde en die ster van belang 10 ligjaar weg, soos gemeet deur die waarnemer in die ruimtetuig met 'n snelheid, v, soos volg gedefinieer:

D = d 0 [1 & ndash (v / c) 2] 1/2

Waar d 0 die gemete afstand is tot die ster van belangstelling in & ldquoNormale ruimtetyd & rdquo of & ldquoGedrukte ruimtetyd & rdquo soos deur die waarnemer op die aarde gemeet en d is die & ldquoGedrukte ruimte-tyd & rdquo-afstand (of lengte gekontrakteerde afstand) soos gemeet deur die waarnemer in die ruimtetuig wat met 'n snelheid beweeg, v. Die vermindering van die tyd vir lig om die afstand tussen die ster van belang en die ruimtetuig in die omgewing van die aarde te beweeg, word op dieselfde manier beïnvloed deur & ldquoSpace-Time Compression. & rdquo Einstein merk op die ekwivalensie van ruimte en tyd, dus word die term Ruimtetyd gebruik. Die verhouding tussen ruimte en tyd is soos volg:

D = ct

d stel afstand voor, c stel die snelheid van die lig voor en t stel die verstreke tyd voor. Deur die vervanging van ct vir d en ct 0 vir d 0, kan die afstandskompressievergelyking 'n tydverwydingsvergelyking word.

Ct = ct 0 [1 & ndash (v / c) 2] 1/2

Daarom: t = t 0 [1 & ndash (v / c) 2] 1/2

Die volgende tabel gee die waardes vir lengte-inkrimping en & ldquoSpace-Time Compression Factor & rdquo as 'n funksie van snelheid relatief tot die snelheid van die lig, c = 299,755 km / sek = 186,300 myl / sek.

Tabel 1: snelheid en ruimte-tydkompressie

[v eff / c] = bruin & # 952 0.000 0.000 1.000 1.000 0.000 2.866 0.050 0.999 1.001 0.050 5.739 0.100 0.995 1.005 0.101 8.627 0.150 0.989 1.011 0.152 11.537 0.200 0.980 1.021 0.204 14.478 0.250 0.968 1.033 0.258 17.458 0.300 0.954 1.048 0.314 20.487 0.350 0.937 1.068 0.374 23.578 0.400 0.917 1.091 0.436 26.744 0.450 0.893 1.120 0.504 30.000 0.500 0.866 1.155 0.577 33.367 0.550 0.835 1.197 0.659 36.870 0.600 0.800 1.250 0.750 40.542 0.650 0.760 1.316 0.855 44.427 0.700 0.714 1.400 0.980 45.000 0.707 0.707 1.414 1.000 48.590 0.750 0.661 1.512 1.134 53.130 0.800 0.600 1.667 1.333 58.212 0.850 0.527 1.898 1.614 60.000 0.866 0.500 2.000 1.732 64.158 0.900 0.436 2.294 2.065 71.805 0.950 0.312 3.203 3.042 73.739 0.960 0.280 3.571 3.428 75.930 0.970 0.243 4.113 3.990 78.522 0.980 0.199 5.025 4.925 81.890 0.990 0.141 7.470 7.018 84.268 0.995 0.100 10.013 9.962 85.000 0.996 0.087 11.474 11.430 85.561 0.997 0.077 12.920 12.882 86.376 0.998 0.063 15.819 15.789 87.437 0.999 0.045 22.366 22.340

Soos aangedui in Tabel 1 hierbo, dra gemete snelhede nie beduidend by tot die & ldquoSpace-Time Compression & rdquo-effek nie, tensy die gemete snelheid 'n beduidende fraksie van die snelheid van die lig is, c. Met 'n gemete snelheid van 0,995c is die & ldquoSpace-Time Compression Factor & rdquo net bokant 10 en teen 'n gemete snelheid van 0,999c is die & ldquoSpace-Time Compression Factor & rdquo net onder 22,4.

Tabel 1 gee die konsep van effektiewe snelheid. Wanneer die ruimtetuig met 'n gemete snelheid van 0,707c beweeg, is die effektiewe snelheid, v eff, van die ruimtetuig 1.000c of die snelheid van die lig, c. Alhoewel die ruimtetuig slegs 'n gemete snelheid as 0,707c het, word die lengtekrimping langs die beweeglyn verminder tot 0,707 (of 70,7%) van die oorspronklike afstand (wat 'n & ldquoSpace-Time Compression Factor & rdquo gelyk aan 1.414 voorstel), daarom is die die tyd om die ongecomprimeerde afstand af te lê (wat 'n bekende hoeveelheid is) is gelyk aan die tyd wat dit lig sou neem om die ongekomprimeerde afstand af te lê.

Laat & rsquos aanvaar dat ons ruimtevaarder van die aarde af na 'n sterstelsel 10 ligjaar ver reis. Die ruimtevaarder beweeg met 'n gemete snelheid van 0,707c. Die ruimtevaarder meet die afstand tot die sterrestelsel as slegs 7,07 ligjare eerder as 10 ligjare as gevolg van die relativistiese lengte-inkrimping in die rigting van beweging. Die astronaut & rsquos se reistyd na die sterrestelsel is tien jaar, soos gemeet deur die ruimtevaarder. Die waarnemer op Aarde wat kyk na die ruimtevaarder wat die reis verrig, stem nie saam nie in die tyd wat verloop het. Die waarnemer op aarde stem saam met die ruimtevaarder dat die ruimtevaarder en rsquos se gemete snelheid 0,707c is. Die waarnemer op Aarde meet egter die afstand wat die ruimtevaarder moet aflê as 10 ligjaar (die ongekomprimeerde ruimte-tydafstand). Die waarnemer op Aarde meet die tyd wat verloop het vir die ruimtevaarder om die reis van die aarde na die sterrestelsel as 14,1 jaar te voltooi. Besef dat dit tyd neem vir die lig om vanaf ons ruimtevaarder & posisie terug aarde toe te beweeg, wat lei tot die meningsverskil oor die tyd wat die ruimtevaarder benodig om die reis te onderneem.

As 'n persoon teoreties sou kon versnel tot die werklike gemete snelheid van die lig, c, dan sou die afstand wat afgelê moes word tot 'n nul lengte saamgepers word. In hierdie geval is die effektiewe snelheid, v eff oneindig en is nul tyd nodig om die afstand af te lê omdat die afstand nou nul is. Met gemete snelhede baie naby aan die van die snelheid van die lig, c, die effektiewe snelheid, benader v eff die Ruimtetyd-kompressiefaktor. As gevolg van die & ldquoSpace-Time Compression & rdquo verskynsel, kan 'n mens effektief baie vinniger reis as die snelheid van die lig. Die verband tussen gemete snelheid, v, effektiewe snelheid, v eff, en & ldquo Ruimtetydkompressiefaktor & rdquo word gedefinieer deur die verband van die verskillende trigonometriese funksies.

As hoek & # 952 baie klein is (d.w.z. hoek & # 952 & asymp 0 & # 176), dan tan & # 952 & asymp sin & # 952 omdat cos & # 952 & asimp 1.000

Net so, as v eff & asymp v

As hoek & # 952 & rarr 90 & # 176 (d.w.s. hoek & # 952 90 & # 176 nader) dan tan & # 952 & asymp 1 / cos & # 952 = sek & # 952 & rarr & infin omdat sonde & # 952 & asimp 1.000

Net so, as v & rarr c (d.w.s. die gemete snelheid is nader aan die ligspoed) dan effektiewe snelheid, v eff & asimpeer Ruimtyd-kompressiefaktor & rarr & infin

Analise van twee hipotetiese traagheidsverwysingsraamwerke:

Laat & rsquos na Space-Time Compression in twee hipotetiese relativistiese traagheidsverwysingsraamwerke kyk. Beskou 'n waarnemer op Aarde wat na 'n ster 10 ligjaar ver kyk en 'n waarnemer op 'n ruimtetuig wat met 'n snelheid beweeg, v = 0,98c, wat 'n beduidende fraksie van die snelheid van die lig is, c. Die lig wat vanaf die ster voortplant, word gemeet om te beweeg met 'n snelheid van c deur beide die waarnemer op Aarde en die waarnemer in die ruimtetuig wat 0,98c beweeg. Onthou dat die snelheid van die lig altyd dieselfde in 'n vakuum gemeet sal word, ongeag in watter traagheidsverwysingsraam die waarnemer is. Ons kan nie die snelheid van ons ruimtetuig by die ligsnelheid voeg en 'n resultaat kry vir die snelheid van die ander lig nie. as c omdat die spoed van foton voortplanting in 'n vakuum altyd gemeet sal word c, ongeag in watter verwysingsraamwerk 'n mens bestaan ​​as jy die snelheid van die lig meet. Daarom sal & ldquov + c = c. & Rdquo Hierdie & ldquostrange wiskunde & rdquo regkom omdat ons snelhede byvoeg. 'N Snelheid word gedefinieer as 'n verandering in posisie van 'n voorwerp of deeltjie ten opsigte van 'n gemete verstreke tyd. Die & ldquostrange wiskunde & rdquo kom voor omdat die gemete verstreke tyd vir waarnemers in verskillende traagheidsverwysingsraamwerke verskil. Ons sal vergelyk wat elke waarnemer sien op die oomblik dat die waarnemer in die ruimtetuig deur die aarde gaan en die waarnemer op die aarde. Die waarnemer in die ruimtetuig en die waarnemer op Aarde stem nie saam oor die afstand tot die ster en die hoeveelheid tyd wat dit neem om van die ster na elkeen van hulle te reis nie. Die waarnemer op Aarde meet die afstand as tien ligjare. Die waarnemer in die ruimtetuig meet egter die afstand tot die ster ongeveer 2 ligjare, want die ruimtetyd-kompressiefaktor vir die beweging van 0,98c is gelyk aan 5,025, wat sy / haar waargenome lengte-inkrimping tot gevolg het. Vanweë die lengte-inkrimping is die tydsduur van die lig om van die ster na die waarnemer op die ruimtetuig te ry, vanweë die korter gemete afstand, slegs ongeveer 2 jaar. Vir die waarnemer op aarde blyk dit die ruimtetuig meer as tien jaar te neem om by die ster aan te kom. Die meningsverskil tussen die waarnemer in die ruimtetuig en die Aarde-waarnemer vir die tyd wat dit neem om die afstand na die ster af te lê, is vanweë die vertragingstyd vir die lig van die ruimtetuig om terug te keer na die Aarde. As die ruimtetuig tien ligjaar weg is, sal die lig van die ruimtetuig 10 jaar neem om die aarde te bereik. Hierdie hipotetiese scenario demonstreer die ekwivalensie van ruimte (afstand) en tyd.

Een ander konsep wat hier waargeneem word, is die van & ldquoeffective snelheid. & Rdquo Die & ldquoeffective speed & rdquo stel die snelheid van die ruimtetuig voor in verhouding tot die normale ruimtetyd eerder as die saamgeperste ruimtetyd. Dit sou die geval wees as die snelheid van die lig oneindig was. Die waarnemer in die ruimtetuig besef dat die normale ruimtetydafstand tot die ster 10 ligjare is, alhoewel, met die gemete ruimtetuig snelheid van 0,98c relatief tot die Aarde, is die saamgeperste ruimte-tydafstand tot die ster 2 lig- jare. Daarom is die effektiewe snelheid van die ruimtetuig ongeveer 5 keer die ligsnelheid, want dit neem die waarnemer 2 jaar, gemeet aan die ruimtetuig aan boordklok, om die normale afstand-tydafstand van 10 ligjaar na die ster af te lê. As die ruimtetuig op 0,7071c na die ster 10 ligjaar weg sou beweeg, sou die gemete saamgeperste afstand-tydafstand tot die ster 7,071 ligjaar wees. Die tyd wat die ruimtetuig sou neem om die saamgeperste afstand-tydafstand van 7,071 ligjaar af te lê, sou tien jaar wees, gemeet aan die ruimtetuigklok aan boord. Daarom is die effektiewe snelheid van die ruimtetuig gelyk aan die snelheid van die lig. Die waarnemer op aarde sou egter die tyd wat verloop het vir die ruimtetuig meet om die werklike 10 ligjaarafstand na die ster af te lê as 14.142 jaar. Die tyd stem ooreen met die gemete snelheid van die ruimtetuig in verhouding tot die Aarde-waarnemer van 0,7071c. Die bykomende 4,142 jaar wat verloop vir die ruimtetuigrit, soos gemeet deur die waarnemer op Aarde, is die gevolg van die feit dat dit tyd neem voordat die lig vanaf die ruimtetuig na die aarde terugkeer, terwyl die ruimtetuig na die ster beweeg. Vanuit die regte driehoek en die Pythagorese stelling kan gesien word dat sin & # 952 die gemete snelheid van die ruimtetuig voorstel en tan & # 952 die effektiewe snelheid van die ruimtetuig voorstel. As die ruimtetuig 'n werklike snelheid van die ligsnelheid kon hê (sin & # 952 = 1), dan is die effektiewe snelheid oneindig (tan & # 952 = oneindigheid). Ruimtyd sal tot nul lengte saamgepers word op grond van die ligsnelheid.

Laat & rsquos kyk na die Flying Disc-ruimtetuig wat 0,98c relatief tot die aarde beweeg terwyl dit van links na regs oor 'n vliegtuighanger op die aarde beweeg. Ons sal ondersoek wat 'n waarnemer voor die vliegtuighanger op aarde in rus in verhouding tot die vliegtuighanger sou sien as die Flying Disc-ruimtetuig bokant die vliegtuighanger verbygaan. Ons sal die waarneming vergelyk met wat 'n waarnemer in 'n tweede ruimtetuig in dieselfde rigting vlieg as die Flying Disc-ruimtetuig teen 'n snelheid van 0,98c, sodat die Flying Disc-ruimtetuig in rus is blyk te wees in verhouding tot hierdie tweede waarnemer. Figuur 8 hieronder wys die Flying Disc-ruimtetuig wat oor die vliegtuighanger sweef, sodat die Flying Disc-ruimtetuig & ldquoat-rus & rdquo relatief is tot die Aircraft Hanger. Die Flying Disc-ruimtetuig is 300 voet in deursnee en die vliegtuighanger is 300 voet breed van links na regs. Daarom lyk dit asof die Flying Disc-ruimtetuig en die Aircraft Hanger in rus is, relatief tot mekaar.

Figuur 8:Vliegtuighanger 300 voet breed enVliegtuigskyf-ruimtetuig 300 voet in deursneeAlbei in rus in dieselfde verwysingsraamwerk

Eerstens gaan ons analiseer wat die waarnemer op aarde voor die vliegtuighanger sien as die Flying Disc-ruimtetuig oor die vliegtuighanger beweeg. Terwyl die Flying Disc-ruimtetuig oor die vliegtuighanger beweeg, sal ons fokus op vier spesifieke gebeure wat deur die waarnemer op aarde opgemerk is. Verwys na figuur 9 hieronder:

Figuur 9:Vliegtuig met vlieënde skyf beweeg van links na regsteen 98% snelheid van lig oor vliegtuighangerWaarnemer in rus relatief tot vliegtuighanger

Let op in Figuur 9 hierbo dat die Flying Disc Ruimtetuig & ldquocompressed & rdquo met 'n faktor van 5 in die breedte in sy bewegingsrigting is. Dit stel die & ldquoSpace-Time Compression & rdquo voor in die bewegingsrigting van die Flying Disc-ruimtetuig soos gesien deur die waarnemer op Aarde omdat die snelheid relatief tot die waarnemer op Aarde 0,98c is (sien Tabel 1 hierbo). Die interessante gebeure soos gesien deur die waarnemer op aarde voor die vliegtuighanger terwyl die vlieënde ruimtetuig oor die vliegtuighanger van links na regs beweeg, is soos volg in die voorkoms van elk van die gebeure.

Gebeurtenis 1: Die voorrand van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die linkerkant van die vliegtuighanger.
Geleentheid 2: Die agterste rand van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die linkerkant van die Aircraft Hanger.
Gebeurtenis 3: Die voorste rand van die Flying Disc-ruimtetuig sluit aan by die regterkant van die Aircraft Hanger.
Gebeurtenis 4: Die agterkant van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die regterkant van die vliegtuighanger.

Nou gaan ons analiseer wat die waarnemer van die tweede ruimtetuig met die Flying Disc-ruimtetuig teen 0,98c relatief tot die aarde en die Aircraft Hanger sien as die Flying Disc-ruimtetuig oor die Aircraft Hanger beweeg. Net soos met die waarnemer wat op die aarde rus voor die vliegtuighanger hierbo, sal ons fokus op vier spesifieke gebeurtenisse terwyl die Flying Disc-ruimtetuig oor die vliegtuighanger beweeg. Daar sal egter kennis geneem word van die gebeure soos gesien deur die waarnemer in die tweede ruimtetuig. Verwys na Figuur 10 hieronder:

Figuur 10:Vliegtuig met vlieënde skyf beweeg van links na regsteen 98% snelheid van lig oor vliegtuighangerWaarnemer in rus relatief tot vlieënde ruimtetuie

Let op in Figuur 10 hierbo dat die vliegtuighanger in plaas van die Flying Disc-ruimtetuig 'n & ldquocompressed & rdquo-breedte het in die bewegingsrigting van die Flying Disc-ruimtetuig. Die Flying Disc-ruimtetuig het blykbaar volle breedte. Dit stel die & ldquoSpace-Time Compression & rdquo voor in die rigting van beweging van die Flying Disc-ruimtetuig, soos gesien deur die tweede waarnemer tydens die waarneming vanaf die tweede ruimtetuig. Omdat die tweede ruimtetuig met die Flying Disc-ruimtetuig vlieg, lyk dit of die Flying Disc-ruimtetuig in rus is in verhouding tot die tweede ruimtetuig, dus blyk dit van volle breedte in die rigting van beweging te wees. Dit lyk asof die aarde en die vliegtuighanger beweeg met 'n snelheid van 0,98c van regs na links in verhouding tot beide die ruimtetuie in beweging, wat daartoe lei dat die vliegtuighanger in die breedte met 'n faktor 5 in die bewegingsrigting van die Vlieënde ruimtetuig (sien tabel 1 hierbo). Die interessante gebeure soos gesien deur die waarnemer in die tweede ruimtetuig terwyl die Flying Disc-ruimtetuig oor die vliegtuighanger beweeg van links na regs, is soos volg in volgorde van die voorkoms van elk van die gebeure.

Gebeurtenis 1: Die voorrand van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die linkerkant van die vliegtuighanger.
Geleentheid 2: Die voorste rand van die Flying Disc-ruimtetuig sluit aan by die regterkant van die Aircraft Hanger.
Gebeurtenis 3: Die agterste rand van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die linkerkant van die Aircraft Hanger.
Gebeurtenis 4: Die agterkant van die Flying Disc-ruimtetuig stem ooreen met die regterkant van die vliegtuighanger.

Daar is 'n duidelike verskil tussen die waarnemings van die twee waarnemers. Die eerste waarnemer is op die aarde in rus ten opsigte van die vliegtuighanger en die tweede waarnemer is aan boord van 'n tweede ruimtetuig wat teen 'n snelheid van 0,98c beweeg, parallel met die Flying Disc-ruimtetuig, dus in rus ten opsigte van die Flying Disc-ruimtetuig. Die twee waarnemers stem nie saam met die volgorde van die gebeure terwyl die Flying Disc-ruimtetuig oor die vliegtuighanger vlieg nie. Die gebeurtenis wat die Aarde-waarnemer as & ldquoEvent 2 & rdquo identifiseer, word geïdentifiseer as & ldquoEvent 3 & rdquo deur die waarnemer op die tweede ruimtetuig. Net so word die gebeurtenis wat die Aarde-waarnemer as & ldquoEvent 3 & rdquo identifiseer, geïdentifiseer as & ldquoEvent 2 & rdquo deur die waarnemer op die tweede ruimtetuig. Alhoewel die tydsinterval tussen & ldquoEvent 2 & rdquo en & ldquoEvent 3 & rdquo in die orde van slegs 300 nanosekondes (300 x 10 & ndash9 sekondes) is, is daar 'n ommekeer van die volgorde van die gebeure in Ruimtetyd. Hierdie hipotetiese situasie toon dat die tye van gebeure relatief is tot die spesifieke verwysingsraamwerke van die waarnemers en nie absoluut is nie. Waarnemers in verskillende verwysingsraamwerke sal nie saamstem oor die volgorde van gebeure nie, en ook nie oor die gelyktydigheid van gebeure nie. Hierdie onenigheid in die volgorde van gebeure in die tyd lewer die bewys dat tydreise teoreties moontlik is. As die ruimtetyd-kompressiefaktor groot genoeg is, kan gebeure wat jare van mekaar is, omgekeer word in vergelyking met waarnemers in verskillende verwysingsraamwerke.Groot ruimtetydkompressiefaktore kan teoreties gegenereer word deur swaartekrag in 'n plaaslike omgewing te versterk om afsonderlike versnelde verwysingsraamwerke te genereer (sien die volgende bespreking oor versnelde verwysingsraamwerke). Die & ldquo-webwerf van Philadelphia en die geheime van Montauk & rdquo-webwerf lewer getuienis van verskeie individue rakende hul betrokkenheid by die Amerikaanse regering en topgeheime eksperimente in die tydreise. Daar word bespiegel dat Albert Einstein en John Von Neumann albei betrokke was by die Philadelphia Experiment. Daar word bespiegel dat John Von Neumann nou betrokke was by die Phoenix-projek, ook bekend as die Montauk-projek.

Gravity Versnelde verwysingsraamwerke :.

Figuur 11:Sun & rsquos Swaartekrag buig ligstrale

Figuur 12: Sun & rsquos Gravity Distorting Space-Time

Wanneer & ldquoRelativiteit veralgemeen is & rdquo om die effekte van swaartekrag en versnelde verwysingsraamwerke in te sluit, voorspel die relatiwiteitsvergelykings dat swaartekrag, of die kromming van Ruimtetyd volgens materie, nie net die afstande strek of krimp nie (afhangende van hul rigting ten opsigte van die swaartekragveld ) maar dit blyk ook dat dit die stroom van tyd vertraag of & ldquodilate & rdquo - die definisie van Space-Time Compression. Die vergelykings wat gebruik word om die kromming van Ruimtetyd in gravitasievelde voor te stel, is multi-dimensioneel, taamlik ingewikkeld en afhanklik van die meetkunde van die stelsel van belangstelling. In die meeste omstandighede in die heelal is die intensiteit van die plaaslike swaartekragveld op 'n punt in Ruimtetyd relatief klein, en daarom is enige ruimte-tydkompressie wat in daardie omgewing plaasvind, min. Ruimtetydkompressie kan egter betekenisvol word op 'n plek wanneer Ruimtetyd gebuig word deur 'n sterk swaartekragveld wat geproduseer word deur 'n massiewe voorwerp soos 'n ster soos ons Son, soos aangedui in Figuur 11 en Figuur 12.
Net soos die snelheid van die lig in 'n vakuum altyd as c gemeet sal word, ongeag watter bewegingsnelheid van die waarnemer, sal die snelheid van die lig altyd as c in 'n versnelde verwysingsraam gemeet word, hoe groot die versnelling of gravitasieveld is . Einstein & rsquos Algemene Relatiwiteitsteorie stel dat lig versnel word deur 'n swaartekragveld, wat lei tot die waargenome en ligte buiging van lig & rdquo rondom ons son soos aangedui in Figuur 11 hierbo. Dit blyk 'n paradoks te wees. Hoe kan lig versnel word, maar tog met 'n snelheid van c bly? Kom ons kyk na 'n rubberbal wat in die gravitasieveld van die aarde en die rsquos val, soos getoon in Figuur 13. Die bal is aanvanklik in rus. As dit vrygelaat word, begin die bal val en sy valhastigheid styg namate dit deur die plaaslike swaartekragveld van die aarde versnel word totdat die rubberbal uiteindelik op die vloer tref. Grafieke van die balvalafstand en balsnelheid as 'n funksie van die tyd word onderskeidelik in Figuur 14 en Figuur 15 hieronder gegee. Die grafieke veronderstel voortdurende vryval. 'N Foton van lig word op soortgelyke wyse deur 'n gravitasieveld versnel as ons bal wat in die Aarde en die gravitasieveld val. In plaas daarvan dat die foton van die lig vinniger en vinniger beweeg in verhouding tot 'n eksterne waarnemer soos wat ons val, kompresseer die afstand wat die foton van die lig beweeg (en die tyd wat dit die foton van die lig neem om daardie afstand te beweeg) op 'n manier om die versnelling deur swaartekrag verreken, sodat die snelheid van die foton van die lig altyd dieselfde bly, gelyk aan c, relatief tot die eksterne waarnemer. Hierdie ruimte-tyd-kompressie-effek is min in die gravitasieveld van die aarde en rsquos omdat die swaartekragveld relatief swak is en die gemiddelde deursnee van die aarde en rsquos 7.918 myl relatief klein is in vergelyking met die afstand wat die lig binne een sekonde, 186,300 myl of 299,750 kilometer kan aflê. 'N Foton van ligenergie sal binne een sekonde 'n afstand van ongeveer 7,5 Aarde-omtrek beweeg (Aarde en rsquos-omtrek is ongeveer 25,000 myl). Wanneer dit op of bo die Aarde & rsquos-oppervlak is, daal die intensiteit van die Aarde & rsquos se swaartekrag eweredig af tot 1 / r 2, waar r die afstand van die Aarde & rsquos-sentrum voorstel (Newton & rsquos Law of Gravity). Aard- & rsquos-gravitasieveld is gelyk aan 1g = 32,2 voet / sekonde 2 versnelling = 0,00610 myl / sekonde 2 versnelling op die Aarde & rsquos-oppervlak, wat net minder as 4000 myl van die Aarde & rsquos-sentrum is. Op ongeveer 4.000 myl bo die Aarde & rsquos-oppervlak is die gravitasieveld slegs 0,25 g = 8,05 voet / sekonde 2 versnelling = 0,00152 myl / sekonde 2 versnelling. Die verandering in snelheid - eintlik die hoeveelheid ruimte-tydkompressie (foton van ligsnelheid sal altyd gemeet word op 186,300 myl / sekonde) - as gevolg van 'n foton van lig wat 186,300 myl / sekonde beweeg en 1 sekonde in die gravitasieveld van die aarde en rsquos spandeer is baie min. 'N Foton van lig spandeer baie min tyd in die Aarde & rsquos gravitasieveld, en word dus nie beduidend beïnvloed deur die Aarde & rsquos gravitasieveld nie. Wat ons hier aflei, is die hoeveelheid ruimte-tydkompressie wat plaasvind as gevolg van 'n gravitasieveld, is 'n funksie van sowel die intensiteit van die gravitasieveld as die hoeveelheid tyd wat 'n foton van die lig binne die gravitasieveld bly. Gravitasievelde is versnellingsvelde. Die eindsnelheid van 'n voorwerp in 'n versnellingsveld is 'n funksie van die versnellingstempo in daardie veld en die tyd wat versnelling toegepas word op 'n voorwerp in die veld. 'N Versnelling is 'n tempo van verandering van snelheid as 'n funksie van tyd.

Figuur 13:Val bal in die Aarde Gravitasie veld

Figuur 14:Afstand gereis van bal wat valin Earth & rsquos Gravitational Field Versus Time

Figuur 15:Velocity of Ball Fallingin Earth & rsquos Gravitational Field Versus Time

Laat & rsquos 'n foton lig beskou wat in die omgewing van die Sun & rsquos-gravitasieveld beweeg. Die deursnee van Sun & rsquos is 864,000 myl. Die gravitasieveld van Sun & rsquos is ongeveer 27.8g = 895 voet / sekonde 2 versnelling = 0.169 myl / sekonde 2 versnelling op die Sun & rsquos-oppervlak. 'N Foton van lig beweeg die deursnee van Sun & rsquos binne 4,64 sekondes. 'N Foton van lig sal met 'n ekstra snelheid van 0,786 myl / sekonde versnel word en die ruimtetyd sal dienooreenkomstig saamgepers word om die gemete snelheid van die lig op 186,300 myl / sekonde te hou. Let daarop dat dit 'n bruto berekening is omdat die Sun & rsquos-gravitasieveld slegs 27,8 g op sy oppervlak is. Die Sun & rsquos gravitasieveld, gemeet deur 'n waarnemer wat wegbeweeg van die Sun & rsquos is eweredig aan 1 / r 2, waar r die afstand van die waarnemer vanaf die middelpunt van die Son voorstel. Op 432,000 myl bo die Sun & rsquos-oppervlak sou die gravitasieveld 6,95 g = 224 voet / sekonde 2 versnelling = 0,0424 myl / sekonde 2 versnelling wees. Die Sun & rsquos-swaartekragveld is betekenisvol genoeg en groot genoeg om meetbare buiging van die pad van 'n ligfoton tot gevolg te hê.

Ruimte-tydkompressie kan baie belangrik word as 'n massiewe voorwerp in 'n klein volume saamgepers word, wat die massiewe voorwerp uiters dig maak, soos die geval is met 'n neutronster of swart gat. Die gravitasieveld naby die oppervlak van 'n neutronster is in die orde van 2.10 x 10 11 g = 6.76 x 10 11 voet / sekonde 2 = 1.28 x 10 8 myl / sekonde 2 = 128.000.000 myl / sekonde 2 versnelling. Hierdie versnellingstempo is groot in vergelyking met die snelheid van die lig teen 186 300 myl / sekonde. So 'n intense veld sal 'n foton baie vinnig versnel, dus kom ruimte-tydkompressie baie vinnig voor.

Beskou 'n situasie waar 'n waarnemer ver van 'n swart gat af kyk hoe 'n ruimtevaarder in 'n ruimtetuig die swart gat nader. Die waarnemer sou aanskou hoe die tyd buitengewoon stadig verbygaan vir 'n ruimtevaarder wat deur die swart gat en die Schwartschild-radius of die gebeurtenishorison val. Die verre waarnemer sou nooit die ongelukkige ruimtevaarder in die swart gat sien val nie. Dit lyk asof die ruimtevaarder & rsquos-tyd stilstaan.

Daarom, as 'n relatiewe intense gravitasieveld in 'n gelokaliseerde posisie in Ruimtetyd ten opsigte van 'n eksterne waarnemer bestaan, kan Ruimtydkompressie gemeet word sonder dat voorwerpe teen snelhede beweeg wat baie naby is aan die ligsnelheid relatief tot die eksterne waarnemer en rus. & rdquo

My Nuclear Gravitation Field Theory het bepaal dat die minimum gravitasieversnellingsveld wat nodig is om die Coulombic Repulsion te oorkom, ten minste 2,441 x 10 27 g moet wees, daarom moet die gevolge van algemene relatiwiteit in die omgewing van die kern van die atoom in ag geneem word as die Sterk Kernkrag en swaartekrag is een. Swaartekragvelde vermeerder op grond van ongekomprimeerde ruimtetyd. Om die kerngravitasieveld na buite te versprei vanaf die kernrigting in sferiese simmetrie wat daal in intensiteit 1 / r 2 wat ooreenstem met die Newton & rsquos Gravity Law, sal ons die veldintensiteit moet meet in ongekomprimeerde ruimtetyd. Ons leef egter in die Compressed Space-Time-verwysingsraamwerk, daarom sien ons gebeure in Compressed Space-Time. Soos voorheen bespreek, genereer swaartekragvelde die saamgeperste ruimtetyd as gevolg van die versnelling van lig, elektriese velde en magnetiese velde. Ligte, elektriese velde en magnetiese velde vermeerder op grond van saamgeperste ruimtetyd.

Tabel 2, & ldquo Versnelde verwysingsraamwerk Ruimtydkompressie as gevolg van swaartekragveld, & rdquo hieronder, bepaal die ongekomprimeerde ruimtetydversnelling van lig as 'n funksie van die intensiteit van verskillende swaartekragvelde, bepaal die vermindering van die afstand afgelê deur lig soos waargeneem in Saamgeperste ruimtetyd, en die gevolglike ruimtetydkompressiefaktore. Laat & rsquos aanvaar dat die swaartekragveld langs die kern van die atoom gelyk was aan 2.9975 x 10 8 meter / sek 2. As lig aan hierdie versnellingsveld onderwerp word, sal die ligsnelheid binne een sekonde verdubbel tot 5,9950 x 10 8 meter / sek gelyk aan die ligsnelheid in ongekomprimeerde ruimtetyd. Aangesien die spoed van die lig in die vrye ruimte onveranderlik is ten opsigte van die verwysingsraamwerk van die waarnemer, bly die spoed van die lig 2,9975 x 10 8 meter / sek. Daarom moet die afstand wat deur lig in saamgeperste ruimtetyd afgelê word, verminder word tot die helfte van die ongekomprimeerde ruimtetydafstand soos aangedui deur die eerste inskrywing wat in tabel 2 in rooi uitgelig is, & ldquo Versnelde verwysingsraamwerk ruimte-tydkompressie as gevolg van swaartekragveld, & rdquo hieronder .

Swaartekrag
Versnelling
in g
Swaartekrag
Versnelling
(meter / sek 2)
Finale snelheid van die lig
in ongekomprimeerde ruimtetyd
Na 1 sekonde
(meter / sek.)
Lengte verklein as gevolg van
Ruimte-tydkompressie
= cos & # 952
arccos & # 952 Radians arccos & # 952 grade Ruimte-tyd
Kompressiefaktor
= 1 / cos & # 952 = sek & # 952
0 0.00 2.99750E + 08 1.00000 0.000000 0.00000 1.00000
1 9.81 2.99750E + 08 1.00000 0.000256 0.01466 1.00000
2 19.62 2.99750E + 08 1.00000 0.000362 0.02073 1.00000
3 29.43 2.99750E + 08 1.00000 0.000443 0.02539 1.00000
4 39.24 2.99750E + 08 1.00000 0.000512 0.02932 1.00000
5 49.05 2.99750E + 08 1.00000 0.000572 0.03278 1.00000
6 58.86 2.99750E + 08 1.00000 0.000627 0.03591 1.00000
7 68.67 2.99750E + 08 1.00000 0.000677 0.03878 1.00000
8 78.48 2.99750E + 08 1.00000 0.000724 0.04146 1.00000
9 88.29 2.99750E + 08 1.00000 0.000768 0.04398 1.00000
10 98.10 2.99750E + 08 1.00000 0.000809 0.04635 1.00000
20 196.20 2.99750E + 08 1.00000 0.001144 0.06556 1.00000
50 490.50 2.99750E + 08 1.00000 0.001809 0.10365 1.00000
100 981 2.99751E + 08 1.00000 0.002558 0.14659 1.00000
200 1962 2.99752E + 08 0.99999 0.003618 0.20730 1.00001
500 4905 2.99755E + 08 0.99998 0.005721 0.32777 1.00002
1000 9810 2.99760E + 08 0.99997 0.008090 0.46354 1.00003
2000 19620 2.99770E + 08 0.99993 0.011441 0.65553 1.00007
5000 49050 2.99799E + 08 0.99984 0.018089 1.03645 1.00016
10000 98100 2.99848E + 08 0.99967 0.025581 1.46566 1.00033
20000 196200 2.99946E + 08 0.99935 0.036171 2.07247 1.00065
50000 49050 2.99799E + 08 0.99984 0.018089 1.03645 1.00016
100000 981000 3.00241E + 08 0.99674 0.080794 4.62915 1.00327
200000 1.96200E + 06 3.01712E + 08 0.99350 0.114105 6.53772 1.00655
500000 4.90500E + 06 3.04655E + 08 0.98390 0.179686 10.29526 1.01636
1.000E + 06 9.81000E + 06 3.09560E + 08 0.96831 0.1252424 14.46283 1.03273
2.000E + 06 1.96200E + 07 3.19370E + 08 0.93857 0.352344 20.18780 1.06545
5.000E + 06 4.90500E + 07 3.48800E + 08 0.85938 0.536750 30.75352 1.16364
1.000E + 07 9.81000E + 07 3.97850E + 08 0.75342 0.717541 41.11209 1.32727
2.000E + 07 1.96200E + 08 4.95950E + 08 0.60440 0.921789 52.81464 1.65455
3.056E + 07 2.99750E + 08 5.99500E + 08 0.500000 1.047198 60.0000 2.00000
5.000E + 07 4.90500E + 08 7.90250E + 08 0.37931 1.181746 67.70903 2.63636
1.000E + 08 9.81000E + 08 1.28075E + 09 0.23404 1.334563 76.46481 4.27273
2.000E + 08 1.96200E + 09 2.26175E + 09 0.13253 1.437875 82.38418 7.54545
5.000E + 08 4.90500E + 09 5.20475E + 09 0.05759 1.513173 86.69842 17.36364
1.000E + 09 9.81000E + 09 1.01098E + 10 0.02965 1.541142 88.30095 33.72727
2.000E + 09 1.96200E + 10 1.99198E + 10 0.01505 1.555748 89.13779 66.45455
5.000E + 09 4.90500E + 10 4.93498E + 10 0.00607 1.564722 89.65198 164.63636
1.000E + 10 9.81000E + 10 9.83998E + 10 0.00305 1.567750 89.82546 328.27273
2.000E + 10 1.96200E + 11 1.96500E + 11 0.00153 1.569271 89.91260 655.54545
5.000E + 10 4.90500E + 11 4.90800E + 11 0.00607 1.570186 89.96501 1637.36364
1.000E + 11 9.81000E + 11 9.81300E + 11 0.00031 1.570491 89.98250 3273.72727
2.000E + 11 1.96200E + 12 1.96230E + 12 0.00015 1.570644 89.99125 6546.45455
5.000E + 11 4.90500E + 12 4.90530E + 12 0.00006 1.570735 89.99650 16364.63636
1.000E + 12 9.81000E + 12 9.81030E + 12 0.00003 1.570766 89.99825 32728.27273
2.000E + 12 1.96200E + 13 1.96203E + 13 0.00002 1.570781 89.99912 65455.54545
5.000E + 12 4.90500E + 13 4.90503E + 13 0.00001 1.570790 89.99965 1.63636E + 05
1.000E + 13 9.81000E + 13 9.81003E + 13 0.00000 1.570793 89.99982 3.27274E + 05
2.000E + 13 1.96200E + 14 1.96200E + 14 0.00000 1.570795 89.99991 6.54546E + 05
5.000E + 13 4.90500E + 14 4.90500E + 14 0.00000 1.570796 89.99996 1.63636E + 06
1.000E + 14 9.81000E + 14 9.81000E + 14 0.00000 1.570796 89.99998 3.27273E + 06
2.000E + 14 1.96200E + 15 1.96200E + 15 0.00000 1.570796 89.99999 6.54546E + 06
5.000E + 14 4.90500E + 15 4.90500E + 15 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 07
1.000E + 15 9.81000E + 15 9.81000E + 15 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 07
2.000E + 15 1.96200E + 16 1.96200E + 16 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 07
5.000E + 15 4.90500E + 16 4.90500E + 16 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 08
1.000E + 16 9.81000E + 16 9.81000E + 16 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 08
2.000E + 16 1.96200E + 17 1.96200E + 17 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 08
5.000E + 16 4.90500E + 17 4.90500E + 17 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 09
1.000E + 17 9.81000E + 17 9.81000E + 17 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 09
2.000E + 17 1.96200E + 18 1.96200E + 18 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 09
5.000E + 17 4.90500E + 18 4.90500E + 18 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 10
1.000E + 18 9.81000E + 18 9.81000E + 18 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 10
2.000E + 18 1.96200E + 19 1.96200E + 19 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 10
5.000E + 18 4.90500E + 19 4.90500E + 19 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 11
1.000E + 19 9.81000E + 19 9.81000E + 19 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 11
2.000E + 19 1.96200E + 20 1.96200E + 20 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 11
5.000E + 19 4.90500E + 20 4.90500E + 20 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 12
1.000E + 20 9.81000E + 20 9.81000E + 20 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 12
2.000E + 20 1.96200E + 21 1.96200E + 21 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 12
5.000E + 20 4.90500E + 21 4.90500E + 21 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 13
1.000E + 21 9.81000E + 21 9.81000E + 21 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 13
2.000E + 21 1.96200E + 22 1.96200E + 22 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 13
5.000E + 21 4.90500E + 22 4.90500E + 22 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 14
1.000E + 22 9.81000E + 22 9.81000E + 22 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 14
2.000E + 22 1.96200E + 23 1.96200E + 23 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 14
5.000E + 22 4.90500E + 23 4.90500E + 23 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 15
1.000E + 23 9.81000E + 23 9.81000E + 23 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 15
2.000E + 23 1.96200E + 24 1.96200E + 24 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 15
5.000E + 23 4.90500E + 24 4.90500E + 24 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 16
1.000E + 24 9.81000E + 24 9.81000E + 24 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 16
2.000E + 24 1.96200E + 25 1.96200E + 25 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 16
5.000E + 24 4.90500E + 25 4.90500E + 25 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 17
1.000E + 25 9.81000E + 25 9.81000E + 25 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 17
2.000E + 25 1.96200E + 26 1.96200E + 26 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 17
5.000E + 25 4.90500E + 26 4.90500E + 26 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 18
1.000E + 26 9.81000E + 26 9.81000E + 26 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 18
2.000E + 26 1.96200E + 27 1.96200E + 27 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 18
5.000E + 26 4.90500E + 27 4.90500E + 27 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 19
1.000E + 27 9.81000E + 27 9.81000E + 27 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 19
2.000E + 27 1.96200E + 28 1.96200E + 28 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 19
2.441A + 27 2.39462E + 28 2.39462E + 28 0.00000 1.570796 90.00000 7.98873E + 19
5.000E + 27 4.90500E + 28 4.90500E + 28 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 20
1.000E + 28 9.81000E + 28 9.81000E + 28 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 20
2.000E + 28 1.96200E + 29 1.96200E + 29 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 20
5.000E + 28 4.90500E + 29 4.90500E + 29 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 21
1.000E + 29 9.81000E + 29 9.81000E + 29 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 21
2.000E + 29 1.96200E + 30 1.96200E + 30 0.00000 1.570796 90.00000 6.54546E + 21
5.000E + 29 4.90500E + 30 4.90500E + 30 0.00000 1.570796 90.00000 1.63636E + 22
1.000E + 30 9.81000E + 30 9.81000E + 30 0.00000 1.570796 90.00000 3.27273E + 22

Uit Tabel 2, & ldquo Versnelde verwysingsraamwerk Ruimtetydkompressie as gevolg van swaartekragveld, & rdquo hierbo, vind ons dat die ruimte-saamgeperste afstand wat lig aflê in wese 'n nulafstand is (by vyf beduidende syfers> vir enige versnellingsveld van swaartekragveld groter as of gelyk aan
1,00 x 10 13 g. Die minimum gravitasieversnellingsveld wat benodig word om die Coulombic Repulsion van twee protone in 'n kern te oorkom
2.441 x 10 27 g het ruimte-tydkompressie tot 'n afstand van nul tot gevolg omdat die ruimte-tyd-kompressiefaktor gelyk is aan 7,99873 x 10 19 soos aangedui deur die tweede inskrywing wat in Tabel 2 in rooi uitgelig is, & ldquoVersnelde verwysingsraamruimte-tydkompressie as gevolg van Gravity Field, & rdquo hierbo. Dit is juis die rede waarom die waarneming van die sterk kernkrag onmiddellik buite die kern van die atoom verdwyn. Hierdie waargenome kenmerk van die Strong Nuclear Force kan slegs bestaan ​​as die Strong Nuclear Force 'n versnellingsveld bied om lig te versnel. Daarom moet die Sterk Kernkrag Swaartekrag wees.

Sê nou intense gravitasievelde is nie beperk tot massiewe sterre, neutronsterre en swart gate nie? Sê nou ons kan 'n swaartekragveld plaaslik versterk sodat ons 'n ruimtetyd-kompressiefaktor van 100,000,000 of groter kan ontwikkel? Onthou dat 'n snelheid van 0,98c 'n ruimtetydkompressiefaktor van 5,025 lewer en 'n snelheid van 0,999c 'n ruimtetydkompressiefaktor van 22,366 lewer (sien Tabel 1 hierbo). Sulke kompressiefaktore lei tot die omkeer van die volgorde van gebeure wat slegs 'n paar nanosekondes uitmekaar is. Daarbenewens is dit baie onprakties om van een verwysingsraam na 'n ander te skuif wanneer 'n mens teen 'n snelheid naby die lig in die een verwysingsraamwerk beweeg in verhouding tot die ander verwysingsraamwerk. Met voldoende swaartekragversterking om 'n ruimte-tyd-kompressiefaktor van meer as 10 17 te verkry, kan ons die volgorde van gebeure wat jare uitmekaar voorkom, moontlik omkeer. Dit blyk dat swaartekragversterking interstellêre ruimtereise moontlik en tydreise moontlik kan maak.

Algemene relatiwiteit laat ons wêreld en heelal baie vreemd lyk. Kyk na twee stophorlosies wat gekalibreer is om dieselfde te werk.Die eerste stophorlosie word in 'n baie sterk swaartekragveld geplaas en die tweede stophorlosie in 'n baie swakker gravitasieveld. Albei stophorlosies word op presies dieselfde oomblik begin. Die eerste stophorlosie meet die tyd stadiger as die tweede stophorlosie. Wanneer albei stophorlosies presies op dieselfde oomblik gestop word, word die eerste stophorlosie met die tweede stophorlosie vergelyk. Die eerste stophorlosie dui aan dat 'n korter interval tussen die begin en stop van die stophorlosies verloop het as die tydsverloop wat verloop het soos aangedui deur die tweede stophorlosie. Hoe kan twee verskillende tydintervalle gelyk wees (of dieselfde)? Of hoe kan dieselfde tydsinterval verskil soos gemeet deur twee identiese horlosies? Algemene Relatiwiteit!

Ruimtetyd is nie lineêr nie, maar geboë. Dit lyk asof dit 'n reguit lyn in ruimte of tyd is, omdat 'n swaartekragveld die pad van die lig buig. Vir 'n waarnemer blyk die ligpad 'n reguit lyn te wees. Tyd blyk 'n logiese volgorde van gebeure te wees. Ons weet dat swaartekrag & ldquoSpace-Time & rdquo en lig buig of verdraai op grond van die feit dat ons sterre kan sien wat ons weet deur ons Son deur ons son geblokkeer moet word, soos aangedui in Figuur 8 hierbo. Ons het radio en optiese teleskope gebruik om sterre en ander hemelliggame in kaart te bring gedurende ons jaarlikse wentelbaan om die son, sodat ons weet waar hierdie hemelliggame moet wees. As die son tussen ons en 'n agtergrondster is, kan ons die ster baie keer nog sien asof dit in 'n ander posisie is.

Daarom kan die oënskynlike plek waar 'n mens 'n voorwerp waarneem, nie die werklike ligging wees nie. Vertrou jou oë nie, hulle kan jou mislei! Die volgorde van gebeure in Space-Time hang ook af van u verwysingsraamwerk. Wat in u verlede in een verwysingsraamwerk kan voorkom, kan baie goed in u toekoms in 'n alternatiewe verwysingsraamwerk wees.


As 'n gebeurtenis op 'n tydstip in die ruimtetyd plaasvind, wat sal 'n waarnemer dan eers ervaar, dit is die swaartekrag of die lig daaruit? - Sterrekunde

'N Gebeurtenishorison kan basies beskou word as die grens van 'n swart gat, hoewel daar eintlik niks is wat aangeraak kan word of so iets nie. Wat spesiaal is aan 'n gebeurtenishorison, is dat sodra enigiets, materie of selfs lig verby die gebeurtenishorison gaan, dit nooit uit die swart gat kan ontsnap nie en sal dit verder val na die middel van die swart gat, wat 'n enkelheid genoem word. Dit is omdat die swaartekragveld van die swart gat op daardie stadium so sterk is dat niks, nie eers lig nie, die ontsnappingssnelheid kan bereik wat nodig is om die swart gat te verlaat. As gevolg hiervan is dit onmoontlik om inligting uit 'n swart gat te haal, sodat ons nie regtig weet wat buite 'n gebeurtenishorison is nie.

Daar is egter 'n paar dinge wat ons oor swart gate kan vertel deur Algemene Relatiwiteit te bestudeer. As u sou sien hoe iets in 'n swart gat val, sou u sien dat die voorwerp stadiger en stadiger val, en u sou nooit sien dat hulle die gebeurtenishorison bereik nie. Dit is omdat die lig wat die voorwerp uitstraal, moeiliker en moeiliker tyd het om aan die swaartekrag van die swart gat te ontsnap. En aangesien lig nie binne 'n horison kan ontsnap nie, sal u nooit 'n sein kan sien dat die voorwerp daar verby val nie.

Maar as u in 'n swart gat sou val en uitkyk, sou u die teenoorgestelde sien. Buiten lig van die res van die heelal sou vanuit u perspektief vinniger en vinniger na die swart gat val, en u sou sien dat die hele heelal voor u afspeel. Dit is 'n eienaardigheid van die krom van ruimte en tyd vanaf die swart gat. Die oomblik dat u die gebeurtenishorison oorsteek, lyk dit nie vir u iets spesiaals nie, maar u sal nooit weer in die res van die heelal kan ontsnap om te beskryf wat u gesien het nie. Dit is wat die wiskunde ons vertel, gebeur, maar selfs as iemand nuuskierig genoeg is om dit self te wil sien, sal hulle nie baie lank oorleef nie.

Wat eintlik buite die horison van die gebeurtenis is, sou in die middel van die swart gat 'n unieke karakter wees. Dit is die punt waar al die materie en energie wat in die swart gat val, val. Aangesien dit oneindig klein is, sou u dit nie kon sien nie, selfs al sou die lig kon ontsnap. Namate u al hoe nader aan die enkelheid val, sal die swaartekragte wat u aantrek, al hoe sterker word. Dit sal egter baie sterker aan u voete wees as u kop (as u aanvaar dat u eers voete val), aangesien dit nader aan die enkelheid is, sodat die swaartekrag u sal begin skeur. Uiteindelik word al die aangeleenthede, wat ook al die swart gat bereik, in die enkelheid getrek, wat net een oneindig klein punt in die ruimte in beslag neem.

Wat verder gebeur, is nie regtig bekend nie - dit is vir ons onmoontlik om te weet gegewe ons huidige teorieë. Sommige mense vermoed dat die saak in 'n "wit gat" êrens anders in die heelal of in 'n ander heelal uitgestraal word, maar dit is heel waarskynlik wetenskapfiksie. Daar is nêrens getuienis vir wit gate gesien nie, en daarbenewens word al die sake wat ingetrek word, uitmekaar geruk en in een punt inmekaar gesak, sodat dit waarskynlik nie herken kan word as wat dit ooit was as dit ooit sou kon ontsnap nie. .

Dit hang af van of ons praat oor die perspektief van die voorwerp wat deur die gebeurtenishorison val, of van 'n buite-waarnemer.

Die gebeurtenishorison is die afstand vanaf 'n swart gat waarin ruimtetyd sluit, dit wil sê alle moontlike bewegingslyne lei steeds tot die singulariteit in die middel van die gat. Die golflengte van alles wat probeer uitkom word in die oneindigheid verskuif, wat beteken dat selfs die lig na binne wil bly val. Dit is dus die punt van geen terugkeer wat die buite-waarnemer betref nie; enige voorwerp wat deur die gebeurtenishorison val, sal die voorwerp sien verdwyn, omdat lig wat deur die voorwerp uitgestraal word of weerkaats, nie meer kan ontsnap na waar die waarnemer kan dit sien.

Die voorwerp wat deur sy eie perspektief val, merk egter niks op nie. Daar is geen plaaslike meting wat u kan doen wat u kan vertel of u binne 'n gebeurtenishorison is nie. U sal uiteindelik uiteindelik in die enkelheid val, 'n punt waar ruimte en tyd tot 'n einde kom. Omdat die getykkragte van swaartekrag as gevolg van die verval in 'n enkelheid oneindig raak namate die singulariteit bereik word, sal selfs deeltjies so klein en sterk saamgehou word as protone of neutrone steeds deur die getye uitmekaar geruk word, aangesien dit die singulariteit bereik.


4 antwoorde 4

Die gebeurtenishorison is bloot die afbakening tussen die deel van die ruimtetyd waaruit die lig kan ontsnap en die deel van die ruimtetyd waaruit dit nie kan nie. In die sin is dit nie direk waarneembaar nie, nie deur eksterne waarnemers of deur waarnemende persone nie. Tog kan 'n eksterne waarnemer die effekte van die bestaan ​​van 'n streek waaruit niks kan ontsnap nie.

'N Eksterne waarnemer kan 'n voorwerp waarneem wat na daardie streek val. Die beweging van die voorwerp word toenemend vertraag, en die lig van die voorwerp word toenemend rooi verskuif en toenemend in intensiteit verminder, totdat dit nie meer vir alle praktiese doeleindes waarneembaar is nie. Die eksterne waarnemer sien nooit dat 'n voorwerp die gebeurtenishorison kruis nie, maar die voorwerp verdwyn vinnig uit die sintuie van die eksterne waarnemer as gevolg van die toenemende rooiverskuiwing en afnemende intensiteit. Dit gebeur as die voorwerp baie naby die gebeurtenishorison is.

Dit geld vir enige voorwerp wat na die swart gat val, insluitend die ster self - die ster waarvan die ineenstorting die swart gat vorm. Om te sê dat die swart gat nooit volgens die eksterne waarnemer vorm nie, sou die punt mis. Die eksterne waarnemer sien die ineenstortende ster vinnig en glad verdwyn, weer as gevolg van die vinnig toenemende rooiverskuiwing, aangesien die & oppervlakte & quot van die ster baie naby aan die punt van geen terugkeer kom. Om die verre eksterne waarnemer aan te hou om die lig van die ster op te spoor, moet groter en groter teleskope gebruik word om die steeds groter golflengte en steeds afnemende intensiteit vas te lê. Wanneer die rooiverskuifde golflengte die grootte van die heelal oorskry, of as die intensiteit onder een foton per ouderdom van die heelal val, word dit duidelik hopeloos. Dit vind binne 'n beperkte tyd plaas op die klok van die eksterne waarnemer, dus in hierdie sin is die eksterne waarnemer wel getuie van die vorming van die swart gat.

En onthou dat die geleentheidshorison 'n gebied van die ruimte omskryftyd. As ons dit wil probeer beskou as 'n streek van ruimte, dan moet ons onthou dat dit kan groei. Die gedeelte van die ruimte waar voorwerp wat besig is om te stort prakties onwaarneembaar word vir die eksterne waarnemer om 2:00, kan groter wees as die deel van die ruimte waar omgevalle voorwerpe om 1:00 feitlik nie waarneembaar geword het vir die eksterne waarnemer nie. As die eksterne waarnemer 'n video neem van voorwerpe wat na 'n swart gat val, sal die video wys dat die grootte van die gekke gebied (waar die lig van verre sterre aan die ander kant op duiselingwekkende maniere gebuig word) konstant is groei as gevolg van die massa wat verkry word deur die voorwerp wat val, selfs al word elke voorwerp wat nie val nie, waarneembaar voordat dit daardie (groeiende) streek bereik.

So ja, dit is waar dat 'n eksterne waarnemer nooit 'n voorwerp sien kruis oor die gebeurtenishorison nie. En dit is ook waar dat 'n eksterne waarnemer doen sien hoe die swart gat vorm en groei, in die ware sin dat die eksterne waarnemer 'n video kan neem en dit op die internet kan plaas vir die res van ons om te kyk (insluitend om te sien dat vallende voorwerpe glad daal en verdwyn, sowel as die duiselingwekkende effekte op die agtergrondlig van verre sterre), alles in 'n beperkte hoeveelheid tyd.


Antwoorde en antwoorde

Soos @Office_Shredder opgemerk het, is dit nie 'n ligklok nie, tensy die emitter en die detektor op dieselfde ruimtelike plek is. Geen van u voorbeelde het daardie eienskap nie.

Waar kry u hierdie voorbeelde vandaan?

Samevatting :: By die afleiding van die SR-vergelyking met behulp van 'n 'ligklok', lyk dit of die finale vergelyking afhang van die rigting van die fotonbaan relatief tot die trein

Dit is duidelik dat die eerste uitbeelding altyd uitgebeeld word, sodat daar 'n verklaring moet wees wat die geldigheid daarvan bo die ander ondersteun.

Soos ander genoem het, is nie een daarvan 'n behoorlike ligklok sonder om terug te keer na dieselfde plek in die raam waar dit tyd meet nie.

Dit gesê, die loodregte ligklok vermy die ingewikkelde lengte-inkrimping. Vir enige ander oriëntasie moet u ook lengte-inkrimping insluit. As u dit doen, sal u agterkom dat alle oriëntasies konsekwent is. Die loodregte oriëntasie word vir eenvoud gebruik.

Behalwe: ek kyk na daardie animasie fassinerend. Die pols kyk na die polsslag in die bewegende horisontale ligklok, en dit lyk asof dit terugkeer veel vinniger as sy uiterlike been. Ek weet dat die spoed daarvan altyd dieselfde moet wees en dat die tydsverskil die beweging van die spieëls is. Ek vertrou Janus om dit reg te doen, en ek weet dat die kloknommers daar is om te kyk of ek wil. Maar dit lyk vinnig. Ek dink ek transformeer intuïtief in die raam van die spieëls (baie onvanpas vir 'n stelsel wat 0,87c beweeg).

Ek wonder of mense soms met rame sukkel omdat ons dit heeltyd gebruik, maar wel kan sukkel om terug te tree van ons intuïtiewe gebruik daarvan. Ek het myself beslis betrap deur by 'n treinvenster uit te kyk en te dink dat iets soos & die bome regtig vinnig verby gaan, ons sal binnekort op die stasie wees & quot, wat vir almal volkome verstaanbaar is en 'n raamverandering in die sin behels.

Baie dankie aan almal vir u antwoorde. Ja, die besonderhede maak die verskil. Dit is die waarnemer wat die berekening maak. Hy kan die tyd wat die trein neem van a na b meet, meet en ook die tyd wat dit neem vir lig om van a na b te gaan meet, want hy het 'n goeie stophorlosie. Hy kan hierdie getalle op sy plek aanteken. Die waarnemer kry die tydmeting van die passasier wat sy eie stophorlosie het, nadat hy van die trein afgeklim het. Die berekening word uitgevoer nadat die eksperiment verby is.

Ek verstaan ​​nie die stelling dat die 'emitter en detector op dieselfde plek moet wees nie'. As ek eers die stelling aanvaar, is die animasie van Janus natuurlik 'n duidelike bewys dat die berekening saamhangend is met die lig van die ligklok en dieselfde vergelyking lewer. (Die wiskunde is deurmekaar, maar gee die resultaat). Ek bevraagteken die fisieke intuïsie dat die emittor en detector 'op dieselfde plek' moet wees. Is die relatiwiteitspunt nie dat daar geen 'absolute plasing' in die heelal is nie?

As u weet wat 'n wêreldlyn is, sê u dat die emitter en die detektor op dieselfde plek moet wees & quot sê dat hulle op dieselfde wêreldlyn moet wees, die wêreldlyn van een of ander spesifieke waarnemer. In SR word ook algemeen aangeneem dat dit die wêreldlyn van 'n traagheidswaarnemer is.

Hoop dit help, nie seker dit sal nie.

Alle & kwotiese en kwotasie-gebeure van die ligklok moet op dieselfde plek wees met verwysing na die rusraam van die ligklok. Oor die algemeen is slegs dan die tydverwidingsfaktor ## 1 / gamma ## vir die regmerkiesnelheid geldig.

Daarom moet u slegs 'n & quottick & quot-toonbank op een van die twee spieëls van die ligklok monteer.

In die rusraam van die lengte-ligklok met ruslengte ## L '= L_0 ##, is die & quottick & quot periode:
## Delta t '= frac <2L_0>##.

Vir die bewegende longitudinale ligklok is die & quottick & quot-periode (met Lorentz-inkrimping ## L = L_0 / gamma ##):
## Delta t = frac + frac = L ( frac + frac) = frac <2L> frac <1> <1 -v ^ 2 / c ^ 2> = frac <2L> gamma ^ 2 = frac <2L_0> gamma = Delta t '* gamma ##.

U kan die tydsverwidingsfaktor vir ## Delta t ## uit die omgekeerde Lorentz-transformasie vir tyd aflei:

## Delta t = gamma ( Delta t '+ frac* Delta x ') ##

Die verwysingsraamwerk vir 'op dieselfde plek' (vir opeenvolgende klok- & kwotiek- & quot-gebeure) is uiteraard die resraamwerk van die klok: ## Delta x '= 0 ##. Dan volg dit:

Behalwe: ek kyk na daardie animasie fassinerend. Die pols kyk na die polsslag in die bewegende horisontale ligklok, en dit lyk asof dit terugkeer veel vinniger as sy uiterlike been. Ek weet dat die spoed daarvan altyd dieselfde moet wees en dat die tydsverskil die beweging van die spieëls is. Ek vertrou Janus om dit reg te doen, en ek weet dat die kloknommers daar is om te kyk of ek wil. Maar dit lyk vinnig. Ek dink ek transformeer intuïtief in die raam van die spieëls (baie onvanpas vir 'n stelsel wat 0,87c beweeg).

Ek wonder of mense soms met rame sukkel omdat ons dit heeltyd gebruik, maar wel kan sukkel om terug te tree van ons intuïtiewe gebruik daarvan. Ek het myself beslis betrap deur by 'n treinvenster uit te kyk en te dink dat iets soos & die bome regtig vinnig verby gaan, ons sal binnekort op die stasie wees & quot, wat vir almal volkome verstaanbaar is en 'n raamverandering in die sin behels.

Kyk na die verwysingsraamvideo (Ivey & amp Hume, 1960) vanaf tydstempel 10:00.


Nie heeltemal dieselfde nie. maar die opstel van Push Me Pull You vertoon 'n paar interessante bewegings in die teenwoordigheid van moontlike visuele afleiding.
[www.youtube.com/watch?v=amfw2nABke4]

Soveel antwoorde. sommige lyk sirkelvormig, ander werp lig.
Ibix gesê
& quot Hulle kan nie op verskillende plekke wees nie, want u benodig twee horlosies, een by die emitter en een by die detektor, en hoe weet u dat die horlosies korrek nulgestel is? & quot
My weerlegging → die passasier hou 'n stophorlosie vas - dit klik wanneer die gloeilamp verlaat en weer kliek as die lig die detector tref. Daar is net een horlosie op die trein. Die waarnemer gebruik ook een horlosie. Ja, daar is twee horlosies in die voorbeeld, maar die een is op die trein en die ander is by die waarnemer - dit kan nooit gesinchroniseer word nie, en dit hoef ook nie te wees nie. Elke klok meet net verstreke tyd in sy raamwerk.

Dale gesê
& quot As 'n horlosie volgens een of ander raam nie op dieselfde plek bly nie, dan is dit nie in daardie raam nie en meet dit dus nie die tyd volgens die raam nie. & quot
→ die stophorlosie van die passasier bly stil in verhouding tot sy raam, dit is in sy hand. Net so die stophorlosie van die waarnemer.


Boogskutter A-Star werp lig met
& quot Alle & kwotiese & quot-gebeure van die ligklok moet op dieselfde plek wees met verwysing na die rusraam van die ligklok. Oor die algemeen is slegs die tydsverruimingsfaktor 1 / γ vir die bosluissnelheid geldig. Daarom moet u slegs een van die twee spieëls van die ligklok 'n & kwotick & quot-toonbank monteer. & Quot

Wel, my voorbeeld het nie spieëls gebruik nie. Maar as ek na u woorde 'bosluisgebeurtenisse' dink, sou ek sê een regmerkie gebeurtenis vind plaas by die emissie van die foton en 'n ander regmerkie gebeurtenis vind plaas by die opsporing. In my voorbeeld vind die regmerkiegebeurtenisse plaas in die stophorlosie wat in die hand van die waarnemer is. Dit is dieselfde plek in die passasier se raamwerk vir beide gebeurtenisse-uitstoot en opsporing.

Maar was u van plan om te sê?
& quot Alle & kwotiese & quot-gebeure van die ligklok moet op die plek wees waar die emissie en opsporing gebeurtenisse werklik gebeur & quot

Anders gestel, sê u dat die stophorlosie fisies ook op die plek van emissie en op die plek van opsporing moet wees? Waarvoor ooit ?? As ek twee fotodetektore op dieselfde elektriese stroombaan het (met een detektor by die emitter en 'n ander by die detector), kan ek u vereiste bereik - ek kan nie die fisiese intuïsie sien wat dit sou laat bepaal nie. Ek voel dat hierdie beperking stil en sonder verduideliking ingeglip is - die manier waarop 'n towenaar verkeerde aanwysings sou gebruik om 'n truuk uit te voer.

Natuurlik kan enigiemand sê dat alle gebeure eintlik gebeurtenisse in RUIMTYD is, dus as u tyd en tyd alleen wil meet (soos ons ook doen wanneer ons die lorentz-fitzgerald-faktor bereken), moet u die ruimtelike koördinate konstant hou in ander woorde, emissie- en opspoorgebeurtenisse moet op dieselfde plek plaasvind, selfs binne 'n traagheidsraamwerk. As u 'n eksperiment opstel, moet u hierdie beperking respekteer.

Maar stap 'n oomblik terug, waarom het ons ons ooit voorgestel dat RUIMTE iets is? die bepaling van RUIMTYD lyk na 'n sirkelargument. Ons vereis eerstens dat gebeure in RUIMTYD plaasvind, en dan lei ons 'n vergelyking (SR) uit daardie aanname. Ek kan dan nie sien hoe SR ons onafhanklike bewys lewer dat RUIMTYD die fundamentele weefsel moet wees wat ons bewoon nie. Ek weet dat SR werk. Maar dan is dit net 'n induktiewe bewys.

Soos u almal kan sien, gebruik ek op hierdie stadium nie vergelykings nie - ek praat van fisika - die werklike fisiese vereistes wat ons intuïsie rig. Vertel my asseblief net as my vorige drie paragrawe die wesenlike argument raak, of dit so ver is dat dit nie eens verkeerd is nie.


My gedagtes oor ruimtetyd en materie-swaartekrag

Laat ek begin deur te sê dat ek 'n beginner is wat verskillende teorieë in fisika betref en wat ek hieronder skryf, is my pogings om die konsepte agter wat ek geleer het, te visualiseer. Dit is min of meer vir my genot om die natuur te probeer verstaan. Baie konsepte wat ek aanbied, kan uit bestaande teorieë geleen word, en sommige hoop ek is oorspronklik. As u dit lees, probeer 'n oop gemoed hê en lewer waar moontlik konstruktiewe kritiek.

Sedert Einstein sy Theory of Relativity uitgereik het, het die konsep Space-Time baie wetenskaplikes sowel as die lekepersoon soos ek geïnteresseerd. Hy het Ruimte en tyd elegant saamgebind en die idee weggegooi dat die tyd konstant is. Sommige van hierdie konsepte was moeilik om te begryp as 'n visuele persoon (en nie op Wiskunde vertrou nie - amper 20 jaar gelede). Die feit dat tyddilatasie (en lengte-inkrimping) plaasvind wanneer voorwerpe wegbeweeg van ander & quotrelative & quot voorwerpe en die feit dat swaartekrag dieselfde gevolge kan veroorsaak, is 'n monumentale verskuiwing in die paradigma van ons begrip van die natuur. Terwyl ek besef dat gesonde verstand dikwels misluk op die gebied van Fisika, het my geneigdheid tot visualisering soos volg verwerklik.

Die snelheid van die lig is 'n konstante van die natuur. Relatief gesproke vanuit die oogpunt van 'n waarnemer verander Ruimtetyd vir 'n voorwerp in beweging volgens konstante ligspoed. Terwyl ons besef dat 'n voorwerp nie met die ligspoed kan beweeg nie, moet die tyd stop as dit gebeur (soos waargeneem deur ander relatiewe voorwerpe). Dit is ook interessant om daarop te let dat die lengte van die voorwerp tot nul moet saamtrek. Dit dui daarop dat ruimte en tyd een en dieselfde ding is, net twee verskillende kante van dieselfde munt. Gooi hierdie effek in die effek van swaartekrag op ruimtetyd waar swaartekrag gelyk is aan versnelling en voorwerpe dieselfde effekte ervaar as net beskryf. Dit impliseer dat die tyd- en dimensie-effekte op voorwerpe relatief is tot die ruimtetydpunte.

'N Onlangse ontwikkeling in die konsep van Dark-Energy hou moontlik verband met al hierdie dinge. Soos ek dit verstaan ​​is Dark-Energy 'n eienskap van Space of Vacuum wat afstotende krag uitoefen. Dit dui daarop dat die uitbreiding van die heelal vir ewig sal voortduur, ondanks die swaartekrag van sake (uitbreiding gewen deur inkrimping). So, wat is hierdie donker-energie? Kan dit wees dat Ruimtyd self eienskappe het van uitbreiding of groei wat veroorsaak word deur verdeling van eenheid Ruimtetyd (op 'n plankevlak), baie soos sellulêre verdeling? As 'n mens sou aanneem dat hierdie & quotgroei & quot van Ruimtetyd op elke punt voorkom en dat dit met die snelheid van die lig plaasvind, is dit moontlik om baie verskynsels in die natuur te verklaar.

In die eerste plek kan hierdie model baie eienskappe van lig verklaar. As ons aanneem dat 'n foton 'n pakket energie is wat 'n Plank Ruimtetyd inneem (as daar iets is), is dit nie moeilik om te dink dat die uitbreiding as gevolg van die groei van Ruimtetyd self met die snelheid van die lig verantwoordelik is vir die snelheidskonstante . Doppler-effek (spektrumverskuiwing) van lig kan ook verklaar word, aangesien relatiewe verskil in beweging teenoor die ligbron beteken dat u verskillende hoeveelhede gekwantifiseerde ruimte-tyd-uitbreiding ervaar. Die feit dat lig met 'n konstante & quotc & quot beweeg, word 'n blote neweproduk van die Ruimtetyd wat op & quotc & quot opblaas, dus as 'n foton vrygestel word & quot, neem dit bloot deel aan die alreeds huidige Ruimtyd-uitbreiding (dus geen versnelling betrokke nie). As dit waar sou wees, moet daar 'n beperking wees op die maksimum vlak van ligenergie wat toegelaat word op grond van Plank se konstante (waarskynlik al gepostuleer). Ruimtydverdeling / inflasie / groeimodel dwing slegs een rigting van die tyd (kan nie in die tyd teruggaan nie, tensy die Ruimtydverdeling omgekeer kan word).

Beskou die tydverwyding van voorwerpe in beweging. As voorwerpe A en B relatief tot mekaar rus, sal hulle dieselfde (of baie soortgelyke) effekte van ruimte-tydinflasie ervaar. As die voorwerp B nou van voorwerp A afbeweeg, moet B verskillende stel ruimte-tydinflasie / groei ondervind in vergelyking met A. Die voorwerp B sal ervaar wat volgens hom 'n & quotnormale & quot-tydvloei is, maar die voorwerp A sal die veroudering waarneem stadig omdat B minder ruimte-tyd inflasie / groei ervaar soos wat voorwerp A ervaar. Dieselfde kan gesê word van lengte-inkrimping.

Nou weet ons almal dat swaartekrag beskou kan word as 'n vervorming van Ruimtetyd en stof wat deur die teenwoordigheid van Materie veroorsaak word. Dit kan herskryf word om te sê dat Materie ruimte-tydverdeling / inflasie / groei teëstaan ​​of belemmer. Hoe dit moontlik is, kan bespreek word, maar miskien kan mens aan Matter dink dat dit energie beperk is in 'n soort Hyperspace (daar is immers 11 dimensies) wat ruimte-tydverdeling op 'n fundamentele vlak toon of belemmer (weer kom Plank se konstante verstand). In elk geval is dit maklik om die ekwivalensie van swaartekrag en versnelling te sien, aangesien dit betrekking het op hoe 'n voorwerp die ruimte-tyd-verdeling / inflasie / groei ervaar. Versnelde voorwerp beweeg deur Ruimtetyd op 'n manier identies aan 'n voorwerp in die Gravitasieveld wat die & quotmanipulated & quot Ruimtetyd ervaar. Swaartekrag ook & quotbends & quot lig (geodesiese pad) as gevolg van hierdie & quotmanipulated & quot Ruimtetydverdeling / inflasie / groei aangesien ek aanvaar dat 'n foton se beweging daardeur gedikteer word.

'N Ander fisika-gebied waar hierdie Ruimtydverdeling / inflasie / groeimodel van nut kan wees, is om die golf / deeltjie-dualiteit van lig te verklaar. Die berugte dubbelspleet-eksperiment dui daarop dat lig van golf-aard is weens interferensiepatrone, selfs wanneer individuele fotone vrygestel word. Hierdie golf-aard van lig kan maklik verklaar word as u aanvaar dat 'n proses van & quotdivision & quot inderdaad plaasvind vir Ruimtetyd wanneer fotone deur hierdie proses & quotquotured & quot & quot; Ek sal nie eens waag om te raai hoe hierdie ruimtetydseenhede of -selle met mekaar interaksie het nie, maar dit is nie vergesog om aan te neem dat 'n vorm van golfagtige interferensie-effekte gesien sal word nie. Wat die deeltjie-aard van die lig betref, is die aanname wat voorheen gestel is dat 'n foton 'n bondel energie is wat 'n eenheid of 'n sel van die ruimtetyd inneem, en vereis hierdie & quotquantified & quot deeltjie gedrag.

Wat van die enkelheid en die swart gat? Nou waag ek my aan swaar dinge, maar selfs hier pas die Space-Time-afdeling / inflasie / groeimodel mooi in. As daar genoeg massadigtheid is wat die natuurlike ruimte-tydverdeling / inflasie / groei teenwerk, sal Event Horizon rondom die Swartgat gevorm word. In werklikheid wil dit voorkom asof die definisie van Black Hole 'n massa word wat al die aangrensende Plank-ruimtetyd beset binne die streek van Event Horizon. Kan dit so eenvoudig wees?

Een van die interessantste kenmerke van kwantummeganika is die onsekerheidsbeginsel, wat sê dat die werklikheid op waarskynlikheid berus (behalwe dat die momentum en posisie nie gelyktydig geken kan word nie). Dit is die mees kontra-intuïtiewe feit in die hele wetenskap, veral omdat ons so gewoond is aan Classic Mechanics se oorsaak-en-gevolg. Wel, as u daaraan dink, kan Ruimtydverdeling / inflasie / groei op 'n manier daartoe bydra dat die werklikheid op waarskynlikheid gebaseer is. Alhoewel ek net kan raai oor die interaksies tussen ruimte-tydverdeling / inflasie / groei-eenhede met mekaar, moet dit net waarskynlikheid in die mengsel (IMHO) inbring.


As 'n gebeurtenis op 'n tydstip in die ruimtetyd plaasvind, wat sal 'n waarnemer dan eers ervaar, dit is die swaartekrag of die lig daaruit? - Sterrekunde

deur Jim Haldenwang
12 November 2004 geskryf
30 Julie 2012 hersien

Hierdie artikel beskryf die aard van die ruimtetyd in en rondom swart gate. Teen die einde van die vraestel word die leser op 'n denkbeeldige reis in 'n swart gat geneem. Maar eers stel die leser kennis met 'n baie elegante teorie oor ruimte, tyd en swaartekrag en die algemene relatiwiteitsteorie van Einstein. Algemene relatiwiteit gee ons die nodige instrumente om swart gate te verstaan. In hierdie artikel neem ek aan dat die leser vertroud is met calculus en spesiale relatiwiteit. Ons begin deur die spesiale relatiwiteitsteorie te hersien en 'n meetkundige benadering in te voer wat natuurlik lei tot die algemene teorie.

Die spesiale relatiwiteitsteorie

Spesiale relatiwiteit word 'spesiaal' genoem omdat dit 'n spesiale tipe beweging beskryf: eenvormige, reguitlynbeweging sonder enige versnelling. Twee waarnemers wat in eenvormige, reguitlynbeweging ten opsigte van mekaar verkeer, word traagheidwaarnemers genoem. Hul verwysingsraamwerke word traagheidsverwysingsraamwerke genoem. As twee waarnemers relatief tot mekaar versnel, is dit nie traagheidswaarnemers nie, en kan hul situasie nie deur spesiale relatiwiteit hanteer word nie. Einstein het in die jaar 1905 spesiale relatiwiteit ontwikkel, met die fokus op traagheidswaarnemers en versnelling geïgnoreer. Gedurende die volgende tien jaar kon hy sy teorie veralgemeen sodat dit alle vorme van beweging insluit, insluitend versnelling en swaartekrag. Einstein publiseer sy algemene relatiwiteitsteorie in 1916. (Hy publiseer sy eerste referaat oor hierdie onderwerp in November 1915.) Ons sal die algemene relatiwiteitsteorie binnekort ondersoek.

Spesiale relatiwiteit is gebaseer op twee beginsels. Eerstens is die spesiale relatiwiteitsbeginsel, wat bepaal dat die wette van fisika in alle traagheidsverwysingsraamwerke dieselfde is. Dit beteken dat daar geen absolute rusraam is nie. Die standpunt van die een waarnemer is net so geldig as die van die ander. Die tweede beginsel is Einstein se ligpostulaat, wat verklaar dat die spoed van lig in vakuum konstant is en dieselfde waarde het vir alle traagheidswaarnemers. Hierdie postulaat is bevestig deur ontelbare eksperimente. Hierdie eksperimente het altyd dieselfde waarde gevind vir die snelheid van die lig in die leë ruimte, ongeag die (eenvormige) bewegings van die meetapparate. Die spoed van lig in vakuum is ongeveer 300 000 km (kilometer) per sekonde. Hierdie snelheid word voorgestel deur die letter c, wat staan ​​vir celeritas (Latyn vir "vinnig").

Die konstantheid van die ligsnelheid is in stryd met ons gewone, alledaagse ervaring van beweging. Normaalweg as ons die snelheid van 'n voorwerp meet, meet ons die snelheid ten opsigte van iets. As ek byvoorbeeld 3 myl per uur loop, word verstaan ​​dat my spoed gemeet word aan die grond waarop ek loop. As ek 3 km / h in 'n bewegende trein loop, kan 'n waarnemer langs die spore die trein se snelheid tot 60 km / uur meet en my snelheid 63 km / uur. 'N Passasier wat in die trein sit, sal my spoed egter tot 3 km / h meet. Ons sê dat beweging relatief is. Lig tree nie so op nie. As ek in 'n ruimteskip wegvlieg van die son teen 100.000 km / sek. En ek meet die snelheid van die sonstrale wat by my verby stroom, kry ek nie 'n waarde van 200 000 km / sek., Soos 'n mens sou verwag nie. In plaas daarvan sal die meting 300 000 km / sek wees en dieselfde waarde as waarnemers hier op aarde behaal.

Om hierdie merkwaardige resultaat te verstaan, moet ons dit wat ons meet, van naderby beskou wanneer ons die spoed van 'n voorwerp meet. Om die snelheid van enigiets te meet, deel ons die afstand in die ruimte deur die hoeveelheid tyd wat dit geneem het om daardie afstand af te lê. Met ander woorde, ons meet spoed in eenhede van die ruimte gedeel deur tyd. As die snelheid van die lig dus werklik konstant is vir alle waarnemers, ongeag hul relatiewe bewegings, moet dit die eenhede van ruimte en tyd wees wat verander. Einstein se insig was om te besef dat ruimte en tyd nie absoluut en onveranderlik is nie, soos voorheen gedink. In plaas daarvan is ruimte en tyd relatief en hang af van die beweging van die waarnemer.

In sy spesiale relatiwiteitsteorie het Einstein presies uitgewerk hoe die eenhede van ruimte en tyd moet wissel om die snelheid van die lig konstant te hou vir alle traagheidswaarnemers. Gestel byvoorbeeld twee waarnemers, Alice en Bob, besluit albei om die spoed van 'n verbygaande ligstraal vanaf die son te meet. Alice is in 'n ruimteskip wat 150.000 km / s van die aarde en die son wegrits (die helfte van die ligspoed), terwyl Bob in sy sterrewag op die aarde rus. Beide Alice en Bob kom met dieselfde spoed vir die ligstraal, naamlik 300 000 km / s. Hulle het albei die afstand wat die ligstraal afgelê het oor 'n tydperk gemeet. Om Alice se meting aan boord van haar bewegende ruimteskip dieselfde as Bob s'n te laat uitkom, kom Bob tot die gevolgtrekking dat Alice se meetstok korter as sy eie moet wees, en dat haar stophorlosie stadiger moet loop as syne. Vanuit Bob se oogpunt het die ruimte in die rigting van Alice gekrimp en die tyd vir Alice het vertraag of vergroot. Ruimtekontrakte en tyd vergroot presies met die benodigde hoeveelheid, sodat wanneer Alice die snelheid van 'n verbygaande ligstraal meet, dieselfde waarde verkry as wat Bob doen. Twee handige geheueherinnerings om te onthou hoe ruimte en tyd met beweging verander: "bewegende stokke word verkort" en "bewegende horlosies loop stadig."

Ten einde die hoeveelheid wat ruimte en tyd verander, met eenvormige beweging te kwantifiseer, het Einstein 'n faktor bekendgestel wat genoem word & gamma (gamma). In SI (standaard internasionale) eenhede van meter (m) en sekondes (s) word & gamma gegee deur

As Alice se ruimteskip byvoorbeeld met die helfte van die ligsnelheid beweeg, dan is v = 150,000,000 m / s, dus 1 & minus v 2 / c 2 = 1 & minus (150,000,000 m / s) 2 / (300,000,000 m / s) 2 = 0,75, en so & gamma = 1 / & radikaal (0,75) & asimp 1.15. Om die lengte van Alice se maatstaf relatief tot Bob te bepaal, deel ons deur & gamma. As haar meetstok een meter lank is as sy in rus is, is die lengte van Alice se stok as sy teen die helfte van die ligspoed beweeg, volgens Bob 1 m / 1,15 = 0,87 m. Volgens Alice is haar stok egter nog presies een meter lank. Om te bepaal hoeveel stadiger haar horlosie relatief tot Bob loop, vermenigvuldig ons met & gamma. Aangesien 1 s en tye 1.15 = 1.15 s, vind Bob dat Alice se horlosie ongeveer 15% stadiger as syne loop.

In die algemeen is SI-eenhede nie baie handig om mee te werk nie. In plaas daarvan gebruik ons ​​wat bekend staan ​​as 'geometriese eenhede'. Met meetkundige eenhede meet ons afstand en tyd in meter. Om tyd van sekondes na meter om te skakel, vra ons, hoe lank neem dit lig om 'n afstand van een meter af te lê? Aangesien lig 300 miljoen meter binne een sekonde beweeg, beweeg lig een meter in net een 300 miljoenste sekonde. Een meter tyd is gelyk aan 1 / 300,000,000 s. In geometriese eenhede is die snelheid van die lig 1 en dimensieloos, aangesien die lig 1 meter in 1 meter tyd beweeg (c = 1 m / 1 m = 1). Geometriese eenhede is baie geriefliker om mee te werk in die relatiwiteitsteorie. Soos ons binnekort sal sien, behandel relatiwiteit ook ruimte en tyd baie, dus is dit gepas om dieselfde eenhede vir beide te gebruik.

As ons c = 1 vervang deur die formule vir & gamma hierbo gegee, verkry ons & gamma in geometriese eenhede:

As ons terugkom na ons voorbeeld van Alice en Bob, kan ons nou & gamma bereken deur geometriese eenhede te gebruik. Aangesien die ruimteskip teen die helfte van die ligspoed beweeg, v = 0.5, dus 1 & minus v 2 = 1 & minus (0.5) 2 = 0.75, en & gamma = 1 / & radikaal (0.75) & asimp 1.15, dieselfde resultaat wat ons vroeër behaal het.

In die relatiwiteitsteorie werk ons ​​dikwels met twee koördinaatstelsels (verwysingsraamwerke) wat in verhouding tot mekaar is. Elke koördinaatstelsel verteenwoordig ruimtetyd soos deur een van die waarnemers ervaar. Aangesien ruimtetyd vier dimensies het (drie van ruimte en een van tyd), moet ons vier koördinate spesifiseer. As ons die koördinate van 'n punt in een koördinaatstelsel ken, sê (t, x, y, z), wil ons dalk die koördinate van daardie punt in die ander koördinaatstelsel ken. In Newtonse meganika kan ons hierdie ander koördinate vind, sê (t & prime, x & prime, y & prime, z & prime), deur die Galileese transformasie te gebruik. Beskou twee waarnemers O en O & prime, waar O & prime met konstante snelheid v beweeg langs die positiewe x-as van 'n Cartesiese koördinaatstelsel, en die posisies van O en O & prime val saam met die oorsprong op tyd t = 0. Sien figuur 1. In hierdie konfigurasie ( bekend as die standaardkonfigurasie), word die Galilese transformasie gegee deur

In spesiale relatiwiteit sal die Galilese transformasie nie werk nie. Dit is as gevolg van tyddilatasie en ruimtelike inkrimping. Let byvoorbeeld op hoe die tydkoördinaat nie in die Galilea-transformasie verander nie, alhoewel die twee koördinaatstelsels relatief tot mekaar in beweging is. Dit weerspieël die Newtonse wêreldbeskouing, waarin die tyd absoluut en onveranderlik is. In spesiale relatiwiteit word die Galilese transformasie vervang deur die Lorentz-transformasie. In geometriese eenhede word die Lorentz-transformasie gegee deur

Die Lorentz-transformasie kan verkry word deur die spesiale relatiwiteitsbeginsel en die ligpostulaat op twee koördinaatstelsels toe te pas in die standaardkonfigurasie hierbo beskryf.

In die Euklidiese meetkunde meet ons die ruimtelike afstand en Deltad tussen twee voorwerpe of gebeurtenisse deur die stelling van Pythagoras te gebruik:

waar & Deltax, byvoorbeeld, die verandering in x is, dit wil sê die verskil tussen die x-koördinate van twee gebeurtenisse. Veronderstel byvoorbeeld dat Alice en Bob vangspeel. Bob gooi die bal na Alice. Kom ons verwys na die plek en tyd waar Bob die bal gooi as gebeurtenis P en die plek en tyd waar Alice dit vang as gebeurtenis Q. Ons kan die x-koördinaat van gebeurtenis P as x aanwysP en die x-koördinaat van gebeurtenis Q as xV. Dan & Deltax = xV & minus xP. Net so, & Deltay = yV & minus yP en & Deltaz = zV & minus zP. Deur die stelling van Pythagoras te gebruik, kan ons die afstand tussen hierdie twee gebeure & Deltad bereken.

In Newtonse meganika word die stelling van Pythagoras gebruik om die afstand of ruimtelike skeiding tussen twee gebeurtenisse te meet. Die afstand en Deltad is raam-invariant, wat beteken dat twee Newtonse waarnemers in relatiewe beweging tot mekaar altyd dieselfde waarde sal verkry as hulle die afstand tussen twee gebeurtenisse meet. Om te bewys dat die Pythagorese afstand onveranderlik is onder die Galilese transformasie, begin ons met

en vervang x & prime, y & prime en z & prime met behulp van die Galilese transformasie. Byvoorbeeld,

Nadat hierdie algebraïese manipulasies voltooi is, kan die leser dit verifieer

wat toon dat die afstand raam-onveranderlik is onder die Galilese transformasie. Die Pythagorese afstand is egter nie onveranderlik onder die Lorentz-transformasie nie. Dit is omdat ruimtelike afstande in spesiale relatiwiteit kan wissel vir waarnemers wat relatief tot mekaar beweeg.

Alhoewel Einstein bevind het dat ruimte- en tydmetings in verskillende verwysingsraamwerke kan wissel, het sy wiskunde-onderwyser Minkowski 'n manier gevind om ruimte en tyd saam te meet op so 'n manier dat die meting nie verskil nie. Hierdie ontdekking was van fundamentele belang vir die daaropvolgende ontwikkeling van algemene relatiwiteit. Minkowski het die Euklidiese afstand vervang deur die ruimtetyd interval. Die raam-onveranderlike ruimtetydinterval en Deltas tussen twee gebeurtenisse word gedefinieer deur

In teenstelling met gewone afstand, meet die ruimtetydsinterval die skeiding tussen twee gebeurtenisse in beide ruimtes en tyd. Om te bewys dat die ruimtetydinterval onveranderlik is onder die Lorentz-transformasie, begin ons met

en vervang t & prime, x & prime, ens. met behulp van die Lorentz-transformasie, soos hierbo gegee (1). Na enkele algebraïese manipulasies kan die leser dit verifieer

wat wys dat die interval raam-onveranderlik is. Minkowski se ontdekking stel ons in staat om die ruimtetydinterval in die plek van die stelling van Pythagoras te gebruik om 'afstand' (ruimtetydskeiding) in die nie-Euklidiese meetkunde van spesiale relatiwiteit te meet.

Wat beteken die raam-invariansie van die ruimtetydinterval regtig? Minkowski het gesê: "Voortaan het die ruimte op sigself en die tyd op sigself in die mooiste skaduwees verdwyn en slegs 'n soort versnit van die twee bestaan ​​in sy eie reg." Beskou 'n driedimensionele voorwerp, sê 'n stok. Dit gooi 'n tweedimensionele skaduwee teen 'n muur. As ons die stok omdraai, verander die lengte van die skaduwee, al bly die stok self dieselfde lengte. Op 'n analoë manier kan ons 'n vier-dimensionele "voorwerp" in die ruimtetyd voorstel. Alle traagheidswaarnemers is dit eens dat hierdie voorwerp dieselfde "lengte" (interval) in ruimtetyd het. Verskillende waarnemers sien egter verskillende lengtes vir die driedimensionele "skaduwee" van die voorwerp in die ruimte.

Met behulp van die ruimtetydinterval en geometriese eenhede kan ons die skeiding tussen twee gebeurtenisse op een van drie maniere klassifiseer:

1. As & Deltas 2 & lt 0, word die gebeure gesê tydig skeiding. Vir twee gebeurtenisse met tydelike skeiding is die skeiding in die ruimte minder as die skeiding in die tyd. Oorweeg die volgende om dit te sien:

wat toon dat & Deltad / & Deltat 2 = 0, die gebeure word gesê nul of liggies skeiding. In hierdie geval lê die gebeure op die wêreldlyn van 'n ligstraal. Die skeiding in die ruimte en die skeiding in die tyd is gelyk. (& Deltad = & Deltat, of & Deltad / & Deltat = 1, die spoed van lig in geometriese eenhede.)

3. As & Deltas 2 & gt 0, word die gebeure gesê ruimtelik skeiding. Twee gebeure met ruimtelike skeiding kan nie op dieselfde wêreldlyn lê nie, aangesien & Deltad / & Deltat> 1 (groter as die snelheid van die lig). In hierdie geval bestaan ​​daar altyd 'n traagheidsverwysingsraamwerk waarin die gebeure gelyktydig is (geskei in die ruimte, maar nie in die tyd nie).

In spesiale relatiwiteit is die bane van materiële deeltjies beperk tot tydagtige wêreldlyne, en die bane van fotone (ligstrale) is beperk tot nul of ligagtige wêreldlyne. Ruimtelike wêreldlyne is uitgesluit. (Ruimtelike wêreldlyne kom ooreen met paaie wat vinniger is as die snelheid van die lig, of wat agtertoe in die tyd gaan.) Sien figuur 2. In hierdie diagram stel die vertikale as t tyd voor en die horisontale as x verteenwoordig een dimensie van die ruimte. Die oorsprong O verteenwoordig die huidige oomblik vir een of ander waarnemer. Die toekoms van die waarnemer lê êrens tussen die twee ligagtige wêreldlyne, met t & gt 0. Die verlede van die waarnemer lê êrens tussen hierdie twee wêreldlyne, met t & lt 0. As ons 'n dimensie sou toevoeg deur ay-as loodreg op die x en t te voeg asse, sou die ligagtige wêreldlyne twee keëls vorm wat by die oorsprong ontmoet. Dit word 'ligkegels' genoem.

Wanneer twee gebeurtenisse tydelike skeiding het (& Deltas 2 & lt 0), definieer ons die regte tyd interval tussen die gebeure wat moet wees & Delta & tau (delta tau), waar

Die regte tyd, ook bekend as die polshorlosietyd, is die tyd wat gemeet word deur 'n waarnemer wat albei gebeure ervaar. Aangesien die regte tyd vir ligte wêreldlyne nul is, kan ons sê dat fotone nie die verloop van tyd ervaar nie. (& Delta & tau = | & Deltas | = 0 vir fotone.)

Kom ons kyk na die ruimtetydinterval van 'n foton wat in die x-rigting beweeg. Vir hierdie foton is & Deltay en & Deltaz nul. Setting & Deltas 2 = 0, kry ons

wat die resultaat is wat verwag kan word. In alle traagheidsraamwerke is die spoed van lig konstant en gelyk aan een in geometriese eenhede.

As 'n ander voorbeeld, kom ons kyk na die geval van die tweelingsusters, Mary en Jane. Jane besluit om na die naaste ster, Alpha Centauri, te reis. Sy beskik oor 'n baie vinnige ruimteskip, een wat amper net so vinnig soos lig kan reis. Haar suster Mary is egter ietwat tuis, en verkies om op aarde te bly. Kom ons vergelyk die regte tye van die twee susters en gebruik Mary se verwysingsraamwerk vir ons berekeninge. Ons ignoreer versnelling in hierdie voorbeeld, waarvoor ons algemene relatiwiteit sal moet gebruik. In plaas van meter gebruik ons ​​ook jare vir t en ligjare vir x.

Mary neem afskeid van Jane en wag 12 jaar. Na 12 jaar keer Jane terug van haar reis na Alpha Centauri, 4,5 ligjaar weg. Mary bereken haar eie regte tydsinterval soos volg:

Aangesien sy tuis gebly het, het sy & Deltax = 0 in haar berekening gebruik.

Mary is verbaas om te ontdek dat Jane egter nie soveel ouer geword het as sy nie. Sy is nie so verbaas nadat sy Jane se regte tydsinterval bereken het nie. Met behulp van & Deltax = 9 ligjaar, verkry sy:

Kyk na figuur 3. Hierdie berekening is weereens net korrek, aangesien geen aanpassing gemaak is vir die tyd wat Jane aan die versnelling en vertraagde tyd bestee het nie. Hierdie voorbeeld illustreer egter 'n interessante feit: die langste pad deur die ruimtetyd van Minkowski is eintlik die een wat geen beweging deur die ruimte behels nie, maar net die tyd. Dit is omdat ons aftrek die ruimtelike komponente van die pad om die interval te bereken. Minkowski-ruimtetyd (ons ruimtetyd!) Is werklik nie-Euklidies van aard.

Die Algemene Relatiwiteitsteorie

Spesiale relatiwiteit hou nie rekening met versnelling nie. Versnelling vind plaas wanneer 'n waarnemer haar snelheid of bewegingsrigting verander. In 1907 het Einstein wat hy noem 'die gelukkigste gedagte in my lewe' gehad, dat die gevolge van versnelling nie van die swaartekrag-effekte onderskei kan word nie. Einstein noem dit die beginsel van ekwivalensie. Gestel jy reis byvoorbeeld in 'n ruimteskip ver weg van enige planeet. Gestel die vuurpyle skiet, wat veroorsaak dat die ruimteskip vorentoe versnel teen 'n snelheid van 10 m / s 2. U sal binnekort op die "vloer" van die ruimteskip (die agterste skoot) kom. U sou 'n krag ervaar wat nie van swaartekrag onderskei kon word nie. U kan opstaan ​​en om die agterste skoot loop, en dit sal vir u dieselfde voel asof u op die aarde rondloop.

Sodra Einstein besef het dat die effekte van swaartekrag en versnelling ekwivalent is, kon hy die relatiwiteitsbeginsel van traagheidsverwysingsraamwerke uitbrei na almal verwysingsraamwerke. Hy het dit gedoen deur aan te toon dat die wette van fisika wat versnelling beskryf, ook gebruik kan word om swaartekrag te beskryf.

Om te verstaan ​​hoe Einstein sy gelykwaardigheidsbeginsel gebruik het, kan u 'n vrolike speelplek voorstel (die tipe kinders gryp na en hardloop langsaan om spoed op te bou en dan te spring). Wanneer die vrolikheid ronddraai, sal enige kinders aan boord 'n uitwaartse rigting ervaar, sentrifugale krag genoem. Stel u nou voor dat u honderde tandestokkies op die gholfbaan plaas en 'n reeks konsentriese ringe vorm, sommige naby die middelpunt van die gholfbaan, sommige buite die rand en ander tussenin. Stel jou voor die tandestokkies is vasgeplak en so gerangskik dat hulle almal in die rigting van die draai van die vrolikheid wys. Stel jou nou voor dat jy langs die vrolikheidsreis staan ​​en kyk hoe dit ronddraai, met die konsentriese ringe van tandestokkies wat daarmee draai. Aangesien die tandestokkies relatief tot u beweeg, sal dit volgens spesiale relatiwiteit korter word ("bewegende stokke word ingekort"). Die tandestokkies naby die buitekant van die merry-go-round beweeg die vinnigste, dus trek hulle die meeste saam. Net soos die tandestokkies verkort word, word die ruimte self verkort of skeefgetrek. Vervolgens vervang u die tandestokkies met klein horlosies, honderde van hulle oral in die vrolikheid. Nou as die vrolike draaie om die horlosies stadiger loop, met diegene wat buite is, stadiger loop as dié naby die sentrum. Tyd vertraag op die vrolikheid, veral naby die buitenste rand. Gedagte-eksperimente soos hierdie het Einstein laat blyk dat die ruimtetyd in die teenwoordigheid van versnelling verdraai moet word. En aangesien hy geglo het dat versnelling gelykstaande is aan swaartekrag, het Einstein gesien dat ruimtetyd ook in die teenwoordigheid van swaartekrag moet verdraai word. Hy het gou geglo dat materie en energie die ruimtetyd laat kriewel, en hierdie kromtrekking van die ruimtetyd is wat ons ervaar as swaartekrag.

Volgens Einstein reis 'n kind in 'n vrolike reis deur skewe ruimtetyd, wat sy as sentrifugale krag ervaar. Sy probeer 'n pad volg deur kromgetrekte ruimtetyd wat wegloop van die vrolikheid. Ons reise deur die kromgetrekte ruimtetyd naby die planeet Aarde laat ons ook die krag ervaar wat ons swaartekrag noem. (En let op dat ons, selfs wanneer ons stilstaan, steeds deur die tyd reis, sodat ons steeds die swaartekrag ervaar. Ons is altyd beweeg deur die ruimtetyd.) Met hierdie insigte om hom te lei, het Einstein sy algemene relatiwiteitsteorie ontwikkel.

Algemene relatiwiteit is Einstein se gravitasieteorie. Dit is gegrond op twee kernbeginsels: (1) Die ekwivalensiebeginsel: die gevolge van versnelling en die gevolge van swaartekrag is in wese gelykstaande. (2) Die algemene relatiwiteitsbeginsel: die wette van fisika is dieselfde in almal verwysingsraamwerke, insluitend versnelde rame. 'N Versnelde verwysingsraamwerk sonder swaartekrag is gelykstaande aan 'n nie-versnelende raamwerk met swaartekrag. Die insittende van 'n motor wat versnel, word byvoorbeeld teen sy sitplek teruggedruk. Alternatiewelik kan die insittende kies om homself as stilstaande te beskou terwyl die res van die heelal verby hom versnel. Vanuit hierdie alternatiewe oogpunt is die gravitasieveld van die res van die heelal verantwoordelik vir die krag wat hy ervaar om hom teen sy sitplek terug te druk. Algemene relatiwiteit vertel ons dat hierdie twee standpunte ekwivalent is.

Algemene relatiwiteit is 'n meetkundige teorie. Swaartekrag word nie meer as 'n aantrekkingskrag tussen twee liggame behandel nie. In plaas daarvan word swaartekrag geassosieer met die kromtrekking van ruimte en tyd. Die kromtrekking of kromming van die ruimtetyd word veroorsaak deur massiewe voorwerpe soos sterre of planete. In werklikheid, volgens algemene relatiwiteit, veroorsaak materie, energie en druk die ruimtetyd krom.

Hoe laat die skewe ruimtetyd rondom die aarde voorwerpe daarheen val? Vryvallende voorwerpe in 'n swaartekragveld volg geodesika, wat paadjies van ekstreme lengte is. Dit is die langste of die kortste moontlike paadjie tussen twee punte in die ruimtetyd. Volgens algemene relatiwiteit neem voorwerp wat vry val die langste moontlike paaie deur die ruimtetyd, sodat hulle geodesika volg. Ons sien dat vallende voorwerpe in 'n gravitasieveld val, omdat dit geodetika volg deur geboë ruimtetyd.

Ligstrale volg ook geodesika, maar hierdie geodesika kan nie in terme van lengte gedefinieer word nie, aangesien alle ligagtige paaie dieselfde lengte (ruimtetydinterval) het, naamlik nul. In plaas daarvan definieer ons hierdie geodesika as die reguit moontlike paaie deur geboë ruimtetyd. Hierdie definisie word presies gemaak deur die tegnieke van differensiële meetkunde, die algemene nie-Euklidiese meetkunde wat in die 19de eeu deur die groot wiskundiges Gauss en Riemann ontwikkel is, en deur Einstein in die algemene relatiwiteit gebruik word.

In differensiële meetkunde word 'n geboë oppervlak verdeel in 'n oneindige aantal oneindig klein stukke. Elke stuk word gemeet aan die "metrieke" of "lyn-element" ds, 'n differensiaal wat die afstand gee tussen twee punte wat oneindig naby mekaar op die oppervlak is. Sien figuur 4. Die tegnieke van differensiële meetkunde kan gebruik word om 'n vergelyking vir die maatstaf te vind wat oral op die geboë oppervlak geldig is. In teenstelling met konvensionele meetkunde, kan afstande op 'n geboë oppervlak met differensiële meetkunde bepaal word sonder om na iets buite die oppervlak te verwys. As ons byvoorbeeld 'n sfeer as 'n tweedimensionele geboë oppervlak beskou, kan die omtrek van die sfeer bepaal word sonder om die radius daarvan te ken, wat buite die oppervlak van die sfeer lê.

Die tegnieke van differensiële meetkunde werk in die algemeen vir enige deurlopende geboë oppervlak in enige aantal afmetings. Net wat Einstein nodig gehad het vir sy swaartekragteorie.

Oor die algemeen neem die vergelyking in die vier dimensies van ruimtetyd die volgende vorm aan:

ds 2 = g11 dt 2 + g22 dx 2 + g33 dy 2 + g44 dz 2

+ 2 g12 dt dx + 2 g13 dt dy + 2 g14 dt dz + 2 g23 dx dy + 2 g24 dx dz + 2 g34 dy dz. (3)

Die tien koëffisiënte g& alfa en beta is in die algemeen funksies van t, x, y en z. In die driedimensionele Euklidiese ruimte stel ons

en die ander koëffisiënte gelyk aan nul. Ons kry dan die konvensionele Pythagorese formule

wat die afstand meet tussen oneindig nabye punte in die Euklidiese ruimte. Om die afstand en Deltas tussen twee punte op 'n beperkte afstand van mekaar te vind, som ons die verskille op deur die maatstaf te integreer langs die geodesiek wat die twee punte verbind. Natuurlik weet ons in die Euclidiese ruimte dat die geodetika net die reguit lyn is wat die twee punte verbind, en dat ons nie integrasie hoef te gebruik om die afstand te vind nie. Die tegniek om die lynintegraal van die maatstaf langs die geodetika tussen twee punte te neem om die afstand tussen hulle te bepaal, sal egter werk enige geometrie hoegenaamd, Euklidies of nie-Euklidies, plat of geboë.

Die algemene formule vir die maatstaf hierbo (3) kan die algemene Pythagorasestelling vir vier-dimensionele ruimtetyd genoem word. In die plat Minkowski-ruimtetyd van spesiale relatiwiteit het ons ingestel

en die ander koëffisiënte gelyk aan nul. Ons kry dan die Minkowski-maatstaf

ds 2 = & minusdt 2 + dx 2 + dy 2 + dz 2. (4)

Deur hierdie maatstaf te integreer langs die wêreldlyn wat twee gebeure in plat (Minkowski) ruimtetyd verbind, kan ons die interval en Deltas tussen die gebeure vind. Weereens is daar makliker maniere om die interval in plat ruimtetyd te vind, maar in die geboë ruimtetyd van algemene relatiwiteit is dit die enigste manier om die lynintegraal van die maatstaf te neem.

Wanneer swaartekrag of versnelling teenwoordig is, word die ruimtetyd skeefgetrek, sodat die formule vir die maatstaf ingewikkelder word as die wat in die Euklidiese of Minkowski-ruimte gebruik word. Ons sal binnekort 'n voorbeeld van so 'n maatstaf sien wanneer ons swart gate bespreek.

Volgens algemene relatiwiteit is die metrieke ds raam-invariant. Ons kan dit gebruik om die interval tussen twee gebeurtenisse in enige verwysingsraamwerk te vind, ongeag watter beweging of versnelling daar mag wees. Om egter van een verwysingsraamwerk na 'n ander te verander, is die koëffisiënte g& alfa en beta moet getransformeer word (met behulp van 'n toepaslike transformasieformule). Die waarde van ds word nie deur hierdie transformasie verander nie, alhoewel die koëffisiënte van die maatstaf wel verander.

Saam met differensiële meetkunde gebruik algemene relatiwiteit 'n wiskundige instrument genaamd tensor-analise. Tensors is werklike, multidimensionele funksies van vektore. Dit is nuttig omdat dit raam-onveranderlik is. Met ander woorde, 'n tensor sal dieselfde reële getal gee, ongeag die verwysingsraamwerk waarin die vektorkomponente bereken word. Hierdie eienskap maak van tensors 'n nuttige korthand om die raam-onveranderlike maatstawwe van algemene relatiwiteit voor te stel.

In die algemene relatiwiteit word 'n tensor wat die kromming van die ruimtetyd voorstel, gelyk gestel aan 'n tensor wat die spanning-energie-inhoud van die ruimtetyd voorstel (die materie, energie en druk teenwoordig). Dit is die manier waarop algemene relatiwiteit die konsep wiskundige modelleer dat materie, energie en druk die ruimtetyd laat kriewel, wat ons ervaar as swaartekrag. Hierdie tensorvergelyking kan geskryf word as

waar G en T die tensore is wat onderskeidelik die kromming en die spanning-energie-inhoud van ruimtetyd voorstel. Hierdie vergelyking is die belangrikste resultaat van algemene relatiwiteit. Dit kan gebruik word om wiskundige modelle van die heelal te konstrueer, sowel as van sterre en swart gate. Die uitbreiding van hierdie tensorvergelyking gee die "Einstein-veldvergelykings", 'n stelsel van tien nie-lineêre parsiële differensiaalvergelykings. Dit kan nie in die algemeen opgelos word nie. In plaas daarvan word aanvanklike toestande en vereenvoudigde aannames, soos sferiese simmetrie, gebruik om 'n eenvoudiger, oplosbare stel vergelykings te verkry. Wanneer hierdie vergelykings opgelos is, is die resultaat die metrieke tensor, wat die tien koëffisiënte g bevat& alfa en beta van die maatstaf (3). Die resulterende maatstaf beskryf die meetkunde van die ruimtetyd wat gemodelleer word (byvoorbeeld 'n ster, 'n swart gat of die heelal). (As die aannames vereenvoudig word, sal sommige van die tien koëffisiënte nul wees.)

In die eenvoudigste geval, dié van plat ruimtetyd (geen versnelling of gravitasieveld), brei die metrieke tensor uit om die Minkowski-maatstaf te gee (4). Wanneer die metodes van algemene relatiwiteit toegepas word op 'n geboë ruimtetydmeetkunde (soos wat ons binne of naby 'n ster vind), is die resultaat 'n ingewikkelder maatstaf.

Oor die algemeen kan die regte tydsinterval tussen twee oneindig nabye gebeure op 'n tydagtige wêreldlyn uit die maatstaf verkry word deur d & tau = | ds | te vind.

Die regte tydsinterval & Delta & tau tussen twee gebeurtenisse P en Q wat op 'n tydagtige wêreldlyn W lê, word gedefinieer as die lynintegraal van d & tau langs W van P tot Q. Sien figuur 5. Oor die algemeen kan relativiteit wêreldlyne gebuig word. as gevolg van versnelling of swaartekrag, maar die helling moet minder as 45 grade bly (in geometriese eenhede).

Die regte tyd & Delta & tau van P tot Q is gelyk aan die tyd wat gemeet word op 'n horlosie wat langs W beweeg van P na Q. (Dit staan ​​bekend as die klokhipotese.)

Ons ervaring van die fisiese werklikheid vertel ons dat die tyd 'n rigting het. Ons neem aan dat dit nie vir 'n waarnemer moontlik is om langs die wêreldlyn W van Q na P te reis nie (agtertoe in die tyd).

In 1915 het die Duitse fisikus Karl Schwarzschild die Einstein-veldvergelykings opgelos vir die spesiale geval van 'n sferiese, nie-roterende massa (soos 'n ster of swart gat). Die sogenaamde Schwarzschild-maatstaf kan gebruik word om die kromming van ruimtetyd wat deur 'n nie-draaiende swart gat veroorsaak word, te beskryf. Die Schwarzschild-maatstaf is afgelei met behulp van die verwysingsraamwerk waarin die sferiese voorwerp stilstaan. Dit beteken dat die koëffisiënte van die Schwarzschild-maatstaf slegs geldig is vir waarnemers wat "in rus" of beweegloos is in verhouding tot die voorwerp. "In rus" beteken dat die ruimtelike koördinate van hierdie waarnemers nie mettertyd verander nie.

Die Schwarzschild-maatstaf kan slegs op nie-draaiende swart gate toegepas word. Kerr het 'n oplossing gevind vir die draai van swart gate. Aangesien die Kerr-maatstaf ingewikkelder is, sal hierdie referaat slegs die Schwarzschild-maatstaf oorweeg. (Die meeste van die resultate wat hier gegee word, geld ook vir die oplossing van Kerr.)

Beskou 'n swart gat met massa M (in geometriese eenhede), gesentreer op 'n punt r = 0. Vir r & gt 2M word die Schwarzschild-maatstaf in sferiese koördinate gegee (t, r, & theta, & phi) deur

Daar is baie interessante en verrassende kenmerke van die meetkunde wat deur hierdie maatstaf beskryf word. Eerstens noem ek dat die "radius" r = 2M die genoem word Schwarzschild-radius of gebeurtenis horison van die swart gat.Die gebeurtenishorison kan beskou word as die grens wat die binnekant van die buitekant van 'n swart gat skei.

Namate r 2M nader, benader die koëffisiënt van dt 2 nul en die koëffisiënt van dr 2 nader oneindigheid (aangesien 1 & minus 2M / 2M = 1 & minus 1 = 0). Dit was lank nie bekend of die oneindige 'singulariteit' by r = 2M 'n werklike, fisiese singulariteit was wat nie deur 'n waarneembare waarnemer kon oorgedra word nie, of slegs 'n koördinaatse enkelheid nie. ('N Bekende voorbeeld van 'n koördinaat-singulariteit is die by r = 0 in poolkoördinate, waar & theta enige waarde kan aanneem en daarom onbepaald is.' N Transformasie na kartesiese (reghoekige) koördinate elimineer hierdie singulariteit.) Oor die algemeen is 'n koördinaat-singulariteit dui op 'n wiskundige probleem, nie 'n werklike, fisiese probleem nie, en kan deur 'n koördinaat-transformasie uitgeskakel word.

Alhoewel die singulariteit by r = 2M lankal 'n koördinaat-singulariteit was, is dit eers in die laat 1950's bewys toe 'n koördinaat-transformasie gevind is wat die singulariteit uitgeskakel het. Addisionele koördinaattransformasies is sedertdien ontdek. Dit sal nie hier oorweeg word nie, aangesien dit wiskundig ingewikkeld is.

In die daaropvolgende ontleding sal ons die perspektief van 'n waarnemer wat in 'oneindigheid' rus, dit wil sê baie ver van die swart gat af beskou. Vir so 'n waarnemer is die regte tyd en die koördinaatstyd byna gelyk. Om dit te sien, oorweeg die Schwarzschild-maatstaf hierbo. Soos r oneindigheid nader, kom die koëffisiënt van dt 2 nader & minus1. Die ruimtelike koördinate r, & theta en & phi vir 'n rustende waarnemer is konstant oor tyd, dus is die differensiaal dr, d & theta en d & phi nul. Daarom is d & tau = | ds | & asimp dt. Daarom is die regte tyd en Delta & tau van 'n waarnemer in rus ver van 'n swart gat ongeveer gelyk aan die koördinaatstyd en Deltat.

Deur ds 2 = 0 in die Schwarzschild-maatstaf in te stel, kan ons die gedrag van 'n ligstraal naby die gebeurtenishorison bestudeer, soos gesien deur 'n waarnemer in rus by 'oneindigheid'. Ons kan die analise vereenvoudig deur aan te neem dat die straal langs 'n radiale nul geodesie beweeg, direk na die swart gat of direk daarvandaan. Dan verander die & theta- en phi-koördinate van die ligstraal nie. Dit impliseer dat d & theta en d & phi nul is, sodat ons die regterterm in die Schwarzschild-maatstaf kan uitskakel. Stel ds 2 = 0, het ons

As r nou 2M nader, kom dt / dr oneindig. Dit is 'n tyddilatasie-effek. Enige boodskap wat per ligsein van naby die gebeurtenishorison (r = 2M) aan 'n waarnemer ver van die swart gat gestuur word, sal uitgestrek of uitgebrei word. Hoe nader die emitter van die ligsein aan die gebeurtenishorison is, hoe meer uitgerek sal die boodskap aan die veraf waarnemer verskyn. Die frekwensie van die ligsein neem af, of rooi verskuiwings, omdat laer frekwensie lig minder inligting per tydseenheid bevat (die verre waarnemer se polshorlosietyd). Hoe nader aan die gebeurtenishorison waarheen die ligsein gestuur word, hoe groter is die rooi verskuiwing wat van ver af waargeneem word. Wanneer die emitter baie naby die horison is, is die waargenome rooi verskuiwing so groot dat die ligsein heeltemal verdwyn. Om hierdie rede word die gebeurtenishorison soms die oneindige rooiverskuiwingshorison genoem.

As ons die wederkerige neem, sien ons dat dr / dt 0 nader as r 2M nader. Aangesien ons die Schwarzschild-maatstaf vir 'n radiale ligagtige geodesiek opgelos het (deur ds 2 = 0 in te stel), stem dr / dt ooreen met die snelheid van die lig. Vandaar dat die snelheid van die lig 0 nader as r 2M is, relatief tot 'n waarnemer ver van die swart gat af. By r = 2M word 'n na buite gerigte ligstraal gevries in tyd en ruimte en bereik dit nooit 'n waarnemer op r & gt 2M nie.

Aangesien ons gesê het dat die spoed van die lig konstant is in spesiale relatiwiteit, kan u vra hoe die spoed van die lig in die algemene relatiwiteit kan wissel. Die antwoord is dat gravitasievelde die meetkunde van ruimtetyd verander, en dat die spoed van die lig fundamenteel gekoppel is aan die aard van die ruimtetydgeometrie waardeur die lig gaan.

Volgens algemene relatiwiteit veroorsaak materie, energie en druk dat die ruimtetyd buig, rek of saamdruk. Ligstrale volg geodesika deur hierdie gebuigde, uitgerekte of saamgeperste ruimtetyd. Die kromtrekking van die ruimtetyd draai die paaie van die ligstrale om.

Ten opsigte van 'n waarnemer in rus, ver van 'n swart gat, word die ruimte naby die gebeurtenishorison saamgepers (gekrimp) en word die tyd uitgestrek (verwyd). Elke meter ruimte is korter in vergelyking met die ruimte ver van 'n swart gat, en elke meter tyd is langer. Ten opsigte van die verre waarnemer beweeg 'n ligstraal in een meter tyd deur een meter ruimte en beweeg 'n kort afstand in 'n lang tyd. Vir die verre waarnemer het die ligstraal vertraag.

Alhoewel die spoed van die lig in die algemene relatiwiteit kan wissel, is dit steeds die geval dat materiële voorwerpe hierdie spoed nie kan bereik of oorskry nie.

Kom ons kyk nou na die Schwarzschild-oplossing vir 0 & lt r & lt 2M (binne 'n swart gat). Daar moet 'n klein, maar baie belangrike verandering in die maatstaf vir hierdie saak aangebring word. Wanneer r & gt 2M, is die koëffisiënt (1 & minus 2M / r) positief. Vir 0 & lt r & lt 2M is hierdie koëffisiënt egter negatief. Om met hierdie positiewe koëffisiënte te werk, gebruik ons

Let op hoe die minusteken van die t-koördinaat na die r-koördinaat beweeg het. Dit beteken dat binne die gebeurtenishorison, r die tydige koördinaat is, nie t nie. In relatiwiteit is die paaie van materiële deeltjies beperk tot tydagtige wêreldlyne. Onthou die bespreking van tydelike skeiding vroeër in hierdie referaat (2). Dit is die koördinaat met die minteken wat die betekenis van 'tydagtig' bepaal. Volgens relatiwiteit word tyd binne 'n swartgat gedefinieër deur die r-koördinaat, nie die t-koördinaat nie. Hieruit volg dat die onvermydelikheid om vorentoe te beweeg in die tyd binne 'n swart gat die onvermydelikheid is om in die rigting van r = 0. Hierdie ruil van ruimte en tyd vind plaas by r = 2M. Dus, r = 2M is 'n grens, die punt waar ruimte en tyd van rol verander. Vir die waarnemer binne hierdie grens beteken die onvermydelikheid om in die tyd vorentoe te beweeg dat hy altyd na binne moet beweeg in die middel van die swart gat by r = 0. Alle tydagtige en ligte wêreldlyne binne r = 2M lei onvermydelik na r = 0 ( die einde van die tyd!) Omdat geen deeltjie of foton binne r = 2M moontlik is om 'n pad te neem waar r konstant bly of toeneem nie, word die grens r = 2M die gebeurtenishorison van die swart gat genoem. Geen waarnemer binne die gebeurtenishorison kan met enige waarnemer buite die gebeurtenishorison kommunikeer nie. Die geleentheidshorison kan as 'n eenrigtinggrens beskou word.

Vroeër het ons getoon dat die spoed van lig nul is naby die horison van die gebeurtenis, relatief tot 'n waarnemer ver van die swart gat af. Dit beteken dat die verre waarnemer nooit kan sien dat 'n waarnemende waarnemer die horison van die gebeurtenis bereik of oorsteek nie, want enige lig wat van die waarnemende waarnemer uitstraal, vertraag en rooi verskuiwings, met die rooi verskuiwing wat oneindig nader terwyl die dalende waarnemer die gebeurtenishorison nader. Beteken dit dat die inhalerende waarnemer nie werklik die gebeurtenishorison bereik of oorsteek nie? Nee. Die waarnemer wat val, steek in werklikheid die gebeurtenishorison oor. Onthou dat die singulariteit by r = 2M (die gebeurtenishorison) as 'n gekoördineerde singulariteit, nie 'n werklike, fisieke singulariteit is nie. Met behulp van getransformeerde koördinate kan dit aangetoon word dat die waarnemer wat val, van r & gt 2M na r = 0 in 'n beperkte hoeveelheid tyd (sy regte tyd, of die interval langs sy wêreldlyn) oorgaan.

Verder kan aangetoon word dat die maksimum hoeveelheid regte tyd vanaf r = 2M tot r = 0 beskikbaar is vir 'n waarnemer wat deur die gebeurtenishorison geval het, selfs al het hy 'n vuurpyl van onbeperkte krag tot sy beskikking, gegee deur

waar M die meetkundige massa is wat in die Schwarzschild-maatstaf gebruik word. M hou verband met die Newtonse massa m deur

waar G die gravitasiekonstante in SI-eenhede is. Die massa van die son is 1 477 meter in geometriese eenhede.

Kom ons kyk na 'n werklike voorbeeld. Sterrekundiges glo dat daar 'n supermassiewe swart gat in die middel van ons sterrestelsel is, met 'n massa van ongeveer 4,3 miljoen keer die massa van die son. Die getykrag naby die gebeurtenishorison van so 'n groot swart gat is swak. (Die getykrag, oftewel getydversnellingsgradiënt, is die verskil in die gravitasieversnelling tussen twee punte in 'n nie-eenvormige gravitasieveld. Hoe kleiner die swart gat, hoe groter is die gradiënt naby die gebeurtenishorison, want die kromming van die ruimtetyd is groter. 'n Ruimtevaarder wat 'n paar keer die ster van die swart gat nader, sal die massa van die son uitmekaar geskeur word voordat die gebeurtenishorison bereik word.) Aangesien die getykrag naby die supermassiewe swart gat swak is, is dit moontlik dat 'n ruimtevaarder, al is dit goed beskerm teen bestraling, kan oorleef om die horison van die gebeure oor te steek en na binne te gaan. Kom ons bereken die maksimum tyd wat hierdie ruimtevaarder kan vermy om die middel van die swart gat te bereik. (Vir die eenvoud neem ons aan dat die swart gat nie draai nie, dus die bostaande formule kan gebruik word.)

& Delta & tau & le & pi M = & pi & tye 4.300.000 & tye 1.477 meter = 2.0 & tye 10 10 meter = 67 sekondes.

Ons onverskrokke ruimtevaarder het net ongeveer een minuut om die swart gat te verken! Die Schwarzschild-radius van hierdie swart gat is

r = 2M = 2 & keer 4.300.000 & keer 1.477 m = 12.7 miljoen km.

Die sentrum van die swart gat

Wat gebeur by r = 0? In die Schwarzschild-maatstaf benader die uitdrukkings 2M / r oneindigheid soos r nader aan 0. Dit is 'n werklike, fisiese singulariteit, nie 'n koördinaat singulariteit nie. Die massa van 'n Schwarzschild-swart gat is gekonsentreer op r = 0, 'n punt van oneindige digtheid, waar ruimte en tyd tot 'n einde kom. Die aanwesigheid van werklike enkelvoudighede in oplossings van die Einstein-veldvergelykings dui daarop dat algemene relatiwiteit 'n onvolledige gravitasieteorie is. Natuurkundiges hou van teorieë wat oneindighede voorspel. Nie een van die draaiknoppies op hul maat kan oneindige waardes registreer nie! Dit lyk waarskynlik dat algemene relatiwiteit nie akkuraat beskryf wat by r = 0 gebeur nie.

Waar kan algemene relatiwiteit 'n probleem hê? Een van die aannames onder die algemene relatiwiteit is dat ruimtetyd aaneenlopend is. Dit kan gesien word in die gebruik van differensiële meetkunde as die wiskundige basis van die teorie. Differensiale meet oneindig klein afstande, wat net sinvol is as die ruimtetyd aaneenlopend is. Dit kan wees dat ruimtetyd eintlik diskreet of gekwantiseerd is, met 'n kleinste moontlike grootte. Natuurkundiges ondersoek hierdie idee terwyl hulle aan nuwe teorieë oor kwantumgravitasie werk. As hierdie idee korrek is, is die differensiaalvergelykings van algemene relatiwiteit slegs benaderings van die werklikheid. Hierdie benaderings geld in die groot, selfs tot op atoomvlak, maar op 'n sekere punt breek dit af. Die kleinste moontlike eenheid van ruimtetyd is vermoedelik naby die Planck-lengte, 'n ongelooflike klein 10 en minus 35 m. Dit is twintig ordes kleiner as die kern van 'n atoom. Sulke klein groottes is tans nie toeganklik vir die wetenskap nie. Tot die presisie wat ons instrumente nou kan meet, is gevind dat algemene relatiwiteit akkuraat is.

'N Leefbare teorie oor kwantumgravitasie moet algemene relatiwiteit met kwantummeganika kombineer. So 'n teorie moet ooreenstem met die voorspellings van algemene relatiwiteit op groot skale, aangesien hierdie voorspellings bewys het dat dit akkuraat is. Kwantiteit kan slegs op die kleinste skaal aansienlik afwyk van die algemene relatiwiteit. Die kernbegrip van algemene relatiwiteit is dat swaartekrag is ruimtetydkromming. 'N Toekomstige teorie oor kwantumgravitasie moet hierdie konsep eerbiedig. Op een of ander manier moet 'n kwantum van swaartekrag ('n graviton) verband hou met 'n kwantum van ruimtetyd. 'N Suksesvolle teorie oor kwantumgravitasie sal 'n suksesvolle teorie wees oor gekwantiseerde ruimtetyd (of andersom). Die harmonieuse samevoeging van kwantummeganika met algemene relatiwiteit is miskien die grootste probleem waarmee teoretiese fisici vandag te kampe het. As en wanneer daar 'n manier gevind word om hierdie taak te verrig, kan ons leer wat regtig in die middel van die swart gat gebeur!

Regte swart gate draai byna seker. Sulke swart gate kan gemodelleer word volgens die Kerr-maatstaf, 'n meer komplekse maatstaf waarvan die gedetailleerde ontleding buite die bestek van hierdie artikel val. Die belangstellende leser moet die fyn boek van Taylor en Wheeler raadpleeg, Verkenning van swart gate: Inleiding tot algemene relatiwiteit. Die Kerr-swartgat het nie 'n puntsingulariteit by r = 0. In plaas daarvan het die singulariteit 'n ringstruktuur en kan dit deur die meeste bane vermy word. In teorie kan 'n deeltjie wat die ringsingulariteit vermy, deur r = 0 gaan na 'n gebied waar r & lt 0. Dit is onwaarskynlik dat so 'n streek fisies bestaan. Dit is waarskynliker dat algemene relatiwiteit nie die aard van regte swart gate op r = 0 korrek beskryf nie. 'N Toekomstige teorie oor kwantumgravitasie moet ons 'n meer realistiese beskrywing van die middelpunt van die roterende swart gat gee.

Fisiese interpretasie van die gebeurtenishorison

Ons het vroeër gevind dat die Schwarzschild-maatstaf 'n koördinaat-singulariteit het tydens die gebeurtenishorison, waar die koördinaattyd t oneindig word. 'N Berekening met behulp van getransformeerde koördinate toon egter dat 'n waarnemende waarnemer binne 'n beperkte tyd (en op sy regte tyd) die gebeurtenishorison bereik en deurloop. Hoe kan ons die aard van 'n plek waar tyd eindig en oneindig is, verstaan?

Ver van die horison van die gebeurtenis, benader die koördinaat die regte tyd of polshorlosietyd van 'n waarnemer. Dit lei daartoe dat ons die koördinaat t as tyd voorstel. Dit is egter nie waar tydens die geleentheidshorison nie. Aangesien 'n waarneembare waarnemende nader aan die horison van die gebeure is, het die koördinaat minder en minder te doen met tyd soos hy dit waarneem en dus sy regte tyd. Om te verstaan ​​hoe die waarnemende tyd die tyd waarneem, moet ons fokus op sy regte tyd en die koördinaat t ignoreer.

Alhoewel ons nooit werklik iemand kan sien val deur die horison nie (as gevolg van die oneindige rooi verskuiwing), doen hy dit regtig. Terwyl die vryval-waarnemer deur die gebeurtenishorison gaan, gaan enige na binne-gerigte fotone wat deur hom uitgestraal word na binne na die middel van die swart gat. Enige uitgestuurde fotone wat op daardie oomblik deur hom uitgestuur word, word vir altyd op die horison van die geleentheid gevries. Die verre waarnemer kan dus nie een van hierdie fotone opspoor nie, hetsy na binne of na buite.

Die lewe binne die swart gat

Sommige het bespiegel dat ons heelal in 'n groot swart gat kan bestaan. Kom ons ondersoek hierdie idee verder om meer insig te kry oor hoe die binnekant van 'n swart gat regtig is (en vir die plesier). As ons heelal binne 'n reusagtige swart gat is, kan u vra waar die gebeurtenishorison is. Is daar enige pad wat ons kan stap wat ons nader aan die geleentheidshorison sal bring? Volgens die algemene relatiwiteit, as ons heelal binne 'n swart gat is, beweeg elke punt in ons heelal nader aan die middel van hierdie swart gat en weg van die gebeurtenishorison. Daar is geen (ruimtelike) rigting wat ons nader aan die gebeurtenishorison sal bring nie. Aangesien dit moeilik is om 'n vier-dimensionele geboë oppervlak te visualiseer, is dit makliker om 'n dimensie of twee af te trek. Stel u voor 'n reuse-sfeer en 'n punt op die binneste oppervlak van hierdie sfeer. Hierdie punt los van die binneste oppervlak en beweeg in die rigting van die middelpunt en brei terselfdertyd uit na 'n skyf. Hierdie uitbreidende skyf verteenwoordig ons heelal wat in die ruimte uitbrei soos dit deur die tyd beweeg. Veronderstel ons in hierdie model dat ons heelal gevorm het op die gebeurtenishorison van die reuse swart gat, voorgestel deur die oppervlak van die sfeer. Ons veronderstel dat die oerknal by die geleentheidshorison van die swart gat plaasgevind het. Sien figuur 6. Die uitbreidende skyf is 'n tweedimensionele voorstelling van die drie ruimtelike dimensies van ons heelal. (Ons kan hierdie ruimtelike afmetings & theta, & phi en t benoem.) Elke punt in ons heelal (die skyf) beweeg weg van die binneste oppervlak van die sfeer (die gebeurtenishorison) na die middelpunt van die sfeer (die enkelheid van die reuse swart gat). Die dimensie waardeur hierdie skyf beweeg, is 'n tydige dimensie (wat ons r kan benoem). Vir elke punt op die skyf (ons heelal op 'n tydstip) lê die gebeurtenishorison in die verlede en die enkelheid van die swart gat lê ongesiens in die toekoms. Alle tydagtige en ligte wêreldlyne in ons heelal lei vanaf die gebeurtenishorison na die unieke van die swart gat. Om na die geleentheidshorison te reis, is om agtertoe in die tyd te reis. Daarom is daar geen pad wat ons kan neem wat ons nader aan die geleentheidshorison sal bring nie.

In hierdie denkbeeldige model is die enigste punt van die ruimtetyd van ons heelal wat gekoppel is aan die gebeurtenishorison van die reuse swart gat, die punt in die ruimte en tyd waarop die oerknal plaasgevind het. Met 'n sterk genoeg teleskoop kan 'n mens in teorie in enige rigting kyk en die Oerknal sien (of ten minste 380 000 jaar na die Oerknal, toe die heelal deursigtig geword het). 'N Mens kan in enige rigting rondkyk en die oerknal sien, maar tog kan jy nie daarheen reis nie, want dit lê in die verlede. Dit is die manier van dinge in enige swart gat. Selfs 'n superkragtige vuurpyl kan nie oorwin teen die sagte tydelike versnelling in die rigting van die enkelheid in die middel van 'n swart gat nie. Die gebeurtenishorison lê in die verlede van enige waarnemer binne 'n swart gat, en die sentrale singulariteit lê in sy toekoms.

Sou ons dit kon opspoor as ons in 'n reusagtige swart gat gewoon het? As ons sensitiewe instrumente gehad het, sou dit moontlik wees om die getyversnellingsgradiënt op te spoor, ten minste oor astronomiese afstande. Dit kan verwar word as 'n effense variasie in die sterkte van swaartekrag oor baie groot afstande. Ook kan die uitbreiding van die heelal uiteindelik vertraag en omkeer, namate ons nader aan die sentrale enkelheid van die swart gat beweeg. In hierdie model sou ons heelal uiteindelik krimp tot 'n enkele punt (die Big Crunch).


Lengtekrimping

Voorwerpe wat beweeg, ondergaan 'n lengte-inkrimping langs die bewegingsdimensie. Hierdie effek is slegs betekenisvol teen relativistiese snelhede.

Leerdoelwitte

Verduidelik waarom lengte-inkrimping in die daaglikse lewe geïgnoreer kan word

Belangrike wegneemetes

Belangrike punte

  • Lengtekrimping is by alledaagse snelhede weglaatbaar en kan vir alle gereelde doeleindes geïgnoreer word.
  • Lengtekrimping word opgemerk by 'n aansienlike breukdeel van die ligsnelheid, met die inkrimping slegs in die rigting parallel met die rigting waarin die waargenome liggaam beweeg.
  • 'N Waarnemer in rus wat 'n voorwerp sien wat baie naby die ligsnelheid beweeg, sal die lengte van die voorwerp in die rigting van beweging baie naby waarneem.

Sleutel terme

  • spoed van lig: die snelheid van elektromagnetiese straling in 'n perfekte vakuum: presies 299,792,458 meter per sekonde per definisie

Lengtekrimping is die fisiese verskynsel van 'n afname in lengte wat opgespoor word deur 'n waarnemer van voorwerpe wat teen 'n nie-nul snelheid beweeg relatief tot die waarnemer. Lengtekrimping ontstaan ​​as gevolg van die feit dat die spoed van lig in 'n vakuum konstant is in enige verwysingsraamwerk.Deur dit in ag te neem, sowel as enkele geometriese oorwegings, sal ons aantoon hoe die waargenome tyd en lengte beïnvloed word.

Voorbeelde

Voorbeeld 1

Laat ons 'n eenvoudige klokstelsel voorstel wat bestaan ​​uit twee spieëls A en B in 'n lugleegte. 'N Ligte pols weerkaats tussen die twee spieëls. Die skeiding van die spieëls is L, en die horlosie tik elke keer as die ligpuls op 'n gegewe spieël tref. Stel u nou voor dat die horlosie rus. Die tyd wat dit neem voordat die ligpuls van spieël A na spieël B en dan weer na spieël A gaan, kan beskryf word deur:

waar c is die snelheid van die lig. Stel u nou voor dat die horlosie in die horisontale rigting beweeg in verhouding tot 'n stilstaande waarnemer. Die ligpuls word van die spieël A afgestuur. Vir die stilstaande waarnemer blyk dit dat die ligpuls 'n langer pad het om te beweeg, want teen die tyd dat die lig spieël B bereik, het die horlosie al ietwat in die horisontale rigting beweeg. Dit is dieselfde geval vir die ligpuls op pad terug. Die stilstaande waarnemer sal sien dat dit 'n totaal van:

Meetkunde vir 'n horlosie in rus: Dit illustreer die pad wat die lig moet loop as die horlosie rus.

om sy pad te deurkruis. Ons kan sien dat D langer is as L, dus dit beteken dat.

Meetkunde vir 'n bewegende horlosie: Dit illustreer die pad wat die lig moet deurkruis as die horlosie vanuit die perspektief van 'n stilstaande waarnemer beweeg.

Voorbeeld 2

Ons het vasgestel dat die horlosie in 'n verwysingsraamwerk wat relatief tot die klok beweeg (die stilstaande waarnemer beweeg binne die verwysingsraamwerk) stadiger loop. Laat ons nou dink dat ons die lengte van 'n liniaal wil meet. Laat ons ons hierdie keer voorstel dat u vinnig beweeg v. U kan die lengte van die liniaal wiskundig in u verwysingsraamwerk bepaal (L& # 8216) deur jou snelheid te vermenigvuldig (v) teen die tyd dat jy sien dat dit jou neem om by die heerser verby te gaan (t& # 8216). Om dit in vergelykingsvorm uit te druk, L‘ = vt& # 8216. As iemand in die rusraam van die liniaal die lengte van die liniaal wil bepaal, kan hulle die volgende doen. Hulle kon die lengte van die liniaal wiskundig bepaal in hul verwysingsraamwerk (L) deur jou snelheid te vermenigvuldig (v) teen die tyd dat hulle sien dat dit jou neem om by die heerser verby te gaan (t). Dit word uitgedruk in die volgende vergelyking: L = vt. Net soos in die klokverklaring, blyk dit dat die liniaal in u verwysingsraamwerk beweeg t langer as t& # 8216 (u tydsinterval). Gevolglik lyk dit asof die liniaal in u verwysingsraamwerk korter is (die verskynsel van lengte-inkrimping het voorgekom).

Die effek van lengte-inkrimping is by alledaagse snelhede weglaatbaar en kan vir alle gereelde doeleindes geïgnoreer word. Lengtekrimping word opgemerk by 'n aansienlike fraksie van die ligsnelheid (soos geïllustreer in), met die inkrimping slegs in die rigting parallel met die rigting waarin die waargenome liggaam beweeg.

Lengte van 'n voorwerp waargeneem: Die waargenome lengte van 'n voorwerp in rus en teen verskillende snelhede

Voorbeeld 3

Byvoorbeeld, met 'n snelheid van 13,400,000 m / s (30 miljoen mph, 0,0447c), is die lengte 99,9 persent van die lengte in rus teen 'n snelheid van 42,300,000 m / s (95 miljoen mph, 0,141c), is die lengte steeds 99 persent. Namate die grootte van die snelheid die snelheid van die lig nader, word die effek dominant. Die wiskundige formule vir lengte-inkrimping is:

waar L0 is die regte lengte (die lengte van die voorwerp in sy rusraam) L is die lengte waargeneem deur 'n waarnemer in relatiewe beweging ten opsigte van die voorwerp v is die relatiewe snelheid tussen die waarnemer en die bewegende voorwerp c is die snelheid van die lig en die Lorentz-faktor word gedefinieer as:

In hierdie vergelyking word aanvaar dat die voorwerp parallel is met sy bewegingslyn. Vir die waarnemer in relatiewe beweging word die lengte van die voorwerp gemeet deur die gelyktydige afstande van albei punte van die voorwerp af te trek. 'N Waarnemer in rus wat 'n voorwerp sien wat baie naby die ligsnelheid beweeg, sal die lengte van die voorwerp in die rigting van beweging so naby aan nul waarneem.