Ускоряется ли время при движении вокруг черной дыры? Почему? Что это значит?

Я смотрел очень интересный короткий документальный фильм , в котором автор сказал, что в то время как в космосе требуется 8 минут, чтобы обойти черную дыру, наблюдатель с Земли наблюдает, что с Земли это занимает 16 минут. Я понимаю, что это связано с относительностью, но значит ли это, что космонавт считает, что прошло 8 минут, а на Земле считают, что прошло 16 минут? Или время действительно ускорилось?

Если время ускоряется, значит ли это, что химическая реакция занимает меньше времени в космосе, или же космонавт все же ощущает это время по-другому?

Когда вы катаетесь на крутящемся карнавальном аттракционе, вы «чувствуете» себя тяжелее, верно? Точно так же (трудно поверить, но это правда), когда вы находитесь рядом с невероятно тяжелым объектом, просто время бежит быстрее. На ваших часах пройдёт всего 10 минут, а у вашего друга дома 20 минут.
Я полагаю, что вы спрашиваете: да, время «ЧУВСТВУЕТ» для вас так же, как и для космонавта. Но, «волшебным образом», когда вы вернетесь домой, пройдет меньше времени. Время "ЧУВСТВУЕТ" абсолютно одинаковое.
@Fattie На самом деле, было бы довольно странно, если бы оно не казалось идентичным, учитывая, что наше собственное восприятие времени связано с некоторыми электрическими и химическими процессами, которые также будут происходить соответственно медленнее с точки зрения удаленного наблюдателя. Единственный способ, которым это могло бы быть не так, — это если бы существовало какое-то универсальное время, и мы были бы чувствительны к нему — но это как раз то, что, согласно общей теории относительности, не может существовать даже в принципе (поскольку общая теория относительности соответствует реальности).

Ответы (4)

Предположим, вы стоите вдали от черной дыры 16 минут, а космонавт на ракете пролетает рядом с черной дырой, а потом возвращается. Когда говорят, что «для космонавта прошло всего 8 минут», это значит, что

  • механические часы космонавта покажут 8 минут, а не 16.
  • электронные часы космонавта покажут 8 минут, а не 16.
  • напольные часы на корабле покажут прошедшее 8 минут, а не 16
  • химическая реакция, которая займет 16 минут, завершится только наполовину
  • бактерия на корабле, которая делится за 8 минут, разделится один раз, а не дважды
  • если бы космонавт измерял время, считая удары сердца, он бы измерял 8 минут, а не 16.
  • печенье, которое занимает 16 минут, выпечка в духовке на корабле будет только наполовину готова

Короче тормозит абсолютно все. Таким образом, есть только две логические возможности: либо само время замедляется и, следовательно, замедляет все вместе с ним, либо время всегда идет с одной и той же скоростью, но все 7 «часов» выше случайно замедляются на одну и ту же величину.

Со второй возможностью, как вы могли догадаться, работать намного сложнее, поэтому в физике мы выбираем более простой вариант. Мы моделируем все 7 этих результатов, просто говоря, что само время замедляется.

Следует подчеркнуть, что я не имею в виду, что время на ракете идет медленнее некоторого «абсолютного времени», т.е. нет никаких «объективных часов», с которыми космонавт мог бы сравнивать свои часы. Вместо этого я сформулировал все в терминах сравнения часов астронавта и ваших часов, что уместно, поскольку включает только действительно наблюдаемые величины.

Математически в общей теории относительности мы моделируем пространство-время как лоренцево многообразие, и это многообразие не имеет никакой структуры, подобной абсолютному времени. Есть только точки. Однако, используя метрику, мы можем назначить прошедшее время на любом пути, интегрируя собственное время. Именно на этот раз я говорю о том, чтобы быть «быстрее» или «медленнее».

Хотя ваше объяснение верно, вы забываете упомянуть, что местное время всегда движется с одной и той же скоростью. Этот факт известен как постоянство локальной скорости света. Ваш аргумент разбивается, например, в простом парадоксе близнецов, где время каждого близнеца кажется более медленным для другого близнеца. Два времени не могут одно двигаться медленнее другого, поэтому «замедление времени» — не лучший способ описать относительность. Мое время, которое ты видишь, есть проекция, как тень, которая тем короче, чем выше Солнце, но мой собственный рост такой же. Итак, вы видите, что мое время движется медленнее, но для меня оно всегда одно и то же.
@safesphere Это хороший момент. Сделать популярное объяснение теории относительности всегда сложно!
"дедушкины часы на корабле покажут прошедшее 8 минут, а не 16" при условии, конечно, достаточно устойчивой искусственной гравитации и достаточной виброизоляции.
* Моя жена выбрала только платье, но еще не выбрала туфли
@safesphere : «Два раза не могут двигаться медленнее, чем другие, поэтому «замедление времени» — не лучший способ описать относительность». После путешествия (в плоском пространстве-времени или вблизи черной дыры) близнец возвращается на землю, его часы показывают меньше прошедшего времени, чем часы, оставшиеся там. Это означает, что «замедление времени» является реальным эффектом, в отличие от сжатого по Лоренцу стержня, который снова имеет свою первоначальную длину, если находится в покое с наблюдателем.
@timm Замедление времени Лоренца также реально. В любом случае скорость времени всегда одинакова и известна как локальная скорость света. Время не замедляется. Вместо этого длина собственных временных интервалов различна. В гиперболической геометрии пространства-времени два наблюдателя могут преодолевать разные расстояния с одинаковой скоростью и приходить к финишу в одно и то же время. Это контринтуитивное отличие от евклидовой геометрии. Надеюсь это поможет.
@safesphere «В любом случае скорость времени всегда одинакова и известна как локальная скорость света», согласен. Я хочу сказать, что часто используемая фраза «замедление времени», связанная с «парадоксом» близнецов, на мой взгляд, не является неправильной из-за сравнения часов, которое показывает разное прошедшее время. Как именно вы определяете «скорость времени», связанную с собственным временем наблюдателя?
@timm Свет не движется во времени, а остается в одном и том же моменте времени. Наблюдая за движением света, мы видим движение момента времени, в котором пребывает свет. Свет движется со скоростью времени наблюдателя по-разному для разных наблюдателей, потому что их времена различны. Космический корабль пролетает мимо вас на высокой скорости и делает вспышку света. В кадре корабля центр вспышки движется вместе с кораблем, но в вашем кадре центр вспышки остается с вами, потому что свет движется со временем каждого наблюдателя. Скорость всегда равна единице (как в одной световой секунде в секунду).
@timm Другими словами, скорость времени — это коэффициент перед компонентом времени в метрике Минковского. Направление времени следует световому конусу. Ваше будущее приходит к вам со всех сторон со скоростью света. Ваше прошлое улетает от вас тоже во все стороны тоже со скоростью света. Локальную скорость света в вакууме следует называть скоростью времени. Свет просто следует за ним. Эта скорость в натуральных единицах равна единице, что указывает на симметрию пространства-времени. Тогда для удобства мы определяем один метр как ровно 1/299 792 458 часть одной световой секунды, чтобы сделать экватор 40 000 метров.
@safesphere «Свет не движется во времени, а остается в одном и том же моменте времени». Вы намереваетесь выразить, что надлежащее время света г т знак равно 0 , да. Но я не уверен, как вы определяете «скорость времени» в физических терминах. Скорость – это физическая величина (м, кг,...) в единицу времени. Как понять время в единице времени?
@timm Скорость времени не в секундах в секунду. Время не статично в пространстве. Каждый момент времени движется в пространстве с определенной скоростью в метрах в секунду или в световых секундах в секунду. Мы говорим, что движемся во времени, потому что время постоянно движется сквозь нас. Подробности смотрите в моем предыдущем комментарии.

Не само пространство влияет на время; это высокая скорость или ускорение/гравитация.

И эффект интуитивно понятен даже на Земле, хотя последствия этого трудно понять.

Представьте, что вы сидите в вагоне поезда с лампочкой. Включите его, и свет начнет подниматься к потолку, где у вас есть детектор. Вы можете измерить время, которое требуется свету, чтобы переместиться на эту высоту по вертикали.

А теперь представьте, что поезд движется. Вы все еще видите то же самое. Но человек на перроне снаружи видит, как включается лампочка, когда вы находитесь в одной точке, и прежде чем свет достигает потолка, поезда движутся в другую точку. Начальная и конечная точки света не расположены вертикально друг над другом. Конечная точка наклонена в сторону.

См. некоторые из иллюстраций здесь, чтобы визуализировать это.

Расстояние между начальной и конечной точкой теперь «больше», чем если бы поезд стоял на месте из-за простой геометрии. Но ты не знаешь этого в поезде. Вы измеряете ту же продолжительность времени. Парень на платформе измеряет другую продолжительность времени, потому что свет с его точки зрения движется дальше с той же скоростью.

Этот странный, странный, но логически непротиворечивый факт указывает на то, что время относительно. Время воспринимается по-разному в зависимости от вашей скорости. Время, измеренное, скажем, 1 секундой движущимся наблюдателем внутри поезда, будет измеряться более чем 1 секундой для неподвижного наблюдателя. Для стационарного парня прошло больше времени. Этот неподвижный парень теперь немного старше, чем движущийся парень в поезде.

Подождите, представьте, что у нас есть счетчики в наших телах, которые настроены на отсчет каждой секунды (земная секунда :P), и мы применяем ситуацию парадокса близнецов, когда оба находятся рядом друг с другом, действительно ли таймеры отображают разные числа? (Я все еще изучаю современную физику)
Если бы я мог получить ответ на эту ситуацию, вся моя путаница была бы решена @Steeven
@HasanHammoud Я не уверен, что вы подразумеваете под « мы применяем ситуацию парадокса близнецов ». Но да, если бы парень в поезде встретился с парнем на платформе, их наручные часы действительно показывали бы разное время. Эффект, конечно, крайне мал, но с очень точными атомными часами, когда одни из них размещены на скоростном самолете в кругосветном путешествии, разница видна (это было сделано уже в 1971 году): en.wikipedia. org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment
Это то, с чем многим людям трудно, особенно в отношении скорости света как космического «предела скорости» (хотя на самом деле это скорее предел причинности). Рассмотрим Альфу Центавра — расстояние до нее составляет четыре световых года, и вы ожидаете, что самое быстрое, что вы можете сделать, — это четыре года, путешествуя со скоростью света. Но если бы вы взлетели на космическом корабле со скоростью 99,995% c (по отношению к Земле), вы бы обнаружили, что земные наблюдатели увидят, что вашему кораблю потребуется около четырех лет, чтобы добраться туда, но вы, астронавт, обнаружите, что вы прибыть всего за две недели.
Мне всегда трудно понять, почему именно тот, что в поезде, считается движущимся. Потому что, что, если вы измените эксперимент? а если парень на платформе включит лампочку? Тогда парень в поезде увидит на «большем» расстоянии. Разве это не означает, что время на платформе «медленнее», чем в этом случае? Как узнать, кто на самом деле движется?
@IvoBeckers — один из них ускорился.
@IvoBeckers, это парадокс близнецов

Я считаю, что ОП спрашивает конкретно:

Каково это «чувствовать» себя в замедленном времени?

Ответ в том, что он ощущается абсолютно одинаково — никакой разницы.

Провести 10 минут рядом с черной дырой «по ощущениям» абсолютно идентично тому, чтобы провести 10 минут в обычном месте.

Разница лишь в том, что когда вы вернетесь к своим друзьям на Землю, для них пройдет гораздо больше времени. (1 год для вас, 5 лет для них и т. д.)

Я почти уверен, что это то, о чем спрашивает ОП.

Скажем, я иду от А до Б по короткому пути. Но вы идете от А до Б по длинному пути. Мы оба идем со скоростью ровно 5 миль в час, нормальной скоростью ходьбы. Это «ощущается» одинаково для нас обоих. И мы оказываемся на том же месте. Но вы прошли, скажем, 10 миль, тогда как я прошел только 3 мили.

Точно так же нахождение рядом с черной дырой - это «кратчайший путь во времени». Вы оба возвращаетесь в «одно и то же время» (например, «2340 год»), но для других прошло гораздо больше времени, а для вас — гораздо меньше.

Опять же, я почти уверен, что ваш настоящий вопрос здесь

Каково это «чувствовать» себя в замедленном времени?

ответ: идентичный . Его просто меньше .

ОП по понятным причинам думал, что все эти разговоры о «замедлении времени» могут означать, что время «кажется течь медленно» (например: когда вы у дантиста! или в замедленном фильме). Нет, это не имеет к этому никакого отношения.

Все это означает, что когда вы вернетесь домой, для другого человека пройдет больше времени : это ВСЕ, что это значит, ОП. Все остальное то же самое.

В общей теории относительности существует понятие интервала вдоль мировой линии, которое одинаково для всех наблюдателей и представляет собой местное время, которое испытывает наблюдатель, путешествующий по этой мировой линии. Другого типа времени не существует, хотя в любой конкретной системе координат обычно будет три space-likeкоординаты и одна time-likeкоордината. Единственные вопросы, которые можно осмысленно задать о времени, это:

Если два наблюдателя обмениваются сигналами, что будет наблюдать каждый?

Если два наблюдателя отправятся в одну и ту же мировую точку, разойдутся, путешествуют, встречаются и сравнивают часы, каковы будут результаты.

Обратите внимание, что ни один вопрос не включает в себя какое-либо понятие времени, кроме местного времени вдоль мировой линии.

Локально самая длинная мировая линия между двумя точками проходит по свободно падающему наблюдателю. если один наблюдатель находится в свободном падении, а другой уходит, ускоряется к черному целому и вокруг него, а затем снова присоединяется к своему спутнику, часы свободно падающего наблюдателя зарегистрируют больше времени, чем часы ускоряющегося наблюдателя.

+1 Этот ответ и пример полезны, потому что ход времени правильно определяется его продолжительностью, а не скоростью. Здравый смысл, основанный на евклидовой геометрии, говорит нам, что если два наблюдателя возвращаются в одно и то же время, то скорость у того, кто преодолел большее расстояние, выше. Это не так в гиперболической геометрии пространства-времени. Время не «медленнее движется». Если бы это было так, два наблюдателя никогда больше не встретились бы в одно и то же время. Для каждого наблюдателя разная продолжительность времени, а не скорость времени.
Ускоряется ли время при движении вокруг черной дыры? Почему? Что это значит?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v