WAT IS TIJDUITZETTING?

Send

Een van de meest interessante onderwerpen op het gebied van wetenschap is het concept van algemene relativiteitstheorie. Weet je, dit idee dat er vreemde dingen gebeuren als je de lichtsnelheid nadert. Er zijn vreemde veranderingen in de lengte van dingen, bizarre verschuivingen van golflengten. En het meest raadselachtige van alles is het concept van dilatatie: hoe je letterlijk meer of minder tijd kunt ervaren op basis van hoe snel je reist in vergelijking met iemand anders.

En nog vreemder dan dat? Zoals we zagen in de film Interstellar, kan tijd doorbrengen in de buurt van een zeer massief object, zoals een zwart gat, dezelfde relativistische effecten veroorzaken. Omdat massa en versnelling min of meer hetzelfde zijn?

Eerlijk gezegd is het genoeg om je een enorme hoofdpijn te bezorgen.

Maar alleen omdat ik het concept verbijsterend vind, blijf ik nog steeds chippen, probeer er meer van te begrijpen en help je je hersenen er ook omheen te wikkelen. In mijn eigen voordeel, in uw voordeel, maar vooral in mijn voordeel.

Er is een geweldige anekdote in de geschiedenis van de natuurkunde - het is waarschijnlijk niet wat er werkelijk is gebeurd, maar ik ben er nog steeds dol op.

Een van de beroemdste astronomen van de 20e eeuw was Sir Arthur Eddington, gespeeld door een onstuimige David Tennant in de film uit 2008, Einstein en Eddington. Wat je echt moet zien, als je dat nog niet hebt gedaan.

Dus hoe dan ook, Doctor Who, ik bedoel Eddington, had uitgewerkt hoe sterren energie opwekken (door fusie) en bevestigde persoonlijk dat Einsteins voorspellingen van Algemene Relativiteit klopten toen hij in 1919 een totale zonsverduistering waarnam.

Blijkbaar vroeg iemand tijdens een lezing door Sir Arthur Eddington: "Professor Eddington, u moet een van de drie mensen ter wereld zijn die algemene relativiteit begrijpt." Hij zweeg even en zei toen: 'Ja, maar ik probeer te bedenken wie de derde persoon is.'

Ik ben het zeker niet, maar ik ken iemand die wel verstand heeft van Algemene Relativiteit, en dat is Dr. Brian Koberlein, een astrofysica-professor aan het Rochester Institute of Technology. Hij behandelt dit onderwerp de hele tijd op zijn blog, One Universe At A Time, die je absoluut moet bezoeken en lezen op briankoberlein.com.

Om alleen maar te demonstreren hoe dit werkt, heeft Brian zijn RIT-kantoor gemakkelijk tot bijna razendsnelle snelheid geduwd en komt nu op ons af.

Dr. Brian Koberlein:
Hallo Fraser, bedankt dat je me hebt gehad. Als je een seconde kunt wachten, moet ik gewoon langzamer gaan.

Fraser Cain:
Wat is daar net gebeurd? Waarom waren jullie allemaal langzamer?

Brian:
Het is eigenlijk een interessant effect dat bekend staat als tijdsdilatatie. Een van de dingen van licht is dat het niet uitmaakt in welk referentiekader je je bevindt, ongeacht hoe je door het heelal beweegt, je zult altijd de lichtsnelheid in een vacuüm meten om hetzelfde te zijn. Ongeveer 300.000 kilometer per seconde.

En om dat te doen, als je beweegt ten opzichte van mij, of als ik beweegt ten opzichte van jou, moeten onze referenties voor tijd en ruimte veranderen om de lichtsnelheid constant te houden. Naarmate ik sneller van je af beweeg, moet mijn tijd volgens jou vertragen. Aan de andere kant lijkt uw tijd te vertragen ten opzichte van mij.

En dat tijdsdilatatie-effect is nodig om de lichtsnelheid constant te houden.

Fraser:
Gebeurt dit alleen als je verhuist?

Brian:
Tijdsdilatatie treedt niet alleen op vanwege relatieve beweging, het kan ook optreden vanwege de zwaartekracht. Einsteins relativiteitstheorie zegt dat zwaartekracht een eigenschap is van het vervormen van ruimte en tijd. Dus als je een massa als de aarde hebt, vervormt het eigenlijk ruimte en tijd.

Als je op de aarde staat, lijkt je tijd iets langzamer te bewegen dan iemand in de ruimte, vanwege het verschil in zwaartekracht.

Voor de aarde maakt dat niet zoveel uit, maar voor zoiets als een zwart gat kan het veel uitmaken. Naarmate je steeds dichter bij een zwart gat komt, lijkt je tijd steeds meer te vertragen.

Fraser:
Wat zou dit betekenen voor ruimtevaart?

Brian:
In sciencefiction zie je vaak het idee van een raket die heel dicht bij de snelheid van het licht beweegt en tijdsdilatatie gebruikt om naar verre sterren te reizen.

Maar je zou eigenlijk hetzelfde kunnen doen met de zwaartekracht. Als je een zwart gat had dat naar een andere ster of een ander sterrenstelsel zou gaan, zou je je ruimteschip eigenlijk kunnen nemen en het heel dicht bij het zwarte gat laten draaien. En je tijd lijkt te vertragen. Terwijl je rond het zwarte gat draait, zou het zwarte gat de tijd nemen om bij een andere ster of een ander sterrenstelsel te komen, en voor jou lijkt het heel snel.

Dus dat is een andere manier om tijdsdilatatie te gebruiken om naar de sterren te reizen, althans in science fiction.

Fraser:
Oké Brian, ik heb een laatste vraag voor je. Als je zwaarder wordt naarmate je dichter bij de lichtsnelheid komt, kun je dan zoveel massa krijgen dat je in een zwart gat verandert? Ik wil graag dat je deze vraag beantwoordt in de vorm van een blogpost op briankoberlein.com en op de Google+ post die we hier gaan linken.

Brian:
Bedankt Fraser, ik heb dat antwoord op mijn website.

Opnieuw bezochten we het verbijsterende rijk van tijdsdilatatie en keerden we relatief ongedeerd terug. Het betekent niet dat ik het beter begrijp, maar ik hoop dat je het toch doet. Nogmaals hartelijk dank aan Dr. Koberlein voor het nemen van een paar minuten van zijn relativistische reis om onze vragen te beantwoorden. Zorg ervoor dat je zijn blog bezoekt en zijn antwoord op mijn vraag leest.