Einsteins Relativitätstheorie: Warum ist unser Kopf älter als unsere Füße?

In einem der fantastischsten wissenschaftlichen Experimente der jüngeren Geschichte nahmen die Physiker Joseph Hafele und Richard Keating 1971 vier Atomuhren, die in 30 Millionen Jahren nicht mehr als eine Sekunde verlieren konnten, mit auf einen kommerziellen Flug, der erst westlich, dann östlich um die Welt flog und schließlich zu ihrem Labor in Washington DC zurückkehrte.

Das Experiment war ein Test eines zentralen Prinzips von Albert Einsteins Relativitätstheorie, wonach die Zeit nicht universell ist, d.h. je schneller man sich bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit für einen selbst.

Der Effekt ist minimal, sagt der britische Astrophysiker und Professor für Astrophysik an der Universität Oxford, Chris Lintott, in einer Kolumne für BBC Future. Wenn Sie einen Transatlantikflug von London nach New York machen, wird Ihre Uhr im Vergleich zu einer Uhr, die am Boden geblieben ist, um eine Zehntelmillionstelsekunde nachgehen. Allerdings werden Sie etwas langsamer gealtert sein, als wenn Sie zu Hause geblieben wären.

Ihr Kopf ist älter als Ihre Füße

Die Schwerkraft beeinflusst auch die Relativitätstheorie. Wenn Sie sich von der Gravitationskraft der Erde entfernen, beschleunigt sich die Zeit. Lintott sagt, dass dies unseren eigenen Körper beeinflusst: Das bedeutet zum Beispiel, dass Ihr Kopf etwas älter sein wird als Ihre Füße..

Auch hier ist der Effekt unglaublich klein, aber bei größeren Entfernungen von der Erde wird er relevant. Das GPS-System, auf das wir uns alle bei der Navigation verlassen und dessen Satelliten in 20.000 km Höhe über der Erde kreisen, muss dies berücksichtigen, um richtig zu funktionieren.

Die Wirkung der Relativitätstheorie auf Schwarze Löcher

Lintott sagt, dass in der Umgebung von Schwarzen Löchern diese relativistischen Effekte viel stärker ausgeprägt werden.

Um zu verstehen, warum das so ist, fordert der Astrophysiker Sie auf, sich vorzustellen, in ein schwarzes Loch zu fallen (Angenommen, Sie reisen in einem magischen Raumschiff, das Sie vor dem "Spaghettifizierungs"-Effekt schützt, der Endstreckung, die jedem Objekt widerfährt, das einem schwarzen Loch zu nahe kommt).

Wenn Sie fallen, bemerken Sie keinen zeitlichen Unterschied in sich selbst oder in Ihrer Umgebung. Wenn Sie auf Ihre Uhr schauen oder Ihren Puls messen, werden Sie denselben konstanten Rhythmus feststellen, während Sekunde für Sekunde die Katastrophe näher rückt.

Aber wenn die Instrumente Ihres Raumschiffs Ihnen erlauben, das Universum außerhalb des Schwarzen Lochs zu betrachten, könnten Sie etwas Seltsames bemerken: Es wird Ihnen vorkommen, als würden sich die Ereignisse dort beschleunigen..

Wenn Sie die Erde durch ein Teleskop betrachten könnten, würden Sie sehen, wie sich die Zukunft unseres Planeten und unserer Spezies wie in einem Zeitrafferfilm entfaltet. Wenn Sie ein Fernsehsignal empfangen könnten, würden Sie sich die letzten Übertragungen der Menschheit ansehen, bis die Entwicklung der Sonne zu einem Roten Riesen den Planeten verschlingt, obwohl dies mit hoher Geschwindigkeit geschieht.

Wechseln wir nun die Perspektive. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich auf einer Raumstation im Orbit in sicherer Entfernung zum Schwarzen Loch und beobachten, wie Ihr mutiger oder unglücklicher Kollege hineinfällt. Die Grenze des Schwarzen Lochs, so wie Sie es sehen, ist der Ereignishorizont, der Punkt, hinter den selbst Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nicht entkommen können. Man könnte erwarten, dass unser Freund, sobald er diesen Punkt erreicht hat, verschwindet..

Was Sie tatsächlich sehen würden, wäre etwas sehr Seltsames, so Lintott. Wenn sie Ihnen zuwinken, würden Sie sehen, wie sie immer langsamer wackeln, je näher sie dem Gravitationsbrunnen des Schwarzen Lochs kommen. Eine Uhr, die außerhalb des Raumschiffs montiert ist, würde scheinbar langsamer laufen als eine, die in unserer Station montiert ist.

Dieses Phänomen wird in dem Film "Interstellar" erforscht, in dem Astronauten, die einen Planeten in der Nähe eines schwarzen Lochs erforschen, entdecken, dass das Universum ohne sie weitergegangen ist.

Wie der Film deutlich zeigt, macht es keinen Sinn, sich zu fragen, ob die Zeit, die man in der Nähe oder in der Ferne des Schwarzen Lochs verbringt, die "richtige" Zeit ist. Die Relativitätstheorie sagt uns, dass es so etwas nicht gibt.

Obwohl wir ihn von außen nie zu Gesicht bekommen, wird unser unglücklicher Passagier schließlich den Ereignishorizont überqueren, die Grenze, von der nicht einmal das Licht entkommen kann. Dies ist der Punkt ohne Wiederkehr, und jenseits davon wird unser Reisender in das Zentrum des Schwarzen Lochs getrieben. Das bedeutet, dass sich sein Zeiterleben radikal ändern kann und er vielleicht sogar in der Lage ist, durch die Zeit zu reisen, rückwärts und vorwärts.