Bildbeschreibung: Die Krümmung der Zeit innerhalb der Krümmung der Raumzeit.
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Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein (1879-1955) beschreibt die Gravitation als eine Krümmung der Raumzeit. Massive Objekte (Sterne, Galaxien, Galaxienhaufen) krümmen das Netz der Raumzeit um sie herum. Je massiver das Objekt ist, desto größer ist die Krümmung.
Bei der Krümmung der Raumzeit ist die Verzerrung des Raumes in Form einer Krümmung relativ leicht vorstellbar. Wir verstehen gut, dass ein massives Himmelsobjekt dieser Raumkrümmung folgen und sie bei seinem Vorbeiflug verändern kann.
Andererseits erscheint uns die Krümmung der Zeit seltsam, weil wir nicht wissen, wie wir uns die gekrümmte Zeit vorstellen sollen. Die Allgemeine Relativitätstheorie zeigt jedoch, wie die Gravitation die Zeitmessung beeinflusst. Die Zeit dreht und dehnt sich in der Gegenwart von Massen aus.
Atomuhren auf GPS-Satelliten, die sich in einer Höhe von 20.200 km bewegen, müssen korrigiert werden, um diese durch die Schwerkraft der Erde verursachte Zeitverzerrung zu berücksichtigen. Dieser Zeitunterschied ist sehr gering, aber messbar. Mit anderen Worten: Eine Uhr auf der Erdoberfläche läuft langsamer als eine Uhr im Weltraum.
Wofür ?
Die Krümmung der Zeit ist ein komplexeres Konzept als die des Raums.
Unsere tägliche Erfahrung ist in einem dreidimensionalen Rahmen (Länge, Breite und Höhe) verankert und die Vorstellung einer zusätzlichen zeitlichen Dimension ist nicht instinktiv.
Einsteins Konzepte der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie führen zu der Idee, dass Zeit eine intrinsische Dimension ist, die mit dem Raum verbunden ist. Mit anderen Worten: Die Zeit wird in Metern gemessen. Unsere räumliche Intuition basiert jedoch auf dreidimensionalen Phänomenen, was es schwierig macht, die vierte Dimension, die Zeit, intuitiv zu verstehen.
Stellen wir uns die Raumzeit als eine flache Oberfläche vor, die das Universum darstellt.
Wenn keine nennenswerte Masse oder Energie vorhanden ist, ist diese Oberfläche flach.
Aber wenn Masse oder Energie vorhanden ist, krümmt sich diese Oberfläche. Die Krümmung ist umso ausgeprägter, je massiver das Objekt ist. Die Krümmung der Raumzeit ist minimal, wenn ein Planet vorhanden ist, stärker ausgeprägt, wenn ein Stern vorhanden ist, und erreicht extreme Ausmaße, wenn ein Schwarzes Loch vorhanden ist.
Betrachten Sie nun die Zeit als eine zusätzliche Dimension, senkrecht zu den drei uns bekannten Raumdimensionen. In der gekrümmten Raumzeit folgt die Zeit der Krümmung, die durch die vorhandene Masse oder Energie erzeugt wird.
Stellen wir uns ein sich bewegendes Objekt vor, das auf der x-, y-, z- und t-Achse dieser gekrümmten Oberfläche (Raumzeit) rollt.
Die Krümmung der Raumzeit beeinflusst die Flugbahn des Objekts. Je ausgeprägter die Krümmung ist, desto mehr folgt das Objekt einer gekrümmten Bahn.
Wenden wir dies nun auf die Zeit an. Da die Zeit eine zusätzliche Dimension des gekrümmten Raums ist, folgt auch sie der durch die Masse erzeugten Krümmung.
Bewegt sich ein Beobachter durch diese gekrümmte Raumzeit, wird er die Zeit mit einer Krümmung wahrnehmen. Während ein Beobachter in der flachen Raumzeit die Zeit als eine gerade Linie wahrnimmt.
Mit anderen Worten: Die Krümmung der Raumzeit beeinflusst die Art und Weise, wie die Zeit fließt. Je stärker die Krümmung ist, desto langsamer vergeht die Zeit. Dies wird als Zeitdilatation bezeichnet, wobei die Zeit in Bereichen der Raumzeit, die durch eine erhebliche Masse gekrümmt sind, scheinbar langsamer fließt.
Diese vereinfachte Analogie soll ein intuitives Bild davon vermitteln, wie sich die Krümmung der Raumzeit auf die Zeit auswirkt.
In Wirklichkeit verwendet Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie komplexe mathematische Gleichungen, um diese Phänomene zu beschreiben, aber diese Visualisierung kann dabei helfen, die Grundidee der Zeitkrümmung zu konzeptualisieren.
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