¿Por qué el tiempo es más lento cerca de objetos pesados?

El efecto del que estás hablando se llama dilatación del tiempo gravitacional. El efecto se calcula fácilmente a partir de la métrica (típicamente la métrica de Schwarzschild) pero cuando pregunta “¿por qué es esto?” Supongo que estás preguntando si hay una manera de entender por qué sucede esto sin analizar todo el álgebra. La respuesta es no, no realmente, pero puedo intentar dar un bosquejo aproximado. Sin embargo, tenga en cuenta que esta no es una descripción precisa de la física y lo engañará si lo lleva demasiado lejos. Pero hacerlo mejor implica sumergirse en las matemáticas.
Considere el experimento mental que se muestra arriba. Tenemos un espejo flotando sobre un agujero negro a una distancia fija r, y desde muy lejos del agujero negro proyectamos un rayo de luz sobre el espejo y calculamos cuánto tiempo tarda el rayo de luz en llegar al espejo y regresar. La distancia de nosotros al espejo es d medida en nuestro sistema de coordenadas. Sabemos que la luz se mueve a una velocidad fija de c, por lo que el tiempo para que la luz alcance el espejo y regrese es solo t0 = 2d / c, es decir, la distancia dividida por la velocidad.
Bueno no. El tiempo que he calculado anteriormente solo se mantiene en un espacio plano, es decir, si el agujero negro no está allí. Cuando tenemos un espacio curvo de un agujero negro, hay un problema porque si resolvemos las ecuaciones de movimiento del rayo de luz en presencia del agujero negro, encontramos que se mueve más allá de d, y el tiempo que medimos para el viaje de regreso, tbh es por lo tanto más largo que t0.
Entonces, la luz parece moverse más lentamente cuando el agujero negro está presente, porque lleva más tiempo alcanzar el espejo y regresar de lo que pensamos. Pero sabemos que la velocidad de la luz se fija en c, por lo que la única otra explicación es que el tiempo se ha ralentizado para el rayo de luz a medida que se acercaba al agujero negro, y esta es la dilatación del tiempo gravitacional.

Te lo explicaré de una manera muy simple, tal como lo he entendido. Espero que te ayude.

En primer lugar, la gravedad es propiedad de cualquier objeto para doblar el espacio-tiempo. Ahora, los objetos pequeños no causan curvas significativas en el espacio-tiempo, por lo que a menudo se descuidan. Sin embargo, los objetos más grandes, como los planetas, las estrellas y los agujeros negros, tienen una masa inmensa, y esta masa provoca una gran cantidad de “flexión” del espacio-tiempo.

Aquí hay una imagen para ilustrar mejor el concepto.

¿Ves la depresión causada por el objeto? Esta depresión es la “curva” en el espacio-tiempo. Y cuando el espacio-tiempo se dobla, su longitud aumenta, lo que altera el tiempo y lo ralentiza.

Cuanto más pesado es el objeto, más depresión y más lento es el tiempo.

Espero no haber violado ninguna ley de física al explicar este concepto y haber respondido a su satisfacción. Si me equivoco en algún lugar, hágamelo saber.

Voy a referirte a
¿Por qué el tiempo se ralentiza cerca de objetos más pesados?
Relatividad (física): ¿Por qué el tiempo es más rápido cuando un objeto es lento?

Sin embargo, los observadores perciben el movimiento, la velocidad relativa, el ángulo y la velocidad, todo en relación con ellos y lo que están mirando. Imagina que estás en un tren. Estás sosteniendo una pelota y, mientras el tren se mueve a una velocidad constante, la dejas caer. Ahora para ti, esta pelota parecerá caer directamente hacia abajo. Sin embargo, para alguien que esté parado (en relación con usted, por supuesto) mirando esto, la pelota se moverá en un camino curvo. Además, la imagen que está manejando y va a 70 mph. Te acercas a un auto que va a 60 mph. El automóvil al que se acerque tendrá una velocidad relativa de 10 mph. Aunque sepa que no puede ir tan lento como si estuviera mirando su propia velocidad mientras viaja en relación a ella. De esta manera imagina si alguien a años luz de distancia y observando la tierra. Si se mueven cada vez más rápido en relación con usted, ¿qué cree que sucederá? Si te estás moviendo a la misma velocidad, ¿qué pasará? Si te mueves más rápido?

“Estos ejemplos extraños intentan probar un punto conceptual u otro reduciendo deliberadamente todas las características menos apreciadas de algún fenómeno a cero, de modo que lo que realmente cuenta pueda brillar. El ejemplo de la Tierra Gemela establece una similitud interna al máximo (se lo lleva a la Tierra Gemela sin tener la oportunidad de registrar este gran cambio) para que se pueda demostrar que el contexto externo es responsable de lo que nuestra intuición nos dice “.
– Daniel C. Dennett

Si estás cerca de un objeto muy masivo, te ves a ti mismo como siempre, tu reloj marca un segundo por segundo para ti, no notas nada inusual localmente. Sin embargo, para un observador lejano, su reloj parece ir más lento y parece estar en cámara lenta. Esto es cuando ambos no se mueven mucho uno con respecto al otro. Además, en esta situación, puede ver al observador lejano como en avance rápido, caminando y hablando mucho más rápido de lo habitual. Todo se vuelve más complicado cuando dos observadores se mueven uno respecto al otro. Dependiendo de cómo se muevan, verían diferentes imágenes. Por ejemplo, si caes libremente hacia una estrella masiva o un agujero negro, tanto tú como el observador lejano se verán más lentos.

En cuanto a por qué sucede esto, desafortunadamente no puedo dar una respuesta concisa aquí, uno debería consultar textos sobre relatividad general. Súper brevemente, todo se debe a que el tiempo es solo una de las 4 dimensiones de un objeto geométrico llamado espacio-tiempo, y el espacio-tiempo se deforma en todas las dimensiones.

La gravedad no es una fuerza que envuelve el espacio alrededor de un objeto. Los objetos se mueven cuando son empujados, no tirados.

El espacio es maleable, para hacerlo simple, piénselo como un fluido.

Einstein una vez hizo un experimento para apoyar su teoría de la relatividad general, simplemente estudió el comportamiento de la luz solar en el momento del eclipse solar, ahora lo que sucedió fue totalmente sorprendente, los cuerpos pequeños o las estrellas que tienden a aparecer cerca del sol estaban cambiando de posición en diferentes tomas tomadas en segundos, ahora lo que sucede es que cualquier cuerpo que tenga una gran masa tiene la capacidad de doblar el espacio cerca de sí mismo.

La luz viaja en línea recta, pero cerca de objetos de gran masa no se dobla un poco cerca de ellos, es por eso que las estrellas parecen cambiar su posición cerca del sol durante el tiempo del eclipse solar, cerca de las Pirámides, no sentirás ninguna diferencia, pero para cualquier observador que esté lejos de las pirámides y observe, parecerá que está en cámara lenta y cuando se aleja lentamente de las pirámides, ese momento es un viaje en el tiempo 😀

También hay un concepto de hacer una máquina del tiempo en el hecho anterior.

El profesor Brian Cox dibujó un convincente gráfico de vista aérea para una de sus conferencias del Royal Institute. Bueno, hizo que las cosas encajaran para mí, de todos modos.

Describió el tiempo corriendo por el gráfico, y el espacio corriendo por él. Dos astronautas partieron de diferentes lugares al mismo tiempo, enviándose pulsos de reloj láser entre sí. Por lo tanto, trazan dos líneas paralelas que suben por el gráfico, y sus pulsos láser trazan líneas ligeramente diagonales entre ellos.

Luego, cuando uno de los astronautas se acerca a un agujero negro, su camino de “línea recta” se dobla alrededor de él, y sus señales láser ligeramente diagonales llegan a su compañero en un ángulo cada vez más oblicuo. Su compañero, por lo tanto, percibe esto como una desaceleración de la llegada de pulsos de reloj del primer astronauta.

Tenga en cuenta que esto indica además que es en la percepción del colega que ve una desaceleración de lo que ve en las actividades del primer astronauta. El primer astronauta no nota nada extraño sobre su propio tiempo, y simplemente continúa bordeando el agujero negro. (Sin embargo, no se muestra en las diapositivas de Cox, suponemos que los pulsos láser del colega parecerían estar llegando a un ángulo cada vez más estricto, y que el primer astronauta percibiría que su tiempo se aceleró).

Y, solo para agregar al último párrafo … podemos notar que todas nuestras experiencias de agujeros negros son del tipo del colega, percibiendo lo que otros cuerpos están experimentando a medida que se acercan a los agujeros negros.

La gravedad es la deformación del espacio-tiempo. La dilatación del tiempo debido a la gravedad es significativa cerca de las estrellas súper masivas y se completa en el horizonte de eventos de un agujero negro.

Para responder a su pregunta, verá las cosas como las ve ahora, la percepción del flujo de tiempo para usted no cambiará. Sin embargo, alguien que lo observa desde una gran distancia lo verá casi congelado en el tiempo.

Según Einstein, el espacio es una especie de lámina de goma que se puede expandir y doblar en cualquier forma. Ahora, cuando el objeto pesado se mantiene en el espacio, se dobla y crea una curvatura.
Antes, en el espacio de curva, suponga que la luz tardó 1s en moverse de un punto a otro en el espacio. Pero, en el espacio de curva, (la luz se mueve a lo largo del espacio a medida que el tren se mueve a lo largo de la vía) la luz tiene que cubrir una distancia más larga para moverse entre dos puntos. Luego La luz tardaría más tiempo en moverse entre dos puntos, supongamos que es 1.5s.
Pero el observador no puede ver el espacio de curvatura, por lo tanto, para ellos la distancia entre esos dos puntos parece ser la misma. Entonces, de acuerdo con la ley del movimiento, para él la velocidad de la luz debería disminuir.
Pero sabemos que la velocidad de la luz permanece constante para cualquier observador, lo que significa que la luz cubrirá la distancia más grande también con la misma velocidad en 1. Esto solo es posible si el tiempo se mueve lentamente para el observador. Entonces, podemos decir que el tiempo para cualquier observador cerca de objetos pesados ​​pasa lentamente.

El espacio y el tiempo se deforman en un gran cuerpo celeste.
Cuando estás cerca de un cuerpo celeste pesado, las personas lejos de él te verían en cámara lenta debido a la dilatación del tiempo, pero te verías a ti mismo como normal.
Todo esto se debe a diferentes marcos de visión llamados marcos “inerciales” y “no inerciales”.

Significa que si alumbras a alguien más alejado del objeto pesado, lo verán más rojo de lo que lo emitiste. (Esto tiene que suceder, porque de lo contrario llegaría con la misma energía E que la emitió. Podrían convertirlo en una masa m = E / c² , y soltarla, ganando energía cinética mg × altura. Devuélvala en E , vuélvala a subir, utilizando la energía cinética para alimentar algo. Pero … la conservación de la energía es verdadera.)
Pero si envía luz con una frecuencia de N / seg, sus N ondas en un segundo deben seguir siendo N oscilaciones cuando llegan: por lo tanto, para que ocurra el cambio de frecuencia rojo, el tiempo que tardan en llegar debe ser más largo.
Entonces, pasa más tiempo medido allá arriba que aquí abajo.
Te ven, o al menos, el oscilador electromagnético por el que haces la luz, en cámara lenta.

El cambio azul hacia el otro lado significa que los ves en movimiento acelerado.

Podemos decir que solo se puede decir que ha pasado 1 segundo cuando un fotón se ha alejado 300000 km de usted. No importa qué. Cuando va rápido, la luz tarda más en alejarse 300000 km, por lo tanto, el segundo se hace más largo para usted, es decir, el tiempo se vuelve más lento y, por lo tanto, el tiempo se dilata. (Hay muchos más efectos de las velocidades relativas, pero sigamos con el tiempo)
Ahora qué hacen los objetos pesados. Deforman el espacio, el espacio se comprime cada vez más a medida que nos acercamos a la tierra. Y en ese espacio exprimido, la luz se propaga lentamente. Ahora que la luz se ralentizará, tardará más en alejarse 300000 km y, por lo tanto, el tiempo se dilatará. Es por eso que el tiempo es más lento cerca de objetos pesados, por ejemplo. los relojes en los satélites GPS funcionan 38 microsegundos por día más rápido que los de la Tierra (aunque el número es de 45 microsegundos por día, pero debido a su propia velocidad de propagación, el tiempo se ralentiza en 8 microsegundos por día, por lo que 45-7 = 38 ) y se corrigen para que el GPS funcione.

En este momento no soy lo suficientemente inteligente como para explicarte toda la Relatividad General (no lo entiendo yo mismo). La gravedad es, según Einstein, no una verdadera fuerza. En realidad, es la deformación (curva / curva) del espacio y el tiempo alrededor de un objeto. A mayor gravedad, mayor es la curva del espacio-tiempo. Y el espacio-tiempo, cuando está deformado, se estira. Entonces, cuando estamos cerca de un objeto pesado (un objeto con mucha masa), realmente estaríamos en tiempo y espacio estirados. Debido a esta extensión del tiempo, el tiempo sería más lento para nosotros. Saludos 🙂

Einstein nos mostró que el espacio y el tiempo pueden considerarse como dos ingredientes de algo llamado espacio-tiempo. El espacio-tiempo puede observarse geométricamente y las deformaciones o dobleces en esta geometría explicarán la diferencia en la gravedad y dado que el tiempo también está entretejido en el espacio, también obtenemos diferencias en el tiempo.

Los objetos más pesados ​​deforman el continuo espacio-tiempo a su alrededor como lo explica la Teoría General de la Relatividad, por lo que el tiempo se ralentiza cerca de la vecindad de tales cuerpos.

Porque el tiempo es parte del espacio-tiempo. La materia dobla el espacio-tiempo, por lo que tanto el espacio como el tiempo se deforman o ‘encogen’.