Würde man auf einem Raumschiff mit nahezu Lichtgeschwindigkeit wirklich langsamer altern?

Hochgeschwindigkeitsreisen.

Hochgeschwindigkeitsreisen.Craig Cormack/Flickr

Jede Woche senden die Leser unseres Weltraum-Newsletters The Airlock ihre Fragen an den Weltraumreporter Neel V. Patel zur Beantwortung. Diese Woche: Zeitdilatation während der Raumfahrt.

Ich habe gehört, dass die Zeitdilatation die Hochgeschwindigkeits-Raumfahrt beeinflusst, und ich frage mich, wie groß dieser Einfluss ist. Wenn wir einen Hin- und Rückflug zu einem nahe gelegenen Exoplaneten starten würden – sagen wir 10 oder 50 Lichtjahre entfernt – wie würde sich das auf die Zeit für Menschen auf dem Raumschiff im Vergleich zu Menschen auf der Erde auswirken? Wenn die Raumfahrer zurückkamen, werden sie im Vergleich zu den Menschen, die auf der Erde geblieben sind, viel jünger oder älter sein? -Serge



Zeitdilatation ist ein Konzept, das in vielen Science-Fiction-Filmen auftaucht, einschließlich Orson Scott Card Enders Spiel , wo ein Charakter nur acht Jahre im Weltraum altert, während 50 Jahre auf der Erde vergehen. Genau dieses Szenario skizziert das berühmte Gedankenexperiment der Zwillingsparadoxon : Ein Astronaut mit einem eineiigen Zwilling bei der Missionskontrolle unternimmt mit einer Hochgeschwindigkeitsrakete eine Reise ins All und kehrt nach Hause zurück, um festzustellen, dass der Zwilling schneller gealtert ist.

Die Zeitdilatation geht auf Einsteins spezielle Relativitätstheorie zurück, die uns lehrt, dass die Bewegung durch den Raum tatsächlich Veränderungen im Zeitfluss erzeugt. Je schneller Sie sich durch die drei Dimensionen bewegen, die den physischen Raum definieren, desto langsamer bewegen Sie sich durch die vierte Dimension, die Zeit – zumindest relativ zu einem anderen Objekt. Die Zeit wird für den Zwilling, der sich durch den Weltraum bewegt hat, und für den Zwilling, der auf der Erde geblieben ist, unterschiedlich gemessen. Die Uhr in Bewegung wird langsamer ticken als die Uhren, die wir auf der Erde beobachten. Wenn Sie in der Lage sind, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen, sind die Auswirkungen viel ausgeprägter.

Im Gegensatz zum Zwillingsparadoxon ist die Zeitdilatation kein Gedankenexperiment oder ein hypothetisches Konzept – sie ist real. Der 1971 Hafele-Keating-Experimente bewies dies, als zwei Atomuhren in Flugzeugen geflogen wurden, die in entgegengesetzte Richtungen flogen. Die relative Bewegung hatte tatsächlich einen messbaren Einfluss und erzeugte einen Zeitunterschied zwischen den beiden Uhren. Dies wurde auch in anderen Physikexperimenten bestätigt (z. B. sich schnell bewegende Myonenteilchen brauchen länger zum Zerfallen ).

In Ihrer Frage also ein Astronaut, der mit relativistischer Geschwindigkeit von einer Weltraumreise zurückkehrt (wo sich die Auswirkungen der Relativitätstheorie zu manifestieren beginnen - zumindest im Allgemeinen ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit ) wären bei ihrer Rückkehr jünger als gleichaltrige Freunde und Familienmitglieder, die auf der Erde geblieben sind. Wie viel jünger genau, hängt davon ab, wie schnell sich das Raumschiff bewegt und beschleunigt hat, also können wir das nicht ohne Weiteres beantworten. Aber wenn Sie versuchen, einen 10 bis 50 Lichtjahre entfernten Exoplaneten zu erreichen und es trotzdem nach Hause schaffen, bevor Sie selbst an Altersschwäche sterben, müssen Sie sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Hier gibt es noch eine weitere erwähnenswerte Falte: Zeitdilatation als Ergebnis von Gravitationseffekten. Vielleicht haben Sie den Film von Christopher Nolan gesehen Interstellar , wo die Nähe eines Schwarzen Lochs dazu führt, dass sich die Zeit auf einem anderen Planeten enorm verlangsamt (eine Stunde auf diesem Planeten entspricht sieben Erdenjahren).

Diese Form der Zeitdilatation ist ebenfalls real, und zwar deshalb, weil in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie die Schwerkraft die Raumzeit und damit die Zeit selbst krümmen kann. Je näher die Uhr an der Gravitationsquelle ist, desto langsamer vergeht die Zeit; Je weiter die Uhr von der Schwerkraft entfernt ist, desto schneller vergeht die Zeit. (Wir können die Details dieser Erklärung für einen zukünftigen Airlock speichern.)

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