Von Hacker News https://news.ycombinator.com/item?id=6253263
Dies ist eine weitaus interessantere Frage, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. und es verdient etwas Aufmerksamkeit, weil es uns etwas Grundlegendes und Wundervolles und einfach verdammt Großartiges über das Universum erzählt.
Aber ich weiß nicht, wie ich die Geschichte kurz und bündig erzählen soll. Also werde ich das tun, was ich tue. Es tut mir sehr leid. Bitte zögern Sie nicht, weiterzumachen, wenn Ihnen dies als lästig erscheint.
Betrachten Sie die Erde und Sie darauf. Du schwebst nicht frei, also ist eindeutig etwas los. Wir nennen das "Schwerkraft". Wir können es im allgemeinsten Sinne eine Interaktion nennen: Sie und die Erde interagieren irgendwie, und das hält Sie davon ab, frei zu schweben. Wir können dann fragen, wie schnell diese Interaktion ist, indem wir sie in diese spezifischen Begriffe fassen: Wie viel Zeit wird zwischen Ihrer Änderung Ihrer Position relativ zum Boden und Ihrem Beginn des Sturzes vergehen?
Ja, es ist das Wile E. Coyote-Problem. Wile E. Coyote rennt von einer Klippe, schwebt lange genug in der Luft, um ein Schild mit der Aufschrift "Hilfe" hochzuhalten, und beginnt dann zu fallen.
Das ist eindeutig übertrieben. Aber wie viel Zeit vergeht im wirklichen Leben zwischen dem Absteigen von einer Klippe und dem Beginn des Fallens?
Wir können uns dem Problem naiv nähern, indem wir uns daran erinnern, dass alle sich ausbreitenden Phänomene im Universum durch die Geschwindigkeit von begrenzt sind Licht. Angesichts dieser Tatsache ist es sinnvoll anzunehmen, dass die Zeit zwischen dem Moment, in dem Wile E. von der Klippe tritt, und dem Zeitpunkt, an dem er zu fallen beginnt, gleich oder größer als der Abstand zwischen ihm und dem Boden geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit ist. Es kann doch nicht weniger sein, oder?
Wir können dann eine Reihe sehr, sehr präziser Experimente mit sehr feinen Toleranzen erstellen - wahrscheinlich mit Elektromagneten und Lasern oder so -, um diese Hypothese zu testen. Und dann wir kann feststellen, dass wir völlig falsch liegen.
Bis zur absoluten Grenze unserer Fähigkeit, es zu messen - und unsere Fähigkeit, es zu messen, ist wirklich gut, da wir Elektromagnete und Laser und andere teure wissenschaftliche Dinge verwendet haben -, wenn ein Objekt fallen gelassen wird, beginnt es sofort zu fallen. Nicht nach einer sehr kurzen Zeitspanne, sondern absolut augenblicklich. Wie in Null vergeht die Zeit zwischen Fallenlassen und Fallen. Das ist wirklich ziemlich erderschütternd. Weil es impliziert, dass irgendwie ein "Signal" schneller als die Lichtgeschwindigkeit vom Boden zu Wile E. gelangt. Was eigentlich unmöglich sein sollte.
Ich werde hier ein wenig weitermachen, weil ich nicht die ganze Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie erklären möchte und es bei der Beantwortung nicht so nützlich sein wird die frage sowieso. Es genügt zu sagen, dass zwischen dem Fallenlassen und Fallen keine Zeit vergeht, aber gleichzeitig nein, kein Signal oder keine Interaktion muss sich vom Boden nach oben zu Wile E. ausbreiten, damit er anfängt zu fallen. In der Tat ist es so, dass Wile E. Coyote aufgrund der von der Erde erzeugten Krümmung der Raumzeit immer fällt. Wann immer er am Rand der Klippe steht, auf dem Boden, der Boden unter seinen Füßen - Pfoten? - hält seinen Sturz fest, indem er sich effektiv gegen ihn drückt. In dem Moment, in dem er entfernt wird, beginnt er zu fallen. In diesem Sinne hat die Schwerkraft keine Geschwindigkeit. Weil es sich nicht wirklich durch den Raum ausbreitet. Eine Möglichkeit, es zu betrachten, besteht darin, zu sagen, dass das Gravitationsfeld den Raum ausfüllt. Wo immer Sie sich also befinden, sind Sie bereits die ganze Zeit davon betroffen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zu sagen, dass die Gravitation im Wesentlichen der Raum ist, sodass sie Sie einfach aufgrund ihrer Existenz beeinflusst. Die beiden sind im Wesentlichen äquivalente englische Übersetzungen der Gleichungen, die das Phänomen tatsächlich beschreiben.
Aber okay, das ist das halbe Problem. Die Schwerkraft eines statischen Körpers füllt den Raum oder ist Raum, und als solcher kann nicht sinnvoll gesagt werden, dass er eine Geschwindigkeit hat. Aber was ist mit der Schwerkraft eines sich verändernden Körpers? Wie Sie sagten, was ist, wenn "plötzlich ein Schwarzes Loch auftaucht"? Nun, die Antwort ist natürlich, dass das niemals passiert, niemals. Gravitation macht plötzlich nichts mehr; makroskopische Dinge tauchen nicht einfach so aus dem Nichts auf, und eine Teleportation ist unmöglich. Wir müssen also nicht darüber nachdenken… und tatsächlich könnten wir keine aussagekräftigen Antworten erhalten, wenn wir es versuchen würden.
Aber die Dinge bewegen sich. Der Mond bewegt sich relativ zur Erdoberfläche; wir können sagen, auch abgesehen von der Tatsache, dass wir es dort oben sehen können, weil der Mond den Hauptbeitrag zu den Gezeiten leistet und die Gezeiten steigen und fallen. Aber wie ist die Beziehung zwischen der Position des Mondes im Weltraum und der Gezeitenbeschleunigung auf der Erde? Sind die beiden irgendwie immer perfekt synchron oder gibt es eine Verzögerung? Wenn ja, wie viel und in welche Richtung? Das ist tatsächlich eine viel schwierigere Frage, als Sie vielleicht denken. Vor einigen Jahren gab es eine berüchtigte Veröffentlichung eines Kollegen namens Tom Van Flandern (kürzlich verstorben, Gott ruhe seine Seele aus), in der behauptet wurde, dass sich die Änderung der Gravitationsbeschleunigung in einem dynamischen System tatsächlich um ein Vielfaches schneller ausbreitet als die Lichtgeschwindigkeit - bei mindestens zwanzig Milliarden Mal schneller als die Lichtgeschwindigkeit - aber nicht sofort. Dies hat damals viel Aufmerksamkeit erregt. Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Änderungen der Raumzeitgeometrie gleich der Lichtgeschwindigkeit wäre, wäre das in Ordnung. Wenn es buchstäblich augenblicklich wäre, wäre das auch mehr oder weniger in Ordnung, obwohl unsere Theorie einige Anpassungen erfordern würde. Aber schneller als c und doch endlich? Das war wirklich schwer zu erklären.
Es stellte sich jedoch als kein Problem heraus. Weil Van Flandern gerade einen Fehler in seiner Zeitung gemacht hat. Sehen Sie, die Beziehung zwischen Bewegung und Gravitation ist nicht so einfach, wie es scheinen mag. Tatsächlich - und ich beschönige dies jetzt, weil die Mathematik verdammt kompliziert ist - zeigt der Gravitationsbeschleunigungsvektor an einem entfernten Punkt immer dann an dem Punkt, an dem sich das Objekt tatsächlich zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet, im Gegensatz zu woher das Licht des Objekts in diesem Moment kommt. In diesem Sinne sind wir wieder in der sofortigen Gravitation!
Aber ist es wirklich so? Nein. Weil Sie sehen, wenn das sich träge bewegende Objekt sofort zum Stillstand kommen würde, würde der Beschleunigungsvektor eine Zeit lang auf seine zukünftige Position zeigen, als würde er sich immer noch träge bewegen, obwohl sich das Objekt tatsächlich woanders befindet . Die Summe der Effekte, die dazu dienen, die Aberration aufzuheben, wenn sich alles träge bewegt, würde zusammenbrechen, und das Beschleunigungsfeld würde auf den leeren Raum zeigen, so lange es dauert, bis sich die Änderung der Geometrie mit Lichtgeschwindigkeit vom Gravitationsobjekt durch den Raum ausbreitet bis zu dem fraglichen Punkt.
Außer, dass die Dinge nicht sofort aufhören, sich zu bewegen. Die Dinge beschleunigen sich, und die Beschleunigung erfordert Energie, und wenn Sie dies berücksichtigen, gleichen sich die Gleichungen wieder aus. (Wenn Sie sich der Herausforderung stellen, viel fortgeschrittener Mathematik zu folgen, finden Sie hier das beste Papier, das ich zu diesem Thema kenne.) - http://arxiv.org/abs/gr-qc/9909087v2
Was bedeutet das? Das bedeutet, dass die "Geschwindigkeit der Schwerkraft" die Lichtgeschwindigkeit ist ... technisch. Änderungen in der Geometrie der Raumzeit breiten sich tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit aus, aber die offensichtlichen Auswirkungen der Gravitation sind in allen dynamischen Systemen der realen Welt augenblicklich, da die Dinge nicht ohne Grund sofort beginnen oder aufhören, sich zu bewegen oder Masse zu gewinnen oder zu verlieren . Wenn Sie alles berücksichtigen, was Sie benötigen, um ein realistisches System zu modellieren, das sich realistisch verhält, werden Sie feststellen, dass sich alle Aberrationen, die Sie aufgrund einer endlichen Lichtgeschwindigkeit erwarten könnten, aufheben, sodass die Schwerkraft so wirkt, als wäre sie sogar augenblicklich Das zugrunde liegende Phänomen ist definitiv nicht. Das Universum ist verdammt cool, wenn Sie mich fragen.