Credit: Geralt/Pixabay.
Precies een week geleden had ik een Astroblog over de tijddilatatie in het vroege heelal, gemeten aan de hand van quasars. Die quasars lieten zien dat de tijd kort na de oerknal vijf keer langzamer liep dan tegenwoordig. De blog riep direct al reacties op en ook in de blogosfeer was er het nodige over te doen. Onder andere door Ethan Siegel, de bekende natuurkundige van Starts with a Bang, die zich in een blog afvroeg ‘Did time run slower in the early Universe?’ Zijn conclusie: nee, de tijd zelf liep in het vroege heelal niet trager. Zouden we er zelf met een klok rondlopen dan zou die klok net zo snel lopen als nu/hier. Wat je wel hebt is dat alles wat ons bereikt vanuit het vroege heelal door de uitdijing van het heelal is ‘gedilateerd’, uitgerekt als het ware. Straling uit het vroege heelal is roodverschoven, de golflengte is naar de rode kant van het spectrum opgeschoven. Maar niet alleen straling ondervindt gevolgen van die uitdijing, óók de tijd doet dat. Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie beschouwde ruimte en tijd al als één geheel en sprak van de ruimtetijd. Straling wordt daardoor niet alleen uitgerekt in termen van golflengte, maar ook in tijd! En dat leidt tot het volgende, aldus Siegel:
This means, when we’re looking at objects that are very far away, we’re not observing them in “real-time” according to how they experienced it, but rather in slow-motion owing to this cosmological time dilation. The formula is very simple: the same “factor” that your signals get redshifted by is the “factor” by which your signals appear slowed-down when you view them. […] it’s time dilation that’s stretching out the signals from distant quasars, nothing more. But time itself always passes at the same rate for an observer anywhere in the Universe: then, now, and forever more.
Ook Sabine Hossenfelder, een andere bekende natuurkundige en blogger (Backreaction) heeft er afgelopen week aandacht aan besteed en zij maakte er de volgende video over. Zij spreekt van de ‘cosmological time dilation en ook haar conclusie is dat de vertraging relatief is: wij zien de klok van twaalf miljard jaar geleden keer langzamer gaan dan onze klok nu, maar in die tijd zelf ging de tijd net zo snel als nu.
Bron: Starts with an Bang + Backreaction.
Ik kan die uitleg niet rijmen met de klokken/timing van onze GPS satellieten die men telkens moet aanpassen. En als die tijdsdilatie lokaal werkt, dan ook in het vroege heelal zou ik zeggen. En als dit licht eenmaal “gestretcht” is dan is dat m.i. niet omkeerkaar, die tijd ben je definitief kwijt dankzij interactie met de massa (M) van een object en de afstand (r) tot die massa. (ofwel de wortel uit 1-(2GM)/rc^2, waarbij c en G dus constanten zijn). Het is niet de gemeten roodverschuiving van een foton die de lichtsnelheid (ofwel verloren tijd) bepaald maar het gravitatieveld.
“Het is niet de gemeten roodverschuiving van een foton die de lichtsnelheid (ofwel verloren tijd) bepaald maar het gravitatieveld.”
Dit is echt niet waar. Het medium waar het licht doorheen reist, bepaalt de lichtsnelheid. In een vacuum – dus zonder medium – is die snelheid maximaal en altijd constant, en alle waarnemers ongeacht hun eigen snelheid of lokale zwaartekracht meten altijd dezelfde waarde. Zwaartekracht heeft hier *geen* invloed op.
Het is overigens zinloos Newton in te zetten zodra relativistische effecten de kop opsteken.
“En als dit licht eenmaal “gestretcht” is dan is dat m.i. niet omkeerkaar”
Het is wel omkeerbaar, in elk geval in principe: als licht door een krimpende ruimte reist, neemt de golflengte af en de frequentie neemt toe, en dan lijkt de klok van dat licht te versnellen.
Niet helemaal mee eens June, de kleur (lees energie h*f van een foton is niet van invloed op de lichtsnelheid c (in vacuum) want die is constant, ook na een roodverschuiving. Dan: “het medium waar het licht doorheen reist bepaald de lichtsnelheid”… een zwaartekracht veld (a.k.a. massa) is net zo goed een medium dat volgens sqrt(1-(2GM)/rc^2) licht doet dilateren en afbuigen. Licht in een krimpende ruimte (reverse doppler blauwverschuiving dus) vind ik wat vergezocht maar dat krijg je cadeau 🙂 Ergo, zwaartekracht is lastige materie.
Nico, ik citeerde jou. Jij schreef dat niet de roodverschuiving maar het gravitatieveld de lichtsnelheid bepaalt. Wat niet waar is. Zoals je me volkomen onnodig denkt te moeten uitleggen is c immers constant, blijkbaar mis je dus de consequentie van wat je net schreef.
Waarom je me daarna uitlegt dat de energie van een foton geen invloed heeft op c, ontgaat me.
Daarna begin je over hoe zwaartekracht net zo goed licht laat afbuigen en dilateren. Ja. Maar daar ging het niet over. Ik zei dat een medium de lichtsnelheid bepaalt, met afwezigheid daarvan de maximale snelheid.
Of je “reverse doppler blauwverschuiving” (kosmische blauwverschuiving) vergezocht vindt of niet, doet niet veel ter zake. Het is *in principe* wel omkeerbaar. Het is ook nog niet een feit dat het heelal niet ooit weer gaat inkrimpen en dan ga je nog heel raar op je neus kijken – laat je DNA ergens achter met een link hiernaartoe, zodat je weer opgekweekt kunt worden 😛
Ok ik trek het ff uit elkaar June. 1: “het is niet de roodverschuiving die de lichtsnelheid bepaald” want dat is in vacuüm een constante; zijn we met elkaar eens. 2: “het is het gravitatieveld (van een massa M) dat de dilatie veroorzaakt” dat als medium (anders dan een vacuüm) dus wel degelijk de lichtsnelheid beïnvloedt. Hoe anders kan je die formule interpreteren? Dus ik zeg precies hetzelfde van wat jij zegt, “in dier voege”, dat je de sterkte van een zwaartekrachtveld blijkbaar niet als (non vacuüm) medium accepteert. Of heb je een andere verklaring voor die formule: dilatie tijd t.o.v. c (vacuüm) = sqrt(1-(2GM)/rc^2) ? “Resistance is Futile” met jouw DNA June 😀
Ok, nog eens kijken.
Nico: het is niet de roodverschuiving die de lichtsnelheid bepaald” want dat is in vacuüm een constante; zijn we met elkaar eens
June: ja.
Nico: 2: “het is het gravitatieveld (van een massa M) dat de dilatie veroorzaakt”
June: ja, dat kan. Maar hier is dat niet zo. Zwaartekracht is in dit artikel *niet* de oorzaak van de tijdsvertraging. Kosmische roodverschuiving, dat is wel de oorzaak, ontstaat door het uitdijen van de ruimte. Zeker op dit soort afstanden is de roodverschuiving door zwaartekracht geen factor van belang meer. Op miljarden lichtjaren afstand is alleen de uitdijing nog relevant.
Nico: het is het gravitatieveld (van een massa M) dat de dilatie veroorzaakt dat als medium (anders dan een vacuüm) dus wel degelijk de lichtsnelheid beïnvloedt.
June: Nee. Een zwaartekrachtsveld is *geen* medium. Zwaartekracht heeft *geen* invloed op de lichtsnelheid. We zeggen echt niet hetzelfde.
De formule die je opvoert gaat over tijdsvertraging rond objecten als zwarte gaten. Die formule is hier niet relevant want het gaat hier niet over dat type tijdsvertraging.
En al was de formule relevant, c (en ook G) is daarin een *constante*. Je kunt hem niet gebruiken om c (of G) te berekenen of een andere waarde te geven.
Vanaf de Big Bang is het heelal alleen maar uitgedijd; ofwel, de ruimtetijd is uitgedijd. De ruimte werd en wordt steeds groter en dus ging en gaat de tijd steeds sneller. We zien dat uit o.a. deze metingen, maar eigenlijk wisten we dat al. Snelheid van tijd en dichtheid van ruimte zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Dicht bij de Aarde, waar de ruimte onder invloed van de zwaartekracht “gekromd” of beter “verdicht” is, gaat de tijd langzamer dan op een paar kilometer hoogte. Dicht bij de horizon van een zwart gat komt onder invloed van de gigantische zwaartekracht van het zwarte gat de tijd (nagenoeg) tot stilstand.
Zie de ruimtetijd als een veld, een driedimensionaal raster van blokjes, driedimensionale vakken, aan elkaar gebonden, op elkaar gestapeld. Door uitdijing worden die raster-eenheden en dus ook het hele raster groter en gaat de tijd sneller. Simpel gesteld is de lichtsnelheid de alles bepalende factor voor de snelheid van de tijd. Het licht, een energie die in zijn snelheid niet door het Higgsveld wordt geremd, gaat in een vaste tijd van de ene kant van een raster-eenheid naar de andere kant van een raster-eenheid. Voor de waarnemer binnenin het raster gaat het licht altijd even snel, maar voor een waarnemer buiten die raster-eenheid gaat het licht en dus de tijd langzamer in een kleine raster-eenheid en sneller in een grotere ruimte-unit.
Dan de metingen uit bovenstaand artikel. Ze bevestigen weer deze theorie. Wij, vanuit onze inmiddels verder uitgedijde ruimtetijd, doen waarnemingen van een oudere, en dus compactere ruimtetijd en derhalve lijkt voor ons daar de tijd langzamer te gaan. Vergelijk dit met de gebeurtenissen kort na de Big Bang: wij beschrijven daar ontwikkelingen in fracties van fracties van nanoseconden; ja, voor ons, maar niet voor de deelnemer binnen die ultra compacte ruimtetijd; voor hem/haar/het op dat moment in die ruimtetijd verloopt de tijd even snel als hier en nu voor ons. Het is dus allemaal relatief, we weten het al sedert 1915.
Het lijkt alsof energie=materie binnen een raster-eenheid van het ruimte-tijd-veld die raster-eenheid doet krimpen, de randen van de raster-eenheid naar zich toetrekt (en de omringende raster-eenheden daarin automatisch een beetje meetrekt). Ofwel, gebrek aan energie/massa binnen een raster-eenheid doet het raster uitdijen; vandaar de versnelling van de uitdijing van het heelal waarbij de verdunning van energie/massa de grip op de uitdijing meer en meer verliest.
Trouwens, voor mijn gevoel ligt hier ook de oplossing voor de Hubble-spanning. De metingen van de Hubbleconstante aan enerzijds de CMB en anderzijds door Hubble en Gaia aan Cepheiden en Supernovae worden steeds nauwkeuriger en daarmee wordt ook het verschil steeds nauwkeuriger, maarrrrr …… niet kleiner ! Die metingen zullen op zichzelf wel redelijk goed zijn, maar in het bovengenoemde, in het verschil in ervaring van de ruimtetijd tussen participant en externe waarnemer ligt m.i. de sleutel. De door de rekenaars mee gecalculeerde effecten van tijdsdilatatie, gebaseerd op roodverschuiving, missen dit element.
Er staan redelijk wat fouten in deze “uitleg”. De belangrijkste is dat er, net als in de voorgaande post, beweerd wordt dat de lichtsnelheid per waarnemer veranderlijk is:
“Voor de waarnemer binnenin het raster gaat het licht altijd even snel, maar voor een waarnemer buiten die raster-eenheid gaat het licht en dus de tijd langzamer in een kleine raster-eenheid en sneller in een grotere ruimte-unit.”
Dit is echt onjuist. Voor alle waarnemers is de lichtsnelheid in een vacuüm constant en die hele uitleg berust dus op een fout inzicht.
De tweede grote fout is dat de ruimte waar dit licht vertrok compacter was en dat dat de oorzaak is van de tijdvertraging. Dit is *geen* graviationele roodverschuiving, dit is *kosmische* roodverschuiving. Licht reist door een groeiende ruimte, de golflengte wordt dus groter, de frequentie neemt dus af. Die frequentie is specifiek de klok die bedoeld wordt. Dus *niet* een klok (of de tijd) in een compacter, ouder heelal. Nog verder weg zullen hypothetische waarnemers zeggen dat ‘de’ klok 8x langzamer ging, of 12x. Dichterbij zullen ze het over 2x hebben, of helemaal geen tijdsverschil opmerken.
Verklaart dit de Hubble-spanning? Nee natuurlijk. Dat is een verschil tussen twee methodes die in overeenstemming zouden moeten zijn, waar we in beide gevallen kijken naar licht van zeer verre bronnen, gemeten in onze eigen lokale tijd. En het is ook echt niet zo dat natuurkundigen vandaag pas voor het eerst van tijdsvertraging horen. We zien dat (onder andere) terug in de analyses van spectra, en tijdvertraging was al veel eerder gezien in bijv. verre supernova’s maar domweg nog niet bij quasars. Wegens hun veranderlijkheid was dat erg moeilijk. Nu is het eindelijk gelukt.
Het nieuws is hier heel simpel: bepaalde kritiek op het relativistische Standaardmodel van de kosmologie, die draaide rond de vraag of quasars wel zo ver weg staan, is nu ontkracht. Dat stuk rond “de klok ging 5x langzamer” is ontzettend jammer want dat zet iedereen op het verkeerde been terwijl dat niks bijzonders is: al het licht met een roodverschuiving laat in meerdere of mindere mate zo’n vertraging zien.
Ok, daar ga ik in mee June. Dus we praten hier alleen over het effect van de kosmologische expansie van het universum begrijp ik (dark energie effect dus) waarvan eigenlijk al vaststaat dat dit een tijdsdilatie tot gevolg moet hebben en dat dit een goede poging is het met die 200 quasars te bewijzen. Daar is al het e.e.a. over gepubliceerd zie ik, zie https://academic.oup.com/mnras/article/405/3/1940/967150? Maar in de conclusies was dit effect toen (13 jaar geleden, 800 quasars) niet aantoonbaar. Maar nu is het dus wel gelukt. Alleen hun conclusie dat de tijd in het verleden daarom trager zou verlopen is nu dus controversieel begrijp ik maar niet het bewijs zelf.
Juistem, helemaal eens!
Over de conclusie. Er is zo’n grap, met een wetenschapper die zegt: “Mijn conclusies zijn onbruikbaar buiten de context van de studie.”
En de media schrijven: “Onderzoeker claimt onbruikbare resultaten!”
Ik weet ook niet wie als eerste dacht dat het handig was met veel bombarie aan te kondigen dat “de” tijd in het vroege heelal zoveel trager ging. Het kon weleens van het persbureau van de universiteit (van Sydney) afkomen, helaas. Ik weet het nu niet maar ik weet wel dat het gebeurt.
Het wetenschappelijke paper zegt in elk geval nergens dat de klok toen vijf keer trager was. Hun conclusies focussen zich op wat de observaties en analyse betekenen voor het gangbare kosmologische model mbt quasars, en tijddilatatie is gewoon de manier waarop ze die conclusies onderbouwen. Niet eens de conclusie zelf.
Tijd is een subjectieve voorstelling van de mens.
Tijd is een voortschrijdende technische verbetering van steeds kleinere ruimtelijke verplaatsingen.
Tijd wordt (nu nog) gemeten door het licht bestaande uit fotonen waarmee we materie waarnemen.
Fotonen ontstaan uit elektronen en botsingen tussen protonen.
Fotonen die uit elektronen ontsnappen doen dat nadat ze eerst door een elektron zijn ingevangen
waardoor het elektron door de kracht (energie) van de foton naar een hogere baan wordt gestuwd en
daarna weer tot evenwicht gekomen terugvalt naar de lagere baan.
In die terugval fase ontsnapt het foton weer met precies dezelfde snelheid als die het foton
had nadat het eerder werd ingevangen.
De snelheid van het foton is onder alle omstandigheden absoluut.
Niet alleen in het relatieve lege vacuüm maar ook in een medium bomvol moleculen.
In een medium lijkt het foton langzamer voort te snellen maar in werkelijkheid gaat het foton met precies dezelfde
en absolute lichtsnelheid in een traject van bochten en omwegen zodat het voor een oppervlakkige
waarnemer net lijkt of het foton trager gaat.
Maar zodra het foton na verlaten medium weer in het vacuüm komt gaat het foton (ook) weer in
een rechte lijn met precies dezelfde absolute eeuwige lichtsnelheid verder.
De rood en blauw verschuiving van een foton is in werkelijkheid het subjectieve waarnemingsverschijnsel
van het menselijk oog van het langer of korter worden van de tussenruimte tussen fotonen vanaf
b.v. een ster die met 8 miljoen km/uur van de waarnemer wegsnelt of toesnelt.
Er zijn minstens zes fotonen nodig om een enzyme in het oog te activeren (zien)
The enzyme, phosphodiesterase 6 (PDE6), is central to the way light entering the retina is converted
into a cascade of signals to the brain.
Als straling, die verondersteld uit het gebied waar de Oerknal plaatsvond, een roodverschuiving toont,
dan komt dat ofwel omdat het object waaruit het voortkwam juist volop wegsnelde.
Dus een mass blackhole dat voordat het explodeerde, en ons heelal vulde met het proto materiaal
waaruit de sterren en planeten zijn ontstaan, al volop in het toen lege heelal aan het weg snellen
was en wel weg vanuit onze positie op Aarde.
Ofwel de onderliggende subatomaire materie onder de nu bekende materie werd in een kringvormige rimpelbeweging excentriek uitgerekt en dat heeft de bovenliggende stralingsdeeltjes een rood verschuiving gegeven.
Nog een stelling: Sommige tijdsvertragingen uit het huidige heelal (klok zonder klepel) tasten het realiteitsvermogen van pseudo filosofen aan. Lees dit https://en.wikipedia.org/wiki/Cherenkov_radiation en volg eens een video cursus van Richard Feynman (RIP) https://www.youtube.com/watch?v=EyssfKRsgMU