Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe een deeltje stil kan staan ​​in roterende ruimtetijd

In de context van de algemene relativiteitstheorie is het inderdaad mogelijk dat een deeltje stationair blijft in de roterende ruimtetijd, ook al is de omringende ruimtetijd in beweging. Dit fenomeen, bekend als frame-dragging, treedt op als gevolg van de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door de rotatie van massieve objecten.

Denk aan een massief object, zoals een roterend zwart gat of een neutronenster. De rotatie van het object creëert een zwaartekrachtveld dat de ruimtetijd eromheen sleept, wat resulteert in een wervelende beweging van de ruimtetijd. Dit sleepeffect is meer uitgesproken dichter bij het roterende object en neemt af naarmate men verder weg beweegt.

Stel je een deeltje voor dat in deze roterende ruimtetijd is geplaatst. Als het deeltje zich voldoende ver van het roterende object bevindt, zullen de effecten van het slepen van het frame minimaal zijn en zal het deeltje langs een recht pad bewegen, zoals verwacht in vlakke ruimtetijd. Naarmate het deeltje echter dichter bij het roterende object komt, wordt de invloed van het slepen van frames sterker.

Door de kromming van de ruimtetijd begint het traject van het deeltje af te wijken van een rechte lijn. Het slepende effect van roterende ruimtetijd zorgt ervoor dat het deeltje in een cirkelvormige baan rond het roterende object beweegt, zelfs zonder enige externe kracht. Deze beweging lijkt op die van een planeet die rond een ster draait, maar in dit geval is het de ruimtetijd zelf die het pad van het deeltje bepaalt.

De kracht van het slepen van het frame hangt af van de massa en het impulsmoment van het roterende object, evenals van de afstand tot het object. Voor extreem massieve en snel roterende objecten kan het frame-slepende effect aanzienlijk zijn, en kunnen deeltjes in stabiele cirkelvormige banen blijven zonder enige energie te verbruiken.

Het is de moeite waard om op te merken dat het slepen van frames een relativistisch effect is, en dat de omvang ervan duidelijker wordt naarmate objecten de snelheid van het licht naderen. Voor alledaagse voorwerpen en snelheden die we in ons dagelijks leven tegenkomen, zijn de effecten van het slepen van frames te verwaarlozen. In de buurt van snel roterende zwarte gaten of andere zeer relativistische omgevingen speelt frame-dragging echter een cruciale rol bij het begrijpen van het gedrag van deeltjes en de dynamiek van de ruimtetijd.