Wissenschaft im Film “Interstellar”: Wurmlöcher, Schwarze Löcher, Raum-Zeit

13.03.2023

Kürzlich auf den Bildschirmen des visuell spannenden Films “Intellellar” veröffentlicht basiert auf echten wissenschaftlichen Konzepten, wie Rotierende schwarze Löcher, Wurmlöcher und die Verlängerung der Zeit.

Aber wenn Sie mit diesen Konzepten nicht vertraut sind, dann vielleicht ein wenig verwirrt beim Zuschauen.

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In dem Film reist ein Team von Weltraumforschern nach extragalaktische Reise durch den Maulwurfshügel. Auf der anderen Seite fallen sie in ein anderes Sonnensystem mit einem rotierenden schwarzen Loch anstelle eines Sterns.

Sie sind in einem Rennen mit Raum und Zeit, um ihre Mission zu erfüllen. Solch eine kosmische Reise mag ein wenig verwirrend erscheinen, basiert aber auf den Grundprinzipien der Physik.

Hier sind die wichtigsten 5 Konzepte der Physik, was Sie wissen müssen, um Interstellar zu verstehen:

Künstliche Schwerkraft

Das größte Problem, dem wir gegenüberstehen, sind Menschen mit langen Reisen Schwerelosigkeit. Wir wurden auf der Erde geboren, und unser Körper hat sich an bestimmte Gravitationsbedingungen angepasst, aber wenn wir uns lange Zeit im Raum aufhalten, werden unsere Muskeln schwächer.

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Dieses Problem haben die Helden im Film “Interstellar”.

Um damit umzugehen, schaffen Wissenschaftler künstliche Schwerkraft in Raumfahrzeugen. Ein Weg, um dies zu tun, ist ein Raumschiff zu drehen, wie in einem Film. Rotation erzeugt eine Zentrifugalkraft, die Objekte gegen die Außenwände des Schiffes abstößt. Diese Abstoßung ist wie die Schwerkraft, nur in die entgegengesetzte Richtung.

Solch eine Form der künstlichen Schwerkraft erfahren Sie, wenn Sie um eine Kurve mit kleinem Radius reisen und es Ihnen scheint, dass es Sie aus dem Mittelpunkt der Kurve herausdrückt. In einem Raumschiff werden die Wände für Sie zu einem Boden.

Rotierendes schwarzes Loch im Raum

Astronomen, obwohl indirekt in unserem Universum beobachtet Rotierende schwarze Löcher. Niemand weiß, was in der Mitte eines Schwarzen Lochs ist, aber Wissenschaftler haben einen Namen dafür – Singularität.

Rotierende schwarze Löcher verzerren den Raum um sich herum anders als feste schwarze Löcher.

Diese Verzerrung Prozess wird als „Schleppen von Inertialsystemen“ oder dem Lense-Thirring-Effekt genannt, und es wirkt sich das wie ein schwarzes Loch Raum verzerrt aussehen wird, und was noch wichtiger ist die Raum-Zeit um ihn herum. Das schwarze Loch, das du im Film siehst, ist genug stark dem wissenschaftlichen Konzept angenähert.

Raumschiff “Endurance” geht nach Gargantua – fiktives supermassives schwarzes Loch eine Masse von 100 Millionen mal die Sonne.
Es befindet sich in einer Entfernung von 10 Milliarden Lichtjahren von der Erde, und um es herum rotieren mehrere Planeten. Gargantua rotiert mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit von 99,8 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Die Akkretionsscheibe von Garagantua enthält Gas und Staub mit der Oberflächentemperatur der Sonne. Die Scheibe versorgt Gargantuas Planeten mit Licht und Wärme.

Die komplexe Form des schwarzen Lochs im Film ist darauf zurückzuführen, dass das Bild der Akkretionsscheibe durch Gravitationslinsen gekrümmt ist. Auf dem Bild erscheinen zwei Bögen: einer über dem schwarzen Loch und der andere darunter.

Molehill

Der Maulwurfshügel oder das Wurmloch, der von der Besatzung bei Interstellar benutzt wird, ist eines der Phänomene im Film, deren Existenz nicht bewiesen ist. Es ist hypothetisch, aber sehr bequem in den Themen der Science-Fiction-Geschichten, wo es notwendig ist, eine große kosmische Distanz zu überwinden.

Nur Wurmlöcher sind eine Art von der kürzeste Weg durch den Raum. Jedes Objekt mit Masse erzeugt einen Nerz im Raum, was bedeutet, dass der Raum gestreckt, deformiert und sogar gefaltet werden kann.

Ein Wurmloch ist wie eine Falte auf dem Gewebe von Raum (und Zeit), die zwei sehr abgelegene Gebiete verbindet, was Raumfahrern hilft um eine lange Strecke in kurzer Zeit zurückzulegen.

Der offizielle Name des Wurmlochs ist die “Einstein-Rosen-Brücke”, die 1935 von Albert Einstein und seinem Kollegen Nathan Rosen vorgeschlagen wurde.

In zweidimensionalen Diagrammen ist der Mund eines Wurmlochs als Kreis dargestellt. Wenn wir jedoch einen Maulwurfshügel sehen könnten, würde er wie eine Kugel aussehen.
Auf der Oberfläche der Kugel eine gravitativ verzerrte Sicht auf den Raum von der anderen Seite der “Höhle”.
Abmessungen des Wurmlochs in der Folie: 2 km Durchmesser und die Transferdistanz beträgt 10 Milliarden Lichtjahre.

Gravitationszeitdilatation

Gravitationszeitdilatation ist ein reales Phänomen, das auf der Erde beobachtet wird. Es entsteht, weil Zeit relativ. Dies bedeutet, dass es für verschiedene Koordinatensysteme auf unterschiedliche Weise fließt.

Wenn Sie in einer starken Gravitationsumgebung sind, Die Zeit fließt für dich langsamer verglichen mit Menschen in einer schwachen Gravitationsumgebung.

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Wenn Sie sich in der Nähe eines Schwarzen Lochs befinden, wie in einem Film, ist Ihr Koordinatensystem und damit die Wahrnehmung der Zeit anders als die Wahrnehmung dessen, was auf der Erde ist. Dies liegt daran, dass die Anziehungskraft des Schwarzen Lochs um so stärker ist, je näher Sie sich befinden.

Nach Einsteins Gleichung fließt die Zeit in höheren Gravitationsfeldern langsamer. Dasselbe geschieht auf einem Planeten in der Nähe eines Schwarzen Lochs: Die Uhr tickt langsamer als bei einem Raumschiff, das sich weiter dreht.
Die Anwesenheit von Masse verzieht die Membran wie eine Gummiplatte.
Wenn genug Masse an einem Punkt konzentriert ist, wird eine Singularität gebildet. Objekte, die sich der Singularität nähern, gehen durch den Horizont von Ereignissen, aus denen sie niemals zurückkehren.

Für Sie dauert die Minute in der Nähe des Schwarzen Lochs 60 Sekunden, aber wenn Sie auf die Uhr auf der Erde schauen könnten, würde die Minute weniger als 60 Sekunden dauern. Dies bedeutet, dass du wirst langsamer alt werden als die Menschen auf der Erde, und je stärker das Gravitationsfeld ist, in dem du bist, desto langsamer ist die Zeit.

Dies spielt eine wichtige Rolle in dem Film, wenn sich Forscher mit einem schwarzen Loch in der Mitte eines anderen Sonnensystems treffen.

Das fünfdimensionale Universum

Albert Einstein widmete die letzten 30 Jahre seines Lebens der Entwicklung von “Theorie von allem“Das würde die mathematischen Konzepte der Schwerkraft mit den anderen drei fundamentalen Kräften der Natur kombinieren: starke Stärke, schwache Kraft und elektromagnetische Kraft.” Er, wie andere Physiker, scheiterte.

Einige Physiker glauben, dass der einzige Weg, um dieses Rätsel zu lösen, unsere wahrzunehmen ist Das Universum, als ein 5-dimensionales, anstatt 4-dimensional, wie es Einstein in der Relativitätstheorie vorgeschlagen hat, wo ein dreidimensionaler Raum mit eindimensionaler Zeit kombiniert wird.

Im Film ist unser Universum in fünf Dimensionen dargestellt, und die Schwerkraft spielt dabei eine wichtige Rolle.

Unser dreidimensionales Universum kann als eine flache Membran (oder “Brane”) dargestellt werden, die im vierdimensionalen Hyperraum schwebt.