Tijdvertraging van een zwart gat is een apart fenomeen binnen de natuurkunde. Einstein bedacht dat tijd voor iedereen anders loopt afhankelijk van zijn snelheid.

Het tijdsverloop hangt ook af van de zwaarte van een object. Dit is dan ook de reden dat de tijd voor iemand bij een zwart langzamer gaat lopen. Iemand die naar je kijkt ziet je niet bewegen. Jij zou die andere echter wel zien bewegen.

Wat zijn de twee soorten tijdvertraging?

Er zijn 2 soorten tijdvertraging. Je hebt tijdvertraging door snelheid en tijdvertraging door in de buurt te zijn van een zwaar object. Dit tweede is aan de hand bij de tijdvertraging, ook wel tijddilatatie genoemd, bij een zwart gat. Dit hangt ook af van de afstand tot het object. Hoe verder je je van het object bevindt, hoe sneller de tijd gaat lopen. En dus hoe dichter je bij komt, hoe langzamer de tijd gaat lopen.

Tijdvertraging door snelheid

De tijdvertraging door snelheid volgt uit de speciale relativiteit theorie van Einstein. Ik ga daar niet specifiek op in. Wil je hier wel meer over weten? Kijk dan vooral de vijfdelige mini serie van MinutePhysics op YouTube. Waar het op neer komt is dat hoe sneller je reist, hoe langzamer je tijd gaat. Dit is goed te bedenken met het volgende gedachten experiment. Hiervoor moeten we eerst vast stellen dat de snelheid van het licht constant is ongeacht je snelheid.

Stel je reist in een trein die bijna met de snelheid van het licht gaat. In de trein hangen, loodrecht aan de muren van de trein, twee spiegels tegenover elkaar. Er is licht dat tussen de spiegels heen en weer gaat. Wanneer de trein rijdt, moet dit ligt de afstand tussen de spiegels overbruggen. Maar in die tijd moet het licht ook een beetje naar voren om bij de spiegel te komen. Die is immers een stukje naar voren gegaan. Hoe sneller de trein gaat, hoe meer het licht de spiegel moet gaan bijhouden.

Stel nu dat er ook een klok aan een van de spiegels vast zit. Als het licht deze spiegel bereikt, is er 1 seconden voorbij. Je kan je nu wel voorstellen dat hoe sneller de trein gaat, hoe langer het licht erover doet om weer terug te komen bij de spiegel. De spiegels bewegen immers tegelijk met de trein naar voren. Deze afstand moet het licht inhalen. Het duurt hierdoor steeds langer voordat er een seconden voorbij gaat. Het kost het licht tenslotte meer tijd om de spiegel met de klok te bereiken.

Dit gedachte experiment is lastig te begrijpen maar verklaart wel precies hoe het kan dat de tijd langzamer gaat lopen wanneer je sneller reist.

Het gedachte experiment in een plaatje. Hopelijk maakt dit het fenomeen tijdvertraging duidelijker. Credit: SchoolPhysics
Het gedachte experiment in een plaatje. Hopelijk maakt dit het fenomeen tijdvertraging duidelijker. Credit: SchoolPhysics

Tijdvertraging door zwaartekracht bij een zwart gat

Naast tijdvertraging door snelheid, vertraagd de tijd ook wanneer je dichter in de buurt bent van een zwaar voorwerp. Neem als voorbeeld astronauten in het ISS. Astronauten bevinden zich verder van de Aarde vandaan dan wij. De tijd van de astronauten loopt sneller dan onzen tijd. Maar wat moet je hier dan bij voorstellen?

Stel dat een astronaut voor 1 jaar, gezien vanaf de Aarde, in het ISS zit. Iedereen op Aarde is in die tijd 1 jaar ouder geworden. Maar omdat de tijd voor de astronaut anders loopt, is hij niet 1 maar 1,5 jaar ouder geworden. En dit geldt niet alleen voor een astronaut, maar ook voor bergbeklimmers. In theorie loopt ook de tijd van hen net wat anders. Dit is allemaal echter niet merkbaar. Zelfs voor astronauten niet.

Voor de Aarde zelf is het verschil wel vastgesteld. Wetenschappers hebben berekend dat de kern van de Aarde door de zwaartekracht ongeveer 2,5 jaar jonger is dan de korst. Het is zelfs zo dat voor elke kilometer die omhoog gaat, een jaar 10 nanoseconden langer duurt.

Dit is voor een normaal mens onmeetbaar en heeft geen gevolgen. Maar kom je in de buurt van een zwart gat, dan is deze tijdvertraging wel merkbaar. De zwaartekracht van een zwart gat is zo groot dat de tijdvertraging net zo zichtbaar wordt als wanneer je met de lichtsnelheid zou reizen.

Stel je hebt 2 astronauten, astronaut 1 (A) zit op een afstand van een zwart gat en de andere astronaut (B) gaat vanaf astronaut A naar het zwarte gat toe. Ze sturen beide elke seconden een signaal naar elkaar. In het begin ontvangen ze elke seconden een signaal van elkaar. Hoe dichterbij astronaut B bij het zwarte gat komt, hoe sneller hij de signalen van A krijgt. Andersom geldt dat het voor A steeds langer duurt voordat hij een signaal van B ontvangt.

Op een gegeven moment is het zelfs zo erg dat astronaut B volgens A helemaal stil staat. Op dit moment ontvangt A ook geen signalen meer van B. B ziet echter alles heel snel gebeuren en ontvangt een hele hoop signalen van A per seconden.

En dit is nou tijdvertraging bij een zwart gat. Het zou gek zijn als je dit na één keer lezen al zou begrijpen. De ongewenste bij komst van Einstein zijn ideeën is dat het heel lastig te begrijpen is.

Singulariteit zwarte gaten

Zwarte gaten zijn zo bijzonder omdat het het enige bekende object is dat een singulariteit is. Dit betekent dat alle materie in één enkel punt zit. Dit is heel lastig voor te stellen. Maar wat heeft dit met de tijdvertraging te maken? Zwarte gaten zijn niet allemaal even zwaar, ondanks dat ze zich allemaal in slechts 1 punt bevinden. Dit heeft tot gevolg dat grotere zwarte gaten ook een grotere zwaartekracht hebben op een grotere afstand. Het gevolg is dat de tijdvertraging bij een zwaarder zwart gat al eerder optreedt dan bij een lichter zwart gat.

Wil je meer weten over zwarte gaten, neem gerust een kijken naar het volgende artikel:

De onbegrijpelijke wereld van zwarte gaten

4 verschillende soorten zwarte gaten

  • Miniatuur zwarte gaten. Dit zijn zwarte gaten met de massa van een huis.
  • Stellaire zwarte gaten. Deze soort gaten ontstaan wanneer een neutron ster ineenstort.
  • Tussenliggende zwarte gaten hebben een massa van 1.000-1.000.000 keer die van de Zon.
  • Superzware zwarte gaten bevinden zich in het midden van de meeste sterrenstelsels. Deze kunnen miljarden keren zo zwaar als de Zon zijn.
Bekijk deze video als je meer te weten wilt komen over de verschillende soorten zwarte gaten.