La dilatación del tiempo gravitacional causada por una galaxia y por

En una palabra, si estás sentado en la Tierra, si no me equivoco, estás experimentando la dilatación del tiempo en comparación con estar en el espacio profundo del sistema solar. Debido a la masa de la Tierra.

Sin embargo. Todos estamos sentados en una galaxia, y pesa mucho.

(¿Quizás 2e40 kg? No tengo idea si problemas como la "materia oscura" afectan radicalmente esto).

¿Alguien puede cuantificar,

a) mi dilatación del tiempo sentada en la Tierra - versus en el espacio más profundo

b) mi Dilatación del Tiempo sentada en la Vía Láctea - versus más profunda en el espacio

Pero espera.

Todos estamos en el Universo. pesa mucho

De hecho... ¿estamos todos experimentando la Dilatación del Tiempo debido a este asunto de estar-en-el-Universo-bastante-pesado?

c) si es así, ¿cuánto? Gracias.

Importante pregunta auxiliar a'): Nunca he encontrado la respuesta a esto: experimentamos la Dilatación del Tiempo debido al planeta Tierra. Ahora, si estás en el centro de la Tierra, no experimentas atracción gravitatoria, pero, ¿experimentas la Dilatación del Tiempo?

Pista: los efectos de la dilatación del tiempo (tanto debido a la velocidad como a la gravedad de un cuerpo central) son del orden de la velocidad orbital (en c ) al cuadrado; tenga en cuenta que las galaxias no consisten en nada parecido a las órbitas de Kepler, por lo tanto, los valores numéricos precisos pueden ser más difíciles de estimar. La velocidad orbital del Sistema Solar alrededor de Sagitario A es de 230 km/s.

Respuestas (2)

En el límite de campo débil, que se aplica a todos los casos que ha descrito, la diferencia entre las tasas de tiempo para dos observadores con una diferencia de energía potencial gravitatoria newtoniana de Δ Φ es dado por:

(1) Δ t 1 Δ t 2 = 1 2 Δ Φ C 2

Tenga en cuenta que la dilatación del tiempo está relacionada con la energía potencial gravitatoria, no con la fuerza gravitatoria; verá por qué esto es importante cuando lleguemos a su pregunta auxiliar.

Entonces, para responder a sus preguntas (a) y (b), simplemente calcule cuál es la diferencia en la energía potencial gravitatoria entre sus dos observadores y conéctela a la ecuación (1). Dejo esto como ejercicio para el lector.

La respuesta a la pregunta (c) es un poco sutil, porque la característica clave de un universo FLRW es que es homogéneo, es decir, el potencial gravitacional es el mismo en todas partes del universo. Eso significa que cualquier par de observadores que elija Δ Φ es siempre cero y por lo tanto la dilatación del tiempo es siempre cero. No se puede preguntar sobre la dilatación del tiempo relativa a un observador fuera del universo porque un universo FLRW no tiene exterior.

Ahora pasemos a la pregunta secundaria: en el centro de la Tierra, la fuerza gravitatoria es de hecho cero, pero el potencial gravitacional no lo es. A medida que te mueves desde el infinito hasta la superficie de la tierra Φ ( r ) disminuye (es decir, se vuelve más negativo) a medida que r 1 , pero a medida que te mueves por debajo de la superficie hacia el centro Φ ( r ) sigue disminuyendo pero no tan rápido. Entonces, en comparación con un observador en el infinito, la dilatación del tiempo en el centro de la Tierra es mayor que la dilatación del tiempo en la superficie.

En realidad, acabo de detectar que esto ya se ha abordado en la pregunta Dilatación del tiempo gravitacional en el centro de la tierra .

"Entonces, en comparación con un observador en el infinito, la dilatación del tiempo en el centro de la Tierra es mayor que la dilatación del tiempo en la superficie". ¡Santo cielo!
@JoeBlow: sí, pero solo por un factor de 1.0000000003. Ver la pregunta que he vinculado.
"La característica clave de un universo FLRW es que es homogéneo, es decir, el potencial gravitatorio es el mismo en todas partes del universo" ¡Santa mierda!
@JoeBlow: No quiero empañar su entusiasmo y, para ser honesto, me encanta responder preguntas sobre GR, pero realmente debería pasar un tiempo navegando por este sitio. Hay una gran cantidad de preguntas y respuestas relacionadas con GR que abordan muchos de estos temas.
"... el universo no tiene exterior" siento que es un poco, err, no en el espíritu de la pregunta. Tenga en cuenta que, de hecho, para el de "tierra", el significado es solo "relativo al 'infinito'", lo cual es igualmente tonto, supongo. Si no me equivoco, en la superficie de la Tierra tenemos una energía potencial gravitacional (alguna figura que uno podría escribir), y su universo FLRW tiene una energía potencial gravitacional {¡asombrosamente, la misma en todas partes!} - nuevamente una figura que uno podría escribir ¿¿abajo??
{Hago muchas búsquedas - honesto indio. Por ejemplo, su propio physics.stackexchange.com/questions/100124 es similar, pero en realidad no pude obtener la misma información (¡como se puede ver por el entusiasmo!)}
@JoeBlow: Dije que un universo FLRW no tiene exterior . Nuestro universo parece ser similar a un universo FLRW, pero no tengo idea de si nuestro universo tiene un exterior. La energía potencial tiene una simetría de calibre global, es decir, puede agregar un valor constante a la PE sin cambiar nada. Solo podemos medir las diferencias de PE, por lo que cualquier constante agregada desaparece cuando tomamos la diferencia. Por lo general, decimos PE = 0 en el infinito, pero también podríamos decir PE = 42 en el infinito y nada cambiaría. El punto es que no se puede asignar ninguna cifra en particular al PE en un universo FLRW.
Mmm. DE ACUERDO. Aún así, siento que existe este sentido: estás en la tierra; si la masa de la tierra fuera cero en comparación con su masa, experimentaría menos dilatación del tiempo. Seguramente si el Universo se concentrara de manera diferente a como lo hace (digamos 1/2 o cero), ¿estaría experimentando menos dilatación del tiempo, a saber, la otra persona teórica?
@Joe Blow - "su universo FLRW tiene una energía potencial gravitatoria {¡asombrosamente, la misma en todas partes!} - ¿¿Otra vez una cifra que uno podría escribir??" Es posible que no lo sepa, pero solo las diferencias en la energía potencial entre un punto en el espacio y otro son significativas en física, al definir una función potencial, debe elegir arbitrariamente qué punto desea llamar "potencial cero" (similar a la elección arbitraria de qué punto en el espacio desea definir como el origen de un sistema de coordenadas espaciales).
@Joe Blow: Los modelos cosmológicos basados ​​en Bin Bang, como el universo FLRW, están en malos términos con la ley de conservación de energía. La suposición de que la edad del universo es finita y no muy antigua en la escala cosmológica socava la conservación de la energía.

No tiene sentido decir "¿estoy experimentando la dialización del tiempo?"

Solo tiene sentido comparar dos observadores diferentes y preguntar si uno de ellos observa que el reloj de los demás avanza más lentamente, por ejemplo, cuando miran los rayos de luz a una distancia mínima que provienen del otro observador.

Con esto en mente, las respuestas a la mayoría de sus preguntas son "sí", "es difícil de medir" y "la pregunta está mal definida".

En cuanto a la comparación con el "espacio más profundo", debe averiguar exactamente qué quiere decir con "espacio más profundo". Las galaxias están más juntas, en relación con el tamaño de las galaxias, que los planetas y las estrellas. Si te alejas demasiado de la Vía Láctea, ya estás bajo la influencia de Andrómeda. De hecho, mire cuán grande sería Andrómeda en el cielo nocturno, si no fuera eclipsada por objetos más cercanos:

http://www.dmuller.net/cosmology/andromeda.php

Jerry, sabes, hice mi mejor esfuerzo para ser "cuidadoso, sin pedantería". Escribí, "experimentando la dilatación del tiempo en comparación con estar en el espacio profundo del sistema solar". En cuanto a "a qué distancia de una galaxia.." seguro, "al infinito", al igual que con la Tierra. Seguro que "infinito" es una tontería/no suena pedantemente; de hecho, como JR mencionó, "fuera de la galaxia" también es "tonto".
por cierto, te tiene que encantar el teletipo de km en la página que muestra la brillante Andrómeda :)
@JoeBlow: puede decir que estoy siendo pedante, pero uno de los puntos de la relatividad general es que no hay ningún experimento que pueda hacer para decir si estoy dilatado en el tiempo o no. No hay observadores especiales en la teoría.
bueno, no, por eso escribí "en comparación con estar en el espacio profundo del sistema solar". Estaba tratando de no usar demasiada letra pequeña :) ¡Gracias de nuevo en todos los eventos!