Inleiding ART. Algemene Relativiteits Theorie

Vergelijkbare documenten
Eindexamen vwo natuurkunde pilot 2013-I

Algemene relativiteitstheorie

Straal van een witte dwerg = = hydrostatisch evenwicht: = = 2 2. dr r R R 2 dichtheid: ontaardingsdruk: Pe. M = 1 M R ~ km P P R M

Een eenparige cirkelbeweging is een cirkelbeweging, waarbij de grootte van de snelheid niet verandert.

Afleiding Kepler s eerste wet, op basis van Newton s wetten

Beantwoord de vragen bij Verkennen. Denk aan de goniometrische verhoudingen sinus en cosinus!

Examen VWO. wiskunde B (pilot) tijdvak 1 maandag 15 mei uur

Uitwerkingen oefenopgaven hoofdstuk 2

1. Langere vraag over de theorie

Vraag Antwoord Scores. methode 1 Omdat de luchtweerstand verwaarloosd wordt, geldt: v( t) = gt. ( ) ( ) 2

5 Algemene oplossing baanvergelijking, r = ξ/(1 + e cos f)

natuurkunde vwo 2016-II

Tentamen Natuurkunde I uur uur woensdag 12 januari 2005 Docent Drs.J.B. Vrijdaghs

wiskunde B pilot vwo 2017-I

Eenparige cirkelbeweging

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 4 Kromme banen ( ) Pagina 1 van 13

Tentamen: Gravitatie en kosmologie

Relativiteitstheorie van Einstein: Banen van Planeten en Satellieten

EXAMEN CONCEPTUELE NATUURKUNDE MET TECHNISCHE TOEPASSINGEN

Uitwerkingen bij de opgaven van. De Ster van de dag gaat op en onder

Wiskundige Technieken 2 Uitwerkingen Tentamen 26 januari 2015

Tentamen Electromagnetisme I, 30 juni 2008, uur

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

7.1 Eenparige cirkelbeweging

HOEKCONTACT KOGELLAGERS

3 De wetten van Newton

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 9 Versnellen en afbuigen (augustus 2009) Pagina 1 van 11

3 De wetten van Newton

Q l = 22ste Vlaamse Fysica Olympiade. R s. ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C ) Eerste ronde - 22ste Vlaamse Fysica Olympiade 1

De meetkunde van een relativistisch draaiende schijf

Drie wetten die sterstructuur bepalen. Sterren: structuur en evolutie. Ideale gaswet. Hydrostatisch evenwicht. Stralingstransport

Stevin vwo Antwoorden hoofdstuk 13 Newton en Coulomb ( ) Pagina 1 van 12

Eerste ronde - 20ste Vlaamse Fysica Olympiade 1. 20ste Vlaamse Fysica Olympiade. R R R p 1 2 = + = FA. l = ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C )

Oefenopgaven Elektriciteit

Rotatie in 2D. Modeltransformaties. Translatie in 2D. Rotatie van een punt tov rotatiepunt (pivot) over een rotatiehoek:

Centraal Bureau voor de Statistiek

v v I I I 10 P I 316, 10

De Regenboog. Gert Heckman IMAPP, Radboud Universiteit, Nijmegen

Centraal Bureau voor de Statistiek

Hardmetalen stiftfrezen voor ruw gebruik speciaal in gieterijen, werven en in de staalbouw

WERKOPDRACHT OVER COMPLEXE GETALLEN Dr. Luc Gheysens. z = r(cos θ + isin θ) r = de modulus van z = mod. z θ = het argument van z = arg. z.

Antwoord: a) Voor de gravitatiekracht geldt: F, waarbij r de afstand tussen het

9. Matrices en vectoren

Datastructuren college 9

Voor de warmteoverdracht Q van punt A naar punt B geldt de formule:

De 36 e Internationale Natuurkunde Olympiade Salamanca, -Spanje Theorie-toets dinsdag 5 juli 2005 duur: 5 uur. Lees dit eerst!

formules vwo natuurkunde

De derde wet van Newton

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT BIOMEDISCHE TECHNOLOGIE GROEP CARDIOVASCULAIRE BIOMECHANICA

Inclusie en Exclusie groep 2

Tentamen DYNAMICA (4A240) 11 april uur

} is rechtsdraaiend en orthonormaal. Een tweede basis { r ε 1. r r r

INLEIDING FYSISCH-EXPERIMENTELE VAARDIGHEDEN (3A560) , ANTWOORDEN N (N 1)

Inclusie en Exclusie groep 1

Algemene relativiteitstheorie

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

Ter info. a m/s² a = Δv/Δt Toetsvraag 1. v m/s v = 2πr/T Toetsvraag 4

Begeleide zelfstudie 8C120 - BZ03

voorgesteld ). Loopt er een magnetisatiestroom binnen de materie, dan stellen we de ruimtestroomdichtheid voor door J r m

Tijd & causaliteit Relativiteitstheorie Pijl van de tijd Samenvatting. Tijd in de fysica. Paul Koerber

Newton vwo deel 3 Uitwerkingen Hoofdstuk 17 Ruimtevaart 16

Newton vwo deel 3. Uitwerkingen Hoofdstuk Cracked by THE MASTER

Algemene relativiteitstheorie

Wisselwerking & Beweging

Alternatieve uitwerking. Apart de afgeleide van y = 2x+ 1 = u met u = 2x + 1. = = 2u 2 = 4(2x + 1) = 8x + 4. Dus k (x) = ( ) 2 ( 2

Stevin vwo deel 3 Uitwerkingen hoofdstuk 1 Newton en Coulomb ( ) Pagina 1 van 14

zicht vanaf de baan (Z-O) 2014 allard architecture amsterdam filtratie en opvang regenwater grijswatersysteem caddymasters secretariaat

De ontwikkeling van het atoommodel

Tentamen DYNAMICA (4A240) 23 juni uur

nr. 37 van JOS DE MEYER datum: 20 oktober 2015 aan HILDE CREVITS Onderwijspersoneel - Afwezigheden wegens ziekte

Het Informatieportaal voor Financiële Veiligheid. De 4 bedreigingen voor je spaargeld vandaag

Een nieuw model voor de CBS huishoudensprognose

Inleiding tot Elektrotechniek

Visualisatie van het Objectgeoriënteerde Paradigma. Arend Rensink Faculteit der Informatica, Universiteit Twente

collectieformules zorgt ervoor

Handleiding leginstructies

Gevoeligheidsanalyse transportparameters

Spanningen in boortunnels ten gevolge van grond- en waterdruk

Tentamen wi2140tnw Differentiaalvergelijkingen september 2004 (1)

Multiplicatieve functies

TECHNISCHE VRAGEN RAAD bij JAARVERSLAG EN JAARREKENING 2015

De invloed van passerende schepen op afgemeerde schepen, Juni 2004, O.A. Willemse

1 Proef van Oersted. Elektriciteit deel 2

12 Grafen en matrices. bladzijde a. Gemengde opgaven 99

Elementaire deeltjes. Het heelal bestaat uit ruimte, tijd en deeltjes

De lading van een proton is in absolute waarde gelijk aan de lading van een elektron: e = C

De formules zijn vereenvoudigingen van de veldformules voor de Magnetische en Elektrische Dipool. U vindt ze op de laatste pagina van dit document.

Standaarden Verpleeghuiszorg

Het woonplan in Oostende voor (2)

Diepgroef kogellagers

De Creatieve Computer

Advies: Het college gaat akkoord met verzending van bijgaande RIB naar de gemeenteraad.

Onderzoek naar het effect van actief randenbeheer op akker- en weidevogels in West-Brabant

Gravitatie en kosmologie

Gravitatie en kosmologie

Alternatieve evenwichten -Alledaags of niet?-

Gravitatie en kosmologie

UITWERKINGEN DYNAMICA 1 Februari Uitwerking 1 (10 punten) a) De slinger is ondergedempt, anders zouden er geen oscillaties zijn.

Maar het leidde ook tot een uitkomst die essentieel is in mijn werkstuk van een Stabiel Heelal.

Einstein (2) op aardoppervlak. versnelling van 10m/s 2. waar het foton zich bevindt a) t = 0 b) t = 1 s c) t = 2 s op t=0,t=1s en t=2s A B C A B

Transcriptie:

Inleiding Algemene Relativiteits Theoie Bonnen: Intoduction to Moden Astonomy (Caoll en Ostlie, 1996) The Classical Theoy of Fields (Landau en Lifschitz, 1971) Collegedictaat Algemene Relativiteitstheoie I (van Leeuwen, UVA, 001) Collegedictaat Gavitatie (van Holten, VU, 000) juli 008 mhh-1

Ovezicht ART Teugblik op de Speciale Relativiteitstheoie Aangevulde samenvatting theoie te inleiding (tekstdocument) Intuïtieve benadeing ART (ModAs) Deze pesentatie Theoie ART Samenvattend ovezicht (tekstdocument: volgt nog) juli 008 mhh-

ART: Einstein (peiode 1907-1915) In essentie is de ART een meetkundige beschijving hoe de uimtetijd veandet onde invloed van massa Massa bepaalt hoe de uimtetijd komt, de gekomde uimtetijd bepaalt hoe de massa beweegt Wij bekijken hie eest de invloed op uimte en tijd gescheiden, pas late in samenhang juli 008 mhh-3

Afbuiging van licht doo de Zon (1) Niets kan snelle dan licht bewegen, licht volgt altijd de snelste weg tussen twee punten De lichtsnelheid is oveal hetzelfde, de gebogen weg wodt waagenomen en blijkt snelle, dus moet: 1) het pad via C lange zijn of ) de tijd langzame lopen langs het pad via C juli 008 mhh-4

Afbuiging van licht doo de Zon () Beide opties gelden omdat langs C de uimtetijd mee gekomd is: De tijd loopt langzame en afstanden zijn gote in een gekomde uimtetijd ART is expeimenteel bevestigd: Gavitationele oodveschuiving Afbuiging ond de zon (1919) Daaiïng peihelium Mecuius juli 008 mhh-5

Afbuiging van licht doo de Zon (3) juli 008 mhh-6

Laboatoium in vije val Equivalentie van zwae en tage massa: op dezelfde plaats ondevinden alle massaobjecten dezelfde vesnelling van de zwaatekacht Zwaatekacht is voo te stellen als een vesnellend efeentiesysteem Maa: vesnellende efeentiestelsels zijn geen inetiaalstelsels juli 008 note mhh-7

Lokale Inetiaalsystemen (1) In een vij vallend laboatoium wodt geen valvesnelling geconstateed Hiein kan dus een lokaal efeentiesysteem woden gedefiniëed dat plaatselijk wel als een inetiaalsysteem kan woden beschouwd Het gebied waaove dit kan gelden moet zo klein zijn dat hiein de vesnelling van de zwaatekacht in paktische zin constant is juli 008 mhh-8

Lokale Inetiaalsystemen () Einstein s Equivalentie Pincipe (1907): Alle lokale, vijvallende en niet oteende laboatoia ( lokale inetiaalsystemen ) zijn volledig equivalent in de zin van natuukundige expeimenten De consequentie van dit pincipe is dat de SRT geldt in lokale inetiaalsystemen en dat de Loentztansfomaties kunnen woden gebuikt om waanemingen te tansfomeen tussen lokale inetiaalsystemen juli 008 mhh-9

Komming van de uimtetijd (1) Gedachtenexpeiment De ondezoeke in het vijvallende laboatoium ziet een lichtpuls (foton) hoizontaal van links naa echts gaan Een ondezoeke op de vaste gond ziet het laboatoium vallen en dezelfde lichtpuls een komme baan volgen juli 008 mhh-10

Komming van de uimtetijd () Wij nemen aan dat de hoek BAC klein is; g is de plaatselijke vesnelling van de zwaatekacht Dan is voo de extene, vaste waaneme de komtestaal : c Rc = g en de afbuigingshoek van de lichtstaal: gl l = = Rc c Met g = 9.8 m/s op het aadoppevlak is: 15 Rc = 9. x 10 m = 1.1 x 10 16 ad / m

Komming van de uimtetijd langs de Zon (1) Licht loopt in zwaatekachtsveld doo een seie lokale IS'n langs x-as. gt Pe lokaal IS is de afbuiging: d = dx c Met de tangentiële vesnelling: GM GM 3 g t = cos = cos 0 en x = 0 tan dx = is d = 0 cos dx g0 0 x gt α α d GM cos d c 0 Dus is de afbuigingshoek = G M / G M cos d = c 0 / c 0 juli 008 mhh-1

Komming van de uimtetijd langs de Zon () Dit esultaat = G M c 0 levet voo lichtstalen die vlak langs de Zon gaan 0.875 boogseconden op. De gemeten waade is ongevee het dubbele In de beekening wed alleen de uimtekomming meegenomen Wij missen dus nog iets! Einstein wites to Geoge Hale (Diecto of Mount Wilson Obsevatoy) in 1913. He mentions the 0.84'' (GM/Rc) deflection expected fom the Sun.

Gavitationele Roodveschuiving (1) In het vallende lab komt monochomatische licht met dezelfde fequentie bovenin aan als waamee het ondein wed uitgezonden (equivalentie pincipe) Gezien vanaf de gond echte: stijgt het licht h in een tijd t=h/c beweegt de mete zich na deze tijd met een snelheid v=gt=gh/c naa beneden en zou deze dus een blauwveschuiving moeten aangeven, maa omdat de mete geen veschil laat zien, moet e een compenseende oodveschuiving zijn opgeteden bij het omhooggaan van het licht tegen de zwaatekacht in (doo de gekomde uimtetijd heen) juli 008 mhh-14

Gavitationele Roodveschuiving () GM Het voogaande gold in een voldoend klein lab, waain g= constant mag woden gesteld. Om het effect ove gotee afstanden te bepalen moet e ove een keten van lokale inetiaalsystemen woden geintegeed waamee (met een benadede uitdukking voo ): 0 0 d GM GM = ln d = 0 c 0 c Hiemee zou de oodveschuiving zijn: 0 GM z= = 1 0 c juli 008 1 1 mhh-15

Gavitationele Tijdvelenging De exacte fomule voo de gavitationele oodveschuiving (zoals late zal blijken) is: 1 / 0 G M z= = 1 1 0c Voo de tijd geldt het omgekeede van de gavitationele oodveschuiving. Op gond van Δt = 1/ν vinden wij: t0 G M = 1 t 0 c 1/ Vegeleken met de tijd in afwezigheid van zwaatekacht loopt de tijd loopt dus langzame naamate de uimtetijd mee gekomd is, dus naamate de zwaatekacht steke aanwezig is. juli 008 mhh-16

Voobeeld Witte dweg Siius B: staal R = 5.5 106 m massa M =.1 1030 Kg 10 komtestaal Rc = 1.9 10 m (dus zelfs hie is Rc heel goot) oodveschuiving z =.8 10-4 tijdvetaging: Δt0/Δt = 1 z, dus t0 loopt pe uu ongevee 1 s achte juli 008 mhh-17

Intevallen in vlakke uimtetijd (SRT) Gebeutenis ( event ) Weeldlijn weeldlijnen: a) object in ust b) constante beweging c) satelliet om aade Lichtkegel toekomst, veleden (causaliteit) eldes (geen causaliteit) Inteval s = c t x y z tijdachtig lichtachtig uimteachtig juli 008 mhh-18

Intevallen in vlakke uimtetijd (SRT) Tijdachtig: s 0 : inetiaal y B efeentiesysteem te kiezen t bewegend op lijn AB, zodat A en B op dezelfde plaats x O A gebeuen. eigen tijd = s / c Ruimteachtig: s 0 : t B inetiaal efeentiesysteem te kiezen bewegend op lijn AB, zodat A en B tegelijketijd O A gebeuen. eigen afstand l = s Deze eigenschappen zijn absoluut onde inetiaaltansfomaties in een tijdachtig inteval is altijd (dt) >(d) in een uimteachtig inteval is altijd (d) > (dt) juli 008 mhh-19

Intevallen en Geodeten SRT: tijdachtig inteval Δs=cΔτ is maximaal langs een echte weeldlijn doo een LT naa een geschikt inetiaalstelsel kan deze in de ichting van de tijdas woden gezien) dit is het geval van eenpaige beweging (geen kachtweking) t B s = c t C A ART: iedee weeldlijn is gekomd. Een vijvallend object volgt de meest echte weeldlijn, een geodeet (vgl. eenpaig in SRT) Een tijdachtig inteval Δs is exteem langs zo'n geodeet juli 008 mhh-0

Schwazschild metiek (1) Inteval ( metiek ) in bolcoodinaten en vlakke uimtetijd: ds = c dt d l c dt d d sin d Schwazschild metiek in bolcoodinaten en gekomde uimtetijd: ds = c dt 1 G M d l = c G M c dt 1 c d 1 G M c d sin d geldt in de lege uimte buiten een bolvomige massa : staal van een bol ond de oospong, niet de afstand tot O juli 008 mhh-1

Schwazschild metiek () De afstand l tot de oospong is altijd gote dan want (bij dt=d =d =0 ): dl = d / 1 G M c De tijd in gekomde uimtetijd loopt langzame dan de tijd ve weg van de kommende massa: ds G M d = = dt 1 c c dichtbij een gote massa loopt de tijd langzame dan ve evan weg het doo een ste uitgezonden licht ondegaat dus oodveschuiving juli 008 mhh-

Satelliet in een cicelbaan om een planeet Newton: = G M / Cicelvomige baan met d=d =0 en d = dt : ds = c G M dt Integatie hievan ove 1 omloop levet: / s = 0 c G M dt Minimaliseen: d s =0 levet: d G M =0 juli 008 mhh-3

Black holes (1) Michell (1783): ste met staal R = GM/c = 950 M/Mz m heeft een ontsnappingssnelheid gelijk aan c. Neuton ste < 3Mz Schwazschild staal: Rs = GM/c Schwazschild metiek: R ds = c dt 1 s d Rs 1 d sin d bij =Rs is dτ=0, dus dt De tijd bij Rs, gezien vanuit, staat dus stil! juli 008 mhh-4

Black holes () 1. Gezien vanuit is voo licht (ds=0) de coodinaatsnelheid : Rs d G M = c 1 =c 1 dt c 1 Light d dt 0.8 0.6 v/c Coodinaatsnelheid in eigen tijd van een in adiële ichting vij vallend object: Rs d dl = = v =c d d juli 008 d d Fame fom infinity d dt 0.4 0. 0 0 4 6 8 10 1 / Rs Coodinaatsnelheid van in adiële ichting vallend object gezien vanuit : R dl R d = 1 s =c 1 s dt d Fame fom fame Rs Coodinaatsnelheden van licht en van het vallende systeem, gezien vanuit het vallende systeem en vanuit een systeem in ust in het oneindige (Rs voo een zwat gat van 10 zonsmassa's) Beekeningen bij ModAs Fig. 16.19 mhh-5

Black holes (3) Benodigde tijd voo licht van 1 naa : t = 1 d d / dt = 1 R s R s ln c c 1 Rs is als 1 = Rs. Dan beeikt licht > 1 nooit! 1 10 8 6 Rs t Rs 4 0 -.5 - -1.5-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 time (ms) Event hoizon bij =Rs : van hiebinnen geen infomatie Coodinaat als functie van τ (eigen tijd) en t (in ) juli 008 Coodinaten van een vij vallend systeem, gezien vanuit het vallende systeem en vanuit een systeem in ust op gote afstand (Rs voo een zwat gat van 10 zonsmassa's) Beekeningen bij ModAs Fig. 16.0 mhh-6.5

Black holes vije val gezien op afstand Waaneming op heel gote afstand Tijd tussen lichtflitsen wodt steeds lange τ steeds kote dan t tgv gotee komming (ART) coodinaatsnelheid d/dt steeds langzame (ART) steeds gotee snelheid d/dt (SRT) Ontvangen licht kijgt een steeds gotee oodveschuiving Ontvangen licht wodt steeds zwakke (aantal ontvangen fotonen pe seconde neemt af) Bij nadeing Rs woden de lichtflitsen onzichtbaa juli 008. mhh-7

Black holes vije val in eigen tijd Waanemingen van astonaut Zendt elke seconde (hologetijd) een lichtflits Mekt aanvankelijk niets van nadeing hole Ondevindt dan ek in adiële ichting en zijdelingse compessie (getijdenkachten het lokale inetiaalsysteem wodt steeds kleine) Ondegaat laatste paa 100 km venietigend effect Valt dan doo de event hoizon van het zwate gat Ontsnapping nu onmogelijk: valt doo naa de singulaiteit (maa kan deze niet zien omdat ook alle fotonen enaatoe vallen) Voo < Rs is de uimtetijd uimteachtig Ziet teugblikkend de geschiedenis van het heelal totaan de event hoizon maa neemt niets mee waa van eldes Ca. 70 μs na Rs in de singulaiteit juli 008 mhh-8