211service.com
Ar tikrai lėčiau sentumėte erdvėlaivyje, važiuojančiame artimu šviesos greičiu?
Kelionės dideliu greičiu. Craigas Cormackas / „Flickr“.
Kiekvieną savaitę mūsų kosmoso naujienlaiškio „The Airlock“ skaitytojai siunčia klausimus, į kuriuos atsakys kosmoso žurnalistas Neelas V. Patelis. Šią savaitę: laiko išsiplėtimas kosminių kelionių metu.
Girdėjau, kad laiko išsiplėtimas turi įtakos didelės spartos kosminėms kelionėms, ir man įdomu, koks šio poveikio mastas. Jei pradėtume skrydį pirmyn ir atgal į netoliese esančią egzoplanetą – tarkime, už 10 ar 50 šviesmečių – kaip tai paveiktų žmonių laiką erdvėlaivyje, palyginti su žmonėmis Žemėje? Kai kosmoso keliautojai grįš, ar jie bus daug jaunesni ar vyresni, palyginti su žmonėmis, kurie liko Žemėje? - Serge
Laiko išsiplėtimas yra koncepcija, kuri pasirodo daugelyje mokslinės fantastikos kūrinių, įskaitant Orson Scott Card Enderio žaidimas , kur vienas veikėjas kosmose sensta tik aštuonerius metus, o Žemėje praeina 50 metų. Būtent toks scenarijus aprašytas garsiajame minties eksperimente Dvynių paradoksas : astronautas su identišku dvyniu, kuris vadovauja misijai, leidžiasi į kosmosą didelės spartos raketa ir grįžta namo pamatęs, kad dvynys paseno greičiau.
Laiko išsiplėtimas siekia Einšteino specialiojo reliatyvumo teoriją, kuri mus moko, kad judėjimas erdvėje iš tikrųjų sukuria laiko tėkmės pokyčius. Kuo greičiau judate per tris fizinę erdvę apibrėžiančias dimensijas, tuo lėčiau judate per ketvirtą dimensiją, laiką – bent jau kito objekto atžvilgiu. Laikas matuojamas skirtingai dvyniui, kuris judėjo per erdvę, ir dvyniui, kuris liko Žemėje. Judantis laikrodis tiks lėčiau nei laikrodžiai, kuriuos stebime Žemėje. Jei galite keliauti beveik šviesos greičiu, poveikis bus daug ryškesnis.
Skirtingai nei Dvynių paradoksas, laiko išsiplėtimas nėra minties eksperimentas ar hipotetinė koncepcija – tai tikra. The 1971 Hafele-Keating eksperimentai Tai pasitvirtino, kai priešingomis kryptimis skriejančiais lėktuvais buvo skraidinami du atominiai laikrodžiai. Santykinis judėjimas iš tikrųjų turėjo išmatuojamą poveikį ir sukūrė laiko skirtumą tarp dviejų laikrodžių. Tai taip pat patvirtinta atliekant kitus fizinius eksperimentus (pvz., greitai judančių miuonų dalelių suyra ilgiau ).
Taigi jūsų klausime astronautas, grįžtantis iš kosminės kelionės reliatyvistiniu greičiu (kur pradeda reikštis reliatyvumo poveikis – paprastai bent jau viena dešimtoji šviesos greičio ) grįžę būtų jaunesni nei to paties amžiaus draugai ir šeimos nariai, kurie liko Žemėje. Kiek tiksliai jaunesnis, priklauso nuo to, kaip greitai erdvėlaivis judėjo ir įsibėgėjo, todėl mes negalime į tai atsakyti. Tačiau jei bandote pasiekti egzoplanetą, esančią už 10–50 šviesmečių, ir vis tiek grįžti namo, kol pats nemirsite nuo senatvės, turėtumėte judėti beveik šviesos greičiu.
Čia verta paminėti dar vieną raukšlę: laiko išsiplėtimas dėl gravitacinio poveikio. Galbūt matėte Christopherio Nolano filmą Tarpžvaigždinis , kur dėl juodosios skylės artumo laikas kitoje planetoje labai sulėtėja (viena valanda toje planetoje yra septyneri Žemės metai).
Ši laiko išsiplėtimo forma taip pat yra reali, ir taip yra todėl, kad Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijoje gravitacija gali sulenkti erdvėlaikį, taigi ir patį laiką. Kuo laikrodis arčiau gravitacijos šaltinio, tuo lėčiau praeina laikas; kuo toliau laikrodis nuo gravitacijos, tuo greičiau praeis laikas. (Galime išsaugoti šio paaiškinimo detales būsimam oro užraktui.)