Гравитационно разширяване на времето: изумителното явление на извито пространство-време - Алтернативен изглед

Съдържание:

Гравитационно разширяване на времето: изумителното явление на извито пространство-време - Алтернативен изглед
Гравитационно разширяване на времето: изумителното явление на извито пространство-време - Алтернативен изглед

Видео: Гравитационно разширяване на времето: изумителното явление на извито пространство-време - Алтернативен изглед

Видео: Гравитационно разширяване на времето: изумителното явление на извито пространство-време - Алтернативен изглед
Видео: Голямата заблуда. Илюзия ли е съществуването на времето? 2024, Март
Anonim

Алберт Айнщайн е един от най-известните физици на 20 век. Въпреки това, освен невероятни теории, които описват мащабния свят с невероятна точност, той разкри едно любопитно явление: колкото по-силна е гравитацията, толкова по-бавно минава времето.

Айнщайн нарече първата си теория, известна на целия свят, Специалната теория на относителността. Беше специално, защото се справяше с постоянни скорости. За да го примири с реалния свят, в който обектите непрекъснато се ускоряват и намаляват, той трябваше да проучи последиците от своята теория, когато става дума за ускорение. Този опит за обобщаване и отчитане на всички общи явления доведе до откриването на връзката между времето и гравитацията. Айнщайн нарече новата си теория обща относителност.

Нютон вярваше, че течението на времето е като стрела. Движи се стабилно само в една посока - напред. Айнщайн предположи, че времето се променя в обратна пропорция на скоростта. И поради своята плавност, подобно на космоса, „заслужи“собственото си измерване. Освен това Айнщайн твърди, че пространството и времето са едно цяло - гъвкава четириизмерна тъкан, върху която се осъществяват всички събития във Вселената. Така го нарече - тъканта на пространството-времето. Когато физикът публикува своята работа с всичките си заключения, тя беше посрещната с недоверие.

Според Общата относителност, материята се разтяга и свива тъканта на космическото време. Оказва се, че обектите не са привлечени в центъра на Земята по някакъв загадъчен начин, а по-скоро, напротив, са изтласкани от извитото пространство около тях. Подобно на наклон, кривината на космическото време ускорява движещите се надолу обекти, въпреки че скоростта на това ускорение не винаги е една и съща. Силата на гравитацията се увеличава с приближаването към повърхността на Земята, където кривината е по-интензивна.

Историята на Вселената на стрелката на времето
Историята на Вселената на стрелката на времето

Историята на Вселената на стрелката на времето.

Ако силата на гравитацията се увеличава, докато се движи надолу, обектът свободно ще падне до точка В на повърхността по-бързо, отколкото до точка А на по-голяма надморска височина. Според Специалната теория на относителността времето за свободно падащ обект в точка Б трябва да върви по-бавно спрямо обекта в точка А поради факта, че скоростта на обекта в точка Б е по-голяма.

Колко е часът

Промоционално видео:

Кое време е правилно? Айнщайн постулира, че няма абсолютно време. Времето е относително в зависимост от системата от сили, на която е подложена. Това формално се нарича референтна рамка. Времето, което минава във вашата система, се нарича ваше собствено време. Ако законите на движението трябва да бъдат еднакви за всички наблюдатели, независимо от тяхното движение, тогава времето трябва да се забави. Тоест, колкото по-бързо се движите, толкова по-бавно вашият часовник тиктака спрямо другите часовници. Точно това каза героинята Ан Хатауей на героя Матю Макконъхи в Интерстелар след спускането към далечна планета: "Един час на тази планета е равен на седем земни години."

И така, наблюдаването на забавеното време е ограничение на нашия примитивен неврологичен състав, или времето наистина се забавя? И какво всъщност означава разширяването на времето? В крайна сметка това ни води до въпроса: какво е времето? Това не е просто въпрос, който студентите по философия си задават един друг по чаша бира. Концепцията за времето озадачава естествените философи и физици от незапомнени времена.

Основната функция на времето е да следи хронологията на събитията. Въпреки това, до последните 400 години, хората са определяли времето въз основа на предположението, че звездите се движат около Земята, а не обратното. Независимо от това, всичко работеше разумно до известна степен - поради факта, че дните и сезоните се повтарят предсказуемо и когато имате нещо, което се повтаря предсказуемо, тогава има механизъм за проследяване на времето.

Галилей използва рекурсивния характер на такъв механизъм, за да изчисли движението. Описанието на движението би било невъзможно без определено време. Но този път никога не е бил абсолютен. Дори когато Нютон формулира законите си за движение, той използва концепцията за времето, в която две двойки часовници се синхронизират не с абсолютно, независимо време, а помежду си. Синхронизацията е причината човечеството да е изградило такъв сложен и точен атомен часовник.

Концепцията за времето е изградена върху едновременността или решаващото съвпадение на две събития - като пристигането на влак и уникалното съвпадение на ръцете на часовника в този момент. Теорията на Айнщайн гласи, че това трябва да се влияе от движението. Ако двамата наблюдатели на перона и влакът не могат да се споразумеят за това, което е едновременно, те не могат да се договорят как протича самото време.

Движението изкривява времето

За да разберете ефекта от движението върху предвидимостта, помислете за прост механизъм за определяне на времето. Представете си апарат за проследяване на времето, състоящ се от фотон, който отскача между две огледала, разположени на крайно разстояние един от друг. Нека да мине една секунда по време на периода на отражение на фотона. Сега ще поставим две такива устройства в точки А и В над повърхността на Земята и директно върху нея (както в описания по-горе пример) и ще видим как те отброяват времето, когато свободно падащ обект преминава край тях. От своя страна този обект измерва собственото си време, използвайки един и същ часовник. Какво ще покажат?

Да гледаш отражението на фотон между две движещи се огледала е като да гледаш тенис топка, подскачаща върху движещ се влак. Дори ако топката отскочи перпендикулярно на някой във влака, тя описва триъгълници на неподвижен наблюдател отвън.

Експеримент с падащ часовник
Експеримент с падащ часовник

Експеримент с падащ часовник.

Когато апаратът се движи напред, изглежда, че фотонът, като топка, изминава по-голямо разстояние, след като се отразява. Оказва се, че един резултат от нашия експеримент е изкривен! Освен това, колкото по-бързо се движи апаратът, толкова повече време отнема фотонът да се отразява, като по този начин се удължава продължителността на секундата. Ето защо преминаването на времето в точка Б се оказва по-бавно, отколкото в точка А (не забравяйте: поради гравитацията обектът пада в точка Б по-бързо, отколкото в точка А).

Разбира се, тази разлика е незначителна. Разликата между времето, измервано с часовници по върховете на планините и на повърхността на Земята, е само няколко наносекунди. Въпреки това откритието на Айнщайн беше истински пробив. Гравитацията наистина пречи на преминаването на времето, което означава, че колкото по-масивен е обект, толкова по-бавно време тече близо до него. Някои физици дори правят резерва, че всички обекти във Вселената сякаш го усещат и се опитват да паднат там, където времето върви по-бавно, от местата, където времето върви по-бързо.

Земното гравитационно поле и GPS сателит
Земното гравитационно поле и GPS сателит

Земното гравитационно поле и GPS сателит.

Крака, по-млади от главата

Днес гравитационното разширяване на времето е не само добре известно явление от областта на теоретичната физика, но и практически инструмент. Благодарение на откритието на Айнщайн и неговите уравнения имаме такова прекрасно нещо като GPS навигацията, което не би могло да работи толкова точно, ако разликата между времето на повърхността на Земята и хода на времето в околоземна орбита не беше взета под внимание. Гравитационното разширяване на времето също помага на теоретичните физици и астрофизиците да изградят точни теории за това какво се случва в дълбокото пространство в близост до обекти, до които физически не можем да се доближим (например черни дупки и неутронни звезди). И да, предвид това явление, се оказва, че краката ви - макар и безкрайно незначително - са по-млади от главата ви.

Владимир Гилен