CO TO JEST DYLATACJA CZASU?

Send

Jednym z najciekawszych tematów w dziedzinie nauki jest koncepcja ogólnej teorii względności. Wiesz, ten pomysł, że dziwne rzeczy dzieją się, gdy zbliżasz się do prędkości światła. Dziwne zmiany długości rzeczy, dziwne przesunięcie długości fal. A najbardziej zaskakujące jest pojęcie dylatacji: jak dosłownie przeżyć mniej lub więcej czasu w zależności od tego, jak szybko podróżujesz w porównaniu z kimś innym.

A nawet dziwniejsze? Jak widzieliśmy w filmie Międzygwiezdne, spędzanie czasu w pobliżu bardzo masywnego obiektu, takiego jak czarna dziura, może powodować te same efekty relatywistyczne. Ponieważ masa i przyspieszenie są w pewnym sensie tym samym?

Szczerze mówiąc, wystarczy, aby sprawić Ci ogromny ból głowy.

Ale tylko dlatego, że uważam tę koncepcję za zaskakującą, nadal będę się odsuwał, próbując dowiedzieć się więcej na ten temat i pomóc ci otoczyć mózg. Dla mojej własnej korzyści, dla twojej korzyści, ale głównie dla mojej korzyści.

W historii fizyki jest wielka anegdota - prawdopodobnie nie jest to, co się faktycznie wydarzyło, ale nadal ją uwielbiam.

Jednym z najbardziej znanych astronomów XX wieku był Sir Arthur Eddington, grany przez porywającego Davida Tennanta w filmie z 2008 roku, Einstein i Eddington. Które powinieneś naprawdę zobaczyć, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś.

W każdym razie, Doktor Who, mam na myśli Eddingtona, odkrył, w jaki sposób gwiazdy wytwarzają energię (poprzez fuzję) i osobiście potwierdził, że prognozy Einsteina dotyczące ogólnej teorii względności były prawidłowe, gdy zaobserwował całkowite zaćmienie Słońca w 1919 roku.

Najwyraźniej podczas wykładu Sir Arthura Eddingtona ktoś zapytał: „Profesorze Eddington, musisz być jedną z trzech osób na świecie, która rozumie ogólną teorię względności”. Zatrzymał się na chwilę, a następnie powiedział „tak, ale staram się wymyślić, kim jest trzecia osoba”.

To zdecydowanie nie ja, ale znam kogoś, kto ma kontrolę nad ogólną teorią względności, a to dr Brian Koberlein, profesor astrofizyki w Rochester Institute of Technology. Cały czas omawia ten temat na swoim blogu One Universe At A Time, który należy całkowicie odwiedzić i przeczytać na briankoberlein.com.

W rzeczywistości, aby zademonstrować, jak to działa, Brian dogodnie przesunął swoje biuro RIT do niemal lekkiej prędkości i teraz pędzi w naszą stronę.

Dr Brian Koberlein:
Cześć Fraser, dziękuję, że mnie masz. Jeśli potrafisz wytrzymać sekundę, muszę tylko zwolnić.

Fraser Cain:
Co się tam właśnie stało? Dlaczego wszyscy zwolniliście?

Brian:
To właściwie interesujący efekt znany jako dylatacja czasu. Jedną z rzeczy związanych ze światłem jest to, że bez względu na to, w jakim układzie odniesienia się znajdujesz, bez względu na to, jak poruszasz się po Wszechświecie, zawsze mierzysz prędkość światła w próżni, aby być tym samym. Około 300 000 kilometrów na sekundę.

Aby to zrobić, jeśli poruszasz się względem mnie lub jeśli poruszam się względem ciebie, nasze odniesienia do czasu i przestrzeni muszą się zmienić, aby utrzymać stałą prędkość światła. Gdy oddalam się od ciebie szybciej, mój czas według ciebie wydaje się zwalniać. Z drugiej strony, twój czas wydaje się zwalniać względem mnie.

I ten efekt dylatacji czasu jest niezbędny do utrzymania stałej prędkości światła.

Fraser:
Czy dzieje się tak tylko wtedy, gdy się przeprowadzasz?

Brian:
Dylatacja czasu występuje nie tylko z powodu ruchu względnego, ale może również wystąpić z powodu grawitacji. Teoria względności Einsteina mówi, że grawitacja jest właściwością wypaczania przestrzeni i czasu. Więc kiedy masz masę taką jak Ziemia, faktycznie wypacza ona przestrzeń i czas.

Jeśli stoisz na Ziemi, twój czas wydaje się poruszać nieco wolniej niż ktoś w kosmosie, z powodu różnicy grawitacji.

Dla Ziemi nie ma to tak naprawdę większego znaczenia, ale dla czegoś takiego jak czarna dziura może mieć ogromne znaczenie. W miarę zbliżania się do czarnej dziury twój czas będzie coraz bardziej zwalniał.

Fraser:
Co to oznaczałoby dla podróży kosmicznych?

Brian:
W science fiction wiele razy zobaczysz pomysł, że rakieta porusza się bardzo blisko prędkości światła i używa dylatacji czasu, aby podróżować do odległych gwiazd.

Ale możesz zrobić to samo z grawitacją. Jeśli miałeś czarną dziurę, która leciała do innej gwiazdy lub innej galaktyki, możesz wziąć swój statek kosmiczny i okrążyć go bardzo blisko czarnej dziury. Twój czas wydaje się zwalniać. Gdy krążysz wokół czarnej dziury, czarna dziura nie spieszyłaby się, by dostać się do innej gwiazdy lub innej galaktyki, a dla ciebie wydawałoby się to bardzo szybkie.

Jest to kolejny sposób na wykorzystanie dylatacji czasu do podróży do gwiazd, przynajmniej w science fiction.

Fraser:
W porządku Brian, mam jeszcze jedno ostatnie pytanie. Jeśli staniesz się bardziej masywny w miarę zbliżania się do prędkości światła, czy możesz uzyskać tyle masy, że zamienisz się w czarną dziurę? Chciałbym, abyś odpowiedział na to pytanie w formie postu na blogu na briankoberlein.com oraz w poście Google+, który zamieścimy tutaj.

Brian:
Dzięki, Fraser, będę miał tę odpowiedź na mojej stronie.

Po raz kolejny odwiedziliśmy zdumiewające królestwo dylatacji czasu i wróciliśmy względnie nietknięte. To nie znaczy, że rozumiem to lepiej, ale mam nadzieję, że tak. Jeszcze raz wielkie podziękowania dla doktora Koberleina za poświęcenie kilku minut jego relatywistycznej podróży, aby odpowiedzieć na nasze pytania. Odwiedź jego blog i przeczytaj jego odpowiedź na moje pytanie.