KAJ JE ČASOVNA DILATACIJA?

Send

Ena najzanimivejših tem s področja znanosti je koncept Splošne relativnosti. Veste, ta ideja, da se čudne stvari dogajajo, ko ste blizu hitrosti svetlobe. Obstajajo čudne spremembe dolžine stvari, bizarno premikanje valovnih dolžin. Najbolj zmedeno je koncept dilatacije: kako lahko dobesedno doživite več ali manj časa glede na to, kako hitro potujete v primerjavi z nekom drugim.

In še neznanka od tega? Kot smo videli v filmu Interstellar, lahko samo preživljanje časa v bližini zelo masivnega predmeta, kot je črna luknja, povzroči te iste relativistične učinke. Ker sta masa in pospeški nekako ista stvar?

Iskreno, dovolj je, da vas pesti velik glavobol.

Ampak samo zato, ker se mi zdi koncept zmeden, še vedno se bom čipiral stran, poskušal bi razumeti več o tem in vam pomagal, da ovijete tudi svoje možgane. V mojo korist, v vašo korist, večinoma pa v mojo korist.

V zgodovini fizike obstaja velika anekdota - verjetno se ni zgodilo pravzaprav, vendar jo imam še vedno rad.

Eden najbolj znanih astronomov 20. stoletja je bil sir Arthur Eddington, ki ga je v filmu iz leta 2008, Einstein in Eddington, igral upadajoči David Tennant. Kar bi res morali videti, če še niste.

Kakor koli že, doktor Kdo, mislim na Eddingtona, je razvil, kako zvezde proizvajajo energijo (z zlivanjem) in osebno potrdil, da so Einsteinove napovedi splošne relativnosti bile pravilne, ko je leta 1919 opazoval totalni Sončev mrk.

Očitno je med predavanjem Sir Arthurja Eddingtona nekdo vprašal: "Profesor Eddington, morate biti eden od treh ljudi na svetu, ki razumejo splošno relativnost." Za trenutek se je ustavil in nato rekel: "da, ampak poskušam si misliti, kdo je tretja oseba."

To zagotovo nisem jaz, toda poznam nekoga, ki se ukvarja s splošno relativnostjo, in to je dr. Brian Koberlein, profesor astrofizike na Rochester Institute of Technology. To tematiko ves čas pokriva na svojem blogu One Universe At A Time, ki ga morate v celoti obiskati in prebrati na briankoberlein.com.

Pravzaprav je Brian, da bi pokazal, kako to deluje, priročno potisnil svojo pisarno RIT do skoraj svetlobne hitrosti in trenutno hiti proti nam.

Dr. Brian Koberlein:
Zdravo Fraser, hvala, ker si me imel. Če lahko obesiš eno sekundo, moram samo upočasniti.

Fraser Cain:
Kaj se je pravkar zgodilo tam? Zakaj ste bili vsi upočasnjeni?

Brian:
To je pravzaprav zanimiv učinek, znan kot časovna širitev. Ena od stvari pri svetlobi je, da ne glede na to, v kakšnem referenčnem okviru se nahajate, ne glede na to, kako se premikate po Vesolju, boste vedno merili hitrost svetlobe v vakuumu, da bo enaka. Približno 300.000 kilometrov na sekundo.

In če to storite, če se premikate glede na mene ali če se premikam glede na vas, se moramo naše reference za čas in prostor premakniti, da bi hitrost svetlobe ostala konstantna. Ko se hitreje oddaljujem od tebe, se mi zdi, da se moj čas po tebi upočasni. Po isti strani se bo vaš čas, kot kaže, upočasnil.

In ta učinek dilatacije je potreben, da je hitrost svetlobe konstantna.

Fraser:
Se to zgodi le, ko se premikate?

Brian:
Časovna širitev se ne zgodi samo zaradi relativnega gibanja, ampak tudi zaradi gravitacije. Einsteinova teorija relativnosti pravi, da je gravitacija lastnost prepletanja prostora in časa. Ko imate takšno maso, kot je Zemlja, ta dejansko izkrivlja prostor in čas.

Če stojite na Zemlji, se zdi, da se vaš čas zaradi razlike v gravitaciji nekoliko počasneje premika kot nekdo v vesolju.

Zdaj za Zemljo to v resnici ni toliko pomembno, toda za nekaj, kot je črna luknja, bi to lahko pomenilo veliko. Ko se boste bližali črni luknji in se bližali, se bo zdelo, da se bo vaš čas počasi vedno bolj in bolj upočasnil.

Fraser:
Kaj bi to pomenilo za vesoljsko potovanje?

Brian:
Velikokrat v znanstveni fantastiki boste videli idejo rakete, ki se premika zelo blizu svetlobne hitrosti in uporablja časovno razširitev za potovanje do daljnih zvezd.

Toda dejansko bi lahko isto storili z gravitacijo. Če bi imeli črno luknjo, ki se je spuščala proti drugi zvezdi ali drugi galaksiji, bi dejansko lahko vzeli svojo vesoljsko ladjo in jo krožili zelo blizu črne luknje. In vaš čas bi se, kot kaže, upočasnil. Medtem ko krožite po črni luknji, bi črna luknja potrebovala svoj čas, da bi prišla do druge zvezde ali druge galaksije in za vas bi se to zdelo zelo hitro.

To je še en način, kako lahko časovno razširitev uporabite za potovanje do zvezd, vsaj v znanstveno fantastiko.

Fraser:
V redu, Brian, imam še zadnje vprašanje zate. Če postanete bolj masivni, ko se približujete hitrosti svetlobe, ali bi lahko dobili toliko mase, da bi se spremenili v črno luknjo? Želim si, da na to vprašanje odgovorite v obliki objave v spletnem dnevniku na briankoberlein.com in v objavi v storitvi Google+, ki jo bomo povezali tukaj.

Brian:
Hvala Fraser, odgovor bom prejel na svojem spletnem mestu.

Še enkrat smo obiskali osupljivo področje širjenja časa in se vrnili razmeroma neokrnjeni. Ne pomeni, da ga razumem boljše, vendar upam, da vseeno. Še enkrat, velika zahvala dr. Poskrbite, da obiščete njegov blog in preberete njegov odgovor na moje vprašanje.