Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Удивительный феномен искривленного пространства-времени
13.12.2018

Удивительный феномен искривленного пространства-времени

Оценка: 3.5    3803 18 Наука и Технологии
16:17
Альберт Эйнштейн — один из самых известных физиков XX века. Однако, помимо удивительных теорий, невероятно точно описывающих крупномасштабный мир, он выявил один любопытный феномен: чем сильнее гравитация, тем медленнее идет время. 

Свою первую известную на весь мир теорию Эйнштейн назвал Специальной теорией относительности. Она была специальной, так как имела дело с постоянными скоростями. Чтобы примирить ее с реальным миром, в котором объекты постоянно ускоряются и замедляются, ему было необходимо исследовать последствия своей теории, когда речь заходила об ускорении. Эта попытка обобщить и учесть все общие феномены привела к открытию отношения между временем и гравитацией. Эйнштейн назвал свою новую теорию Общей теорией относительности.

Ньютон считал, что поток времени похож на стрелу. Оно непоколебимо движется только в одну сторону — вперед. Эйнштейн предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. И благодаря своей текучести, подобно пространству, оно «заслуживало» собственного измерения. Более того, Эйнштейн утверждал, что пространство и время представляют собой единое целое — гибкую четырехмерную ткань, на которой происходят все события Вселенной. Он так и назвал это — ткань пространства-времени. Когда физик опубликовал свою работу со всеми ее выводами, ее встретили с недоверием. 

Согласно Общей теории относительности, вещество растягивает и сжимает ткань пространства-времени. Получается, что объекты не притягиваются к центру Земли каким-то таинственным образом, а скорее, наоборот, подталкиваются искривленным пространством вокруг себя. Подобно склону, искривление пространства-времени ускоряет объекты, движущиеся вниз, хотя степень этого ускорения не всегда одинакова. Сила гравитации возрастает с приближением к поверхности Земли, где искривление интенсивнее.
 

История Вселенной на стреле времени / © NASA/GSFC
 
Если сила гравитации возрастает при движении вниз, объект свободно упадет в точку Б на поверхности быстрее, чем в точку А на большей высоте. Согласно Специальной теории относительности, время для свободно падающего объекта в точке Б должно идти медленнее относительно объекта в точке А из-за того, что скорость объекта в точке Б выше.


Что такое время
 

Какое время верное? Эйнштейн постулировал, что абсолютного времени нет. Время относительно в зависимости от системы сил, которым оно подвергается. Формально это называется системой отсчета. Время, протекающее в рамках вашей системы, называется собственным временем. Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться. То есть чем быстрее вы движетесь, тем медленнее ваши часы тикают относительно других часов. Именно об этом героиня Энн Хэтэуэй говорила персонажу Мэтью МакКонахи в «Интерстелларе» после спуска на далекую планету: «Один час на этой планете равен семи земным годам».

Итак, является ли наблюдение замедленного времени ограничением нашего примитивного неврологического строения или же время действительно замедляется? И что вообще означает замедление времени? В итоге это приводит нас к вопросу: что есть время? Это не просто вопрос, который задают друг другу студенты философского факультета за бокалом пива. Понятие времени озадачивало натурфилософов и физиков с незапамятных времен.

Главная функция времени — отслеживание хронологии событий. Однако вплоть до последних 400 лет люди определяли время, основываясь на предположении, что звезды движутся вокруг Земли, а не наоборот. Несмотря на это, все работало до определенной степени приемлемо — из-за того, что дни и времена года предсказуемо повторялись, а когда у вас есть что-то предсказуемо повторяющееся, то есть и механизм для отслеживания времени.

Галилео использовал рекурсивную природу такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможным без какого-либо обозначения времени. Но это время никогда не было абсолютным. Даже когда Ньютон формулировал свои законы движения, он использовал понятие времени, в котором две пары часов тикают синхронно не с абсолютным, независимым временем, а друг с другом. Синхронизация — причина, по которой человечество соорудило такие сложные и точные атомные часы.

Понятие времени построено на одновременности или решающем совпадении двух событий — вроде прибытия поезда и уникального совпадения стрелок часов в этот момент. Теория Эйнштейна утверждает, что на это должно влиять движение. Если два наблюдателя на платформе и поезд не могут прийти к единому мнению о том, что одновременно, они не могут прийти к согласию о том, как течет само время.


Движение искажает время


Чтобы понять влияние движения на предсказуемость, рассмотрим простейший механизм для отсчета времени. Представьте себе аппарат для отслеживания времени, состоящий из фотона, который отражается между двумя зеркалами, расположенными на конечном расстоянии друг от друга. Пусть за период отражения фотона проходит одна секунда. Теперь расположим два таких аппарата в точках А и Б над поверхностью Земли и прямо на ней (как в примере, описанном выше) и посмотрим, как они отсчитывают время, когда мимо них проносится свободно падающий объект. В свою очередь, этот объект измеряет собственное время при помощи таких же часов. Что они покажут?

Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами похоже на наблюдение теннисного мяча, прыгающего по движущемуся поезду. Даже если мяч отскакивает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя снаружи он описывает треугольники.
 

Эксперимент с падающими часами / © Science ABC
 
При движении аппарата вперед кажется, что фотон, подобно мячу, преодолевает большее расстояние после отражения. Получается, один результат нашего эксперимента искажен! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем больше фотону нужно времени для отражения, тем самым растягивается и длительность секунды. Именно поэтому ход времени в точке Б оказывается медленнее, чем в точке А (вспомним: из-за гравитации объект падает в точке Б быстрее, чем в точке А).

Конечно, эта разница ничтожна. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, — всего несколько наносекунд. Тем не менее открытие Эйнштейна стало настоящим прорывом. Гравитация действительно мешает ходу времени, а значит, чем массивнее объект, тем медленнее время течет вблизи него. Некоторые физики даже делают оговорку о том, что все объекты во Вселенной будто чувствуют это и стараются падать туда, где время идет медленнее, из мест, где время идет быстрее.
 

Гравитационное поле Земли и GPS-спутник / © NASA
 


Ноги моложе головы

 
Сегодня гравитационное замедление времени не только известный феномен из области теоретической физики, но и практический инструмент. Благодаря открытию Эйнштейна и его уравнениям, у нас есть такая замечательная вещь, как GPS-навигация, которая не смогла бы работать так точно, если бы не была учтена разница между ходом времени на поверхности Земли и ходом времени на околоземной орбите. Гравитационное замедление времени также помогает физикам-теоретикам и астрофизикам строить точные теории о том, что происходит в далеком космосе вблизи объектов, к которым мы пока не можем подобраться физически (например, черные дыры и нейтронные звезды). И да, учитывая этот феномен, получается, что ваши ноги — пусть и бесконечно незначительно — младше вашей головы.

 


Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 18

0  
xofmann12 22.12.2018 19:44 [Материал]
время статично , возможно это и есть гравитация, либо ее свойство, раньше когда люди жили по 1000 лет Земля вращалась в два раза быстрее, но для них время тянулось так же как и для нас, гравитация на два, интересно как далеко это было к сотворению мира тогда, или близко
0  
xofmann12 22.12.2018 19:36 [Материал]
время - свойство, всего лишь тень, отбрасываемая нами, в нашем мире, обращать на него внимание - это и есть пустая трата времени, время - тень сознания, человек должен творить не по расписанию biggrin
0  
AntiGun 15.12.2018 22:13 [Материал]
И вообще, Интернета не существует, это лишь Ваша выдумка внутри Вашего сознания. Ваше тело - это тоже Ваша выдумка, как и тараканы у Вас на кухне и в голове.
!!! biggrin
0  
AntiGun 15.12.2018 22:12 [Материал]
Если б было "ЗАПРЕЩЕНО", уже давно бы здесь всё постирали, а всех присутствующих расстреляли smile
0  
V@sh 15.12.2018 22:18 [Материал]
Оно более хитро запрещено. Например, не сможешь защитить диссертацию, получить должность в науке и вообще, к науке тебя не подпустят.
А пользователей форума всегда можно объявить тупыми дилетантами, которые ничё не понимают и не обращать на них внимание. Можно вскользь по ним проехаться в тупой акции типа "Наука против мифов", не более того. biggrin
0  
V@sh 13.12.2018 20:53 [Материал]
* на кварцевых резонаторах часы не врут на орбите.
0  
V@sh 13.12.2018 20:52 [Материал]
Как любят враньё про GPS внедрять! Спутники синхронизируют время по наземным станциям безо всяких эйнштейнов! Атомные часы зависят от гравитации, да. Так это проблема вопрос квантовой физики, т.к. часы на других принципах работают нормально.
0  
drula13 13.12.2018 18:09 [Материал]
.. вот интересный вопрос меня мучит.. до альфа центавры - 4.5 световых года (приблизительно) .. вот. если путешественник двигался со скоростью близкой к скорости света, то на полет туда-обратно он потратил (к примеру)- 6 месяцев СВОЕЙ жизни.. внимание вопрос?. с какой скоростью двигался "путешественник" , если за шесть месяцев преодолел расстояние в 9 световых лет???
0  
Denton 14.12.2018 01:08 [Материал]
Ответ: около 2,15 Гигаметров/час, или 2150000 км/ч.
0  
drula13 14.12.2018 02:23 [Материал]
.. ага.. в час..
+1  
Maximum 14.12.2018 04:18 [Материал]
ну понятно, что двигался он не со скоростью света, если 9 световых лет у него прошло за полгода. Он так несся, что размазался по космосу на протоны, и возвращаться было нечему. Считать я не буду. ведь понятно что никто никуда не полетит))
0  
drula13 14.12.2018 12:15 [Материал]
.. вопрос не в цифрах и полетах. вопрос - где я ошибаюсь?. или таки искривлением времени скорость света можно обмануть?..
0  
Maximum 14.12.2018 15:25 [Материал]
как по мне, так ошибка в самом заявлении - полгода. Или три месяца. Можно сказать хоть один день. Это не доказывает никакого искривления времени. Ведь реального путешествия в полгода у нас нет. А есть реальное путешествие света в девять лет. Вот если будет реальное путешествие за меньшие сроки, можно о чем-то говорить.
0  
drula13 15.12.2018 22:00 [Материал]
..то есть ОТО - фигня??
+1  
Yuriy 14.12.2018 13:57 [Материал]
Вы сами ответили на свой вопрос: путешественник двигался со скоростью близкой к скорости света.
Условие и вопрос в Вашей задаче – не корректны.
9 световых лет – это время (а не расстояние), которое затратит фотон света, в безвоздушном пространстве, для преодоления расстояния до альфа центавра и обратно, для наблюдателя находящегося на Земле.
Для путешественника, как наблюдателя в космическом аппарате, пройдут те же 9 лет полёта, только организм его состарится на шесть месяцев, в сравнении с наблюдателем на Земле, организм которого состарится на 9 лет.
0  
Maximum 14.12.2018 15:26 [Материал]
вот, точно
0  
drula13 15.12.2018 21:07 [Материал]
.. условие и вопрос в данном моменте абсолютно корректны. "9 световых лет"- это как раз тот момент, когда расстояние измеряется именно временем. любое пространство-время (расстояние) корректней измерять временем.. и да. согласно ОТО, скорость, деформирует именно время (пространство), а не замедляет старение.))
p.s. для наблюдателя на земле пройдет действительно 9+ лет, но часы "путешественника" покажут, что прошло 6 месяцев..
0  
Alexei2012 13.12.2018 16:36 [Материал]
biggrin Время? Кто бы знал – что это такое. Еще когда Блаженный Августин, например, сказал: «Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю» («Исповедь»). Есть и модели, показывающие, что времени как такого нет. Как и пространства – времени. А есть фазовое пространство – без времени. А время – субъективное, человеческое понятие. ( https://www.newscientist.com/article....is-real )
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Ученые выяснили, что употребление клубники помогает улучшить память
Такую клубнику, как продают - нет уж. Взяли тут на пробу свежую, как оказалось из Турции. Запах есть (от Проводник)
Врач рассказал, почему похолодание вредно для сосудов
Выбор личный. А так зря, ощущения непередаваемые. В речку, конечно, не плюхаемся, но обливаемся, осо (от Проводник)
Врач рассказал, почему похолодание вредно для сосудов
Но купаться 19 января я не буду, не уговаривайте. (от Rosto)
Врач рассказал, почему похолодание вредно для сосудов
Очередная ложь из "жёлтого" источника.
Организм надо тренировать, а люди склонны ег (от Проводник)