Albert Einstein je jedným z najznámejších fyzikov 20. storočia. Avšak okrem úžasných teórií, ktoré popisujú rozsiahly svet s neuveriteľnou presnosťou, odhalil jeden zvláštny jav: čím silnejšia je gravitácia, tým pomalší čas plynie.
Einstein nazval svoju prvú teóriu známu celému svetu špeciálnou teóriou relativity. Bolo to zvláštne, pretože sa zaoberali konštantnými rýchlosťami. Aby to zladil so skutočným svetom, v ktorom objekty neustále zrýchľujú a spomaľujú, potreboval preskúmať dôsledky svojej teórie, keď došlo k zrýchleniu. Tento pokus o zovšeobecnenie a zohľadnenie všetkých všeobecných javov viedol k odhaleniu vzťahu medzi časom a gravitáciou. Einstein nazval svoju novú teóriu všeobecnou relatívnosťou.
Newton veril, že tok času je ako šíp. Neustále sa pohybuje iba jedným smerom - vpred. Einstein navrhol, aby sa zmeny času obrátili úmerne k rýchlosti. A vďaka svojej plynulosti, podobne ako vesmír, si „zaslúžil“svoje vlastné meranie. Einstein okrem toho tvrdil, že priestor a čas sú jeden celok - flexibilná štvorrozmerná štruktúra, na ktorej sa konajú všetky udalosti vo vesmíre. Tomu hovoril - tkanivo časopriestoru. Keď fyzik zverejnil svoju prácu so všetkými jej závermi, uvítala ju nedôvera.
Podľa General Relativity sa hmota roztiahne a stiahne zo štruktúry spacetime. Ukazuje sa, že objekty nie sú nejakým záhadným spôsobom priťahované do stredu Zeme, ale naopak sú tlačené zakriveným priestorom okolo nich. Podobne ako sklon zrýchlenie časopriestoru zrýchľuje objekty, ktoré sa pohybujú smerom nadol, aj keď rýchlosť tohto zrýchlenia nie je vždy rovnaká. Gravitačná sila sa zvyšuje, keď sa blížite k povrchu Zeme, kde je zakrivenie intenzívnejšie.
História vesmíru na šípke času.
Ak sa gravitačná sila zvyšuje, keď klesá, objekt voľne spadne do bodu B na povrchu rýchlejšie ako do bodu A vo vyššej nadmorskej výške. Podľa Osobitnej teórie relativity by čas pre voľne padajúci objekt v bode B mal byť pomalší v porovnaní s objektom v bode A kvôli skutočnosti, že rýchlosť objektu v bode B je vyššia.
Čo je čas
Propagačné video:
Aký čas je správny? Einstein predpokladal, že niet absolútneho času. Čas je relatívny v závislosti od systému síl, ktorému je vystavený. Formálne sa to nazýva referenčný rámec. Čas, ktorý uplynie vo vašom systéme, sa nazýva váš vlastný čas. Ak musia byť pravidlá pohybu rovnaké pre všetkých pozorovateľov bez ohľadu na ich pohyb, čas sa musí spomaliť. To znamená, že čím rýchlejšie sa pohybujete, tým pomalšie sú vaše hodiny v porovnaní s ostatnými hodinami. To je to, čo hrdinka Anne Hathaway rozprávala postave Matthewovi McConaugheymu v „medzihviezdnej“po zostupe na vzdialenú planétu: „Jedna hodina na tejto planéte sa rovná siedmim zemským rokom.“
Znamená to, že pozorovanie spomaľuje čas obmedzením nášho primitívneho neurologického zloženia, alebo sa čas naozaj spomaľuje? A čo vlastne znamená dilatácia času? To nás nakoniec privádza k otázke: čo je čas? Nie je to len otázka, ktorú si študenti filozofie kladú navzájom nad pohárom piva. Koncept času zmätil prírodných filozofov a fyzikov od nepamäti.
Hlavnou funkciou času je sledovanie chronológie udalostí. Až do posledných 400 rokov si však ľudia určovali čas na základe predpokladu, že hviezdy sa pohybujú okolo Zeme, a nie naopak. Bez ohľadu na to všetko fungovalo do určitej miery primerane dobre - vzhľadom na to, že dni a ročné obdobia sa predvídateľne opakovali, a keď máte niečo, čo sa dá predvídateľne opakovať, existuje mechanizmus na sledovanie času.
Galileo použil rekurzívny charakter takého mechanizmu na výpočet pohybu. Popis hnutia by nebol možný bez nejakého určenia času. Tento čas však nikdy nebol absolútny. Aj keď Newton formuloval svoje zákony o pohybe, použil koncept času, v ktorom dva páry hodín tikajú synchrónne nie s absolútnym, nezávislým časom, ale so sebou. Synchronizácia je dôvodom, prečo si ľudstvo vybudovalo také sofistikované a presné atómové hodiny.
Koncept času je postavený na simultánnosti alebo rozhodujúcej zhode dvoch udalostí - ako je príchod vlaku a jedinečná náhodnosť ručičiek hodín v tom okamihu. Einsteinova teória tvrdí, že to musí byť ovplyvnené pohybom. Ak sa dvaja pozorovatelia na nástupišti a vo vlaku nemôžu dohodnúť na tom, čo je súčasne, nemôžu sa dohodnúť na tom, ako čas plynie.
Pohyb skresľuje čas
Ak chcete porozumieť účinku pohybu na predvídateľnosť, zvážte jednoduchý mechanizmus časovania. Predstavte si zariadenie na sledovanie času pozostávajúce z fotónu, ktorý sa odrazí medzi dvoma zrkadlami vzdialenými od seba konečnú vzdialenosť. Nechajte prejsť jednu sekundu počas doby odrazu fotónu. Teraz umiestnime dve takéto zariadenia v bodoch A a B nad povrch Zeme a priamo na ňu (ako v príklade opísanom vyššie) a uvidíme, ako spočítajú čas, keď okolo nich zametne voľne padajúci objekt. Tento objekt zase meria svoj vlastný čas pomocou rovnakých hodín. Čo ukážu?
Sledovanie odrazu fotónu medzi dvoma pohybujúcimi sa zrkadlami je ako pozerať sa na tenisovú loptičku odrážajúcu sa na pohybujúcom sa vlaku. Aj keď sa lopta odráža kolmo na niekoho vo vlaku, opisuje trojuholníky stacionárnemu pozorovateľovi vonku.
Pokus s klesajúcimi hodinami.
Keď sa prístroj pohybuje dopredu, zdá sa, že fotón, podobne ako guľa, po odrazení prejde na väčšiu vzdialenosť. Ukazuje sa, že jeden výsledok nášho experimentu je zdeformovaný! Navyše, čím rýchlejšie sa zariadenie pohybuje, tým viac času trvá, než sa odrazí fotón, čím sa predlžuje doba trvania sekundy. Preto sa ukáže, že plynutie času v bode B je pomalšie ako v bode A (pamätajte: z dôvodu gravitácie objekt klesá v bode B rýchlejšie ako v bode A).
Tento rozdiel je, samozrejme, zanedbateľný. Rozdiel medzi časom meraným hodinami na vrcholkoch hôr a na povrchu Zeme je len niekoľko nanosekúnd. Einsteinov objav však bol skutočným prielomom. Gravitácia skutočne narúša priebeh času, čo znamená, že čím masívnejší je predmet, tým pomalší čas tečie. Niektorí fyzici dokonca robia rezerváciu, že sa zdá, že to cítia všetky objekty vo vesmíre, a pokúšajú sa spadnúť tam, kde je čas pomalší, z miest, kde čas ide rýchlejšie.
Gravitačné pole Zeme a satelit GPS.
Nohy mladšie ako hlava
Gravitačná dilatácia času je dnes nielen dobre známym fenoménom z oblasti teoretickej fyziky, ale aj praktickým nástrojom. Vďaka objavu Einsteina a jeho rovníc máme takú úžasnú vec, ako je GPS navigácia, ktorá by nemohla fungovať tak presne, ak by sa nezohľadnil rozdiel medzi časom na povrchu Zeme a časom na obežnej dráhe v blízkosti Zeme. Gravitačná dilatácia času tiež pomáha teoretickým fyzikom a astrofyzikom budovať presné teórie o tom, čo sa deje v hlbokom vesmíre v blízkosti objektov, ktorým sa nemôžeme fyzicky priblížiť (napríklad čierne diery a neutrónové hviezdy). A áno, vzhľadom na tento jav sa ukazuje, že vaše nohy - aj keď nekonečne nevýznamne - sú mladšie ako vaša hlava.
Vladimir Guillen
