Alberts Einšteins ir viens no slavenākajiem 20. gadsimta fiziķiem. Tomēr papildus pārsteidzošajām teorijām, kas ar neticamu precizitāti apraksta liela mēroga pasauli, viņš atklāja vienu kuriozu parādību: jo spēcīgāks ir gravitācijas spēks, jo lēnāks laiks paiet.
Savu pirmo visai pasaulei zināmo teoriju Einšteins sauca par īpašo relativitātes teoriju. Tas bija īpašs, jo tika galā ar nemainīgu ātrumu. Lai to saskaņotu ar reālo pasauli, kurā objekti pastāvīgi paātrinās un palēninās, viņam vajadzēja izpētīt savas teorijas sekas, kad runa bija par paātrinājumu. Šis mēģinājums vispārināt un ņemt vērā visas vispārējās parādības noveda pie laika un smaguma attiecības atklāšanas. Einšteins savu jauno teoriju sauca par vispārīgo relativitāti.
Ņūtons uzskatīja, ka laika plūsma ir kā bulta. Tas vienmērīgi pārvietojas tikai vienā virzienā - uz priekšu. Einšteins ierosināja, ka laiks mainās apgriezti proporcionāli ātrumam. Un savas plūstamības dēļ, tāpat kā kosmoss, tas "bija pelnījis" pats savu mērījumu. Turklāt Einšteins apgalvoja, ka telpa un laiks ir vienots veselums - elastīgs četrdimensiju audums, uz kura notiek visi Visuma notikumi. To viņš to sauca - telpas-laika audums. Kad fiziķe publicēja savu darbu ar visiem tā secinājumiem, viņa tika sveikta ar neticību.
Saskaņā ar vispārējo relativitāti matērija stiepjas un sašaurinās kosmosa laika audumu. Izrādās, ka objekti kaut kādā noslēpumainā veidā netiek piesaistīti Zemes centram, bet drīzāk, gluži pretēji, tos stumj apkārt esošā izliektā telpa. Līdzīgi kā slīpumam, telpas laika izliekums paātrina objektus, kas virzās uz leju, lai arī šī paātrinājuma ātrums ne vienmēr ir vienāds. Smaguma spēks palielinās, tuvojoties Zemes virsmai, kur izliekums ir intensīvāks.
Visuma vēsture uz laika bultiņas.
Ja smaguma spēks palielinās, pārvietojoties uz leju, objekts brīvi nokrīt uz punktu B uz virsmas ātrāk nekā uz punktu A lielākā augstumā. Saskaņā ar īpašo relativitātes teoriju brīvi krītoša objekta laikam B vajadzētu būt lēnākam attiecībā pret objektu A, jo objekta ātrums punktā B ir lielāks.
Kas ir laiks
Reklāmas video:
Kurš laiks ir pareizs? Einšteins postulēja, ka nav absolūtā laika. Laiks ir relatīvs atkarībā no spēka sistēmas, kurai tas tiek pakļauts. To oficiāli sauc par atskaites ietvaru. Laiku, kas paiet jūsu sistēmā, sauc par jūsu pašu laiku. Ja kustības likumiem jābūt vienādiem visiem novērotājiem neatkarīgi no viņu kustības, tad laikam ir jāsamazinās. Tas ir, jo ātrāk jūs pārvietojaties, jo lēnāk jūsu pulksteņa ērces salīdzinājumā ar citiem pulksteņiem. Tas ir tas, ko varone Anne Hathaway stāstīja varonim Metjū Makonughejam filmā "Starpzvaigžņu" pēc nolaišanās uz tālu planētu: "Viena stunda uz šīs planētas ir vienāda ar septiņiem Zemes gadiem."
Tātad, vai palēnināta laika novērošana ir mūsu primitīvā neiroloģiskā grima ierobežojums, vai tiešām laiks palēninās? Un ko īsti nozīmē laika dilatācija? Galu galā tas mūs ved uz jautājumu: kas ir laiks? Tas nav tikai jautājums, kuru filozofijas studenti uzdod viens otram pa alus glāzi. Laika jēdziens ir nesapratnē dabas filozofus un fiziķus kopš neatminamiem laikiem.
Laika galvenā funkcija ir notikumu hronoloģijas izsekošana. Tomēr līdz pēdējiem 400 gadiem cilvēki laiku ir noteikuši, balstoties uz pieņēmumu, ka zvaigznes pārvietojas ap Zemi, nevis otrādi. Neatkarīgi no tā, viss zināmā mērā darbojās samērā labi - sakarā ar to, ka dienas un gadalaiki atkārtojās prognozējami, un, ja jums ir kaut kas atkārtojas paredzami, tad pastāv laika uzskaites mehānisms.
Galileo izmantoja šāda mehānisma rekursīvo raksturu kustības aprēķināšanai. Kustības apraksts nebūtu iespējams bez laika noteikšanas. Bet šis laiks nekad nav bijis absolūts. Pat tad, kad Ņūtons noformulēja savus kustības likumus, viņš izmantoja laika jēdzienu, kurā divi pulksteņu pāri sinhronizējas nevis ar absolūto, neatkarīgo laiku, bet gan ar otru. Sinhronizācija ir iemesls, kāpēc cilvēce ir uzbūvējusi tik izsmalcinātu un precīzu atomu pulksteni.
Laika jēdziens ir balstīts uz divu notikumu vienlaicīgumu vai izšķirošu sakritību - piemēram, vilciena pienākšanu un pulksteņa rokas unikālo sakritību tajā brīdī. Einšteina teorija apgalvo, ka to ir jāiespaido kustība. Ja divi novērotāji uz perona un vilciens nespēj vienoties par to, kas notiek vienlaikus, viņi nevar vienoties par to, kā pats laiks plūst.
Kustība izkropļo laiku
Lai saprastu kustības ietekmi uz paredzamību, apsveriet vienkāršu laika noteikšanas mehānismu. Iedomājieties laika izsekošanas ierīci, kas sastāv no fotona, kurš atlec starp diviem spoguļiem, kas atrodas ierobežotā attālumā viens no otra. Ļaujiet vienai sekundei pāriet fotona atstarošanas periodā. Tagad mēs novietosim divas šādas ierīces punktos A un B virs Zemes virsmas un tieši uz tās (kā iepriekš aprakstītajā piemērā) un redzēsim, kā viņi skaita laiku, kad brīvi krītošs objekts viņiem peld garām. Šis objekts savukārt mēra savu laiku, izmantojot to pašu pulksteni. Ko viņi parādīs?
Skatīties fotona atstarošanos starp diviem kustīgiem spoguļiem ir kā skatīties tenisa bumbiņu, kas atlec uz kustīga vilciena. Pat ja bumba atlec perpendikulāri kādam vilcienā, tas apraksta trīsstūrus stāvošam novērotājam ārpus tā.
Eksperiments ar krītošu pulksteni.
Kad aparāts virzās uz priekšu, šķiet, ka fotons, tāpat kā bumba, pēc atstarošanās nobrauc lielāku attālumu. Izrādās, ka viens mūsu eksperimenta rezultāts ir izkropļots! Turklāt, jo ātrāk aparāts pārvietojas, jo vairāk laika nepieciešams fotona atspoguļošanai, tādējādi pagarinot sekundes ilgumu. Tāpēc laika pāreja punktā B izrādās lēnāka nekā punktā A (atcerieties: smaguma dēļ objekts nokrīt punktā B ātrāk nekā punktā A).
Protams, šī atšķirība ir niecīga. Atšķirība starp laiku, ko mēra ar pulksteņiem kalnu virsotnēs un Zemes virsmā, ir tikai dažas nanosekundēs. Neskatoties uz to, Einšteina atklājums bija īsts sasniegums. Gravitācija patiešām traucē laika pāreju, kas nozīmē, ka, jo masīvāks ir objekts, jo lēnāks laiks plūst tā tuvumā. Daži fiziķi pat izdara atrunu, ka visi Visuma objekti, šķiet, to jūt un mēģina nokrist tur, kur laiks iet lēnāk, no vietām, kur laiks iet ātrāk.
Zemes gravitācijas lauks un GPS satelīts.
Kājas jaunākas par galvu
Mūsdienās gravitācijas laika dilatācija ir ne tikai plaši pazīstama parādība no teorētiskās fizikas lauka, bet arī praktisks līdzeklis. Pateicoties Einšteina un viņa vienādojumu atklājumiem, mums ir tik brīnišķīga lieta kā GPS navigācija, kas nevarētu darboties tik precīzi, ja netiktu ņemta vērā atšķirība starp laika gaitu uz Zemes virsmas un laika gaitu Zemes tuvumā esošā orbītā. Gravitācijas laika dilatācija arī palīdz teorētiskajiem fiziķiem un astrofiziķiem veidot precīzas teorijas par to, kas notiek dziļā kosmosā pie objektiem, kuriem mēs fiziski nevaram pietuvoties (piemēram, melnie caurumi un neitronu zvaigznes). Un jā, ņemot vērā šo parādību, izrādās, ka jūsu kājas - kaut arī bezgalīgi nenozīmīgi - ir jaunākas par galvu.
Vladimirs Guilēns