Как идет время в космосе?
Долгое время предположение того, что в разных местах время может двигаться быстрее или медленнее, не принималось людьми за серьезность. Все вокруг считали, что время – константа, и доказывать обратное не было смысла. Но 1905 год перевернул все. Альберт Эйнштейн построил новую Специальную теорию относительности. А в 1915 представил Общую теорию относительности, совершив настоящую революцию в современной на тот период физике.
Труды Эйнштейна сначала назывались «К электродинамике движущихся тел». Уже позже, когда мир осознал в каких подробностях Эйнштейн описал принцип относительности, его работа стала называться Теорией относительности. Он ответил на вопросы, которые мучали ученых несколько тысяч лет, доказав, что все в этом мире относительно. Например, если вы стоите на палубе корабля, который пришвартован к причалу, то бросив камень к его носу, вы не заметите никакой разницы, как если бы делали это на плывущем корабле. А все потому, что относительно этого корабля ваше положение не изменилось бы.
В рамках этой статьи нас не интересуют сложные формулы и вычисления Эйнштейна, а лишь основные принципы теории относительности, касающиеся пространства-времени. А они, согласно теории, неразделимы. Конкретно сейчас нам нужны лишь два вывода теории.
- «Пространство-время искривляется под действием гравитационных полей»
- «Любой движущийся объект обладает релятивистским замедление времени»
Из чего следует, что в теле, находящемся в движении, все физические процессы протекают медленнее, чем в том же теле в состоянии покоя. Например, если вы летите в самолете, ваше время течет медленнее, чем у людей на поверхности земли. Естественно, никакой разницы вы не почувствуете, потому что она составляет всего несколько миллиардных долей секунды.
Однако, если лететь со скоростью выше скорости самолета, разница будет существенней. К примеру, один год в ракете, которая летит со скоростью близкой к скорости света, может оказаться несколькими сотнями лет на Земле.
Не стоит думать, что, сев в ракету и разогнавшись до скорости света, вы испытаете некий эффект замедленной съемки. Ощущение времени для вас осталось бы неизменным. Однако, если бы кто-то с Земли мог наблюдать за часами в вашей ракете, ему бы казалось, что ваше время идет несколько медленнее. А если бы вы могли видеть земные часы, то уже вы бы заметили, что время на них течет медленней. Это происходит из-за того, что Земля в этот момент двигалась бы относительно вашей ракеты. Назревает очевидный вопрос: почему именно вы испытываете замедление времени, а не вся планета? Потому что вы испытали процесс ускорения, в то время как Земля продолжала равномерно двигаться.
Любое физическое тело искривляет пространство-время вокруг себя. Время замедляется даже рядом с яблоком, лежащим на столе. Конечно, из-за столь несущественной массы яблока этот эффект будет незаметным, и его не измерить ни одним существующим ныне прибором. А если вы вдруг решите вычислять это значение вручную, запаситесь тетрадкой побольше. А лучше несколькими, потому что нули после запятой вам придется вырисовывать очень и очень долго.
Но давайте поговорим о более крупных объектах таких, как Земля. Ее массы то вполне должно хватать для искривления пространства-времени вокруг себя на столько, что такую разницу мы точно сможем измерить соответствующими приборами. Чем ближе мы находимся к телу с огромной массой, тем сильнее его гравитационное притяжение. Это знали все. Но теперь вам станет известно и то, что помимо усиления гравитации, замедляется время при приближении к массивному объекту. Такие выводы были сделаны на основе множественных исследований, а временные изменения считались для Земли и спутников связи при передаче данных между ними.
Крест Эйнштейна является доказательством того, что пространство-время искривляется рядом с объектами большой массы. Этот крест представляет собой фотографию квазара. Вблизи черной дыры, которая находится в самом центре, даже свет квазара искривляется пространством, и мы видим его как четыре пятна.
Проверить данное утверждение может любой школьник. Теория относительности гласит, что в гравитационном поле, тело, находящееся в состоянии свободного падения, движется равномерно и по прямой. Возьмите футбольный мяч и ударьте по нему. Он тут же полетит наверх, а потом упадет. Вам кажется, что траектория мяча в это время дугообразная, но это не так. Мяч летит абсолютно прямолинейно, а падает он тогда, когда его траектория пересекается с траекторией Земли, и происходит искривление пространства-времени.
Все вышесказанное значит, что время в космосе не всегда одинаково замедляется или ускоряется. Где-то оно будет течь быстрее, где-то медленнее. Рядом с черными дырами оно будет значительно медленнее, а вдали от планет и звезд наоборот, чуть быстрее. Помимо гравитации также важно учесть и скорость двигающегося объекта при измерении времени.
Источник
Как идет время в космосе?
Когда-то люди рассматривали время как постоянную величину, однако Теория относительности перевернула эти представления. В космосе время идет не так, как на планете Земля.
Тысячелетиями люди рассматривали время, как константу, они и не предполагали, что в разных точках отсчет времени должен идти по-разному. В 1905 году с появлением Специальной теории относительности Альберта Эйнштейна представления людей о времени изменились. Позже, в 1915 году, когда появилась Общая теория относительности, весь научный мир кардинально перевернулся.
Начальное название работы Эйнштейна звучало, как «К электродинамике движущихся тел». Несколько позже, когда в научном мире появилось понимание о том, как работа описывает принцип относительности, ее назвали Теорией относительности. Освященные в работе вопросы волновали мир науки еще с древнейших времен. Уже в античные времена люди заметили, что если бросить в сторону камень на палубе стоящего корабля, то бросок будет по ощущениям таким же, как если произвести его на движущемся корабле.
Основными постулатами теории Эйнштейна являются свойства времени-пространства, по Теории относительности пространство и время неотделимы друг от друга. Для того, чтобы понять, как идет время в космосе, необходимо обратиться к двум положениям работы:
- Пространство-время искривляются в виду воздействия гравитационных полей космических объектов;
- Любой движущийся объект обладает свойством релятивистского замедления времени.
Выходит, если тело движется с любой скоростью выше нуля, то все физические процессы в нем будут идти медленнее, чем в этом же теле при состоянии покоя. То есть если вы летите на самолете, то ваше время идет гораздо медленнее, чем у тех людей, что остались в аэропорту. Однако, эта разница настолько маленькая, что ее невозможно ощутить, в данной ситуации она составит миллиардные доли секунды.
Однако, если развить более существенную скорость, то разница во времени станет более ощутимой. К примеру, для космической ракеты, летящей с околосветовой скоростью, один год будет равен нескольким сотням лет на земной поверхности. Но если сесть в ракету и разогнаться до такой огромной скорости, то для вас время будет идти как обычно. Но если человек на земле мог бы видеть часы, расположенные в кабине ракеты, то ему показалось бы, что эти часы идут намного медленнее. А если человек в этом космическом корабле смог бы увидеть часы на земле, то их стрелочки крутились бы для него медленнее, чем должны, это произошло бы потому, что Земля двигается относительно ракеты.
Напрашивается вопрос, почему эффект замедленного времени может почувствовать только человек в космосе. Ученые связывают это с тем, что космонавт находится в ракете и испытывает процессы ускорения, поэтому системы отсчета времени для Земли и для ракеты будут разными. Планета движется равномерно, не меняя своей траектории, а ракета подвержена ускорению.
Искривление пространства-времени происходит не только в космосе, но и на земле. Любое физическое тело, обладающее массой выше нуля, будет искривлять время-пространство вокруг себя. Если положить на стол яблоко, то время возле него тоже будет замедляться, но, учитывая незначительную массу яблока, такое замедление невозможно зафиксировать ни одним прибором, а если это было бы возможно, то у полученной цифры было бы бесчисленное количество нолей после запятой.
Рассмотрим ситуацию с более массивными объектами, к примеру, с нашей планетой.
Чем ближе к массивному телу будет находиться любой объект, тем более сильное гравитационное воздействие он будет ощущать, то есть время для него будет идти медленнее. Этот факт основан не только на теоретических предположениях, его подтвердили многочисленные эксперименты, при передаче информации между спутниками связи и Землей всегда учитываются имеющиеся временные сдвиги.
Первым прямым доказательством данного явления стал так называемый крест Эйнштейна. Вблизи массивных черных дыр свет от квазара искривлен пространством, поэтому он доходит до Земли не одним пятном, а в виде четырех отдельных пятен. Рядом с черной дырой время будет сильно замедленно. Более простой опыт на проверку искривления времени-пространства можно провести и в земных условиях. Одним из важных постулатов Теории относительности является равномерное и прямолинейное движение падающего тела в гравитационном поле. Если ударить по футбольному мячу, то сначала он полетит вверх, а потом вернется вниз, к поверхности Земли. На самом деле мяч будет лететь по прямой траектории, а на поверхность Земли он падает по причине искривления пространства-времени, из-за него траектории Земли и мяча вынужденно пересекутся.
На основании всего вышеописанного становится понятно, что утверждение о том, что время в космосе всегда идет быстрее или медленнее, категорически неверно. В разных местах космоса время будет идти по-разному. К примеру, поблизости от черных дыр время существенно замедляет свой ход, а в свободном пространстве далеко от массивных небесных тел время будет идти намного быстрее. К тому же при вычислении времени для определенного объекта важно учитывать его собственную скорость.
На данный момент мы может точно утверждать, что на поверхности Земли время идет гораздо медленнее, чем на ее орбите, это зависит от удаленности объекта от массивного тела, то есть самой планеты. Если взять две пары синхронно идущих часов, отдать одни из них человеку на поверхности Земли, а вторые – космонавту перед запуском ракеты, то мы будет наблюдать интересное явление. Космонавт полетит на МКС и проведет там год, а затем по возвращению предъявит свои часы для сверки с теми, что остались на Земле. Часы космонавта будут отставать от земного времени, его время на орбите Земли шло медленнее. Время на МКС идет не так, как на Земле, но и не так, как в космосе.
Источник
Как идет время в космосе?
Все мы слышали фразу «время относительно». Она взята из теории относительности Эйнштейна, в которой ученый объединил пространство и время и представил идею ткани «пространство-время», пронизывающей всю Вселенную. Пространство-время может деформироваться материей и энергией. Поэтому в зависимости от нашего положения и скорости время может казаться нам движущимся быстрее или медленнее. Так как же идет время в космосе? Если коротко, то время в космосе и на Земле не одинаково. Чтобы подробнее ответить на этот вопрос, нужно понять, что такое релятивистское и гравитационное замедления времени.
Эффект гравитационного замедления времени
Суть этого явления заключается в следующем: время движется медленнее вблизи массивных объектов, потому что гравитационная сила таких объектов изгибает пространство-время. В двух словах это означает, что время движется медленнее, когда увеличивается гравитация. Поэтому время тянется дольше для объектов, расположенных ближе к центру Земли, где сила тяжести сильнее. Но это вовсе не означает, что можно провести всю свою жизнь в подвале, чтобы пережить тех, кто на поверхности. Эффект не заметен в таком маленьком масштабе. Если бы вы стали отшельником в подвале, то постарели бы всего на долю секунды медленнее, чем остальные люди.
Релятивистское замедление времени
Смысл этого эффекта заключается в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее. Классическим примером этого явления является «сценарий близнецов». Представим, что один близнец летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец-космонавт вернется на Землю, постаревшим всего на год или на два, он обнаружит, что его брат стал старше на несколько десятилетий.
Конечно, никто не проводил этот эксперимент в реальной жизни, но есть доказательства тому, что так все и произойдет. Когда ученые запустили атомные часы на орбиту, оставив при этом идентичные часы на Земле, они вернулись, двигаясь с некоторым отставанием от земных.
Какое время в космосе?
Космическая станция движется вокруг Земли со скоростью около 8 километров в секунду. А это, согласно эффекту релятивистского замедления времени, означает, что в космосе время идет медленнее. Космонавты стареют медленнее, чем люди на Земле. Но разница не заметна — после шести месяцев на МКС она составит не более 0,005 секунд.
Теперь вы знаете, что между временем в космосе и на Земле есть разница, хоть и небольшая.
Источник
Разница во времени на Земле и в космосе
В 20 в. было доказано, почему отличается время в космосе и на Земле. Разница создается благодаря действию гравитационного поля.
До научных открытий, совершенных ученым Альбертом Эйнштейном, время считалось неизменной величиной. Люди думали, что оно всегда и везде протекает одинаково.
Все изменила Общая теория относительности — согласно данному научному труду, пространство и время связаны друг с другом, а минуты и секунды отсчитываются неодинаково для тел движущихся и находящихся в состоянии покоя.
Важность теории Эйнштейна
Вначале Эйнштейн назвал свою работу «К электродинамике движущихся тел». Теорией относительности она стала позже — когда научный мир, ознакомившийся с ней, сделал выводы, касающиеся «относительного» положения тел в пространстве.
Так, человек, находящийся на борту судна, к примеру на его палубе, бросающий камень по направлению к носовой части, не заметит разницы для себя, если корабль плывет или остается неподвижным. Объясняется феномен тем, что по отношению к кораблю местоположение человека всегда остается неизменным.
Основные выводы
Существует 2 основополагающих принципа, вытекающих из Общей теории относительности:
- Гравитационные поля создают пространственно-временное искривление.
- Для каждого объекта, находящегося в движении, время идет медленнее, чем для того, который остается в покое.
Благодаря релятивистскому замедлению времени для движущихся с ненулевой скоростью объектов любые физические процессы в нем происходят не так быстро, как в статическом положении.
Практический пример
Существует доказательство того, что для человека, летящего самолетом, время течет медленнее, чем для людей, которые находятся на Земле в состоянии покоя. Но этой разницы никто не почувствует, ведь она составит не более миллиардной доли секунды.
Ситуация меняется, когда скорость движущегося объекта многократно увеличивается.
Так, ракета, летящая со скоростью света, способна за 1 год преодолеть расстояние, составляющее 100 и более лет по земным меркам. Для самого космонавта, находящегося внутри такой ракеты, минутные стрелки двигались бы так же, как и всегда, — замедление заметили бы только земляне, каким-либо образом увидевшие часы, установленные в кабине корабля.
С другой стороны, космонавт, в этот момент посмотревший из иллюминатора на Землю и увидевший на ее поверхности часы, обратил бы внимание на их замедленный ход.
Несмотря на это, в действительности замедление возникает только у космонавта. Это связано с большой скоростью летящей ракеты и тем, что точки отсчета для корабля и планеты остаются неравноправными, ведь Земля постепенно передвигается по прямой траектории, а летательный аппарат перемещается с ускорением.
Искривление пространства и времени как причина относительности
Любой физический предмет, обладающий ненулевым весом, изменяет вокруг себя пространственно-временные показатели.
Рядом с таким небольшим объектом, как яблоко, искривление минимально, а явные изменения происходят только в пространстве, окружающем массивные тела.
Земля своей массой создает гравитационное поле такой силы, что для объектов, находящихся на земной орбите, время проходит медленнее, чем на поверхности планеты.
Наличие временного несоответствия было выявлено при отправке сообщений со спутников на Землю.
Ощутимое пространственно-временное искривление возникает вблизи любых массивных тел — планет, звезд. Это было доказано опытным путем.
Свет квазара, расположенного неподалеку от мощной черной дыры, искривляется, время в той области также замедляется.
Это видно по тем пятнам, которые проявляются для земного наблюдателя через неравные временные периоды.
Уничтожение стереотипов
Из всего вышесказанного можно сделать вывод: время в космосе протекает по-разному.
Рядом с крупными объектами оно идет медленнее, а вдали от них, в пространстве без звезд и черных дыр, — быстрее.
Все это в корне рушит стереотип, согласно которому время представляется константой, некой постоянной величиной.
Интересные факты
Согласно теории относительности, любой предмет, на который действует гравитация, падает прямолинейно и равномерно.
Мяч, по которому ударили, движется не по дугообразной, а по прямой траектории. Он летит вверх и падает обратно на Землю из-за пространственно-временного искривления, поскольку траектории подброшенного предмета и планеты в установленный момент сходятся в 1 точке.
Атомные часы на Земле и в космосе
Чтобы доказать, что время на орбите проходит медленнее, чем на земной поверхности — достаточно выдать космонавту, готовящемуся к полету в космос, атомные часы и в точности такие же оставить на Земле.
Если сверить время на часах космонавта, вернувшегося с МКС с местным временем, окажется, что они отстают. Это означает, что космическое время на станции проходило медленнее.
Источник