Как отличается время земли от космоса

Атомные часы на Земле и в космосе

Научный мир облетела сенсация – из нашей Вселенной испаряется время. Пока это только гипотеза испанских астрофизиков. Но то, что течение времени на Земле и в космосе отличается, учеными уже доказано. Время под воздействием гравитации течет медленнее, ускоряясь при удалении от планеты. Задачу синхронизировать земное и космическое время выполняют водородные стандарты частоты, которые еще называют «атомными часами». Первые атомные часы появились в середине XX века одновременно с космонавтикой. Сегодня их главные потребители – навигация и цифровая связь.

В космосе и на Земле время течёт по-разному. Как утверждают ученые, из-за гравитации. Чем она сильнее, тем медленнее будет идти время. Например, на МКС, которая вращается вокруг Земли на низкой орбите, время на доли секунды течет быстрее, чем на планете. Еще быстрее ход времени у спутников, работающих на высоких геостационарных орбитах.

«Изменение течения времени на станции мы не ощущаем. Потому что летаем мы не на больших высотах и не так далеко от Земли, всего лишь 400-420 километров. И, конечно, если эти изменения есть на какие-то миллисекунды, мы этого никогда не почувствуем», — рассказал космонавт-испытатель отряда космонавтов Роскосмоса Сергей Рязанский.

По теории относительности Вселенная расширяется с ускорением, которое ей придает таинственная «тёмная энергия». Точного определения этому загадочному явлению пока нет. Но есть мнение, что это связано с процессом замедления времени, которое мы воспринимаем как расширение Вселенной.

По словам ведущего научного сотрудника ГАИШ Сергея Попова, время течет по-разному в разных гравитационных полях. Чем ближе к центру Земли, тем больше величина гравитационного поля. Соответственно, на поверхности Солнца время течет не так, как на расстоянии 10 миллионов километров от его поверхности.

С помощью водородных стандартов частоты, которые еще называют «атомными часами», учёные изучают воздействие гравитации. Установленные на космических аппаратах они приводят земное и космическое время к единому знаменателю, то есть синхронизируют.
«Сейчас только у ленивого нет мобильного телефона, но никто не задумывается над тем, чтобы он работал, станции, которые образуют сеть, должны быть жестко синхронизированы по времени. Речь идет о миллионных долях секунды», — отметил начальник лаборатории системы эталонов ВНИИФТРИ Николай Кошеляевский.

Атомному времени столько же лет, сколько и космонавтике. Первые атомные часы появились в середине XX века. Сегодня его главные потребители – навигация и цифровая связь. Водородными стандартами частоты оснащены все спутники ГЛОНАСС. «Оно пронизало всю инфраструктуру, весь транспорт, все системы связи, синхронизации», — подчеркивает Кошеляевский.

Российский эталон точного времени «хранится» в Подмосковье. В научном институте физико-технических и радиотехнических измерений. В мире таких атомных часов 450. Они задают международный стандарт времени.

Сегодня в мире монополисты на точное время две страны – Россия и США. Но если в Америке атомные часы на основе цезия, радиоактивного металла, то в России – на основе водорода, элемента более безопасного и долговечного. Большая часть этих приборов рождается в Нижнем Новгороде. В год здесь выпускают до 20 атомных часов.

У них нет циферблата и стрелок. Этот прибор напоминает железную бочку с проводами. Внутри которой самые передовые технологии – высокоточная радиоизмерительная аппаратура с атомным стандартом. «Атом водорода получается в источнике водорода. Затем поступает молекулярный водород, подается высокочастотное поле и получается низкомолекулярная плазма. Где молекула водорода разваливается на два атома», — рассказал начальник отделения стандартов и эталонов частоты предприятия «Время Ч» Николай Демидов.

Сердце атомного стандарта – специальный источник, в котором хранится водород. Воздействуя на атомы водорода с помощью электромагнитного поля, получают сигнал. Это видно по ярко-малиновому свечению. Затем водород попадает в кварцевую колбу и излучает квант радиоволны.

Материалы, из которых сделаны атомные часы, включают десятки наименований: железо, серебро и кварц, алюминий и кремний. Такой набор не случаен: все материалы уникальны по природным свойствам и каждый играет свою роль. Совершенно удивительным свойством обладает никель. По словам начальника отделения предприятия «Время Ч», «если никелевую тоненькую пластинку нагреть, то, оказывается, сквозь нее прекрасно проходит водород. И никакие другие газы».

Все детали часов тщательно проверяют, ведь не каждый металл выдержит условия вакуума и космической радиации. Надежность приборов рассчитывают с помощью математических моделей.

Перед сборкой все детали атомных часов проходят многоступенчатую обработку. Сначала металл очищают от грязи, щелочи и жира. Для атомного стандарта высочайшие требования стерильности. Затем температурные испытания от минус 50 до плюс 50. Потом установленный на платформу прибор тестируют в условиях вакуума.

Несколько лет назад нижегородцы выполнили заказ Астрокосмического центра Академии наук. И теперь водородные стандарты частоты работают на спутнике «Спектр-Р2 с телескопом «Радиоастрон». Он уже четыре года изучает в режиме интерферометра «темную энергию» и материю Вселенной.

«Впервые активный стандарт частоты успешно работает в космосе на протяжении уже почти 4-х лет, собственно, благодаря тому, что мы запустили такие точные часы в космос, стабильность их находится на уровне 10-14 секунды или по-человечески они уходят на одну секунду за много миллионов лет», рассказал руководитель научной программы «Радиоастрон» Юрий Ковалёв.

Такой же прибор будет установлен и на аппарате Роскосмоса «Спектр-М» с российским космическим телескопом «Миллиметрон». Главное отличие от «Радиоастрона» – новая космическая обсерватория будет работать в другом диапазоне волн.

«Миллиметрон» увидит, как формируются звезды и экзопланеты. И самое главное – заглянет за краешек черной дыры в центре нашей галактики. Именно там, по мнению ученых, из-за чудовищной силы гравитации время почти останавливается.

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:

1. Гравитационные поля создают пространственно-временное искривление.
2. 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

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

Как идет время в космосе?

На протяжении тысячелетий даже предположение о том, что в различных местах время может идти по-разному, не рассматривалось всерьез. Люди были уверены, что ход времени — это константа. Все изменилось в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн представил миру Специальную теорию относительности, а позже – в 1915 году – Общую теорию относительности, перевернув мировую физику с ног на голову.

Не углубляясь в сложные вычисления и формулы, мы вспомним основные постулаты теорий Эйнштейна, касающихся свойств пространства-времени (а пространство и время, по Теории относительности неотделимы друг от друга). В данном случае нас интересуют два вывода теории: пространство-время искривляется под воздействием гравитационных полей, а у любого движущегося объекта можно наблюдать эффект, называемый релятивистским замедлением времени. Получается, в движущемся с ненулевой скоростью теле все физические процессы будут идти медленнее, чем, если бы это тело покоилось. То есть если вы, например, летите в самолете, а ваш друг остался дома, то ваше время станет идти медленнее. Конечно, на практике ни вы, ни ваш друг разницы не почувствуете: ведь она составит миллиардные доли секунды.

Но если разогнаться до скорости значительно большей, чем скорость самолета, то разница во времени для вас и вашего друга будет намного большей. Один год на космической ракете, летящей с околосветовой скоростью, может быть равен нескольким сотням земных лет.

Искривление пространства вокруг Земли и Луны в представлении художника | Источник: quora.comКроме того, любое физическое тело ненулевой массы искривляет вокруг себя пространство-время: даже рядом с лежащим на столе яблоком будет замедляться время, правда из-за маленькой массы яблока влияние это будет столь незначительным, что его невозможно будет измерить ни одним прибором, а вычисляя это значение, вы устанете рисовать нолики после запятой.

Но что, если речь идет о более массивных объектах, например, о нашей Земле? Действительно, ее массы достаточно, чтобы искривлять вокруг себя пространство-время так сильно, что мы можем увидеть данную разницу, используя современные приборы. Чем ближе к массивному телу — тем сильнее его гравитационное влияние, а значит, медленнее идет время. Данное утверждение было проверено в ходе множества экспериментов, а временные сдвиги учитываются при передачах информации между Землей и спутниками связи.

Данная фотография — прямое доказательство искривления пространства-времени вблизи массивных объектов. На фотографии — изображение одного квазара. Его свет, искривляется пространством вблизи массивной черной дыры (посередине) и доходит до нас в виде четырех отдельных пятен. Время рядом с черной дырой будет сильно замедлено.

Это интересно: на самом деле, вы можете проверить это сами в любой момент. Одним из выводов Теории относительности является то, что в гравитационном поле свободно падающее тело движется равномерно и прямолинейно. Ударьте по футбольному мячу – сначала он полетит вверх, а затем, упадет вниз – на Землю. На самом деле траектория мяча – абсолютно прямая, а падает он на поверхность из-за искривления пространства-времени: в какой-то момент траектории Земли и мяча пересекутся.

Получается, что однозначное утверждение о том, что время в космосе всегда идет медленнее или всегда идет быстрее быстрее — неверно . В разных уголках космоса оно будет идти по-разному . Где-то быстрее, а где-то медленнее. Вблизи, например, черных дыр, оно будет существенно замедляться, а в межгалактическом пространстве, вдали от звезд и планет, наоборот, идти быстрее. Кроме того, при вычислении времени для какого-либо объекта, важно учитывать и его скоростные параметры.

Это интересно: теперь мы точно можем сказать, что на орбите Земли время должно идти быстрее, чем на поверхности — ведь мы находимся на большем удалении от массивного объекта, т.е. нашей планеты. Для подтверждения выдадим абсолютно синхронно идущие атомные часы космонавту и вам, сверив их перед запуском ракеты. Куда же отправить космонавта? Конечно же, на МКС — международную космическую станцию. Представим, что прожив целый год на орбите и, вернувшись домой, космонавт первым делом не прошел медицинские проверки и не повидался с семьей, а сверил время с вашими атомными часами. С удивлением вы обнаружите, что часы космонавта… отстают — его время шло медленнее! Как такое возможно: ведь он находился на большем расстоянии от массивного объекта, чем мы? Чтобы узнать, почему время на МКС идет медленнее земного и насколько именно, читайте здесь.

Источник