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
8 крутых видео космоса в формате 4K, которые на несколько минут “оторвут вас от Земли”
В 2017 году астронавты NASA Пегги Уитсон и Джек Фишер провели первую в истории прямую видеотрансляцию с борта МКС в 4K формате. А двумя годами ранее на Международной космической станции астронавты установили новую камеру, способную снимать видео сверхвысокой четкости в Ultra HD 4K.
Американское космическое агентство и частные технологические компании стараются улучшать системы наблюдения за космическими событиями, чтобы получать картинку из космоса в потрясающем качестве. Будь то камеры на МКС или оптические системы на спутниках и орбитальных обсерваториях. Самое приятное, что эти изображения доступны в Сети всем пользователям.
Ниже мы публикуем небольшую подборку роликов NASA, которые заставят вас на некоторое время забыть о земных проблемах и погрузиться в красоту космоса. Правда, полное наслаждение вы получите лишь в том случае, если ваш монитор поддерживает разрешение 4K.
1. Солнечная вспышка, снятая 17 апреля 2016 года в 4K
В апреле 2016 года на одной из активных областей Солнца произошла вспышка, которую наблюдала космическая обсерватория Solar Dynamics Observatory (SDO). Специальные камеры аппарата запечатлели это событие на нескольких длинах волн ультрафиолетового излучения, невидимого для человеческого глаза. Полученные снимки сотрудники NASA обработали в компьютерной программе и смонтировали из них высококачественное видео.
2. Северное сияние из космоса в Ultra HD 4K
Северное сияние снято с борта МКС при помощи камеры 4K UHD. Это интервальная съемка, то есть видео смонтировано из сотен фотографий с эффектом ускорения времени.
3. Луна в 4K
В видео используются данные космического корабля Lunar Reconnaissance Orbiter, который в настоящее время исследует Луну с орбиты спутника. Кадры частично воссоздают космическую картину, которую видели астронавты «Аполлона-13» во время пролета над обратной стороной Луны в 1970 году. Напомним, в ходе этого полета произошла авария на корабле, в результате астронавты не смогли высадиться на поверхность спутника. Подробнее о миссии вы можете прочитать в нашей статье: Аполлон-13: пилотируемый полет к Луне, который потерпел неудачу .
4. Потрясающие кадры Земли в 4K
Это видео смонтировано из снимков Земли, которые с борта МКС в 2017 году сделали российский космонавт Сергей Рязанский, итальянский и американский астронавты Паоло Несполи и Рэндольф Брезник.
5. Прохождение Меркурия по диску Солнца в 4K
Этот короткий ролик стоит посмотреть хотя бы ради того, чтобы оценить размеры Солнца и осознать масштаб Вселенной.
Видео смонтировано из снимков Solar Dynamics Observatory, которые обсерватория получила в ноябре 2019 года во время наблюдения за Солнцем и Меркурием.
Меркурий — самая маленькая планета в нашей Солнечной системе. Диаметр Меркурия около 5000 км, но на видео планета выглядит как маленькая точка.
6. Полет сквозь поле CANDELS Ultra Deep Survey Field [Ultra-HD]
Перед вами симуляция полета сквозь так называемое поле Ultra Deep Survey Field, эта модель показывает зрителю разнообразный внешний вид галактик и их распределение в пространстве.
Видео смонтировано из снимков космического телескопа «Хаббл», на фото запечатлены галактики, которые находятся от нас на расстоянии 6 млрд. световых лет. Поскольку свет этих галактик путешествовал в космосе миллиарды лет, на изображениях показаны объекты такими, какими они были миллиарды лет назад.
CANDELS — один из крупнейших проектов , реализованных с помощью телескопа «Хаббл». Представляет собой исследование и фотографирование пяти регионов (полей) космоса в близком инфракрасном диапазоне с целью изучения эволюции галактик. На изображениях области Ultra Deep Survey Field запечатлены 26 000 галактик. Подробнее об этих полях вы можете почитать в нашей статье: Научные снимки, которые изменили наше представление о космосе .
7. Солнце в Ultra HD 4K
Тридцатиминутное кино о красавице-звезде. Видео смонтировано из снимков Solar Dynamics Observatory. Аппарат вел наблюдение за Солнцем в десяти диапазонах длин волн электромагнитного излучения.
На снимках SDO запечатлены потоки ионизированных частиц (солнечный ветер), гигантские выбросы в межпланетное пространство солнечного материала (корональные выбросы массы), солнечные вспышки в рентгеновском диапазоне.
8. Внутри МКС, видео 4K
А вот и кадры, сделанные внутри МКС. Правда, это не видео с экскурсии, а эксперимент. Астронавты растворили в условиях невесомости шипучую таблетку в порции воды и показали, что с ней произойдет.
Материал подготовил Валентин Боярский
Связь с редакцией: info@severnymayak.ru
Подписывайтесь на наш канал в Дзен , поделитесь мнением о материале и расскажите о нем друзьям. Еще больше интересных постов в нашем Telegram .
У нас есть сайт , где мы размещаем новости и лонгриды на научные темы.
Следите за новостями из мира науки и технологий на нашей странице в Google Новости .
Источник
Какое время пройдет на Земле, если на космическом корабле, летящим почти со скоростью света, пройдет год?
Возможно, некоторые из вас задумывались — а каково это было бы путешествовать со скоростью света?
И что происходит, когда мы путешествуем со скоростью света? Краткий ответ таков: например, человек, путешествующий с такой скоростью, испытывает замедление времени. Для этого человека время будет двигаться медленнее, чем для того, кто не движется.
До 1900-х годов мир твердо верил в взгляд Исаака Ньютона с точки зрения объектов и гравитации. Однако в 20 веке Альберт Эйнштейн навсегда изменил этот мир.
Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном, прояснила многие сомнения относительно массы и энергии. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимопревращаемы, а это означает, что масса может быть преобразована в энергию и наоборот.
Он предположил, что нет стандартной системы отсчета. Все относительно — даже время. Исходя из этого, был сделан вывод, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Следовательно, если человек движется со скоростью, равной половине скорости света, в том же направлении, что и сам свет, то луч света для него будет выглядеть так же, как и для неподвижного человека.
Что означает эквивалентность массы-энергии?
Это означает, что если объект движется со скоростью, которая составляет 10% от скорости света, то он будет испытывать увеличение своей массы на 0,5% от его первоначальной величины. С другой стороны, если объект путешествовал бы со скоростью 90% скорости света, тогда его масса была бы в 2 раза больше его первоначальной массы.
Скорость света «С» (имеется в виду скорость света в вакууме) — это фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора системы отсчёта. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства геометрии пространства-времени в целом. А теперь ответим на некоторые вопросы.
Можем ли мы путешествовать со скоростью света? Нет, к сожалению мы не можем путешествовать со скоростью света.
Если объект движется со скоростью света, его масса будет расти в геометрической прогрессии! Подумайте об этом — скорость света составляет около 299 792 километров в секунду (1.079.252.848,8 км. в час) и когда объект движется с такой скоростью, его масса становится бесконечной. Поэтому для перемещения объекта потребуется бесконечная энергия, что невозможно. Вот почему ни один материальный объект не может двигаться со световой скоростью или со скоростью, превышающей скорость света.
Сколько понадобиться времени, чтобы преодолеть расстояние в один световой год? (световой год — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год, около 10 триллионов километров).
На световой скорости: один год
На половине скорости света: два года
Корабли Breakthrough Starshot, что будут путешествовать со скоростью 0,2с:
5 лет
На скорости самого быстрого за всю историю человека искусственного объекта (Гелиос 2,):
4.269 лет
При скорости атома водорода в ядре Солнца:
15.500 лет
На максимальной скорости ракеты Saturn V, которая доставила человека на Луну:
108.867 лет
На скорости самого быстрого самолета в мире:
305.975 лет
На скорости звука:
882327 лет
На скорости автомобиля по шоссе:
8.388.270 лет
При скорости ходьбы :
215.993.799 лет
В темпе улитки:
Сколько времени займет путешествие на расстояние одного светового года со скоростью в одну десятую скорости света? Логично предположить, что путешественнику понадобиться десять лет.
Однако, странные вещи могут случаться, когда вы путешествуете со скоростью, близкой к скорости света. Допустим, космонавт находится на космическом корабле, движущемся со скоростью в одну десятую скорости света, и он покидает Землю и летит на какую-то гипотетическую планету на расстоянии одного светового года.
Наблюдатель остается на Земле и смотрит, как путешествует космонавт. И действительно, с точки зрения наблюдателя, космонавту понадобится десять лет, чтобы добраться до этой планеты. Но поскольку путешественник движется с субсветовой скоростью, время течет медленнее для него, чем для наблюдателя.
То есть каждый раз, когда часы на Земле отсчитывают минуту, на космическом корабле часы проходят чуть меньше одной минуты. Это означает, что с точки зрения путешественника (на космическом корабле) понадобится менее десяти лет, чтобы добраться до пункта назначения! Разница в этом случае довольно мала: она составляет около 99,4% из десяти лет. Это означает, что космический полет окажется примерно на двадцать дней короче, чем для наблюдателя на Земле.
Что если мы будем двигаться почти со скоростью света?
Если мы говорим о скорости, почти равной скорости света, скажем, 90% скорости света, то будут весьма интересные наблюдения.
С одной стороны, человек, путешествующий с такой скоростью, испытает замедление времени. Для этого человека время будет идти медленнее, чем для того, кто не движется. Например, если человек путешествует в космосе со 90% скорости света, то для этого человека будут проходить только 10 минут времени, в то время как для наблюдателя на Земле пройдет 20 минут. Время будет сокращено вдвое!
Кроме того, поле зрения космического путешественника резко изменится. Мир предстанет перед ним через окно в форме туннеля перед космическим кораблем, в котором он путешествует. Кроме того, звезды впереди будут казаться голубыми, а звезды позади — красными.
Это связано с тем, что световые волны от звезд перед кораблем будут собираться вместе, в результате чего объекты будут казаться синими, а световые волны от звезд за кораблем будут расходиться и выглядеть красными, вызывая экстремальный эффект Доплера.
После определенной скорости космический путешественник увидит только черноту, потому что длина волны света, попадающего на его глаза, будет вне видимого спектра.
Но эффект замедления времени усиливается, если двигаться все быстрее и быстрее. Скажем, космический корабль летит со скоростью 99,999999% от скорости света — тогда, с точки зрения наблюдателя на Земле, космонавт в основном движется со скоростью света, и ему понадобится один год, чтобы добраться до планеты, расположенной на расстоянии одного светового года.
Но с точки зрения космонавта, такое путешествие займет только чуть более часа! Этот эффект называется релятивистским замедлением времени, и он связан со многими другими странными вещами, которые происходят, когда объекты движутся с релятивистскими скоростями (то есть со скоростями, близкими к скорости света).
Эти понятия замедления времени и специальной теории относительности особенно интересны для размышления. Например, если в один прекрасный день у нас развивается скорость, близкая к скорости света, мы можем двигаться «вперед» во времени относительно Земли.
Космонавт может путешествовать в течение нескольких месяцев или лет на своем космическом корабле и вернуться на Землю, чтобы обнаружить, что там прошли десятилетия или даже века!
Другая возможность состоит в том, что те путешественники, которые исследуют глубокие просторы космоса, смогут перемещаться на большие расстояния, не состарившись, и все благодаря замедлению времени.
Источник