Izpratne par laika paplašināšanās efektiem fizikā

Relatīvais ātrums un gravitācijas ietekme uz laika ritējumu

ChakisAtelier/Getty Images

Laika dilatācija ir parādība, kad divi objekti pārvietojas viens pret otru (vai pat tikai ar atšķirīgu intensitāti gravitācijas lauks viens no otra) piedzīvo dažādus laika plūsmas ātrumus.

Relatīvā ātruma laika dilatācija

Laika dilatācija, kas novērota relatīvā ātruma dēļ, izriet no īpašās relativitātes teorijas. Ja divi novērotāji, Dženeta un Džims, pārvietojas pretējos virzienos un, ejot viens otram garām, viņi atzīmē, ka otra cilvēka pulkstenis tikšķ lēnāk nekā viņu pašu pulkstenis. Ja Džūdija skrietu kopā ar Dženetu ar tādu pašu ātrumu vienā virzienā, viņu pulksteņi tikšķētu tādā pašā ātrumā, savukārt Džims, ejot pretējā virzienā, redz, ka viņiem abiem ir lēnāk tikšķošs pulkstenis. Šķiet, ka novērojamajam laiks paiet lēnāk nekā novērotājam.

Gravitācijas laika paplašināšanās

Laika dilatācija, kas rodas, atrodoties dažādos attālumos no gravitācijas masas, ir aprakstīta vispārējā relativitātes teorijā. Jo tuvāk atrodaties gravitācijas masai, jo lēnāk jūsu pulkstenis šķiet tikšķējam novērotājam, kas atrodas tālāk no masas. Kad kosmosa kuģis tuvojas ārkārtējas masas melnajam caurumam, novērotāji redz, ka laiks palēninās līdz rāpošanai.

Šie divi laika dilatācijas veidi apvienojas satelītam, kas riņķo ap planētu. No vienas puses, to relatīvais ātrums novērotājiem uz zemes palēnina satelīta laiku. Bet jo tālāks attālums no planētas nozīmē, ka uz satelīta laiks iet ātrāk nekā uz planētas virsmas. Šie efekti var atcelt viens otru, bet var arī nozīmēt, ka zemāka satelīta pulksteņi darbojas lēnāk attiecībā pret virsmu, savukārt augstāk orbītā esošiem satelītiem pulksteņi darbojas ātrāk attiecībā pret virsmu.

Laika paplašināšanas piemēri

Laika paplašināšanās sekas bieži tiek izmantotas zinātniskās fantastikas stāstos, kas aizsākās vismaz 1930. gados. Viens no agrākajiem un pazīstamākajiem domu eksperimentiem ar laika paplašināšanu ir slavenais Dvīņu paradokss , kas parāda laika paplašināšanās ziņkārīgo ietekmi tās ekstrēmākajā veidā.

Laika paplašināšanās kļūst visredzamākā, kad kāds no objektiem pārvietojas gandrīz ar gaismas ātrumu, bet tas izpaužas vēl lēnāk. Šeit ir tikai daži veidi, kā mēs zinām, ka laika paplašināšanās faktiski notiek:

• Pulksteņi lidmašīnās klikšķ ar atšķirīgu ātrumu nekā pulksteņi uz zemes.
• Uzliekot pulksteni kalnā (tādējādi to paceļot, bet nekustīgi noturot attiecībā pret uz zemes izvietoto pulksteni), tiek iegūti nedaudz atšķirīgi rādītāji.
• The globālā pozicionēšanas sistēma (GPS) ir jāpielāgojas laika paplašināšanai. Uz zemes esošajām ierīcēm ir jāsazinās ar satelītiem. Lai tie darbotos, tie ir jāprogrammē, lai kompensētu laika atšķirības, pamatojoties uz to ātrumu un gravitācijas ietekmi.
• Dažas nestabilas daļiņas pastāv ļoti īsu laiku pirms sabrukšanas, taču zinātnieki var novērot, ka tās ir ilgākas, jo tās pārvietojas tik ātri, ka laika dilatācija nozīmē laiku, ko daļiņas “pieredz” pirms sabrukšanas, atšķiras no laika, kas piedzīvots atpūtas laboratorija, kas veic novērojumus.
• 2014. gadā pētnieku grupa paziņoja par līdz šim precīzāko eksperimentālo apstiprinājumu šim efektam, kā aprakstīts iekšā Zinātniskais amerikānis rakstu. Viņi izmantoja daļiņu paātrinātāju, lai pārliecinātos, ka laiks kustas lēnāk pulkstenis nekā stacionāram.