Albert Einstein je eden najbolj znanih fizikov 20. stoletja. Vendar pa je poleg neverjetnih teorij, ki velikanski svet opisujejo z neverjetno natančnostjo, razkril še en radoveden pojav: čim močnejša je gravitacija, počasnejši čas mineva.
Einstein je svojo prvo teorijo, znano celotnemu svetu, poimenoval Posebna teorija relativnosti. Poseben je bil, ker se je ukvarjal s konstantnimi hitrostmi. Da bi ga uskladil z resničnim svetom, v katerem se predmeti nenehno pospešujejo in upočasnjujejo, je moral raziskati posledice svoje teorije, ko gre za pospeševanje. Ta poskus posploševanja in upoštevanja vseh splošnih pojavov je privedel do odkritja razmerja med časom in gravitacijo. Einstein je svojo novo teorijo poimenoval Splošna relativnost.
Newton je verjel, da je tok časa kot puščica. Vztrajno se premika le v eno smer - naprej. Einstein je predlagal, da se čas spreminja v obratnem sorazmerju s hitrostjo. In zaradi svoje fluidnosti, kot vesolje, si je "zaslužil" lastno meritev. Poleg tega je Einstein trdil, da sta prostor in čas enotna celota - prožna štiridimenzionalna tkanina, na kateri se odvijajo vsi dogodki v Vesolju. Tako ga je imenoval - tkanina prostora-časa. Ko je fizik objavil svoje delo z vsemi njegovimi zaključki, jo je dočakala z nezaupanjem.
Po splošni relativnosti se zadeva razteza in krči tkanino vesolja. Izkazalo se je, da predmetov ne privlači v središče Zemlje na nek skrivnosten način, ampak nasprotno, potisne jih ukrivljen prostor okoli njih. Tako kot pobočje tudi ukrivljenost vesoljskega prostora pospešuje premikajoče se predmete navzdol, čeprav hitrost tega pospeška ni vedno enaka. Sila gravitacije se poveča, ko se približujete površju Zemlje, kjer je ukrivljenost bolj intenzivna.
Zgodovina vesolja na puščici časa.
Če se sila gravitacije med premikanjem navzdol poveča, predmet hitreje pade na točko B na površini hitreje kot na točko A na večji nadmorski višini. Po posebni teoriji relativnosti mora čas prosto padajočega predmeta v točki B potekati počasneje glede na objekt v točki A zaradi dejstva, da je hitrost predmeta v točki B večja.
Kaj je čas
Promocijski video:
Kateri čas je pravilen? Einstein je predpostavil, da absolutnega časa ni. Čas je sorazmeren glede na sistem sil, ki mu je podvržen. To se uradno imenuje referenčni okvir. Čas, ki preteče znotraj vašega sistema, se imenuje vaš lastni čas. Če morajo biti zakoni gibanja enaki za vse opazovalce, ne glede na njihovo gibanje, se mora čas upočasniti. To pomeni, da se hitreje premikate, počasneje se vam ura odganja v primerjavi z drugimi urami. To je junaku Anne Hathaway po sestopu na daljni planet lik "Matthew McConaughey" v filmu "Interstellar" povedal: "Ena ura tega planeta je enaka sedemim zemeljskim letom."
Torej je opazovanje upočasnjenega časa omejitev naše primitivne nevrološke sestave ali se čas res upočasnjuje? In kaj pravzaprav pomeni časovna dilatacija? Na koncu nas to pripelje do vprašanja: kaj je čas? To ni samo vprašanje, ki si ga študentje filozofije postavljajo ob kozarcu piva. Koncept časa je zagovarjal naravne filozofe in fizike že od nekdaj.
Glavna funkcija časa je spremljanje kronologije dogodkov. Vendar pa so ljudje do zadnjih 400 let čas določali na podlagi predpostavke, da se zvezde gibljejo okoli Zemlje in ne obratno. Ne glede na to, vse je delovalo razumno dobro - ker se dnevi in letni časi ponovijo predvidljivo in ko imaš nekaj, kar se lahko predvidljivo ponavlja, potem obstaja mehanizem za spremljanje časa.
Galileo je za izračun gibanja uporabil rekurzivno naravo takega mehanizma. Opis gibanja bi bil nemogoč brez določitve časa. Toda tokrat ni bilo nikoli absolutno. Tudi ko je Newton formuliral svoje zakonitosti gibanja, je uporabil koncept časa, v katerem dva para ur sinhrono odkljukatata ne z absolutnim, neodvisnim časom, temveč med seboj. Sinhronizacija je razlog, da je človeštvo zgradilo tako prefinjeno in natančno atomsko uro.
Koncept časa je zgrajen na istočasnosti ali odločilnem naključju dveh dogodkov - na primer prihoda vlaka in edinstvenega naključja ročnih ur v tistem trenutku. Einsteinova teorija pravi, da mora na to vplivati gibanje. Če se oba opazovalca na peronu in vlak ne moreta dogovoriti o tem, kaj je hkrati, se ne moreta sporazumeti, kako čas teče sam.
Gibanje izkrivlja čas
Če želite razumeti učinek gibanja na predvidljivost, razmislite o preprostem časovnem mehanizmu. Predstavljajte si napravo za sledenje času, sestavljeno iz fotona, ki se odbija med dvema ogledaloma, razmaknjenima na končni razdalji. Med obdobjem refleksije fotona naj mine ena sekunda. Zdaj bomo postavili dve taki napravi na točki A in B nad površino Zemlje in neposredno nanjo (kot v zgoraj opisanem primeru) in videli, kako štejeta čas, ko se prosto padajoči predmet pometa mimo njih. Ta predmet pa sam meri svoj čas z isto uro. Kaj bodo pokazali?
Gledanje odseva fotona med dvema gibljivima ogledaloma je kot gledanje teniške žoge, ki poskakuje na premikajočem se vlaku. Tudi če žoga odbija pravokotno na nekoga v vlaku, opisuje trikotnike nepremičnemu opazovalcu zunaj.
Eksperiment s padajočo uro.
Ko se aparat premakne naprej, se zdi, da foton, kot kroglica, po odbitku prevozi večjo razdaljo. Izkaže se, da je en rezultat našega eksperimenta izkrivljen! Poleg tega se hitreje premika aparat, več časa pa traja, da se foton reflektira in s tem podaljša trajanje sekunde. Zato se čas v točki B izkaže za počasnejši kot v točki A (ne pozabite: objekt zaradi gravitacije pade v točko B hitreje kot v točki A).
Seveda je ta razlika zanemarljiva. Razlika med časom, merjenim s urami na vrhovih gora in na površini Zemlje, je le nekaj nanosekund. Kljub temu je bilo Einsteinovo odkritje pravi preboj. Gravitacija resnično posega v čas časa, kar pomeni, da bolj ko je objekt množičen, v njem teče počasnejši čas. Nekateri fiziki celo zadržujejo, da se zdi, da vsi predmeti v vesolju to čutijo in skušajo pasti tja, kjer čas počasneje mineva, iz krajev, kjer čas hitreje mine.
Zemljino gravitacijsko polje in satelit GPS.
Noge mlajše od glave
Danes gravitacijski časovni dilatacija ni le dobro znan pojav s področja teoretične fizike, ampak je tudi praktično orodje. Zahvaljujoč odkritju Einsteina in njegovih enačb imamo tako čudovito stvar, kot je GPS navigacija, ki ne bi mogla delovati tako natančno, če ne bi upoštevali razlike med potekom časa na površini Zemlje in potekom časa v obzemni orbiti. Gravitacijsko časovno širjenje pomaga tudi teoretičnim fizikom in astrofizikom, da gradijo natančne teorije o tem, kaj se dogaja v globokem vesolju blizu predmetov, ki se jim fizično ne moremo približati (na primer črne luknje in nevtronske zvezde). In da, glede na ta pojav se izkaže, da so vaše noge - čeprav neskončno nepomembno - mlajše od glave.
Vladimir Guillen