MIS ON AJA LAIENEMINE?

Send

Teadusala üks huvitavamaid teemasid on üldise relatiivsuse mõiste. Teate, see mõte, et valguse kiiruse lähedal juhtuvad imelikud asjad. Asjade pikkuses on kummalisi muutusi, lainepikkuste veidraid nihkeid. Ja mis kõige hämmastavam, siis seal on laienemise kontseptsioon: kuidas saate sõna otseses mõttes rohkem või vähem aega kogeda vastavalt sellele, kui kiiresti te reisite, võrreldes kellegi teisega.

Ja veel võõras? Nagu nägime filmist "Interstellar", võib aja veetmine väga massiivse objekti lähedal, nagu must auk, põhjustada neid samu relativistlikke efekte. Sest mass ja kiirendus on omamoodi üks ja sama asi?

Ausalt, sellest piisab, kui teile tohutult peavalu tekitab.

Kuid just seetõttu, et minu meelest on see mõiste segane, hakkan ikkagi kiibistamast, püüdes sellest rohkem aru saada ja aidata teil ka oma aju selle ümber mässida. Minu enda jaoks, teie enda jaoks, kuid enamasti minu kasuks.

Füüsika ajaloos on suurepärane anekdoot - see pole ilmselt see, mis tegelikult juhtus, aga ma armastan seda ikkagi.

20. sajandi üks kuulsamaid astronoome oli Sir Arthur Eddington, keda mängisid 2008. aasta filmis bravuurne David Tennant, Einstein ja Eddington. Millist peaksite tõesti nägema, kui te seda veel teinud pole.

Nii või teisiti, doktor Kes, ma mõtlen Eddingtonit, oli välja töötanud, kuidas tähed energiat genereerivad (sulandumise kaudu), ja kinnitas isiklikult, et Einsteini üldise relatiivsuse prognoosid olid õiged, kui ta vaatas 1919. aastal kogu päikesevarjutust.

Ilmselt küsis keegi Sir Arthur Eddingtoni loengu käigus: "Professor Eddington, peate olema üks kolmest inimesest maailmas, kes mõistab üldist relatiivsust." Ta peatus hetkeks ja ütles siis: "jah, aga ma üritan mõelda, kes see kolmas inimene on."

See pole kindlasti mina, aga ma tean kedagi, kellel on üldrelatiivsuse probleem, ja see on dr Brian Koberlein, Rochesteri tehnoloogiainstituudi astrofüüsika professor. Ta hõlmab seda teemat kogu aeg oma blogis One Universe A A Time, mida peaksite täielikult külastama ja lugema saidil briankoberlein.com.

Tegelikult, lihtsalt selleks, et näidata, kuidas see töötab, on Brian mugavalt oma RIT-i kontori peaaegu väikese kiiruse juurde lasknud ja torkab praegu meie poole.

Dr Brian Koberlein:
Tere, Fraser, aitäh, et mind leidsite. Kui saate ühe sekundi rippuda, pean lihtsalt aeglustama.

Fraser Cain:
Mis seal just juhtus? Miks teid kõiki aeglustati?

Brian:
See on tegelikult huvitav efekt, mida nimetatakse aja laienemiseks. Üks valgusega seotud asju on see, et hoolimata sellest, millises võrdlusraamis te viibite, ükskõik kuidas te universumist läbi liigute, mõõdate alati vaakumis valguse kiirust, et see oleks sama. Umbes 300 000 kilomeetrit sekundis.

Ja selleks, kui te liigute minu suhtes või kui ma liigun teie suhtes, peavad meie aja ja ruumi viited muutuma, et hoida valguse kiirus konstantsena. Kuna liigun kiiremini teist eemale, peab teie aeg teie arvates aeglustuma. Samal ajal näib, et teie aeg aeglustub minu suhtes.

Ja see aja laienemise efekt on vajalik, et valguse kiirus püsiks.

Fraser:
Kas see juhtub ainult siis, kui te kolite?

Brian:
Aja laienemine ei toimu ainult suhtelise liikumise tõttu, see võib toimuda ka raskuse tõttu. Einsteini relatiivsusteooria ütleb, et gravitatsioon on ruumi ja aja väändumise omadus. Nii et kui teil on mass nagu Maa, siis see lõikab tegelikult ruumi ja aega.

Kui seisate Maa peal, näib, et teie aeg liigub raskusjõu erinevuse tõttu natuke aeglasemalt kui keegi kosmoses üles.

Nüüd, Maa jaoks, pole see tegelikult nii oluline, kuid musta augu taolise asja jaoks võib see palju olulist olla. Mustale augule lähemale jõudes näib, et teie aeg aeglustub üha enam.

Fraser:
Mida see kosmoses reisimise jaoks tähendaks?

Brian:
Mitmel korral näete ulmetes raketi ideed, mis liiguks väga kiiresti valguse kiirusele ja kasutaks kaugete tähtede juurde liikumiseks aja laienemist.

Kuid tegelikult võiksite sama teha ka gravitatsiooni abil. Kui teil oleks must auk, mis väljub mõne teise tähe või teise galaktika jaoks, võite tegelikult võtta oma kosmoselaeva ja tiirutada selle musta augu lähedale. Ja tundub, et teie aeg aeglustub. Sel ajal, kui te musta augu ümber tiirlete, kulub mustal augul mõne teise tähe või teise galaktika juurde jõudmiseks oma aeg ja teie jaoks tundub see tõesti kiire.

See on veel üks viis, kuidas saaksite tähtede juurde reisimiseks kasutada aja laiendamist, vähemalt ulmekirjanduses.

Fraser:
Hea küll, Brian, mul on teile üks viimane küsimus. Kui te läheks valguse kiirusele lähemale massiivsemaks, kas saaksite nii palju massi, et muutuksite mustaks auguks? Soovin, et vastaksite sellele küsimusele ajaveebipostituse vormis saidil briankoberlein.com ja Google+ postituses, mille linkime siin.

Brian:
Tänu Fraserile on see vastus olemas minu veebisaidil.

Veelkord külastasime aja laienemise segasemat maailma ja naasesime suhteliselt varjamatult. See ei tähenda, et ma sellest paremini aru saaksin, aga ma loodan, et saate ikkagi. Veelkord suur tänu dr Koberleinile, kes võttis mõni minut oma relativistlikust rännakust meie küsimustele vastamiseks. Külastage kindlasti tema ajaveebi ja lugege tema vastust minu küsimusele.