Актуальность эффекта замедления времени

Ученые часто обсуждают теорию и актуален ли эффект замедления времени, предсказанный специальной теорией относительности Эйнштейна.

Они пытаются подтвердить или опровергнуть актуальность замедления времени путем отслеживания воздушных путешествий.

В 1971 году два американских исследователя, Дж. К. Хафеле и Р. Э. Китинг проводили эксперимент по эффекту замедления времени.

Они поместили сверхточные цезий атомные часы на пассажирских самолетах которые летели в противоположных направлениях вокруг земного шара, чтобы проверить гипотезу, впервые положенную в специальной теории относительности Эйнштейна.

Их целью было измерить влияние теории относительности на эти высокоточные приборы: расчеты показывали, что летящие на восток часы потеряют 40 наносекунд, а на запад  -275 наносекунд. Наносекунда равна одной миллиардной секунды (10-9 или 1 / 1 000 000 000 секунд). Для сравнения, одна наносекунда относится к секунде, как секунда к 31,7 года.

Результаты показали, что по сравнению со стационарными часами в лаборатории часы летящие на восток потеряли 59 наносекунд, а на запад -273 наносекунды. Несмотря на обсуждение точности и, следовательно, надежности измерений, эксперимент обычно рассматривается как одно из первых практических доказательств физических эффектов замедления времени.

Специальная теория относительности и замедление времени

В специальной теории относительности Эйнштейн утверждает, что продолжительность времени будет проходить с разной скоростью при сравнении объекта в состоянии покоя и объекта в движении. эффект замедления времени Чем больше скорость движущегося объекта, тем ближе к скорости света С тем сильнее эффект замедления времени.

Эффект этого явления значителен при скоростях, близких к постоянной скорости света, но становится экспоненциально меньше по мере приближения рассматриваемого объекта к покою.

Если наша скорость не составляет существенной доли постоянной скорости света, то знаменатель формулы относительности равен приблизительно 1. Это, в сочетании с нашей чрезвычайно ограниченной продолжительностью жизни, является причиной того, что мы не сразу замечаем замедление времени на обычных скоростях. Самая быстрая скорость, которую достигнет большинство людей, самолет, летящий со скоростью, близкой к скорости звука, дает замедление времени, где  = 1,0000000000005.

Другими словами, 1 секунда для пассажира в самолете прошла бы как 1,0000000000005 секунд для неподвижного наблюдателя.

замедление времениЕсли знаменатель у = 1,0000000000005 при движении со скоростью звука или вблизи нее, то это дает расширение 0,0000001536 секунды.

Чтобы ускользнуть на одну секунду от базового отсчета, такого как часы, стоящие на кухонном столе, человеку нужно путешествовать с нынешней годовой скоростью в течение 6 510 416 лет.

Или, говоря по-другому, путешествуйте чуть более 260 000 лет, чтобы пропустить один кадр из синхронизации на стандартном мониторе компьютера.

Но все же время действительно течет медленнее для путешественника по сравнению с наблюдателем.

Реальность эффекта

В то время как обсуждается достоверность результатов эксперимента исследователей Хафеле и Китинга 1971 года, особенно вокруг “поправок”, внесенных в их данные при публикации, их первоначальные наблюдения четко согласуются с предсказанными результатами, которые следует ожидать от математики для замедления времени.

Замедление времени является одним из наиболее интересных аспектов специальной теории относительности, поскольку оно устраняет понятие абсолютного времени.

Ученые исследуют эффекты замедления времени с еще более точными атомными часами, добавляя больше экспериментальных данных, согласующихся с научной теорией  относительности. Существуют также многочисленные другие эксперименты, такие как эксперименты по распаду мюонов (элементарная частица), которые дают дополнительные практические доказательства того, что описанный эффект реален и измерим.

Последствия для повседневной жизни

Практические последствия для повседневной жизни на первый взгляд кажутся неосязаемыми, если принять во внимание, казалось бы, незначительные временные периоды, о которых идет речь. Даже если взять некоторые из самых экстремальных примеров, которые можно себе представить осуществимыми, например, космонавта, живущего на быстрой низкой околоземной орбите, облет Земли каждые 90 минут дает у приблизительно 1.0000000003.

Если учесть, что наш астронавт находится на орбите в течение двух лет, то замедление времени, вызванное специальной теорией относительности, даст увеличение продолжительности жизни примерно на 20 миллисекунд. Миллисекунда – это тысячная ( 1/1000) секунды.

Этот промежуток в 20 миллисекунд, или две сотых секунды, внезапно оказывается вполне в пределах человеческого восприятия и понимания. Это общий измеренный разрыв в автогонках и быстрых видах спорта, таких как горные лыжи. Даже рекорд спринта на 100 м сейчас составляет 9,58 секунды, выполненный Усэйном Болтом на чемпионате мира по легкой атлетике в Берлине в 2009 году.

Масштабы в миллисекундах-это пространства и длительности, которые даже люди с нашей скромной продолжительностью жизни могут воспринимать и понимать.

Как писал астронавт НАСА Эд Лу совершивший в том числе полёт на российском «Союзе» как научный сотрудник Международной космической станции, с орбиты, в своем блоге об экспериментах в “теории относительности”:  после 6 месяцев пребывания в космосе мы действительно состаримся чуть меньше, чем все остальные на Земле, из-за эффекта, называемого замедлением времени. Это не так уж много (около 0,007 секунды), но это одно из побочных преимуществ полета в космосе!

Хотя эффекты замедления времени на скоростях человеческого масштаба часто незаметно малы, они тем не менее реальны. Видя последствия этого, отраженные в повседневной жизни, мы обнаруживаем истинно личный характер путешествий во времени, которые мы предпринимаем во всем, что мы делаем.

Все-таки время относительная величина

Осознание того, что эффект замедления времени- это осязаемое и наблюдаемое явление влияет на нас самих и на все вокруг нас. Мы наблюдаем за кривизной нашей планеты и видим темное небо на краю космоса над головой, наблюдая за горами и пустынями, которые легко скользили под крыльями сменяющих друг друга самолетов. Наблюдаем размер индивидуума на фоне макрокосмического масштаба, все время размышляя о том, что для субатомной частицы, движущейся со скоростью, близкой к скорости света, Вселенной около четырех недель, и она может быть пересечена в течение нескольких месяцев.

Природа может давать много энергии некоторым частицам. Некоторые частицы, попадающие в верхние слои атмосферы Земли, имеют энергии, превышающие 2 * 1020 эВ. Если такими частицами являются протоны (с массой около 1 ГэВ), то их скорости будут равны 0,999 999 999 999 999 999 999 995 С.

Считается что возраст Вселенной для нас составляет около 13 миллиардов лет, но для таких частиц возраст Вселенной был бы примерно (13 миллиардов лет/1011), то есть около месяца. Такая частица может пересечь видимую Вселенную за считанные месяцы (их время).

Этот эффект замедления времени происходит при переводе абстрактного макрокосмического в интимность личного. Процесс сравнения и противопоставления макромасштабной физики и математики с записями данных наблюдений человеческого масштаба открывает полезные и потенциально значимые прозрения в природу мира, в котором мы на самом деле обитаем.

Мы все движемся вперед, когда будущее становится настоящим, становится прошлым, но длительность, которую мы переживаем, и которая действительно происходит  различна для всех. То время, которое мы каждый раз переживаем, действительно расширяется и сжимается, когда мы движемся в пространстве.