Ena izmed najbolj zanimivih tem na področju znanosti je koncept splošne relativnosti. Veste, ta ideja, da se čudne stvari dogajajo, ko ste blizu svetlobne hitrosti. Obstajajo nenavadne spremembe dolžine stvari, bizarni premiki valovnih dolžin. In najbolj zmeden od vsega je koncept dilatacije: kako lahko dobesedno doživite več ali manj časa glede na to, kako hitro potujete v primerjavi z nekom drugim.
In še bolj čudno od tega? Kot smo videli v filmu Medzvezdje, lahko samo preživljanje časa v bližini zelo masivnega predmeta, kot je črna luknja, povzroči iste relativistične učinke. Ker sta masa in pospešek nekako ista stvar?
Iskreno povedano, dovolj je, da vas boli glava.
Toda samo zato, ker se mi zdi koncept zmeden, bom še naprej odvajal, poskušal razumeti več o njem in vam pomagati, da ga zavijete tudi v svoje možgane. V mojo korist, v vašo korist, predvsem pa v mojo korist.
V zgodovini fizike je velika anekdota - verjetno se ni zgodilo, kar se je dejansko zgodilo, vendar mi je še vedno všeč.
Eden najbolj znanih astronomov 20. stoletja je bil Sir Arthur Eddington, ki ga je v filmu iz leta 2008, Einstein in Eddington, igral drzni David Tennant. Kar bi res morali videti, če še niste.
Kakorkoli že, Doktor Who, mislim Eddington, je ugotovil, kako zvezde ustvarjajo energijo (s fuzijo) in osebno potrdil, da so bile Einsteinove napovedi splošne relativnosti pravilne, ko je leta 1919 opazoval popolni Sončev mrk.
Arthur Eddington
Očitno je med predavanjem Sir Arthurja Eddingtona nekdo vprašal: 'Profesor Eddington, vi ste zagotovo eden od treh ljudi na svetu, ki razumejo splošno relativnost.' Za trenutek se je ustavil in nato rekel: 'Da, ampak poskušam razmišljati, kdo je tretja oseba.'
Vsekakor nisem jaz, poznam pa nekoga, ki se ukvarja s splošno relativnostjo, in to je dr. Brian Koberlein, profesor astrofizike na Rochester Institute of Technology. To temo ves čas pokriva na svojem blogu One Universe At A Time, ki ga morate v celoti obiskati in prebrati na briankoberlein.com .
Pravzaprav, samo da bi pokazal, kako to deluje, je Brian svojo pisarno RIT priročno potisnil na skoraj svetlobno hitrost in trenutno hiti proti nam.
Brian Koberlein:
Živjo Fraser, hvala, ker si me sprejel. Če lahko počakaš eno sekundo, moram samo upočasniti.
Fraser Cain:
Kaj se je pravkar zgodilo tam? Zakaj ste bili vsi upočasnjeni?
Brian:
Pravzaprav je zanimiv učinek, znan kot časovna dilatacija. Ena od stvari glede svetlobe je, da ne glede na to, v katerem referenčnem okviru ste, ne glede na to, kako se premikate skozi vesolje, boste vedno izmerili hitrost svetlobe v vakuumu, da bo enaka. Približno 300.000 kilometrov na sekundo.
In da bi to naredili, če se premikate glede na mene ali če se premikam glede na vas, se morajo naše reference za čas in prostor premakniti, da ohranimo hitrost svetlobe konstantno. Ko se hitreje oddaljujem od tebe, se mora moj čas po tvojem mnenju upočasniti. Po isti strani se bo vaš čas glede mene upočasnil.
In ta učinek časovne dilatacije je potreben za ohranjanje konstantne hitrosti svetlobe.
Fraser:
Ali se to zgodi samo, ko se premikate?
Predstavitev koordinatnega sistema ukrivljenega prostora okoli Zemlje. Zasluge: NASA
Brian:
Časovna dilatacija ne nastane le zaradi relativnega gibanja, lahko se pojavi tudi zaradi gravitacije. Einsteinova teorija relativnosti pravi, da je gravitacija lastnost upogibanja prostora in časa. Torej, ko imate maso, kot je Zemlja, dejansko izkrivlja prostor in čas.
Če stojite na Zemlji, se zdi, da se vaš čas premika nekoliko počasneje kot nekdo v vesolju zaradi razlike v gravitaciji.
Zdaj, za Zemljo to v resnici ni tako pomembno, toda za nekaj, kot je črna luknja, bi lahko bilo zelo pomembno. Ko se približujete črni luknji, se zdi, da se vaš čas vedno bolj upočasnjuje.
Fraser:
Kaj bi to pomenilo za vesoljska potovanja?
Brian:
V znanstveni fantastiki boste velikokrat videli idejo o raketi, ki se premika zelo blizu svetlobni hitrosti in uporablja časovno dilatacijo za potovanje do oddaljenih zvezd.
Toda dejansko bi lahko storili isto stvar z gravitacijo. Če bi imeli črno luknjo, ki gre proti drugi zvezdi ali drugi galaksiji, bi lahko dejansko vzeli svojo vesoljsko ladjo in jo krožili zelo blizu črne luknje. In zdi se, da se vaš čas upočasni. Medtem ko krožite okoli črne luknje, bi si črna luknja vzela čas, da pride do druge zvezde ali druge galaksije, in za vas bi se zdelo zelo hitro.
Kroženje v bližini premikajoče se črne luknje se ne zdi najvarnejši način prevoza, vendar je zaradi časovne dilatacije morda vredno tvegati. Zasluge: NAOJ
To je torej še en način, da bi lahko uporabili časovno dilatacijo za potovanje do zvezd, vsaj v znanstveni fantastiki.
Fraser:
V redu Brian, imam še eno vprašanje zate. Če postanete masivnejši, ko se približujete svetlobni hitrosti, bi lahko dobili toliko mase, da bi se spremenili v črno luknjo? Rad bi, da na to vprašanje odgovorite v obliki blog objave na briankoberlein.com in na objavo v storitvi Google+, ki jo bomo povezali točno tukaj .
Brian:
Hvala Fraser, ta odgovor bom objavil na svoji spletni strani.
Ponovno smo obiskali osupljivo kraljestvo časovne dilatacije in se vrnili relativno nepoškodovani. To ne pomeni, da ga razumem bolje, vendar upam, da razumete. Še enkrat velika hvala dr. Koberleinu, da si je vzel nekaj minut na svojem relativističnem potovanju in odgovoril na naša vprašanja. Obiščite njegov blog in preberite njegov odgovor na moje vprašanje.
Podcast (avdio): Prenesi (Trajanje: 6:57 — 3,0 MB)
naroči se: Apple Podcasti | RSS
Podcast (video): Prenesi (Trajanje: 6:59 — 115,5 MB)
naroči se: Apple Podcasti | RSS
