Albert Einstein jedan je od najpoznatijih fizičara 20. stoljeća. Međutim, pored nevjerojatnih teorija koje nevjerojatnom točnošću opisuju svijet velikih razmjera, otkrio je i jednu znatiželjnu pojavu: što je jača gravitacija, to vrijeme prolazi sporije.
Einstein je svoju prvu teoriju poznatu cijelom svijetu nazvao Posebnom teorijom relativnosti. Bio je poseban jer se bavio stalnim brzinama. Da bi ga pomirio sa stvarnim svijetom, u kojem se predmeti neprestano ubrzavaju i usporavaju, trebao je istražiti implikacije svoje teorije kada je riječ o ubrzanju. Taj pokušaj generaliziranja i uzimanja u obzir svih općih pojava doveo je do otkrića odnosa vremena i gravitacije. Einstein je svoju novu teoriju nazvao Općom relativnošću.
Newton je vjerovao da je protok vremena poput strijele. Kreće se stabilno samo u jednom smjeru - naprijed. Einstein je sugerirao da se vrijeme mijenja obrnuto proporcionalno brzini. I zbog svoje fluidnosti, poput prostora, "zaslužio" je vlastito mjerenje. Štoviše, Einstein je tvrdio da su prostor i vrijeme jedna cjelina - fleksibilna četverodimenzionalna tkanina na kojoj se odvijaju svi događaji u Svemiru. Tako ga je nazvao - tkaninom prostora-vremena. Kada je fizičar objavio svoj rad sa svim svojim zaključcima, dočekala ga je s nevjericom.
Prema općoj relativnosti, materija se proteže i skuplja tkanina prostornog vremena. Ispada da predmeti nisu privučeni središtem Zemlje na neki misteriozan način, već naprotiv, gurnuti ih je zakrivljenim prostorom oko njih. Kao i padina, zakrivljenost prostornog vremena ubrzava objekte koji se kreću prema dolje, iako brzina ovog ubrzanja nije uvijek ista. Snaga gravitacije se povećava kako se približavate površini Zemlje, gdje je zakrivljenost intenzivnija.
Povijest svemira na strelici vremena.
Ako se sila gravitacije povećava kako se kreće prema dolje, objekt će slobodno pasti na točku B na površini brže nego na točku A na većoj nadmorskoj visini. Prema Specijalnoj teoriji relativnosti, vrijeme slobodno padajućeg objekta u točki B treba ići sporije u odnosu na objekt u točki A zbog činjenice da je brzina objekta u točki B veća.
Koliko je sati
Promotivni video:
Koliko je točno vrijeme? Einstein je postulirao da ne postoji apsolutno vrijeme. Vrijeme je relativno ovisno o sustavu sila kojima je podvrgnut. To se formalno naziva referentni okvir. Vrijeme koje prođe u vašem sustavu naziva se vašim vlastitim vremenom. Ako zakoni kretanja moraju biti isti za sve promatrače, bez obzira na njihovo kretanje, tada se vrijeme mora usporiti. To jest, što se brže krećete, sporije vam sat otkucava u odnosu na druge satove. Ovo je heroina Anne Hathaway rekla glumcu Matthewu McConaugheyju u "Interstellar" nakon spuštanja na daleki planet: "Jedan je sat na ovoj planeti jednak sedam zemaljskih godina."
Dakle, je li promatranje usporenog vremena ograničenje naše primitivne neurološke šminke ili se vrijeme zaista usporava? A što zapravo znači vremensko širenje? Na kraju, to nas dovodi do pitanja: što je vrijeme? To nije samo pitanje koje studenti filozofije postavljaju jedni drugima uz čašu piva. Koncept vremena zbunio je prirodne filozofe i fizičare od davnina.
Glavna funkcija vremena je praćenje kronologije događaja. Međutim, do posljednjih 400 godina ljudi su određivali vrijeme na temelju pretpostavke da se zvijezde kreću oko Zemlje, a ne obrnuto. Bez obzira na to, sve je u određenoj mjeri djelovalo prilično dobro - zbog činjenice da su se dani i godišnja doba predvidljivo ponavljali, a kad imate nešto što se predvidivo ponavlja, postoji mehanizam za praćenje vremena.
Galileo je koristio rekurzivnu prirodu takvog mehanizma za računanje pokreta. Opis pokreta bio bi nemoguć bez određenog vremena. Ali ovaj put nikad nije bio apsolutni. Čak i kad je Newton formulirao svoje zakone pokreta, koristio je koncept vremena, u kojem dva para satova kidaju sinkrono ne apsolutno, neovisno vrijeme, već jedno s drugim. Sinkronizacija je razlog zašto je čovječanstvo izgradilo tako sofisticiran i precizan atomski sat.
Koncept vremena izgrađen je na istodobnosti ili odlučujućoj podudarnosti dva događaja - poput dolaska vlaka i jedinstvene slučajnosti ruku sata u tom trenutku. Einsteinova teorija kaže da na to mora utjecati kretanje. Ako se dva promatrača na peronu i vlak ne mogu složiti oko toga što je istodobno, ne mogu se složiti kako vrijeme teče.
Kretanje iskrivljuje vrijeme
Da biste razumjeli utjecaj pokreta na predvidljivost, razmislite o jednostavnom mehanizmu vremena. Zamislite uređaj za praćenje vremena koji se sastoji od fotona koji skače između dva zrcala razmaknutih na konačnoj udaljenosti. Neka prođe jedna sekunda tijekom razdoblja refleksije fotona. Sada ćemo postaviti dva takva uređaja u točke A i B iznad površine Zemlje i izravno na nju (kao u gore opisanom primjeru) i vidjeti kako računaju vrijeme kada se slobodno padajući objekt provuče pokraj njih. Zauzvrat, ovaj objekt mjeri svoje vrijeme pomoću istog sata. Što će oni pokazati?
Gledanje odraza fotona između dva pomična zrcala nalik je gledanju teniske lopte koja skače u vlaku koji se kreće. Čak i ako lopta odskoči okomito na nekoga u vlaku, ona opisuje trokut nepomičnom promatraču izvana.
Eksperiment s padajućim satom.
Kad se aparat kreće naprijed, čini se da foton, poput kugle, prijeđe veću udaljenost nakon što se odrazi. Ispada da je jedan rezultat našeg eksperimenta iskrivljen! Štoviše, brži se aparat kreće, više vremena treba da se reflektira foton, čime se produljuje trajanje sekunde. Zbog toga se prolazi vrijeme u točki B sporije nego u točki A (zapamtite: zbog gravitacije objekt pada u točki B brže nego u točki A).
Naravno, ta je razlika zanemariva. Razlika između vremena izmjerenog satovima na vrhovima planina i na površini Zemlje iznosi samo nekoliko nanosekundi. Ipak, Einsteinovo otkriće bio je pravi pomak. Gravitacija doista ometa prolazak vremena, što znači da što je masivniji objekt, to sporije vrijeme teče blizu njega. Neki fizičari čak rezervišu da se čini da svi predmeti u Svemiru to osjećaju i pokušavaju pasti tamo gdje vrijeme ide sporije, s mjesta na kojima vrijeme prolazi brže.
Zemljino gravitacijsko polje i GPS satelit.
Noge mlađe od glave
Danas je gravitacijsko dilatacija vremena ne samo poznati fenomen iz područja teorijske fizike, već i praktično sredstvo. Zahvaljujući otkriću Einsteina i njegovih jednadžbi, imamo tako divnu stvar kao što je GPS navigacija, koja ne bi mogla funkcionirati tako precizno da nije uzeta u obzir razlika između toka vremena na površini Zemlje i tijeka vremena u okolini Zemlje. Gravitacijsko dilatacija vremena također pomaže teorijskim fizičarima i astrofizičarima da izgrade točne teorije o onome što se događa u dubokom svemiru u blizini objekata kojima se fizički ne možemo približiti (na primjer, crne rupe i neutronske zvijezde). I da, s obzirom na ovaj fenomen, ispada da su vam noge - iako beskrajno beznačajno - mlađe od glave.
Vladimir Guillen