Теория о растяжении времени
Альберт Эйнштейн — один из самых известных физиков XX века. Однако, помимо удивительных теорий, невероятно точно описывающих крупномасштабный мир, он выявил один любопытный феномен: чем сильнее гравитация, тем медленнее идет время.
Свою первую известную на весь мир теорию Эйнштейн назвал Специальной теорией относительности. Она была специальной, так как имела дело с постоянными скоростями. Чтобы примирить ее с реальным миром, в котором объекты постоянно ускоряются и замедляются, ему было необходимо исследовать последствия своей теории, когда речь заходила об ускорении. Эта попытка обобщить и учесть все общие феномены привела к открытию отношения между временем и гравитацией. Эйнштейн назвал свою новую теорию Общей теорией относительности.
Ньютон считал, что поток времени похож на стрелу. Оно непоколебимо движется только в одну сторону — вперед. Эйнштейн предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. И благодаря своей текучести, подобно пространству, оно «заслуживало» собственного измерения. Более того, Эйнштейн утверждал, что пространство и время представляют собой единое целое — гибкую четырехмерную ткань, на которой происходят все события Вселенной. Он так и назвал это — ткань пространства-времени. Когда физик опубликовал свою работу со всеми ее выводами, ее встретили с недоверием.
Согласно Общей теории относительности, вещество растягивает и сжимает ткань пространства-времени. Получается, что объекты не притягиваются к центру Земли каким-то таинственным образом, а скорее, наоборот, подталкиваются искривленным пространством вокруг себя. Подобно склону, искривление пространства-времени ускоряет объекты, движущиеся вниз, хотя степень этого ускорения не всегда одинакова. Сила гравитации возрастает с приближением к поверхности Земли, где искривление интенсивнее.
История Вселенной на стреле времени / © NASA/GSFC
Если сила гравитации возрастает при движении вниз, объект свободно упадет в точку Б на поверхности быстрее, чем в точку А на большей высоте. Согласно Специальной теории относительности, время для свободно падающего объекта в точке Б должно идти медленнее относительно объекта в точке А из-за того, что скорость объекта в точке Б выше.
Что такое время
Какое время верное? Эйнштейн постулировал, что абсолютного времени нет. Время относительно в зависимости от системы сил, которым оно подвергается. Формально это называется системой отсчета. Время, протекающее в рамках вашей системы, называется собственным временем. Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться. То есть чем быстрее вы движетесь, тем медленнее ваши часы тикают относительно других часов. Именно об этом героиня Энн Хэтэуэй говорила персонажу Мэтью МакКонахи в «Интерстелларе» после спуска на далекую планету: «Один час на этой планете равен семи земным годам».
Итак, является ли наблюдение замедленного времени ограничением нашего примитивного неврологического строения или же время действительно замедляется? И что вообще означает замедление времени? В итоге это приводит нас к вопросу: что есть время? Это не просто вопрос, который задают друг другу студенты философского факультета за бокалом пива. Понятие времени озадачивало натурфилософов и физиков с незапамятных времен.
Главная функция времени — отслеживание хронологии событий. Однако вплоть до последних 400 лет люди определяли время, основываясь на предположении, что звезды движутся вокруг Земли, а не наоборот. Несмотря на это, все работало до определенной степени приемлемо — из-за того, что дни и времена года предсказуемо повторялись, а когда у вас есть что-то предсказуемо повторяющееся, то есть и механизм для отслеживания времени.
Галилео использовал рекурсивную природу такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможным без какого-либо обозначения времени. Но это время никогда не было абсолютным. Даже когда Ньютон формулировал свои законы движения, он использовал понятие времени, в котором две пары часов тикают синхронно не с абсолютным, независимым временем, а друг с другом. Синхронизация — причина, по которой человечество соорудило такие сложные и точные атомные часы.
Понятие времени построено на одновременности или решающем совпадении двух событий — вроде прибытия поезда и уникального совпадения стрелок часов в этот момент. Теория Эйнштейна утверждает, что на это должно влиять движение. Если два наблюдателя на платформе и поезд не могут прийти к единому мнению о том, что одновременно, они не могут прийти к согласию о том, как течет само время.
Движение искажает время
Чтобы понять влияние движения на предсказуемость, рассмотрим простейший механизм для отсчета времени. Представьте себе аппарат для отслеживания времени, состоящий из фотона, который отражается между двумя зеркалами, расположенными на конечном расстоянии друг от друга. Пусть за период отражения фотона проходит одна секунда. Теперь расположим два таких аппарата в точках А и Б над поверхностью Земли и прямо на ней (как в примере, описанном выше) и посмотрим, как они отсчитывают время, когда мимо них проносится свободно падающий объект. В свою очередь, этот объект измеряет собственное время при помощи таких же часов. Что они покажут?
Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами похоже на наблюдение теннисного мяча, прыгающего по движущемуся поезду. Даже если мяч отскакивает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя снаружи он описывает треугольники.
Эксперимент с падающими часами / © Science ABC
При движении аппарата вперед кажется, что фотон, подобно мячу, преодолевает большее расстояние после отражения. Получается, один результат нашего эксперимента искажен! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем больше фотону нужно времени для отражения, тем самым растягивается и длительность секунды. Именно поэтому ход времени в точке Б оказывается медленнее, чем в точке А (вспомним: из-за гравитации объект падает в точке Б быстрее, чем в точке А).
Конечно, эта разница ничтожна. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, — всего несколько наносекунд. Тем не менее открытие Эйнштейна стало настоящим прорывом. Гравитация действительно мешает ходу времени, а значит, чем массивнее объект, тем медленнее время течет вблизи него. Некоторые физики даже делают оговорку о том, что все объекты во Вселенной будто чувствуют это и стараются падать туда, где время идет медленнее, из мест, где время идет быстрее.
Гравитационное поле Земли и GPS-спутник / © NASA
Ноги моложе головы
Сегодня гравитационное замедление времени не только известный феномен из области теоретической физики, но и практический инструмент. Благодаря открытию Эйнштейна и его уравнениям, у нас есть такая замечательная вещь, как GPS-навигация, которая не смогла бы работать так точно, если бы не была учтена разница между ходом времени на поверхности Земли и ходом времени на околоземной орбите. Гравитационное замедление времени также помогает физикам-теоретикам и астрофизикам строить точные теории о том, что происходит в далеком космосе вблизи объектов, к которым мы пока не можем подобраться физически (например, черные дыры и нейтронные звезды). И да, учитывая этот феномен, получается, что ваши ноги — пусть и бесконечно незначительно — младше вашей головы.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Источник
К несчастью, ущерб, нанесенный теорией относительности, имеет еще одно необычное последствие. Это результат того, что Эйнштейн назвал растяжением времени.
Преобразования Эйнштейна-Лоренца позволяют вычислить, как изменяется набор физических свойств по мере увеличения скорости. В то время как скорость света постоянна, постоянство скорости для всего остального — скорее исключение, чем правило. Если какой-либо объект начинает двигаться быстрее, его масса возрастает, длина сокращается, и прохождение времени уменьшается. В некотором смысле все это происходит в действительности. Если вы отправитесь в полет на «конкорде», вы станете моложе (на какую-то долю секунды) -точнее, будете стареть с меньшей скоростью -чем тот, кто останется на земле. Кроме того, — говоря относительно, – вы станете тяжелее и уменьшитесь в размерах. Все снова возвратится в норму, когда вы вернетесь в ту же самую относительную систему отсчета, в которой находятся все остальные люди. Однако то, что в полете вы прожили немного меньше времени, чем те, кто оставался на Земле, не изменится. Вы действительно постареете немножко меньше, чем все остальные. Эти эффекты практически незаметны, пока вы не достигнете скорости света, а пока способы перемещать пассажиров с такой скоростью еще не изобретены. Однако можно заставить двигаться с такой скоростью атомные частицы, и таким способом измерить «продолжительность их жизни». Доказано, что благодаря расширению времени, на очень высоких скоростях частицы стареют гораздо медленнее.
На ускорителе частиц ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям) в Швейцарии, удалось разогнать крохотные частицы, называемые мюонами, до скорости, составляющей 99,9 процента скорости света. Теория относительности предсказывает, что для них время должно проходить значительно медленнее. Так и происходит в действительности. Хотя обычно они распадаются в течение двух миллионных секунды, так как при движении на околосветовых скоростях они жили в тридцать раз дольше, точно в соответствии с расчетами.
Если бы удалось подобным же образом увеличить скорость космического корабля с людьми на борту, то результаты были бы не менее впечатляющими и гораздо более заметными. Если корабль стартует с мыса Канаверал 1 января, и проведет в полете одну неделю, то, соответственно, в конце этой недели бортовой календарь будет показывать 8 января. Однако на календаре в центре управления полетом будет уже не январь, а август!
При путешествиях на более высоких скоростях эти эффекты становятся еще более выраженными. Если вы совершите полет к звездной системе Проксима Кентавра на околосветовой скорости, для того, чтобы добраться до цели вашего путешествия и вернуться на Землю, вам понадобится десять лет вашей жизни (поскольку расстояния между звездами велики даже при такой скорости). Десять лет могут показаться значительной частью человеческой жизни, однако они не идут ни в какое сравнение с тем, что вы обнаружите ои возвращении, Не исключено, что на Земле за этот период пройдут целые столетия. Всех, кого вы когда-то знали, уже не будет на свете.
Математические расчеты показывают, что на околосветовых скоростях масса вырастает до бесконечности, сокращение длины стремится к нулю, а время «замедляется» вплоть до полной остановки. Ни один объект не может обладать бесконечной массой (для того, чтобы ее передвинуть, понадобилась бы бесконечная энергия — а во Вселенной существует лишь конечная энергия). Кроме того, ничто не может иметь нулевую длину (поскольку то, что не имеет длины, не может и существовать). Из всего этого напрашивается вывод о невозможности полета материальных объектов на скорости света. Корабль, летящий на скорости, составляющей 99,999 процентов от скорости света, должен был бы постоянно увеличивать количество энергии для того, чтобы двигаться все быстрее и быстрее, и в какой-то момент ему понадобился бы доступ ко всем источникам энергии во Вселенной, что все равно не позволило бы ему достичь скорости света.
Увеличение массы и сокращение размера не являются физическими событиями, Будучи астронавтом, вы бы не превратились в нечто размером с атом и весом в триллион тонн. В том, что касается космического корабля, все будет казаться совершенно нормальным. Однако размеры мира, окружающего этот корабль, относительно изменятся. В результате этого вам покажется, что продолжительность вашего путешествия сократилась, то есть, для его осуществления понадобится меньше времени. По этой причине время будет проводить быстрее, хотя на протяжении своего путешествия вы этого и не заметите.
Однако здесь стоит заметить, что хотя изменения длины или массы — это всего лишь математические абстракции, сокращение прохождения времени будет ощущаться как реальность. После возвращения на Землю и вы, и любой другой человек будут ощущать себя явно «вне фазы». К этому моменту вы проживете меньше времени, чем те, кто не путешествовал вместе с вами. Если речь идет о путешествии на относительно небольших скоростях, то «отставание» составит секунды или минуты, но даже короткий полет на звездолете потенциально может переместить вас на столетия в будущее.
Источник
Любой человек знаком со временем. Мы научились его измерять, и, казалось бы, оно постоянно идет своим чередом, хотим мы этого или нет. Но иногда время будто застывает на месте, а порой несется вскачь. Время может погубить. Или спасти.
Опасность в воздухе
В 1976 году экипаж летчика-испытателя Марины Попович во время полета на «Ан-12» (маршрут Москва — Горький — Актюбинск) попал в крайне опасную ситуацию: в грузовом отсеке разгерметизировался топливный бак от «МиГ-29», на пол разлилось 4 тонны керосина. Самолет превратился в огромную летающую бомбу, готовую взорваться от случайной искры в любой момент. И в этот миг «Ан-12» угодил в мощный грозовой фронт; яркие вспышки молний окружили беззащитный самолет практически со всех сторон…
И вдруг все 12 членов экипажа почувствовали, что самолет словно застыл в воздухе, и время на борту как будто замерло. У другого заслуженного летчика-испытателя, Марка Галлая, во время испытания истребителя «Ла-5» пожар в воздухе все же случился. Он так описывал это происшествие: «Откуда-то из-под капота выполз длинный язык пламени… Снизу в кабину прокрался едкий сизый дым…
Дрогнул, сдвинулся с места и пошел по какому-то странному двойному счету масштаб времени. Каждая секунда словно обрела способность неограниченно, сколько потребуется, расширяться. Кажется, ход времени почти остановился!» Галлай добавил, что за годы своей богатой летной практики испытывал подобное «растяжение времени» не единожды: «Да раз десять! Наверное, многие летчики, особенно испытатели новой авиационной техники, сталкиваются с подобными явлениями!» То есть испытывают на себе эффект «остановившегося времени» люди далеко не робкого десятка.
Герой Советского Союза Марк Галлай дал «путевку в жизнь» первым советским реактивным истребителям, вертолетам, дальним бомбардировщикам, в том числе реактивным стратегическим. Марина Попович почти дословно повторила фразу Галлая, имея в виду, что летчики-испытатели фактически живут такими ситуациями. Единственная в мире женщина, установившая 101 мировой и 126 рекордов нашей страны, кроме триумфальных побед, бывало, попадала в критические ситуации и… не однажды ощущала на себе это непонятное явление «остановки времени».
Например, при падении на взлете на «МиГ-21» (отказ двигателя) или потеряв сознание на «Як-25 РБ» (отказ кислородной системы) и так далее. Было множество случаев, о которых она слышала от своих коллег. Подобное, видимо, припомнит любой летчик-испытатель.
Хватало, конечно, опасных ситуаций в воздухе и во время войны. Тысячи потенциальных свидетелей в простреленных насквозь самолетах видели смерть «на расстоянии вытянутой руки». А сколько пилотов рассказывали, как бесконечно растягивались секунды лобовых атак! Жаль, что рассказать о своих ощущениях смогли потом, по понятной причине, далеко не все.
К несчастью, пилоты не всегда используют появляющийся в критическую минуту спасительный резерв времени. Человек, первым вышедший в открытый космос, летчик-космонавт Алексей Леонов, вспоминает такой случай: «Во время полета загорелся самолет. Один летчик катапультировался, два других не смогли выбраться из неуправляемого самолета и погибли… Пилот перед катапультированием подал сигнал оставить самолет, но, по его словам, не получил ответа, хоть и ждал несколько минут. Фактически же промежуток времени между моментом команды и моментом катапультирования составил несколько секунд…»
Обыкновенная дисторсия
Есть ошибки противоположного плана, когда летчики без видимых вроде причин не спешат покинуть гибнущую машину, думая, что у них достаточно времени для спасения. Вот выдержка из когда-то секретного отчета: «Анализ летных происшествий у нас и за рубежом свидетельствует — большинство катастроф было результатом таких задержек. Их причиной становится искаженное восприятие летчиком течения времени».
По мнению авиационных врачей США, данное явление, названное ими «дисторсией времени», приводит к тому, что гибнет примерно 20% всех летчиков, не сумевших или не успевших вовремя катапультироваться. Многие летчики пытаются выпрыгнуть в последний миг, когда «вдруг» осознают, что на самом деле скоротечная авария, длящаяся, по их мнению, долгие минуты, закончится прямо сейчас. Но вычислить точный процент таких летчиков нельзя — их всех записывают в число тех, кто погиб, не воспользовавшись катапультой по неизвестной причине.
Возможно, именно дисторсия привела к гибели советских испытателей перехватчика «МиГ-31» А. Федотова и В. Зайцева. Знаток истории авиации С. В. Александров рассказывал, как опытнейший Федотов почему-то ошибочно посчитал, что был в полете в несколько раз больше по времени, чем на самом деле. Он или не взглянул на топли-вомер, а может, прибор вышел из строя. Так или иначе, но Федотов шел на посадку, будучи уверенным, что баки машины пусты. Ошибка в восприятии времени стала фатальной: тяжелый самолет с полными баками повело на полосе.
Странные ощущения с растяжением времени испытывают при катапультировании. В 2006 году 2§-летний пилот американских ВВС капитан Дарен Уиз рассказал о своих впечатлениях от катапультирования: «…Идем на бреющем, с высокой скоростью. Справа промелькнул стервятник. Тут же машину сильно тряхнуло, и раздался взрыв. Через 2 секунды хвост и правый борт оказались в пламени. Надо сваливать. Механизм срабатывает, отстреливается стекло кабины. Теперь совсем шумно, ветер хлещет. Взлетает заднее кресло — стрелок Красти выбросился. Теперь я в машине один -как будто на целую вечность, хотя прошло меньше секунды…» Кто знает, сколько как опытных, так и молодых летчиков сгубила такая странная ошибка в восприятии «того, чего как будто и нет».
Каждый — хозяин своего времени?
На любом аэродроме вам расскажут много подобных историй, на медицинском языке именующихся «необъяснимой потерей ориентации во времени». Но лишь недавно стали изучать физическое явление, при котором люди не только субъективно ощущают «растяжение времени», но и успевают заметить его и сделать что-либо руками — иногда в десятки раз больше, чем в обычной ситуации. Но кто же помогает в такие моменты людям? Пилот обычно с бедой встречается один на один. Выходит, сам организм человека может влиять на ход времени? Конечно, рано говорить о неизученном механизме такого воздействия. Известно пока, что изменение (чаще всего — замедление) внешнего времени происходит там, где есть «насмерть напуганные» люди.
Новость отредактировал ТЕНЬ В УГЛУ — 15-04-2013, 17:53
15-04-2013, 17:53 by димикПросмотров: 3 776Комментарии: 4
+5
Ключевые слова: Время летчики случаи аномалия парадоксы растяжение секунды аварии
Другие, подобные истории:
- Небо. Самолет. Свекровь
- Спас святитель Николай
- 10 самых таинственных катастроф в истории авиации
- НЛО и рыбаки
- НЛО у нас в селе
- Воздушная мистика
- Странный объект
- Над загадочными рисунками на плато Наска разбился самолет
- Самолет
- Самолет рейса 401 компании «Восточные авиалинии»
- Фантомы 2
- Самолет с детьми погубил кладбище?
- Самолет, «нырнувший» в прошлое
- Мессер
- Призрак самолета времен Великой Отечественной войны
Источник