ΤΙ ΕΊΝΑΙ Η ΔΙΑΣΤΟΛΉ ΤΟΥ ΧΡΌΝΟΥ;

Send

Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα θέματα στον τομέα της επιστήμης είναι η έννοια της Γενικής Σχετικότητας. Ξέρετε, αυτή η ιδέα ότι τα περίεργα πράγματα συμβαίνουν καθώς πλησιάζετε στην ταχύτητα του φωτός. Υπάρχουν περίεργες αλλαγές στο μήκος των πραγμάτων, παράξενη μετατόπιση των μηκών κύματος. Και το πιο περίεργο από όλα, υπάρχει η έννοια της διαστολής: πώς μπορείτε κυριολεκτικά να βιώσετε περισσότερο ή λιγότερο χρόνο με βάση το πόσο γρήγορα ταξιδεύετε σε σύγκριση με κάποιον άλλο.

Και ακόμη πιο ξένο από αυτό; Όπως είδαμε στην ταινία Interstellar, το να περνάς χρόνο κοντά σε ένα πολύ τεράστιο αντικείμενο, όπως μια μαύρη τρύπα, μπορεί να προκαλέσει αυτά τα ίδια σχετικιστικά αποτελέσματα. Επειδή η μάζα και η επιτάχυνση είναι το ίδιο πράγμα;

Ειλικρινά, είναι αρκετό για να σας προκαλέσει έναν τεράστιο πονοκέφαλο.

Αλλά απλώς και μόνο επειδή βρίσκω την ιδέα που προκαλεί σύγχυση, θα συνεχίσω να απομακρύνομαι, προσπαθώ να καταλάβω περισσότερα για αυτό και να σας βοηθήσω να τυλίξετε τον εγκέφαλό σας. Για δικό μου όφελος, προς όφελός σας, αλλά κυρίως προς όφελός μου.

Υπάρχει ένα μεγάλο ανέκδοτο στην ιστορία της φυσικής - μάλλον δεν είναι αυτό που πραγματικά συνέβη, αλλά το λατρεύω ακόμα.

Ένας από τους διασημότερους αστρονόμους του 20ού αιώνα ήταν ο Sir Arthur Eddington, τον οποίο έπαιξε ένας εκνευριστικός David Tennant στην ταινία του 2008, Einstein και Eddington. Ποιο, θα πρέπει πραγματικά να δείτε, αν δεν το έχετε κάνει ήδη.

Ούτως ή άλλως, ο Doctor Who, εννοώ τον Eddington, είχε επεξεργαστεί πώς τα αστέρια παράγουν ενέργεια (μέσω σύντηξης) και προσωπικά επιβεβαίωσαν ότι οι προβλέψεις του Einstein για τη Γενική Σχετικότητα ήταν σωστές όταν παρατήρησε μια συνολική Ηλιακή Έκλειψη το 1919.

Προφανώς κατά τη διάρκεια μιας διάλεξης του Sir Arthur Eddington, κάποιος ρώτησε: «Καθηγητής Eddington, πρέπει να είσαι ένας από τους τρεις ανθρώπους στον κόσμο που κατανοεί τη Γενική Σχετικότητα». Σταμάτησε για μια στιγμή και στη συνέχεια είπε, «ναι, αλλά προσπαθώ να σκεφτώ ποιος είναι το τρίτο άτομο».

Σίγουρα δεν είμαι εγώ, αλλά ξέρω κάποιον που έχει τη γενική σχετικότητα και αυτός είναι ο Δρ. Brian Koberlein, καθηγητής αστροφυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ρότσεστερ. Καλύπτει αυτό το θέμα όλη την ώρα στο blog του, One Universe At A Time, το οποίο πρέπει να επισκεφτείτε και να διαβάσετε εντελώς στο briankoberlein.com.

Στην πραγματικότητα, για να αποδείξει πώς λειτουργεί αυτό, ο Μπράιαν έχει ωθήσει άνετα το γραφείο του RIT σε σχεδόν ελαφριά ταχύτητα, και μας πληρώνει τώρα.

Δρ. Brian Koberlein:
Γεια Fraser, ευχαριστώ που με έχω. Εάν μπορείτε να μείνετε για ένα δευτερόλεπτο, απλά πρέπει να επιβραδύνω.

Fraser Cain:
Τι συνέβη εκεί; Γιατί όλοι σας επιβραδύνθηκαν;

Μπράιαν:
Είναι στην πραγματικότητα ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα γνωστό ως χρονική διαστολή. Ένα από τα πράγματα για το φως είναι ότι ανεξάρτητα από το πλαίσιο αναφοράς που βρίσκεστε, ανεξάρτητα από το πώς κινείστε στο Σύμπαν, θα μετράτε πάντα την ταχύτητα του φωτός σε κενό ώστε να είναι η ίδια. Περίπου 300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Και για να το κάνετε αυτό, εάν κινείστε σε σχέση με εμένα ή αν κινούνται σε σχέση με εσάς, οι αναφορές μας για το χρόνο και το χώρο πρέπει να αλλάξουν για να διατηρήσουμε την ταχύτητα του φωτός σταθερή. Καθώς απομακρύνομαι πιο γρήγορα από εσάς, ο χρόνος μου σύμφωνα με εσάς πρέπει να φαίνεται να επιβραδύνεται. Από την ίδια πλευρά, ο χρόνος σας θα φαίνεται να επιβραδύνεται σε σχέση με εμένα.

Και αυτό το φαινόμενο διαστολής χρόνου είναι απαραίτητο για να διατηρηθεί η ταχύτητα του φωτός σταθερή.

Fraser:
Αυτό συμβαίνει μόνο όταν κινείστε;

Μπράιαν:
Η διαστολή του χρόνου δεν συμβαίνει μόνο λόγω σχετικής κίνησης, αλλά μπορεί επίσης να συμβεί λόγω της βαρύτητας. Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν λέει ότι η βαρύτητα είναι ιδιοκτησία της παραμόρφωσης του χώρου και του χρόνου. Όταν λοιπόν έχετε μια μάζα σαν τη Γη, στρεβλώνει πραγματικά χώρο και χρόνο.

Εάν στέκεστε στη Γη, ο χρόνος σας φαίνεται να κινείται λίγο πιο αργά από κάποιον πάνω στο διάστημα, λόγω της διαφοράς στη βαρύτητα.

Τώρα, για τη Γη, αυτό δεν έχει μεγάλη σημασία, αλλά για κάτι σαν μια μαύρη τρύπα, θα μπορούσε να έχει μεγάλη σημασία. Καθώς πλησιάζετε και πλησιάζετε σε μια μαύρη τρύπα, ο χρόνος σας θα φαίνεται να επιβραδύνεται όλο και περισσότερο.

Fraser:
Τι θα σήμαινε αυτό για τα διαστημικά ταξίδια;

Μπράιαν:
Πολλές φορές στην επιστημονική φαντασία, θα δείτε την ιδέα ενός πυραύλου να κινείται πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός και να χρησιμοποιεί διαστολή χρόνου για να ταξιδέψει σε μακρινά αστέρια.

Αλλά θα μπορούσατε να κάνετε το ίδιο πράγμα με τη βαρύτητα. Εάν είχατε μια μαύρη τρύπα που πήγαινε έξω σε ένα άλλο αστέρι ή έναν άλλο γαλαξία, θα μπορούσατε πραγματικά να πάρετε το διαστημόπλοιό σας και να το περιστρέψετε πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα. Και ο χρόνος σας φαίνεται να επιβραδύνεται. Ενώ είστε σε τροχιά γύρω από τη μαύρη τρύπα, η μαύρη τρύπα θα πάρει το χρόνο της για να φτάσει σε ένα άλλο αστέρι ή έναν άλλο γαλαξία και για εσάς θα φαίνεται πολύ γρήγορο.

Αυτός είναι ένας άλλος τρόπος που θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε τη διαστολή του χρόνου για να ταξιδέψετε στα αστέρια, τουλάχιστον στην επιστημονική φαντασία.

Fraser:
Εντάξει Brian, έχω μια τελευταία ερώτηση για εσάς. Εάν γίνετε πιο ογκώδης καθώς πλησιάζετε στην ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσατε να πάρετε τόση μάζα που μετατρέπετε σε μαύρη τρύπα; Θα ήθελα να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση με τη μορφή μιας ανάρτησης ιστολογίου στο briankoberlein.com και στην ανάρτηση Google+ που θα συνδέσουμε εδώ.

Μπράιαν:
Ευχαριστώ Fraser, θα έχω αυτήν την απάντηση στον ιστότοπό μου.

Για άλλη μια φορά, επισκεφθήκαμε τη δύσκολη σφαίρα της διαστολής του χρόνου και επιστρέψαμε σχετικά χωρίς τραυματισμό. Δεν σημαίνει ότι το καταλαβαίνω καλύτερα, αλλά ελπίζω να το κάνετε. Για άλλη μια φορά, ευχαριστώ πολύ τον Δρ Koberlein που αφιέρωσε λίγα λεπτά από το σχετικιστικό του ταξίδι για να απαντήσει στις ερωτήσεις μας. Βεβαιωθείτε ότι επισκεφθήκατε το blog του και διαβάστε την απάντησή του στην ερώτησή μου.