исчисление времени в космосе по отношению к земле
Как идет время в космосе?
На протяжении тысячелетий даже предположение о том, что в различных местах время может идти по-разному, не рассматривалось всерьез. Люди были уверены, что ход времени — это константа. Все изменилось в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн представил миру Специальную теорию относительности, а позже – в 1915 году – Общую теорию относительности, перевернув мировую физику с ног на голову.
| Это интересно: изначальная работа Эйнштейна носила имя «К электродинамике движущихся тел». Теорией относительности она стала позже, когда научный мир понял, насколько точно работа ученого описывает принцип относительности, который мучил ученых с античных времен: например, стоя на палубе неподвижного корабля и бросая камень в сторону его носовой части, вы не почувствуете никакой разницы при броске камня в случае, если бы корабль плыл. |
Не углубляясь в сложные вычисления и формулы, мы вспомним основные постулаты теорий Эйнштейна, касающихся свойств пространства-времени (а пространство и время, по Теории относительности неотделимы друг от друга). В данном случае нас интересуют два вывода теории: пространство-время искривляется под воздействием гравитационных полей, а у любого движущегося объекта можно наблюдать эффект, называемый релятивистским замедлением времени. Получается, в движущемся с ненулевой скоростью теле все физические процессы будут идти медленнее, чем, если бы это тело покоилось. То есть если вы, например, летите в самолете, а ваш друг остался дома, то ваше время станет идти медленнее. Конечно, на практике ни вы, ни ваш друг разницы не почувствуете: ведь она составит миллиардные доли секунды.
Но если разогнаться до скорости значительно большей, чем скорость самолета, то разница во времени для вас и вашего друга будет намного большей. Один год на космической ракете, летящей с околосветовой скоростью, может быть равен нескольким сотням земных лет.
Но что, если речь идет о более массивных объектах, например, о нашей Земле? Действительно, ее массы достаточно, чтобы искривлять вокруг себя пространство-время так сильно, что мы можем увидеть данную разницу, используя современные приборы. Чем ближе к массивному телу — тем сильнее его гравитационное влияние, а значит, медленнее идет время. Данное утверждение было проверено в ходе множества экспериментов, а временные сдвиги учитываются при передачах информации между Землей и спутниками связи.
Данная фотография — прямое доказательство искривления пространства-времени вблизи массивных объектов. На фотографии — изображение одного квазара. Его свет, искривляется пространством вблизи массивной черной дыры (посередине) и доходит до нас в виде четырех отдельных пятен. Время рядом с черной дырой будет сильно замедлено.
Это интересно: на самом деле, вы можете проверить это сами в любой момент. Одним из выводов Теории относительности является то, что в гравитационном поле свободно падающее тело движется равномерно и прямолинейно. Ударьте по футбольному мячу – сначала он полетит вверх, а затем, упадет вниз – на Землю. На самом деле траектория мяча – абсолютно прямая, а падает он на поверхность из-за искривления пространства-времени: в какой-то момент траектории Земли и мяча пересекутся.
Это интересно: теперь мы точно можем сказать, что на орбите Земли время должно идти быстрее, чем на поверхности — ведь мы находимся на большем удалении от массивного объекта, т.е. нашей планеты. Для подтверждения выдадим абсолютно синхронно идущие атомные часы космонавту и вам, сверив их перед запуском ракеты. Куда же отправить космонавта? Конечно же, на МКС — международную космическую станцию. Представим, что прожив целый год на орбите и, вернувшись домой, космонавт первым делом не прошел медицинские проверки и не повидался с семьей, а сверил время с вашими атомными часами. С удивлением вы обнаружите, что часы космонавта… отстают — его время шло медленнее! Как такое возможно: ведь он находился на большем расстоянии от массивного объекта, чем мы? Чтобы узнать, почему время на МКС идет медленнее земного и насколько именно, читайте здесь.
Как идет время в космосе: сравнение с Землей и использование атомных часов
Между космическим и земным временем есть разница. И это давно доказали ученые. Оказывается, что на течение времени влияет гравитация (притяжение, называемое еще всемирным тяготением), а также скорость перемещения объекта.
Почему время в космосе идет медленнее
Время в космосе замедляется вблизи планет и на их поверхностях. Дело в том, что при приближении к небесным телам усиливается гравитация. Данный эффект был первоначально предсказан Альбертом Эйнштейном в теории относительности. Из нее вытекает основной принцип – гравитационные поля вызывают пространственно-временное искривление.
Максимально сильной гравитацией в космосе обладают черные дыры. Они притягивают космические тела и электромагнитное излучение. В этих местах галактики, по мнению ученых, время практически останавливается.
Подтверждением, как неравномерно идет время в космосе, служит пример с МКС:
Использование атомных часов
Чтобы понять, как идет время в космосе относительно планеты Земли, были созданы атомные часы. Они не имеют стрелок и циферблата. Устройство похоже на железный контейнер. Внутри находится сверхчувствительная радиоизмерительная аппаратура с атомным стандартом.
Эксперименты неоднократно проводились с атомными часами. Их устанавливали на различных устройствах – самолетах, станциях, спутниках. Общий результат всегда был одним и тем же – ближе к поверности Земли время течет медленнее из-за гравитации. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в космосе время идет быстрее (по мере удаления от поверхности Земли). Но из-за скорости перемещения оно может и замедляться. В связи с этим актуальность обретает фраза, что время относительно.
Атомные часы.
Изображение с сайта ru.wikipedia.org
4glaza.ru
Ноябрь 2021
Статья одобрена экспертом: Марина Атланова
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Как идет время в космосе?
Все мы слышали фразу «время относительно». Она взята из теории относительности Эйнштейна, в которой ученый объединил пространство и время и представил идею ткани «пространство-время», пронизывающей всю Вселенную. Пространство-время может деформироваться материей и энергией. Поэтому в зависимости от нашего положения и скорости время может казаться нам движущимся быстрее или медленнее. Так как же идет время в космосе? Если коротко, то время в космосе и на Земле не одинаково. Чтобы подробнее ответить на этот вопрос, нужно понять, что такое релятивистское и гравитационное замедления времени.
Эффект гравитационного замедления времени
Суть этого явления заключается в следующем: время движется медленнее вблизи массивных объектов, потому что гравитационная сила таких объектов изгибает пространство-время. В двух словах это означает, что время движется медленнее, когда увеличивается гравитация. Поэтому время тянется дольше для объектов, расположенных ближе к центру Земли, где сила тяжести сильнее. Но это вовсе не означает, что можно провести всю свою жизнь в подвале, чтобы пережить тех, кто на поверхности. Эффект не заметен в таком маленьком масштабе. Если бы вы стали отшельником в подвале, то постарели бы всего на долю секунды медленнее, чем остальные люди.
Релятивистское замедление времени
Смысл этого эффекта заключается в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее. Классическим примером этого явления является «сценарий близнецов». Представим, что один близнец летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец-космонавт вернется на Землю, постаревшим всего на год или на два, он обнаружит, что его брат стал старше на несколько десятилетий.
Конечно, никто не проводил этот эксперимент в реальной жизни, но есть доказательства тому, что так все и произойдет. Когда ученые запустили атомные часы на орбиту, оставив при этом идентичные часы на Земле, они вернулись, двигаясь с некоторым отставанием от земных.
Какое время в космосе?
Космическая станция движется вокруг Земли со скоростью около 8 километров в секунду. А это, согласно эффекту релятивистского замедления времени, означает, что в космосе время идет медленнее. Космонавты стареют медленнее, чем люди на Земле. Но разница не заметна — после шести месяцев на МКС она составит не более 0,005 секунд.
Теперь вы знаете, что между временем в космосе и на Земле есть разница, хоть и небольшая.
Время в космосе и на земле: разница, теории, факты, примеры
Многие века людям казалось, что время везде движется с одинаковой скоростью. Разница времени в космосе и на Земле не воспринималась всерьез, но все изменил Альберт Эйнштейн в своей теории относительности. Все уважаемые ученые в мире физики не могли не принять к сведению такой взгляд, поэтому эта сфера полностью изменилась в своих представлениях.
Важность теории А. Эйнштейна
Первоначально теория Эйнштейна называлась «К электродинамике движущихся тел». Свое конечное наименование она получила позже, когда ученые полностью ее изучили и поняли, что в большей степени данная теория рассматривает относительность. Такая тема оставалась неизведанной тысячелетиями, поэтому важность ее неоспорима.
Например, если человек будет находиться в воде и кинет вдаль камень, то разницы особой он не почувствует. Если же он будет плыть, то изменение в движении визуально будет отмечено.
Теория помогла объяснить разницу времени в космосе и на Земле.
Основные выводы
Если не изучать напрямую всю теорию, можно вывести из нее определенные факты, которые связаны с пространством и временем в космосе и на Земле. Эти два понятия неразделимы по своей сути.
Таким образом, можно сказать, если объект движется с определенной скоростью, то физические явления будут показывать себя гораздо медленнее. Если тело находится в состоянии покоя, то эффект будет обратным.
Скажем, если человек едет в машине, а его друг находится дома, то первый будет ощущать движение времени гораздо медленнее, чем второй. Как отличие в таких ситуациях, так и разницу во времени между Землей и космосом, достаточно сложно ощутить, потому что она незначительна, составляет буквально миллиардные доли секунды.
Но если скорость изменяется как и у первого, так и у второго объекта, то разница будет иметь большие показатели. Если ракета летит в космосе где-то один год, то на Земле за этот период пройдет около нескольких сотен лет.
Пример
Пример не означает, что человек в ракете почувствует серьезную разницу времени в космосе и на Земле. Его привычные действия не станут медленными, они будут идти привычным образом.
Для человека с Земли это, конечно, будет восприниматься иначе, если он сможет увидеть другого в это время в ракете.
Несмотря на это, объект в ракете также будет думать, что исчисляется период на Земле очень медленно, если бы он мог увидеть часы там.
Как идет время в космосе относительно Земли? Ведь не все люди ощущают разницу. Дело в том, что человек в ракете ощущает время относительно самого себя, поэтому чувствует какие-то изменения. Ему кажется, что скорость течения его времени гораздо больше. Также это обусловлено серьезным ускорением у ракеты, из-за чего агрегат движется не линейно, как Земля. Соответственно, система отсчета не является равноправной в обеих точках. Именно по этой причине человек в космосе считает, что он движется быстрее, а земные жители почти не замечают разницы.
Искривление пространства и времени как причина относительности
Каждое тело, в данном случае именно ракета, имея свою конкретную скорость, так или иначе искривляет вокруг себя и время, и пространство. Это заметно, даже если рядом с небольшим предметом на столе будет передвигаться объект с большей скоростью. Правда, данный период очень сложно высчитать математически, так как он имеет мизерные показатели.
Но вот время на Земле и в космосе отличается значительно, поэтому значение найти не так тяжело. Это объясняется тем, что масса объектов велика, соответственно, пространство и время искривляют они в большей степени. Разницу в показателях несложно ощутить благодаря современному оборудованию. Гравитационное поле у габаритных объектов сильное, ввиду этого время исчисляется гораздо медленнее.
Подобный факт имеет место в ряде исследований, которые его подтверждают.
Каждый человек может поверить данные, не имея при себе специализированной техники. Достаточно взять небольшой мячик, а затем ударить по нему. Изначально его движение будет направлено по линии, а потом траектория изменится, создастся впечатление, что сам объект изменяет свое движение. Но это не так, так как гравитация самой Земли заставляет мяч поменять направление, но само качество движения при этом не меняется. Позже наступит момент, когда линия движения Земли и самого меча совпадет.
Уничтожение стереотипов
Судя по всему сказанному, никто не может точно сказать, какая разница времени в космосе и на Земле. До сих пор неизвестно наверняка, что на Земле оно быстрее, а в космосе медленнее или наоборот. Это так, потому что космос представляет собой огромное пространство, в каждых частях которого время течет по-разному. Около черной дыры оно становится долгим, а вдалеке от планет и звезд убыстряется в разы.
Интересные факты
Поэтому односторонне расценивать все данные в теории относительности нелогично. Не зря же она относительна.
Разница во времени на Земле и в космосе
В 20 в. было доказано, почему отличается время в космосе и на Земле. Разница создается благодаря действию гравитационного поля.
До научных открытий, совершенных ученым Альбертом Эйнштейном, время считалось неизменной величиной. Люди думали, что оно всегда и везде протекает одинаково.
Все изменила Общая теория относительности — согласно данному научному труду, пространство и время связаны друг с другом, а минуты и секунды отсчитываются неодинаково для тел движущихся и находящихся в состоянии покоя.
Важность теории Эйнштейна
Вначале Эйнштейн назвал свою работу «К электродинамике движущихся тел». Теорией относительности она стала позже — когда научный мир, ознакомившийся с ней, сделал выводы, касающиеся «относительного» положения тел в пространстве.
Так, человек, находящийся на борту судна, к примеру на его палубе, бросающий камень по направлению к носовой части, не заметит разницы для себя, если корабль плывет или остается неподвижным. Объясняется феномен тем, что по отношению к кораблю местоположение человека всегда остается неизменным.
Основные выводы
Существует 2 основополагающих принципа, вытекающих из Общей теории относительности:
Благодаря релятивистскому замедлению времени для движущихся с ненулевой скоростью объектов любые физические процессы в нем происходят не так быстро, как в статическом положении.
Практический пример
Существует доказательство того, что для человека, летящего самолетом, время течет медленнее, чем для людей, которые находятся на Земле в состоянии покоя. Но этой разницы никто не почувствует, ведь она составит не более миллиардной доли секунды.
Ситуация меняется, когда скорость движущегося объекта многократно увеличивается.
Так, ракета, летящая со скоростью света, способна за 1 год преодолеть расстояние, составляющее 100 и более лет по земным меркам. Для самого космонавта, находящегося внутри такой ракеты, минутные стрелки двигались бы так же, как и всегда, — замедление заметили бы только земляне, каким-либо образом увидевшие часы, установленные в кабине корабля.
С другой стороны, космонавт, в этот момент посмотревший из иллюминатора на Землю и увидевший на ее поверхности часы, обратил бы внимание на их замедленный ход.
Несмотря на это, в действительности замедление возникает только у космонавта. Это связано с большой скоростью летящей ракеты и тем, что точки отсчета для корабля и планеты остаются неравноправными, ведь Земля постепенно передвигается по прямой траектории, а летательный аппарат перемещается с ускорением.
Искривление пространства и времени как причина относительности
Любой физический предмет, обладающий ненулевым весом, изменяет вокруг себя пространственно-временные показатели.
Рядом с таким небольшим объектом, как яблоко, искривление минимально, а явные изменения происходят только в пространстве, окружающем массивные тела.
Земля своей массой создает гравитационное поле такой силы, что для объектов, находящихся на земной орбите, время проходит медленнее, чем на поверхности планеты.
Наличие временного несоответствия было выявлено при отправке сообщений со спутников на Землю.
Ощутимое пространственно-временное искривление возникает вблизи любых массивных тел — планет, звезд. Это было доказано опытным путем.
Свет квазара, расположенного неподалеку от мощной черной дыры, искривляется, время в той области также замедляется.
Это видно по тем пятнам, которые проявляются для земного наблюдателя через неравные временные периоды.
Уничтожение стереотипов
Из всего вышесказанного можно сделать вывод: время в космосе протекает по-разному.
Рядом с крупными объектами оно идет медленнее, а вдали от них, в пространстве без звезд и черных дыр, — быстрее.
Все это в корне рушит стереотип, согласно которому время представляется константой, некой постоянной величиной.
Интересные факты
Согласно теории относительности, любой предмет, на который действует гравитация, падает прямолинейно и равномерно.
Мяч, по которому ударили, движется не по дугообразной, а по прямой траектории. Он летит вверх и падает обратно на Землю из-за пространственно-временного искривления, поскольку траектории подброшенного предмета и планеты в установленный момент сходятся в 1 точке.
Атомные часы на Земле и в космосе
Чтобы доказать, что время на орбите проходит медленнее, чем на земной поверхности — достаточно выдать космонавту, готовящемуся к полету в космос, атомные часы и в точности такие же оставить на Земле.
Если сверить время на часах космонавта, вернувшегося с МКС с местным временем, окажется, что они отстают. Это означает, что космическое время на станции проходило медленнее.