Czy naprawdę postarzałbyś się wolniej na statku kosmicznym z prędkością bliską prędkości światła?

Szybka jazda. Craig Cormack / Flickr

Co tydzień czytelnicy naszego kosmicznego biuletynu The Airlock przesyłają swoje pytania, na które odpowiada reporter kosmiczny Neel V. Patel. W tym tygodniu: dylatacja czasu podczas podróży kosmicznych.

Słyszałem, że dylatacja czasu wpływa na szybkie podróże kosmiczne i zastanawiam się, ogrom tego wpływu. Gdybyśmy mieli rozpocząć lot w obie strony do pobliskiej egzoplanety – powiedzmy 10 lub 50 lat świetlnych od nas – jak wpłynęłoby to na czas pomiędzy ludźmi na statku kosmicznym a ludźmi na Ziemi? Kiedy kosmiczni podróżnicy wrócą, czy będą znacznie młodsi czy starsi w stosunku do ludzi, którzy pozostali na Ziemi? -Serge

Dylatacja czasu to koncepcja, która pojawia się w wielu filmach science fiction, w tym w książce Orsona Scotta Carda Gra Endera , gdzie jedna postać starzeje się tylko osiem lat w kosmosie, podczas gdy na Ziemi mija 50 lat. Taki właśnie jest scenariusz nakreślony w słynnym eksperymencie myślowym Bliźniaczy paradoks : astronauta z identycznym bliźniakiem na stanowisku kontrolnym odbywa podróż w kosmos szybką rakietą i wraca do domu, by przekonać się, że bliźniak starzeje się szybciej.

Dylatacja czasu sięga do szczególnej teorii względności Einsteina, która uczy nas, że ruch w przestrzeni faktycznie powoduje zmiany w upływie czasu. Im szybciej poruszasz się przez trzy wymiary, które definiują fizyczną przestrzeń, tym wolniej poruszasz się przez czwarty wymiar, czas – przynajmniej względem innego obiektu. Czas jest mierzony inaczej dla bliźniaka, który poruszał się w przestrzeni i dla bliźniaka, który pozostał na Ziemi. Zegar w ruchu będzie tykał wolniej niż zegary, które oglądamy na Ziemi. Jeśli jesteś w stanie podróżować z prędkością zbliżoną do prędkości światła, efekty są znacznie bardziej widoczne.

W przeciwieństwie do paradoksu bliźniaków, dylatacja czasu nie jest eksperymentem myślowym ani hipotetyczną koncepcją – jest realna. ten 1971 Eksperymenty Hafele-Keating udowodniło to, gdy dwa zegary atomowe leciały samolotami podróżującymi w przeciwnych kierunkach. Ruch względny miał w rzeczywistości wymierny wpływ i stworzył różnicę czasu między dwoma zegarami. Zostało to również potwierdzone w innych eksperymentach fizycznych (np. na szybko poruszających się cząstkach mionowych) dłużej się rozpada ).

Tak więc w twoim pytaniu astronauta powracający z podróży kosmicznej z prędkością relatywistyczną (gdzie efekty względności zaczynają się ujawniać – przynajmniej na ogół jedna dziesiąta prędkości światła ) po powrocie będą młodsi niż przyjaciele i rodzina w tym samym wieku, którzy pozostali na Ziemi. Dokładnie to, o ile młodszy, zależy od tego, jak szybko statek kosmiczny poruszał się i przyspieszał, więc nie jest to coś, na co możemy łatwo odpowiedzieć. Ale jeśli próbujesz dotrzeć do egzoplanety oddalonej o 10 do 50 lat świetlnych i nadal wracać do domu, zanim umrzesz ze starości, musiałbyś poruszać się z prędkością bliską prędkości światła.

Tu jest jeszcze jedna zmarszczka, o której warto wspomnieć: wydłużenie czasu w wyniku działania grawitacyjnego. Być może widziałeś film Christophera Nolana Międzygwiezdny , gdzie bliskie sąsiedztwo czarnej dziury powoduje ogromne spowolnienie czasu na innej planecie (jedna godzina na tej planecie to siedem lat ziemskich).

Ta forma dylatacji czasu jest również realna, a to dlatego, że w ogólnej teorii względności Einsteina grawitacja może naginać czasoprzestrzeń, a zatem sam czas. Im bliżej źródła grawitacji znajduje się zegar, tym wolniej upływa czas; im dalej zegar jest od grawitacji, tym szybciej minie czas. (Możemy zachować szczegóły tego wyjaśnienia dla przyszłej śluzy).

ukryć