Смотрели Интерстеллар? Помните планету Миллер, 1 час на которой равен 7 годам на Земле? Возможно, вы удивитесь, узнав, что у этого явления есть научное объяснение, основанное на общей теории относительности, предложенной Альбертом Эйнштейном.
Во-первых, давайте определим, что такое замедление времени. Проще говоря, замедление времени относится к разнице в прошедшем времени, измеренном двумя наблюдателями, в результате относительной скорости между ними или разницы в гравитационном потенциале между их местоположениями. Другими словами, замедление времени происходит, когда двое часов, которые движутся относительно друг друга или находятся в разных гравитационных полях, идут с разной скоростью.
Теперь самое интересное — почему на разных планетах время идет по-разному?
Ответ кроется во влиянии гравитации на время. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее течет время. Это означает, что чем ближе объект находится к массивному телу, такому как планета, тем медленнее течет время для этого объекта. И наоборот, чем дальше объект от массивного тела, тем быстрее течет время для этого объекта.
Общая теория относительности
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна, опубликованная в 1915 году, навсегда изменила наше понимание пространства и времени. Эта теория произвела революцию в том, как мы думаем о взаимосвязи между гравитацией и временем.
По своей сути общая теория относительности объясняет, что гравитация — это не сила, как считалось ранее, а искривление пространства-времени, вызванное присутствием массивных объектов. Другими словами, массивные объекты заставляют пространство-время искривляться, а искривление пространства-времени влияет на движение объектов в его окрестностях.
Время течет медленнее для объекта, который находится ближе к массивному телу, такому как планета, чем для объекта, который находится дальше от этой планеты. Чем ближе объект к массивному телу, тем сильнее искривлено пространство-время и тем медленнее течет время.
На сколько реально отличается время?
Теперь мы знаем, что время на разных планетах течет по-разному в зависимости от силы их гравитационных полей. Но насколько отличается время на разных планетах?
Начнем с Земли. На Земле время течет с нормальной скоростью. Это связано с тем, что гравитационное поле Земли недостаточно сильно, чтобы существенно влиять на течение времени. Однако на поверхности Земли время течет медленнее, чем на больших высотах, из-за уменьшения гравитационного потенциала. Как думаете, насколько быстрее течёт на МКС? Но самом деле там время течёт медленнее! А всё потому, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее (согласно Специальной теории относительности). И в итоге на МКС время течёт медленнее. И на целую 0,01 секунду в год!
Чтобы получить весомую разницу, нужно взять существенный отрезок времени. При оценке возраста Земли в 4,54 миллиарда лет, ядро будет моложе на 2,5 года, чем её поверхность.
Замедление времени — практическая сторона теоретической концепции
Спутники Глобальной системы позиционирования (GPS), вращающиеся вокруг Земли, также испытывают замедление времени. Но они находятся дальше от Земли, чем МКС, где гравитационное поле сильно слабее.
Но как вы думаете, насколько оно замедлено?
Тут всё устроено не менее интересно, ведь на спутники тоже одновременно действует и замедление, и ускорение времени! Замедление — из-за их высокой скорости движения (согласно специальной теории относительности), а ускорение (согласно общей теории относительности) — из-за слабого гравитационного поля на орбите. Но в отличие от случая с МКС, гравитационное ускорение "побеждает", и их часы идут быстрее, чем на Земле, примерно на 37,7 микросекунд в сутки.
И это вовсе не выдумка автора, как многие считают в комментариях. GPS-системы действительно учитывают разницу в течении времени, вызванную гравитационными и скоростными эффектами, и специально корректируют её, чтобы ваши устройства могли отображать максимально точные данные.
Еще одна область, где важно замедление времени, — это изучение черных дыр. Черные дыры — это объекты с такими сильными гравитационными полями, что они искривляют пространство-время до такой степени, что оно становится сингулярностью, областью, где законы физики, какими мы их знаем, нарушаются. Изучение поведения черных дыр требует глубокого понимания замедления времени, поскольку на течение времени вблизи черных дыр существенно влияют их массивные гравитационные поля.
Вневременное наследие
Замедление времени — это напоминание о том, насколько странной и захватывающей может быть Вселенная. Идея о том, что время может течь с разной скоростью в разных частях Вселенной, основываясь исключительно на силе гравитационного поля планеты, была бы немыслима всего несколько столетий назад.
Как считаете, сможет ли человек использовать искривление пространства-времени в будущем?
