CO JE ČASOVá DILATACE?

Send

Jedním z nejzajímavějších témat v oblasti vědy je koncept obecné relativity. Víte, tento nápad, že se dějí podivné věci, když se blížíte rychlosti světla. Existují podivné změny délky věcí, bizarní posun vlnových délek. A nejzábavnější ze všech je koncept dilatace: jak můžete doslova zažít více či méně času na základě toho, jak rychle cestujete ve srovnání s někým jiným.

A ještě podivnější? Jak jsme viděli ve filmu Interstellar, právě trávení času poblíž velmi masivního objektu, jako je černá díra, může způsobit stejné relativistické efekty. Protože hmotnost a zrychlení jsou totéž?

Upřímně řečeno, stačí vám dát velkou bolest hlavy.

Ale jen proto, že shledávám koncepci nepochopitelnou, pořád se chci zbavit, snažím se o tom porozumět více a pomůže vám to také zabalit mozek. Pro můj vlastní prospěch, pro váš prospěch, ale většinou pro můj prospěch.

V historii fyziky je velká anekdota - pravděpodobně to není to, co se ve skutečnosti stalo, ale pořád to miluji.

Jedním z nejznámějších astronomů 20. století byl Sir Arthur Eddington, který hrál odvážný David Tennant ve filmu z roku 2008, Einstein a Eddington. Což byste měli opravdu vidět, pokud jste to ještě neudělali.

Doktor Who, myslím Eddington, tak vypracoval, jak hvězdy vytvářejí energii (fúzí), a osobně potvrdil, že Einsteinovy předpovědi obecné relativity byly správné, když pozoroval úplné zatmění Slunce v roce 1919.

Během přednášky sira Arthura Eddingtona se zjevně někdo zeptal: „Profesore Eddington, musíte být jedním ze tří lidí na světě, kteří rozumí obecné relativitě.“ Na chvíli se odmlčel a pak řekl: „Ano, ale snažím se vymyslet, kdo je třetí osoba.“

Rozhodně to nejsem já, ale znám někoho, kdo má přehled o obecné relativitě, a to je Dr. Brian Koberlein, profesor astrofyziky na Rochesterském technologickém institutu. Toto téma pokaždé pokrývá na svém blogu One Universe At A Time, který byste měli zcela navštívit a přečíst na briankoberlein.com.

Ve skutečnosti jen proto, aby demonstroval, jak to funguje, Brian pohodlně posunul svou kancelář RIT téměř rychlostí světla a právě teď se k nám blíží.

Dr. Brian Koberlein:
Ahoj Frasere, díky za to, že jsi mě. Pokud můžete vydržet jednu sekundu, musím jen zpomalit.

Fraser Cain:
Co se tam právě stalo? Proč jste všichni zpomalili?

Brian:
Je to vlastně zajímavý efekt známý jako časová dilatace. Jedna z věcí o světle je, že bez ohledu na to, v jakém referenčním rámci se nacházíte, bez ohledu na to, jak se pohybujete vesmírem, budete vždy měřit rychlost světla ve vakuu stejně. Asi 300 000 kilometrů za sekundu.

A za tímto účelem, pokud se pohybujete vůči mně, nebo pokud se pohybuji vůči vám, naše reference pro čas a prostor se musí posouvat, aby byla rychlost světla konstantní. Když se od tebe rychleji vzdaluji, musí se podle mého času zpomalit. Na druhou stranu se zdá, že se váš čas oproti mně zpomalí.

A tento dilatační efekt je nezbytný pro udržení konstantní rychlosti světla.

Fraser:
Stává se to pouze tehdy, když se pohybujete?

Brian:
Dilatace času nedochází jen kvůli relativnímu pohybu, může k ní také dojít kvůli gravitaci. Einsteinova teorie relativity říká, že gravitace je vlastnost deformace prostoru a času. Když tedy máte hmotu jako je Země, ve skutečnosti to deformuje prostor a čas.

Pokud stojíte na Zemi, zdá se, že váš čas se pohybuje trochu pomaleji než někdo ve vesmíru kvůli rozdílu v gravitaci.

Teď pro Zemi to na tom moc nezáleží, ale pro něco jako černá díra by to mohlo hodně záležet. Když se přibližujete k černé díře, zdá se, že váš čas se stále více a více zpomaluje.

Fraser:
Co by to znamenalo pro vesmírné cestování?

Brian:
V mnohokrát ve sci-fi uvidíte myšlenku, že se raketa pohybuje velmi blízko rychlosti světla a pomocí dilatace času cestujete do vzdálených hvězd.

Ale to samé byste mohli udělat s gravitací. Kdybyste měli černou díru, která by šla na jinou hvězdu nebo jinou galaxii, mohli byste skutečně vzít svou kosmickou loď a obíhat ji velmi blízko k černé díře. Zdá se, že se váš čas zpomalil. Zatímco obíháte po černé díře, černá díra by si vyžádala čas, aby se dostala k jiné hvězdě nebo jiné galaxii, a pro vás by to vypadalo opravdu rychle.

Je to další způsob, jak můžete použít dilataci času k cestování ke hvězdám, přinejmenším ve sci-fi.

Fraser:
Dobře Briane, mám pro vás ještě jednu poslední otázku. Pokud se vám přiblíží rychlost světla, můžete získat tolik hmoty, že se změníte v černou díru? Chtěl bych, abyste na tuto otázku odpověděli ve formě blogového příspěvku na webu briankoberlein.com a na příspěvku Google+, na který se chystáme odkazovat přímo zde.

Brian:
Díky Fraserovi, budu mít odpověď na svém webu.

Znovu jsme navštívili nepochopitelnou říši dilatace času a vrátili jsme se relativně nezraněn. To neznamená, že tomu rozumím lépe, ale doufám, že ano. Ještě jednou velké poděkování Dr. Koberleinovi za to, že si vzal pár minut ze svého relativistického cestování a zodpověděl naše otázky. Nezapomeňte navštívit jeho blog a přečíst jeho odpověď na mou otázku.