wyobraźmy sobie teraz, że twój przyjaciel, który jest na statku kosmicznym, który przelatuje obok Ziemi, ma jeden z tych zegarów., Dla Twojego przyjaciela zegar wydaje się działać normalnie—cząstki światła poruszają się w górę iw dół, zgodnie z oczekiwaniami, a czas płynie w zwykły sposób. Ale z twojej perspektywy, obserwując mijający statek, światło porusza się zarówno w górę, jak iw dół i na bok, wraz ze statkiem. Światło przemieszcza się na większą odległość z każdym kleszczem.,

więc jeśli, dla podróżnika kosmicznego, światło podróżuje z prędkością 300,000,000 m/s, ale tylko musi podróżować w górę iw dół; i do obserwatora ziemskiego, światło podróżuje z prędkością 300,000,000 m/s, ale musi podróżować dłuższą, przekątną odległość; wtedy dla obserwatora ziemskiego, zegar trwa dłużej, aby „tykać”.,

efekt ten nazywany jest dylatacją czasowąrozwijaniem czasowymspowalnianie czasu jednego obserwatora względem drugiego. Im szybciej podróżujesz w przestrzeni, tym wolniej podróżujesz w czasie.

liczy się perspektywa

ale czyj czas jest naprawdę spowolniony? Czy to osoba na Ziemi, obserwująca swojego przyjaciela w swoim statku kosmicznym? Albo astronauta, który twierdzi, że jest nieruchoma, podczas gdy ziemia leci obok?

co dziwne, oba punkty widzenia są ważne—ale tylko wtedy, gdy oba są w ciągłym ruchu.

aby zilustrować, Załóżmy, że kiedy astronauta opuścił Ziemię, ona i jej przyjaciel byli w tym samym wieku. Kiedy wyrusza, statek kosmiczny oddala się od Ziemi. Po powrocie statek zwalnia, aby uniknąć awaryjnego lądowania. Zarówno podczas odchodzenia, jak i powrotu statek kosmiczny zmienia swoją ramę odniesienia. rama odniesienia. środowisko fizyczne obserwatora, które wiąże się z jego stanem ruchu., Osoba podróżująca jednym samochodem znajduje się w innej ramie odniesienia niż osoba podróżująca samochodem o innej prędkości lub kierunku, pieszy na poboczu drogi lub ktoś podróżujący nad głową w samolocie itp. i nasz astronauta czuje zmianę ruchu. Eksperymenty przeprowadzone wewnątrz statku kosmicznego podczas przyspieszania i zwalniania pokazałyby, że coś się zmienia. To łamie symetrię sytuacji, a kiedy statek kosmiczny wyląduje z powrotem na Ziemi, nasza astronauta naprawdę będzie młodsza niż jej ziemski odpowiednik.,

efekty są zauważalne tylko wtedy, gdy podróżowali naprawdę, naprawdę szybko—ale nadal prawdą jest, że kiedy dzisiejsi astronauci i piloci myśliwców powrócą z szybkiej misji, postarzą się trochę mniej niż my podczas tej misji.

cztery wymiary czasoprzestrzeni

wychodząc z tego, zamiast myśleć o trzech wymiarach przestrzeni i jednym oddzielnym wymiarze czasu, możemy je uznać za cztery wymiary „czasoprzestrzeni”. Im szybciej podróżujesz w przestrzeni, tym wolniej podróżujesz w czasie i odwrotnie.,

ruchome obiekty kurczą się w przestrzeni

inną konsekwencją szczególnej teorii względności jest to, że szybko poruszające się obiekty wydają się kurczyć w rozmiarze, w kierunku ich ruchu. (I znowu, to się zmienia w zależności od tego, z której perspektywy patrzysz.)

wynika to ze zniekształcenia czasu-w końcu można zmierzyć długość czegoś przez ilość przestrzeni, którą coś przemieszcza się w czasie (np. lata świetlne, sekundy świetlne). I chociaż trudno sobie wyobrazić pomiar długości poruszającego się obiektu z czyjejś perspektywy, skurcz długości jest rzeczywistym, fizycznym efektem, a nie tylko wynikiem nieprecyzyjnych pomiarów.,

W przeciwieństwie do różnic wiekowych, które mogą wynikać z dylatacji czasu, po ponownym połączeniu poruszającego się obiektu i obserwatora nie ma efektów resztkowych wynikających ze skrócenia długości.

zrozumienie grawitacji

opis grawitacji Einsteina prowadzi do sytuacji równie dziwacznych jak szczególna teoria względności—w tym Podróże w czasie!

przyspieszenie i grawitacja mogą być nie do odróżnienia

wyobraź sobie, że budzisz się w statku kosmicznym, przyspieszając w przestrzeni., Tak jak jesteś zepchnięty z powrotem na siedzenie przyspieszającego samochodu, przyspieszający statek kosmiczny popycha cię w stronę przeciwną do tej, w którą przyspiesza. Przy pewnym tempie przyspieszenia zestaw skal może powiedzieć, że ważysz dokładnie tak samo, jak w domu na Ziemi.

czy istnieje jakiś fizyczny eksperyment, który mógłbyś przeprowadzić w granicach swojego statku kosmicznego, aby stwierdzić, czy naprawdę przyspieszałeś w przestrzeni kosmicznej (zakładając, że nie było okien, z których można by wyjrzeć), lub czy zamiast tego byłeś wewnątrz statku kosmicznego stacjonarnego na powierzchni Ziemi? Einstein powiedział nie—tak jak Galileusz wyobraził sobie nierozróżnialność między osobą wewnątrz gładkiego żaglowca (zamkniętą bez okien) a osobą na lądzie, Einstein zdał sobie sprawę, że efekty przyspieszenia i grawitacji były nierozróżnialne zbyt., Nazywa się to zasadą równoważności. zasada równoważności. efekty bycia w polu grawitacyjnym są nie do odróżnienia od efektów bycia w przyspieszonym układzie odniesienia.

wypaczenia przestrzeni w przyspieszonym ruchu

gdy Einstein sformułował zasadę równoważności, grawitacja stała się mniej tajemnicza., Mógł wykorzystać swoją wiedzę o przyspieszeniu, aby lepiej zrozumieć grawitację.

możesz wiedzieć, że przyspieszenie nie zawsze oznacza zmianę prędkości, jak wtedy, gdy przyspieszasz w samochodzie, spychając Cię na tylne siedzenie. Może to również oznaczać zmianę kierunku, na przykład podczas okrążania Ronda, powodując pochylenie się w kierunku boku samochodu.

aby to jeszcze bardziej rozszerzyć, wyobraźmy sobie cylindryczną przejażdżkę karnawałową, w której ty i twoi współpasażerzy jesteście przypięci do zewnętrznej powierzchni. Cylinder obraca się coraz szybciej, aż przyspieszenie się zmniejszy, a ruch pozostanie stały., Ale nawet gdy prędkość jest stała, nadal czujesz przyspieszony ruch—czujesz, że jesteś przypięty do zewnętrznej krawędzi jazdy.

gdyby ta spinningowa jazda była wystarczająco duża i poruszała się w wystarczająco szybkim tempie, zacząłbyś dostrzegać dziwne efekty wewnątrz samej jazdy, nie tylko z punktu widzenia kogoś stojącego na zewnątrz.,

z każdym obrotem, te na krawędzi jazdy poruszają się po całym obwodzie cylindra—podczas gdy w samym środku prawie nie ma ruchu. Jeśli więc ktoś stał w samym środku jazdy (być może trzymany za klamrę, powstrzymując go przed upadkiem na krawędź), zauważy wszystkie te dziwne efekty, które widzieliśmy w szczególnej teorii względności—że ci na krawędzi będą kurczyć się na długości, a ich zegary będą tykać w wolniejszym tempie.,

grawitacja jest krzywizną czasoprzestrzeni

zasada równoważności mówi nam, że skutki grawitacji i przyspieszenia są nierozróżnialne. Myśląc o przykładzie cylindrycznej jazdy, widzimy, że przyspieszony ruch może wypaczać przestrzeń i czas. To tutaj Einstein połączył kropki, aby zasugerować, że grawitacja jest wypaczeniem przestrzeni i czasu. Grawitacja to krzywizna wszechświata, spowodowana przez masywne ciała, która określa drogę, którą poruszają się obiekty. Ta krzywizna jest dynamiczna, porusza się w miarę poruszania się tych obiektów.,

ta teoria, ogólna relatywistycznaglossarygeneral relativity w teorii grawitacji, przewiduje wszystko od Orbit gwiazd do zderzenia Planetoid do jabłek spadających z gałęzi do ziemi-wszystko, czego oczekujemy od teorii grawitacji.,

czasoprzestrzeń chwyta masę, mówi jej, jak się poruszać… Mass chwyta czasoprzestrzeń, mówi jej jak zakrzywiać fizyk John Wheeler