Замедление времени при скорости света

В современную эпоху люди разработали несколько действительно быстрых устройств. У нас есть невероятно быстрые самолеты, сверхбыстрые истребители, скоростные пассажирские железнодорожные экспрессы и так далее. Тем не менее, во вселенной есть нечто, что движется быстрее всего того, что мы можем создать – это свет.

Возможно, некоторые из вас задумывались – а каково это было бы путешествовать со скоростью света?

И что происходит, когда мы путешествуем со скоростью света? Краткий ответ таков: например, человек, путешествующий с такой скоростью, испытывает замедление времени. Для этого человека будет двигаться медленнее, чем для того, кто не движется.

До 1900-х годов мир твердо верил в взгляд Исаака Ньютона с точки зрения объектов и гравитации. Однако в 20 веке Альберт навсегда изменил этот мир.

Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном, прояснила многие сомнения относительно массы и энергии. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимопревращаемы, а это означает, что масса может быть преобразована в энергию и наоборот.

Он предположил, что нет стандартной системы отсчета. Все относительно – даже время. Исходя из этого, был сделан вывод, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Следовательно, если человек движется со скоростью, равной половине скорости света, в том же направлении, что и сам свет, то луч света для него будет выглядеть так же, как и для неподвижного человека.

Что означает эквивалентность массы-энергии?

Это означает, что если объект движется со скоростью, которая составляет 10% от скорости света, то он будет испытывать увеличение своей массы на 0,5% от его первоначальной массы. С другой стороны, если объект путешествовал бы со скоростью 90% скорости света, тогда его масса была бы в 2 раза больше его первоначальной массы.

Скорость света “С” (имеется в виду скорость света в вакууме) — это фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора системы отсчёта. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства геометрии пространства-времени в целом. А теперь ответим на некоторые вопросы.

Можем ли мы путешествовать со скоростью света?

Нет, к сожалению мы не можем путешествовать со скоростью света.

Видите ли, если объект движется со скоростью света, его масса будет расти в геометрической прогрессии! Подумайте об этом – скорость света составляет около 299 792 километров в секунду  (1.079.252.848,8 км. в час) и когда объект движется с такой скоростью, его масса становится бесконечной.

Поэтому для перемещения объекта потребуется бесконечная энергия, что невозможно. Вот почему ни один материальный объект не может двигаться со световой скоростью или со скоростью, превышающей скорость света.

Сколько понадобиться времени, чтобы преодолеть расстояние в один световой год? (световой год – это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год, около 10 триллионов километров).

На световой скорости: один год
На половине скорости света: два года
Корабли Breakthrough Starshot, что будут путешествовать со скоростью 0,2с: ~ 5 лет
На скорости самого быстрого за всю историю человека искусственного объекта (Гелиос 2,): ~ 4.269 лет
При скорости атома водорода в ядре Солнца: ~ 15.500 лет
На максимальной скорости ракеты Saturn V, которая доставила человека на Луну: ~ 108.867 лет
На скорости самого быстрого самолета в мире: ~ 305.975 лет
На скорости звука: ~ 882327 лет
На скорости автомобиля по шоссе: ~ 8.388.270 лет
При скорости ходьбы : ~ 215.993.799 лет
В темпе улитки: ~ 83.304.201.370.000 лет

Сколько времени займет путешествие на расстояние одного светового года со скоростью в одну десятую скорости света? 

Логично предположить, что путешественнику понадобиться десять лет.

Однако, странные вещи могут случаться, когда вы путешествуете со скоростью, близкой к скорости света.

Допустим, космонавт находится на космическом корабле, движущемся со скоростью в одну десятую скорости света, и он покидает Землю и летит на какую-то гипотетическую планету на расстоянии одного светового года.

© Pixabay License

Наблюдатель остается на Земле и смотрит, как путешествует космонавт. И действительно, с точки зрения наблюдателя, космонавту понадобится десять лет, чтобы добраться до этой планеты. Но поскольку путешественник движется с субсветовой скоростью, время течет медленнее для него, чем для наблюдателя.

То есть каждый раз, когда часы на Земле отсчитывают минуту, на космическом корабле часы проходят чуть меньше одной минуты.

Это означает, что с точки зрения путешественника (на космическом корабле) понадобится менее десяти лет, чтобы добраться до пункта назначения!

Разница в этом случае довольно мала: она составляет около 99,4% из десяти лет. Это означает, что космический полет окажется примерно на двадцать дней короче, чем для наблюдателя на Земле.

Существует уравнение для расчета замедления времени с учетом относительной скорости объекта:

Δ?′= Δ?0 / √1− ?2 / ?2

Где Δ?0 – временной интервал путешественника (называемый собственным временем), Δ? ′ – временной интервал Земли, ? – скорость путешественника (на который ссылается ), а ? – скорость света.

Для повседневных скоростей (например, скорости самолета) ? мала, поэтому эффекты замедления времени незначительны. Но если мы двигаемся со скоростью больше чем 1/10 скорости света, мы начинаем видеть заметные эффекты.

Что если мы будем двигаться почти со скоростью света?
Если мы говорим о скорости, почти равной скорости света, скажем, 90% скорости света, то будут весьма интересные наблюдения.

С одной стороны, человек, путешествующий с такой скоростью, испытает замедление времени. Для этого человека время будет идти медленнее, чем для того, кто не движется.

Например, если человек путешествует в космосе со 90% скорости света, то для этого человека будут проходить только 10 минут времени, в то время как для наблюдателя на Земле пройдет 20 минут. Время будет сокращено вдвое!

Кроме того, поле зрения космического путешественника резко изменится. Мир предстанет перед ним через окно в форме туннеля перед космическим кораблем, в котором он путешествует. Кроме того, звезды впереди будут казаться голубыми, а звезды позади – красными.

Это связано с тем, что световые волны от звезд перед кораблем будут собираться вместе, в результате чего объекты будут казаться синими, а световые волны от звезд за кораблем будут расходиться и выглядеть красными, вызывая экстремальный эффект Доплера.

После определенной скорости космический путешественник увидит только черноту, потому что длина волны света, попадающего на его глаза, будет вне видимого спектра.

Но эффект замедления времени усиливается, если двигаться все быстрее и быстрее. Скажем, космический корабль летит со скоростью 99,999999% от скорости света – тогда, с точки зрения наблюдателя на Земле, космонавт в основном движется со скоростью света, и ему понадобится один год, чтобы добраться до планеты, расположенной на расстоянии одного светового года.

Но с точки зрения космонавта, такое путешествие займет только чуть более часа! Этот эффект называется релятивистским замедлением времени, и он связан со многими другими странными вещами, которые происходят, когда объекты движутся с релятивистскими скоростями (то есть со скоростями, близкими к скорости света).

Эти понятия замедления времени и специальной теории относительности особенно интересны для размышления. Например, если в один прекрасный день у нас развивается скорость, близкая к скорости света, мы можем двигаться «вперед» во времени относительно Земли.

Космонавт может путешествовать в течение нескольких месяцев или лет на своем космическом корабле и вернуться на Землю, чтобы обнаружить, что все остальные постарели на десятилетия или столетия!

Другая возможность состоит в том, что те путешественники, которые исследуют глубокие просторы космоса, смогут перемещаться на большие расстояния, не состарившись, и все благодаря замедлению времени. Вы сами можете посчитать, как зависит течение времени от скорости:

 

Замедление времени

Калькулятор показывает замедление времени для космического путешественника по сравнению с наблюдателем с Земли, где временной интервал – это время, прошедшее на земле, скорость ракеты – это скорость космического корабля и космонавта, а относительное время – это время, которое прошло для космонавта на космическом корабле. Считать можно как в одну, так и в другую стороны.

На калькуляторе вы сможете видеть, что  для того, чтобы разница в двух временных интервалах была заметной, скорость путешественника (скорость ракеты) должна быть чрезвычайно высокой – того же порядка, что и скорость света (299792.4 км/с).

Вот почему релятивистские эффекты настолько противоречивы: мы не можем испытать их в повседневной жизни и не замечаем их.

Конечно, эти эффекты реальны и измеримы. Часы на спутниках идут немного медленнее, чем на поверхности Земли. Как только мы сможем путешествовать со скоростью, достаточно близкой к скорости света – например, при 0,8 С – мы также увидим релятивистский эффект.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос
Рейтинг
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
6 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Геннадий
Геннадий
Гость
1 год назад

Все же интересно, что будет происходить при движении равной скорости света.

Meizeken
Редактор
Ответить на  Геннадий
10 месяцев назад

Нельзя достичь скорости света, если у вас масса больше нуля

Einsteinless
Einsteinless
Гость
Ответить на  Meizeken
5 месяцев назад

Можно. В коллайдере все частицы с массой успешно это делают.

Alex
Alex
Гость
Ответить на  Геннадий
5 месяцев назад

В теории, луч света находится во всех точках одновременно.

Einsteinless
Einsteinless
Гость
Ответить на  Alex
5 месяцев назад

Чушь. Луч света и фотоны это обычная материя. Она подчиняется тем же законам физики что и все прочие частицы.
Ваши глаза магией не обладают. Они видят лучи света, потому что свет это простые частицы.
Фотографии и рентген прекрасно показывают где находится луч света. И находятся они строго на своих местах, куда прилетели, а не везде.

Einsteinless
Einsteinless
Гость
5 месяцев назад

“если скорость составляет 10% от скорости света, то он будет испытывать увеличение своей массы на 0,5% от его первоначальной массы” “если объект путешествовал бы со скоростью 90% скорости света, тогда его масса была бы в 2 раза больше его первоначальной массы” “если объект движется со скоростью света, его масса становится бесконечной” Серьезно? Если масса объекта стала в 2 раза больше первоначальной на 90% скорости света, то на 100% с чего вдруг она станет бесконечной??? За последние 10% процентов начинает расти с бешеной скоростью? Это чушь небывалая. Фотоны со скоростью света врезаются в наши глаза. Радиация со скоростью света пробивает наши… Подробнее »

Share via
6
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: