Замедление времени при скорости света

Скорость света в вакууме - это фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора системы отсчёта.

19 548

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 время 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 Эйнштейн 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.

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 Земля), 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.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
21 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Геннадий
Гость
3 лет назад

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

Einsteinless
Гость
Ответить на  Meizeken
2 лет назад

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

Alex
Гость
Ответить на  Геннадий
2 лет назад

В теории, луч света находится во всех точках одновременно.

Einsteinless
Гость
Ответить на  Alex
2 лет 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
Гость
2 лет 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 »

Василий Камушкин
Гость
1 год назад

Уважаемые диванные знатоки, вставлю свои 5 копеек со своего дивана тоже — примите пожалуйста к сведению и возьмите за ясность, что к сожалению, современная наука трактует нам, что при скорости, равной C, — масса становится бесконечно большой. Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Если нет базовых школьных знаний, то это утверждение нужно принять за аксиому и уже от этого шагать дальше — то есть размышлять, фантазировать и придумывать новые гипотезы. Например, можно порассуждать о сущности и природе самого времени.
Было бы здорово почитать статью на эту тему от уважаемых авторов Ab-news. Мне нравятся ваши рассуждения.

Василий Мишаков
Участник
1 год назад

Вы пишите: «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.» Но, простите меня за тупость, если время является частным из формулы скорости t=S:vС. И, если скорость формуле величина постоянная, то для того, чтобы переменой величиной стало время, меняться должен лишь путь. Таким образом делаем вывод, что относительным или изменчивым время становится лишь с увеличением или уменьшением расстояния, которое преодолевает движущейся объект. То есть, объектом движения тратится времени больше или меньше относительно ПУТИ, который он преодолевает. И, следовательно: относительно неподвижного наблюдателя за движением объекта,… Подробнее »

wingstrong
Гость
1 год назад

И что же такое «неподвижный» объект? Земля также движется относительно путешественника с той же скоростью, потому что скорость относительна. Галактики в разных концах вселенной разлетаются друг от друга со сверхсветовой взаимной скоростью, грубо говоря на примерно одинаковой скорости удаляясь от нас в разные стороны. Какая из этих галактик будет быстрее стареть? м? сложно? это не имеет смысла. А еще с какого говорят что летя на околосветовой скорости нельзя выстрелить вперёд на такой же скорости чтоб пуля преодолела скорость света? Ах да, ведь объект сплющивается, нос и хвост становятся ближе друг к другу… КАК? чтобы они сближались им надо с чутка… Подробнее »

РР (РоманРыбка)
Гость
1 год назад

Подозреваю, что суть заключается в следующем. Как мы «любую массу разгоняем» до скорости света? Если передавая энергию «разгоняемому нами объекту», то конечно любая волна двигаясь с максимальной скоростью — скоростью света, не даст нам тягу способную превысить такую скорость. А следовательно сколь-бы много (бесконечно) энергии мы не тратили — на тело таким образом, быстрее разогнать этой скорости не сможем. Но! Но, что если нам удалось иным методом разогнать «тело» до сверхсветовой скорости? Например «возбуждённый» электрон перескочил на другую орбиталь и известно что всегда это происходит со скоростью больше световой, но не мгновенно!!! Где нынешние физики уверены что скорость тут ни… Подробнее »

Игорек М
Гость
1 год назад

21 век уже.:)) Масса — это количество вещества.

Last edited 1 год назад by Игорек М
РР (РоманРыбка)
Гость
Ответить на  Игорек М
1 год назад

Игорь: Фотон так-же вещество, частица, но массой не обладает. И позитрон и электрон обладают массой, аннигилировали и по вашему Игорь — не стало «количества вещества»..))) Было «количество вещества» и не стало. «Игорь из 21-го века», или анти вещество обладает — анти количеством вещества???))) Нет, это не так. Антивещество также имеет лишь «массу», следовательно и «количество вещества», а не «количество антивещества». Масса — это количественная сила взаимодействия (одного из четырёх известных на сегодня). Что я предлагаю, если в «Бозе-Эйнштейн конденсат» (это сильно охлаждённая материя из атомов ведущая себя как единая частица), поместить «тёплую материю» а затем сдвинуть «БЭК» относительно «тёплого тела»… Подробнее »

Игорек М
Гость
Ответить на  РР (РоманРыбка)
1 год назад

У нас разные взгляды. :))

РР (РоманРыбка)
Гость
Ответить на  Игорек М
1 год назад

У нас с вами может взгляды разные, а вот у Китайцев, Израильтян и жителей США скорее всего именно точь в точь такие-же как у меня.

(И мне очень жаль Игорь, что у нас с вами «западных и восточных европейцев» бывают «разные взгляды»!!!)

Марсианин
Гость
Ответить на  РР (РоманРыбка)
1 год назад

Фотон не только частица, но и волна 👆

РР (РоманРыбка)
Гость
Ответить на  Марсианин
1 год назад

змея))

Она, тоже движется как волна — но при этом «змея»!)))

Игорек М
Гость
Ответить на  РР (РоманРыбка)
1 год назад

Какая змея? Вы о чем? Есть разные области знаний и их смешивать нельзя под одну метологию математического описания, иначе получается абра-кадабра. Есть классическая — ньютоновская физика (с материальными частицами) и есть квантовая физика, а это уже обращение не к Ньютону, а к Максу Планку.

РР (РоманРыбка)
Гость
Ответить на  Игорек М
1 год назад

Я не уверен что Ньютон слышал о квазичастицах, таких как «фонон», либо про «электроны проводимости» отличающиеся массой от обычных электронов., или о виртуальных частицах, где нарушена связь между энергией и импульсом. Вряд ли Ньютон знал и о туннельном эффекте, который сейчас рассматривается лишь для электро-магнитного взаимодействия, и не предусмотрен для других сил таких как гравитационное взаимодействие. Уверен что он и не слышал об «изомерии ядер» и метастабильных изотопах, где электроны находятся «сорванными» не на внешних уровнях а внутренних и многое многое другое. Даже Макс Планк о многом об этом не догадывался, а мне пишите о «количестве вещества» и «волновой составляющей… Подробнее »

РР (РоманРыбка)
Гость
Ответить на  РР (РоманРыбка)
1 год назад

**в сильном ядерном взаимодействии, ещё рассматривается туннельных эффект, при альфа распаде.
(Но для гравитационного взаимодействия, где барьером может считаться сама скорость света такого в физике пока нет. Где я здесь и указал на такую вероятную возможность.)

Андрей
Гость
1 месяц назад

Если вселенная замкнута (а не бесконечна как многие думают) благодаря кивизне пространства, то глядя в телескоп в пространство не занятое космическими телами мы должны увидеть собственный затылок (шутка, отчасти). Вопрос — за сколько времени свет вернется в исходную точку с противоположной стороны?

UFO
Гость
Ответить на  Андрей
1 месяц назад

Посмотрите здесь — https://ab-news.ru/naskolko-velika-vsya-nenablyudaemaya-v