Как многие из вас уже знают, время и относительность имеют уникальную связь. В истории было время, когда почти никто из широкой общественности не понимал специальной теории относительности Эйнштейна, сформулированной в 1905 году.
Первоначально только некоторые математики и физики могли расшифровать его уравнения и понять концепцию замедления времени в движущемся теле. Замедление времени означает, что часы, движущиеся относительно наблюдателя, будут измеряться медленнее, чем часы, находящиеся в состоянии покоя в собственной системе отсчета наблюдателя.В течение нескольких лет все больше ученых и людей из широкой аудитории начали понимать и ценить значение его результата.
Замедление времени, эксперимент с двойным парадоксом, мультфильмы с часами и так далее стали предметом обсуждения!В 1915 году Эйнштейн предложил общую теорию относительности, которая еще больше озадачила ученых и неспециалистов.
Лишь горстка математиков и физиков в то время могла усвоить его концепцию объяснения гравитации путем объединения пространства и времени в математическую ткань с использованием тензорного исчисления. В последующие годы люди начали замечать и измерять влияние гравитационных полей на течение времени. В современном мире это хорошо зарекомендовавшие себя и проверенные временем теории, которые даже время от времени упоминаются в популярных научно-фантастических комиксах и научно-фантастических фильмах.
Опасности подъема по лестницеВ прошлом году статья на норвежском сайте Titan.uio.no была посвящена этой части общей теории относительности. Это связано с ускорением течения времени (то есть с ускорением времени) из-за изменения гравитационного поля, когда вы поднимаетесь на гору или поднимаетесь по лестнице! Технически это связано с изменением кривизны пространства-времени при удалении от центра Земли.
Похвально, что Норвегия — одна из очень немногих стран, где они пытаются включить аспекты общей теории относительности в учебные программы для студентов школ и колледжей.Простое резюме приведенного выше результата: если кто-то последовательно проводит десятилетия своей жизни на очень высоких горных вершинах (например, в Гималаях), он будет стареть быстрее на несколько сотен микросекунд; точный подсчет в зависимости от конкретной высоты и соответствующего затраченного времени (около 100 микросекунд на декаду на высоте 3000 метров). Точность порядка микросекунд в течение десятилетнего периода достижима с использованием современных атомных часов с цезием. Следовательно, это реально измеримый диапазон в наше время, если вы установите по одному часу на вершине и у подножия горы.
Преимущества лыжного спортаОднако есть интересный контр-эффект с особой релятивистской стороны, если вы норвежец.
Слепое предположение, что все норвежцы много катаются на лыжах и много бегают, не так уж далеко от реальности!Для профессионального лыжника, если принять типичную скорость около 100 км / ч и продолжительность одной гонки около 2 минут, он выигрывает примерно полпикосекунды.
Если предположить, что активная лыжная карьера охватывает десятилетие (около 1000 гонок), человек стареет меньше примерно на пол наносекунды.Для лыжника-любителя / бегуна десятилетия бега и лыжных тренировок приведут к выигрышу на несколько наносекунд по сравнению с продолжительностью жизни среднего норвежца (при средней скорости катания на лыжах / беге в 12 км / ч, получение наносекунды потребует около 5000 часов тренировок). обучение, которое легко достижимо в средней жизни скандинавского человека).
Измерение времени с точностью до наносекунды на протяжении десятилетий может показаться невозможным на уровне традиционной инженерии, с которой мы знакомы. Однако уровень совершенства, существующий сегодня на переднем крае инженерии и приборостроения, весьма примечателен.Последний пример — эксперимент LIGO, который в этом году получил Нобелевскую премию по физике.
Экспериментальная установка — это чудо техники, способное обнаруживать рябь в пространстве-времени, которая вызывает изменения порядка одной десятитысячной размера атомного ядра. Более того, наблюдение, принесшее Нобелевскую премию, было событием столкновения, которое произошло 1,3 миллиарда лет назад между двумя черными дырами, каждая из которых имеет массу примерно в 30 раз больше массы нашего Солнца. Это измерение само по себе является эталоном точности и уровня точности современного научного оборудования. Это относится и к новейшим атомным часам.
Измерять время стало прощеБолее уместным для этого обсуждения является появление часов на оптической решетке, которые имеют точность около одной секунды на 13,8 миллиарда лет (т.е. возраст Вселенной) или, что эквивалентно, около наносекунды на десятилетие.
Ясно, что измерение сдвига времени в наносекундном масштабе в результате многих лет или десятилетий катания на высокоскоростных лыжах или бега на длинные дистанции не безнадежно недоступно для современных технологий.Близнецы-космонавты уже не одного возрастаБолее того, эта основная концепция была протестирована с участием братьев-близнецов-астронавтов в прошлом году. Один из близнецов, Скотт Келли, астронавт НАСА, провел 340 дней на борту Международной космической станции, в то время как его брат-близнец Марк Келли наслаждался жизнью на земле (то есть на планете Земля).
Международная космическая станция находится примерно в 400 км от поверхности Земли, и, следовательно, астронавт будет стареть быстрее примерно на 1,1 миллисекунды в течение этого периода из-за эффекта кривизны пространства-времени (как обсуждалось в случае с горами).Однако в этот период астронавт мчался вокруг Земли со скоростью около 28 000 км / ч (более быстрая версия катания на лыжах). Это приводит к обратному эффекту, согласно которому астронавт на шаттле стареет медленнее примерно на 9,6 миллисекунды из-за этой высокой скорости.
В результате астронавт стареет медленнее (или немного выигрывает!) Примерно на 8,5 миллисекунд за этот период, что является хорошим поводом для празднования!Оказывается, на низких околоземных орбитах особое релятивистское замедление преобладает над ускорением гравитации — два эффекта становятся примерно равными, когда радиус орбиты космического корабля в 1,5 раза больше радиуса Земли. Любой астронавт, находящийся на орбите с большим радиусом, на самом деле будет стареть быстрее, чем его коллеги на Земле. Аналогичный расчет был сделан для частых авиаперелетов.
На самом деле, конечно, есть гораздо более серьезные последствия, которые следует учитывать, такие как повышенное радиационное облучение, проблемы с невесомостью, изменения биоритмов и проблемы с питанием на борту космических шаттлов, и, следовательно, для здоровья важны не только часы. общее благополучие человека !!!Но при регулярном катании на лыжах и беге (только на малых высотах!) Вы, безусловно, замедляете старение (как с точки зрения фитнеса, так и с относительной точки зрения!) Без всех этих вредных последствий из космоса! Как говорится, на счету каждая мелочь!Об авторах
Асвин Сехар — астрофизик из CEED, UiO, а Амол Патвардхан — физик высоких энергий из Университета Висконсина, Мэдисон, США. Сехар благодарит проект Crater Clock (235058 / F20), основанный на CEED (через проект № 223272 (CEED) схемы центров передового опыта, финансируемый Исследовательским советом Норвегии), и выделение вычислительных ресурсов USIT UNINETT Sigma2 через Notur.