Yksi tieteenalan mielenkiintoisimmista aiheista on yleisen suhteellisuusteorian käsite. Tiedätkö, tämä ajatus siitä, että outoja asioita tapahtuu, kun olet lähellä valonnopeutta. Asioiden pituudessa tapahtuu outoja muutoksia, outoja aallonpituuksien siirtymiä. Ja mikä ihmeellisintä, on dilataatio: kuinka voit kirjaimellisesti kokea enemmän tai vähemmän aikaa sen perusteella, kuinka nopeasti matkustat muihin verrattuna.
Ja vielä kummallisempaa? Kuten näimme Interstellar-elokuvassa, pelkkä ajan viettäminen erittäin massiivisen kohteen, kuten mustan aukon, lähellä voi aiheuttaa nämä samat suhteelliset efektit. Koska massa ja kiihtyvyys ovat tavallaan sama asia?
Rehellisesti sanottuna se riittää aiheuttamaan sinulle massiivisen päänsäryn.
Mutta vain siksi, että pidän käsitettä hämmentävänä, aion silti yrittää ymmärtää sitä enemmän ja auttaa sinua myös kietoamaan sen ympärille. Omaksi hyödyksi, sinun eduksesi, mutta enimmäkseen minun hyödykseni.
Fysiikan historiassa on suuri anekdootti – se ei luultavasti ole sitä, mitä todella tapahtui, mutta rakastan sitä silti.
Yksi 1900-luvun tunnetuimmista tähtitieteilijöistä oli Sir Arthur Eddington, jota näytteli reipas David Tennant vuoden 2008 elokuvassa Einstein ja Eddington. Mikä sinun pitäisi todella nähdä, jos et ole jo tehnyt.
Joten joka tapauksessa, Doctor Who, tarkoitan Eddingtonia, oli selvittänyt kuinka tähdet tuottavat energiaa (fuusion kautta) ja vahvistanut henkilökohtaisesti, että Einsteinin ennusteet yleisestä suhteellisuusteoriasta pitivät paikkansa, kun hän havaitsi täydellisen auringonpimennyksen vuonna 1919.
Arthur Eddington
Ilmeisesti Sir Arthur Eddingtonin luennon aikana joku kysyi: 'Professori Eddington, sinun täytyy olla yksi niistä kolmesta ihmisestä maailmassa, jotka ymmärtävät yleisen suhteellisuusteorian.' Hän pysähtyi hetkeksi ja sanoi sitten: 'Kyllä, mutta yritän ajatella, kuka kolmas henkilö on.'
Se en todellakaan ole minä, mutta tiedän jonkun, jolla on käsitys yleisestä suhteellisuusteoriasta, ja se on tohtori Brian Koberlein, astrofysiikan professori Rochester Institute of Technologysta. Hän käsittelee tätä aihetta jatkuvasti blogissaan One Universe At Time, jossa sinun kannattaa käydä ja lukea kokonaan osoitteessa briankoberlein.com .
Itse asiassa vain osoittaakseen, kuinka tämä toimii, Brian on kätevästi työntänyt RIT-toimistonsa melkein valonopeuteen ja ryntää meitä kohti juuri nyt.
Tri Brian Koberlein:
Hei Fraser, kiitos, että sain minut. Jos voit odottaa yhden sekunnin, minun on vain hidastettava vauhtia.
Fraser Cain:
Mitä siellä juuri tapahtui? Miksi teitä kaikkia hidastettiin?
Brian:
Se on itse asiassa mielenkiintoinen vaikutus, joka tunnetaan nimellä aikalaajennus. Yksi valoon liittyvistä asioista on se, että riippumatta siitä, missä vertailukehyksessä olet, riippumatta siitä, kuinka liikut maailmankaikkeudessa, mittaat aina valon nopeuden tyhjiössä olevan sama. Noin 300 000 kilometriä sekunnissa.
Ja tehdäksesi sen, jos liikut suhteessa minuun tai jos minä liikun suhteessa sinuun, meidän aika- ja tilaviitteemme on vaihdettava, jotta valon nopeus pysyy vakiona. Kun siirryn nopeammin pois sinusta, sinun mukaan minun aikani näyttää hidastuvan. Samalla aikasi näyttää hidastuvan suhteessa minuun.
Ja tuo aikalaajennusvaikutus on välttämätön valonnopeuden pitämiseksi vakiona.
Fraser:
Tapahtuuko tämä vain silloin, kun olet liikkeessä?
Esitys maan ympärillä olevan vääntyneen avaruuden koordinaattijärjestelmästä. Kiitos: NASA
Brian:
Aikalaajeneminen ei johdu pelkästään suhteellisesta liikkeestä, vaan se voi tapahtua myös painovoiman vuoksi. Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan painovoima on tilan ja ajan vääntymisen ominaisuus. Joten kun sinulla on Maan kaltainen massa, se itse asiassa vääntää tilaa ja aikaa.
Jos seisot maan päällä, aikasi näyttää liikkuvan hieman hitaammin kuin joku avaruudessa, painovoimaeron vuoksi.
Maan kannalta sillä ei ole niin suurta merkitystä, mutta esimerkiksi mustalle aukolle sillä voi olla paljon merkitystä. Kun tulet lähemmäs mustaa aukkoa, aikasi näyttää hidastuvan yhä enemmän ja enemmän.
Fraser:
Mitä tämä tarkoittaisi avaruusmatkailulle?
Brian:
Usein tieteiskirjallisuudessa näet ajatuksen raketista, joka liikkuu hyvin lähellä valonnopeutta ja käyttää aikalaajennusta matkustaakseen kaukaisiin tähtiin.
Mutta itse asiassa voisit tehdä saman asian painovoiman kanssa. Jos sinulla olisi musta aukko, joka lähtisi toiseen tähteen tai toiseen galaksiin, voisit itse asiassa ottaa avaruusaluksen ja kiertää sen hyvin lähellä mustaa aukkoa. Ja aikasi näyttäisi hidastuvan. Kun kierrät mustaa aukkoa, musta aukko kestäisi oman aikansa päästäkseen toiseen tähteen tai toiseen galaksiin, ja sinusta se näyttäisi todella nopealta.
Liikkuvan mustan aukon lähellä kiertäminen ei vaikuta turvallisimmalta kulkuvälineeltä, mutta ajan laajeneminen saattaa tehdä siitä riskin arvoisen. Luotto: NAOJ
Joten se on toinen tapa, jolla voit käyttää aikalaajennusta matkustaaksesi tähtiin, ainakin tieteiskirjallisuudessa.
Fraser:
Selvä, Brian, minulla on sinulle viimeinen kysymys. Jos saat massiivisemman lähestyessäsi valonnopeutta, voisitko saada niin paljon massaa, että muuttuisit mustaksi aukoksi? Haluaisin sinun vastaavan tähän kysymykseen blogitekstin muodossa briankoberlein.com ja Google+ -viestissä, jonka aiomme linkittää Juuri täällä .
Brian:
Kiitos Fraser, saan vastauksen verkkosivustolleni.
Jälleen kerran vierailimme ajan laajenemisen hämmentävässä valtakunnassa ja palasimme suhteellisen vahingoittumattomina. Se ei tarkoita, että ymmärtäisin sen paremmin, mutta toivottavasti ymmärrät kuitenkin. Jälleen kerran suuri kiitos tohtori Koberleinille siitä, että hän käytti muutaman minuutin relativistisella matkallaan vastatakseen kysymyksiimme. Muista käydä hänen blogissaan ja lukea hänen vastauksensa kysymykseeni.
Podcast (ääni): ladata (Kesto: 6:57 – 3,0 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS
Podcast (video): ladata (Kesto: 6:59 – 115,5 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS