211service.com
Ville du virkelig eldes saktere på et romskip med nær lyshastighet?
Høyhastighetsreise. Craig Cormack / Flickr
Hver uke sender leserne av vårt romfartsnyhetsbrev, The Airlock , inn sine spørsmål som romreporter Neel V. Patel kan svare på. Denne uken: tidsutvidelse under romfart.
Jeg hørte at tidsutvidelse påvirker høyhastighets romfart, og jeg lurer på størrelsen på den effekten. Hvis vi skulle starte en rundtursflyvning til en nærliggende eksoplanet – la oss si 10 eller 50 lysår unna – hvordan ville det påvirke tiden for mennesker på romskipet kontra mennesker på jorden? Da romreisende kom tilbake, vil de være mye yngre eller eldre i forhold til folk som oppholdt seg på jorden? -Serge
Tidsutvidelse er et konsept som dukker opp i mange sci-fi, inkludert Orson Scott Cards Ender's Game , hvor en karakter bare eldes åtte år i verdensrommet mens det går 50 år på jorden. Dette er nettopp scenariet som er skissert i det berømte tankeeksperimentet Tvillingparadoks : En astronaut med en identisk tvilling ved oppdragskontroll tar en reise ut i verdensrommet på en høyhastighetsrakett og vender hjem for å finne ut at tvillingen har eldet raskere.
Tidsutvidelse går tilbake til Einsteins teori om spesiell relativitet, som lærer oss at bevegelse gjennom rommet faktisk skaper endringer i tidens flyt. Jo raskere du beveger deg gjennom de tre dimensjonene som definerer det fysiske rommet, jo saktere beveger du deg gjennom den fjerde dimensjonen, tid – i det minste i forhold til et annet objekt. Tiden måles forskjellig for tvillingen som beveget seg gjennom verdensrommet og tvillingen som ble på jorden. Klokken i bevegelse vil tikke saktere enn klokkene vi ser på jorden. Hvis du er i stand til å reise nær lysets hastighet, er effektene mye mer uttalte.
I motsetning til tvillingparadokset, er tidsutvidelse ikke et tankeeksperiment eller et hypotetisk konsept – det er ekte. De 1971 Hafele-Keating-eksperimenter bevist det da to atomklokker ble fløyet på fly som reiste i motsatte retninger. Den relative bevegelsen hadde faktisk en målbar innvirkning og skapte en tidsforskjell mellom de to klokkene. Dette har også blitt bekreftet i andre fysikkeksperimenter (f.eks. raskt bevegelige myonpartikler ta lengre tid å forfalle ).
Så i spørsmålet ditt, en astronaut som returnerer fra en romreise med relativistiske hastigheter (hvor effektene av relativitet begynner å manifestere seg - vanligvis i det minste en tidel av lysets hastighet ) ville ved retur være yngre enn jevnaldrende venner og familie som ble på jorden. Nøyaktig hvor mye yngre avhenger av nøyaktig hvor raskt romfartøyet hadde beveget seg og akselerert, så det er ikke noe vi lett kan svare på. Men hvis du prøver å nå en eksoplanet 10 til 50 lysår unna og fortsatt komme deg hjem før du selv dør av alderdom, må du bevege deg nær lysets hastighet.
Det er en annen rynke her som er verdt å nevne: tidsutvidelse som følge av gravitasjonseffekter. Du har kanskje sett filmen til Christopher Nolan Interstellar , der nærhet til et sort hull gjør at tiden på en annen planet går enormt ned (en time på den planeten er syv jordår).
Denne formen for tidsutvidelse er også reell, og det er fordi i Einsteins generelle relativitetsteori kan tyngdekraften bøye romtiden, og derfor tiden selv. Jo nærmere klokken er gravitasjonskilden, jo langsommere går tiden; jo lenger unna klokken er fra tyngdekraften, jo raskere vil tiden gå. (Vi kan lagre detaljene i den forklaringen for en fremtidig Airlock.)