Физика времени: Флэш, суперспособности и релятивистское замедление времени
Многие знакомы с героем комиксов DC Флешем, который быстрее пули и считается самым быстрым героем вселенной комиксов.
Кроме того Барри Аллен еще и ученый, так почему бы не оценить его способности со стороны науки и посмотреть, насколько они реальны и не противоречат ли физике. Оказывается, научный мир уже давно признал возможность замедления времени и даже проводит с ним опыты.
И сегодня я попробую об этом рассказать, а поможет мне в этом книга Ричарда Мюллера «Сейчас. Физика времени».
Относительная теория относительности
Если, например, я скажу: «Этот поезд прибывает в 7 часов», то я имею
в виду примерно следующее: «Указывание маленькой стрелки моих
часов на 7 и прибытие поезда будут одновременными событиями».
Альберт Эйнштейн
Именно с помощью этих слов Альберт Эйнштейн начал вводить в физику понятия пространства и времени, без которых он не смог бы создать теорию относительности.
В своей статье, вышедшей 30 июня 1905 года, Эйнштейн начинает объяснять понятие времени на пальцах с использованием простых примеров. Возможно, это выглядит абсурдно, но иначе было нельзя — ему было необходимо разрушить оковы разума, ограничивающие мышление своих коллег физиков.
Так что же такое время — это не объяснял Ньютон и не стал объяснять Эйнштейн, но он смог объяснить его относительность и дать понять, что все не так однозначно, как считалось ранее.
Попытайтесь вспомнить свое восприятие времени в детстве, когда оно еще не было для вас абсолютным. Помните ли вы, как оно тянется в очереди, и как быстро летит за интересными занятиями.
Что об этом говорил Эйнштейн:
«Когда ты сидишь с красивой девушкой два часа, они кажутся тебе минутой, но если ты сидишь на горячей печи хотя бы минуту, покажется, что прошло два часа».
Так на простых примерах с маленькими стрелками часов и горячей сковородкой гений 20 века заложит теорию относительности в своей статье «К электродинамике движущихся тел», а через 10 лет развил ее, объяснив принципы работы гравитации и ее природу.
Но причем здесь относительность? Для этого остановимся на минуту и ответим на один вопрос: «Какая сейчас у меня скорость движения?».
«Ноль» ответите вы и будете правы, если сидите или стоите, но в то же время верным ответом будет и «1679 км/ч», если представим, что вы находитесь в районе устья Амазонки, потому что это скорость вращения земли в районе экватора.
Но вспомним про скорость вращения Земли вокруг Солнца, и 30 км/с тоже оказывается правильным ответом.
В этом и есть вся относительность — все зависит от вашей платформы изучения, или как ее называют физики «система отсчета».
Вашей системой отсчета (СО) может быть что угодно — стул, пол, Земля или самолет, в котором вы летите, а может и наша галактика или Вселенная.
Все относительно и в этом суть.
Все настолько относительно, что даже скорость течения времени будет зависеть от выбранной системы отсчета. А это значит, что нет абсолютного понятия времени и два тика часов могут означать совершенно разное количество времени.
Возможно, вы читали и изучали другие книги по теории относительности и встречались с запутывающими понятими «несогласных наблюдателей», которые движутся с разными скоростями, и поэтому у них разное восприятие времени, и оттого они не согласны друг с другом, но это не важно. Наблюдатели не согласны между собой только в степени ошибки по поводу скорости передвижения самолета, но при этом они знают, что скорость относительна и ее показатель будет зависеть от выбранной системы отсчета.
Основная изюминка общей теории относительности — все наблюдатели согласны друг с другом.
Такие разные системы отсчета
С помощью теории относительности Эйнштейн доказал, что время будет меняться в зависимости от выбранной системы отсчета, и то или иное действие будет занимать разное количество времени.
При относительно небольших скоростях (до 1 500 000 км/ч) эта разница будет незначительной, но чем ближе к скорости света, тем больше будет разбежка во времени.
Возьмем пример: вы находитесь на космическом корабле который движется со скоростью 97% от скорости света. За точки отсчета возьмем две — космический корабль и Землю, и вспомним про наблюдателей, которые согласны друг с другом.
Так, находясь на корабле, интервал между вашими двумя днями рождения будет один год, но на земле — три месяца. Наблюдатель на корабле скажет именно так, и наблюдатель на Земле будет с ним согласен. Но какую систему отсчета брать за базовую, в какой из них находимся мы. Правильный ответ: во всех сразу.
Да, вы находитесь во всех сразу системах отсчета — Земля, самолет, космическое пространство и многие другие. Эти системы нужны для одного — определять движение тел по отношению к ним. Так, если ваша скорость на Земле будет равна нулю, то эта система отсчета будет называться собственной.
Например, по отношению к собственной системе отсчета Солнца мы движемся со скоростью 29 км/с, находясь на Земле, совершающей обороты вокруг светила. Возможно, вы знакомы с иным объяснением релятивистского замедления времени: «часы, находящиеся в движении, как нам кажется, идут медленнее, чем ваши», но это не совсем правильное объяснение.
Нам не кажется, что движущиеся часы идут медленнее, они на самом деле идут медленнее, но только если измерять ход их времени в нашей системе отсчета. При этом в собственной системе отсчета они будут идти быстрее, чем в нашей, и это не парадокс или противоречие. Или противоречие, но не большее чем скорость движения человека в самолете, которая одновременно равна 0 км/ч и 900 км/ч. При том что все наблюдатели будут согласны с этими ответами.
Относительность времени легко измерима в экспериментальной физике. Ученые-экспериментаторы работающие с радиоактивными элементарными частицами (пионы, мюоны и гипероны) сталкиваются с ней постоянно.
У радиоактивных частиц существует период полураспада и у разных элементов он различается.
Например, у урана период полураспада — 4,5 миллиарда лет, а у радиоактивного изотопа углерода — 5700 лет. Так у трития, который используется в некоторых светящихся стрелках часов в смеси с фосфором, период полураспада 13 лет, и именно поэтому через 13 лет стрелки начинают светиться наполовину слабее, чем раньше.
Пионы, которые изучаются в экспериментальных физических лабораториях, имеют немного меньших период полураспада — 26 миллиардных долей секунды или по другому 26 наносекунд. Хоть это и кажется очень малым промежутком времени, но только для человека.
При изучении быстродвижущихся пионов, их скорость была 0,999998 от скорости света, провели эксперимент — их столкнули с протонами. Оказалось, что их период полураспада был в 637 раз больше, чем у пионов, находящихся в состоянии покоя.
До проведения этих экспериментов относительность времени была абстрактной теорией, но после — оно превратилось в реальность.
Получается ли, что двигаясь с более высокой скоростью, время для нас будет двигаться медленнее? Да, и это было подтверждено в 1971 году Джозефом Хафеле и Ричардом Китингом при помощи пассажирского реактивного самолета и четырех комплектов цезиевых атомных часов. Их эксперимент доказал практическое действие теории относительности и эффект замедления времени.
Каждый день проведенный на самолете который движется со скоростью 900 км/ч будет длиннее на 29 наносекунд, чем день проведенный на Земле.
Возможно, это кажется не таким уж и большим количеством времени, но чем выше скорость движения — тем больше разница. Так для спутников GPS замедление времени составляет 7200 наносекунд в день, а это уже даст погрешность в позиционировании на 2,2 километра в день. И с каждым днем эта погрешность будет расти на 2,2 километра.
Благодаря теории относительности Эйнштейна были произведены расчеты, и эта погрешность учитывается при вычислении местоположения. Летая на самолетах, вы будете жить дольше по отношению к земной системе отсчета, но на себе вы этого эффекта не почувствуете — ваше время замедлится, но вместе с этим замедляется и биение сердца, а также мозговая активность. Вот оно — удивительное свойство релятивизма. Медленнее будет происходить все, ведь меняется сама скорость течения времени.
Вот и получается, что Флэш может замедлять время, но только в отношении собственной системы отсчета по отношению к земной. Выходит, что способности Барри Аллена, он же Флэш, не противоречат законам физики, а значит могут быть вполне реальны.
На этом сегодня все, еще больше о загадке времени вы сможете узнать прочитав источник.
Берегитесь молний, уважайте физику и читайте умные книги!