ความเร็วแสงส่งผลต่ออายุหรือไม่?

สารบัญ:

ความเร็วแสงส่งผลต่ออายุหรือไม่?
ความเร็วแสงส่งผลต่ออายุหรือไม่?
Anonim

ปรากฏการณ์ของการขยายเวลาในอวกาศได้กระตุ้นจิตใจของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลกมาเป็นเวลานาน ในเวลาเดียวกัน คำถามที่ว่าการเคลื่อนที่ของนักบินอวกาศด้วยความเร็วแสงส่งผลต่อนาฬิกาชีวภาพของเขามากเพียงใด ได้รับการอธิบายครั้งแรกในสิ่งที่เรียกว่า "ความขัดแย้งของฝาแฝด" ซึ่งนักบินอวกาศเดินทางสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง จรวด ในขณะที่พี่ชายฝาแฝดของเขายังคงอยู่บนโลก เชื่อกันว่าเมื่อกลับมายังดาวเคราะห์สีน้ำเงิน นักบินอวกาศจะพบว่าฝาแฝดของเขาแก่แล้ว ในขณะที่รูปร่างหน้าตาของนักเดินทางในอวกาศเองก็เกือบจะเหมือนเดิม

Image
Image

ความเร็วของแสงมีผลอย่างมากต่อกระบวนการชราภาพในนักบินอวกาศ

ทำไมความเร็วของแสงจึงช้าลงเวลา?

การขยายเวลาย้อนกลับไปในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ ซึ่งสอนเราว่าการเคลื่อนที่ในอวกาศทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการไหลของเวลา ยิ่งคุณเคลื่อนที่ผ่านสามมิติที่กำหนดพื้นที่ทางกายภาพได้เร็วเท่าใด คุณก็ยิ่งเคลื่อนผ่านมิติที่สี่ได้ช้าลงเท่านั้น ซึ่งก็คือเวลาเป็นหลัก เวลาจะถูกวัดแตกต่างกันสำหรับนักบินอวกาศและฝาแฝดของเขาซึ่งอาศัยอยู่บนโลก นาฬิกาที่เคลื่อนที่จะเดินช้ากว่านาฬิกาที่เราเห็นบนโลก อย่างไรก็ตาม หากนักบินอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง ผลกระทบจะยิ่งเด่นชัดมากขึ้น

ตามบทความที่ตีพิมพ์บน technologyreview.com การขยายเวลาไม่ใช่การทดลองทางความคิดหรือแนวคิดสมมุติ แต่เป็นเรื่องจริง การทดลองของ Hafele-Keating ที่ดำเนินการในปี 1971 ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ไม่เหมือนใครในการหยุดเวลาเกือบทั้งหมดในขณะที่นาฬิกาอะตอมสองนาฬิกาอยู่บนเครื่องบินที่บินไปในทิศทางตรงกันข้าม การเคลื่อนไหวสัมพัทธ์มีผลกระทบที่วัดได้ ทำให้เกิดความแตกต่างของเวลาระหว่างสองชั่วโมง ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้ได้รับการยืนยันในการทดลองทางกายภาพอื่นๆ (เช่น อนุภาคมิวนิกที่เคลื่อนที่เร็วอาจมีการสลายตัวนานกว่าอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด)

Image
Image

Richard Keating และ Joseph Hafele พิสูจน์ความเป็นไปได้ของการขยายเวลา

ในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เชื่อกันว่าอยู่ที่ "ความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ" ซึ่งมักจะเริ่มจากความเร็วหนึ่งในสิบของความเร็วแสง ซึ่งผลของสัมพัทธภาพจะแสดงออกมาไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในกรณีนี้ นักบินอวกาศที่กลับบ้านจากการเดินทางในอวกาศ เมื่อกลับมา จะดูอ่อนกว่าวัยกว่าเพื่อนและสมาชิกในครอบครัวในวัยเดียวกันที่ยังคงอยู่บนโลกอย่างมาก คำถามที่ว่าเขาจะดูอ่อนกว่าวัยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วของยานอวกาศโดยตรง

ในเวลาเดียวกัน มีอีกจุดหนึ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวขวัญ: เวลาสามารถช้าลงไม่เพียงเนื่องจากอิทธิพลของความเร็วของแสงเท่านั้น แต่ยังเป็นผลมาจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงบางอย่างที่มีต่อมันด้วย คุณอาจเคยเห็น Interstellar ของคริสโตเฟอร์ โนแลน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความใกล้ชิดของหลุมดำสามารถยืดเวลาบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้อย่างแท้จริง โดยเปลี่ยนหนึ่งชั่วโมงที่ใช้ไปบนดาวเคราะห์ของมิลเลอร์ให้เท่ากับเจ็ดปีโลก

รูปแบบของการขยายเวลานี้ก็เป็นจริงเช่นกัน ซึ่งพิสูจน์แล้วในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แรงโน้มถ่วงในกรณีนี้สามารถบิดเบือนเรื่องของกาลอวกาศได้อย่างมาก ทำให้นาฬิกาที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดแรงโน้มถ่วงไหลผ่านของเวลาช้ากว่าปกติมาก นักบินอวกาศในบริเวณใกล้เคียงหลุมดำจะแก่ช้ากว่าพี่ชายฝาแฝดของเขาซึ่งตัดสินใจอยู่บ้านสถานการณ์ดังกล่าวอาจเป็นสถานการณ์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับภาพยนตร์ฮอลลีวูดเรื่องใหม่