Işık hızına yakın bir uzay gemisinde gerçekten daha yavaş yaşlanır mıydınız?
Craig Cormack / Flickr
Her hafta, uzay haber bültenimiz The Airlock'un okuyucuları, uzay muhabiri Neel V. Patel'in yanıtlaması için sorularını gönderiyor. Bu hafta: uzay yolculuğu sırasında zaman genişlemesi.
Zaman genişlemesinin yüksek hızlı uzay yolculuğunu etkilediğini duydum ve bu etkinin büyüklüğünü merak ediyorum. Yakındaki bir ötegezegen için -diyelim ki 10 veya 50 ışıkyılı uzaklıkta- gidiş-dönüş bir uçuş başlatacak olsaydık, bu, uzay gemisindeki insanlar için Dünya'daki insanlara karşı zamanı nasıl etkilerdi? Uzay yolcuları geri döndüğünde, Dünya'da kalan insanlara göre çok daha genç mi yoksa daha mı yaşlı olacaklar? -Serj
Zaman genişlemesi, Orson Scott Card'ınki de dahil olmak üzere birçok bilimkurguda ortaya çıkan bir kavramdır. Ender'in Oyunu , bir karakter uzayda sadece sekiz yıl yaşlanırken, Dünya'da 50 yıl geçer. Bu tam olarak ünlü düşünce deneyinde özetlenen senaryodur. İkiz Paradoks : görev kontrolünde tek yumurta ikizi olan bir astronot, yüksek hızlı bir roketle uzaya bir yolculuk yapar ve ikizin daha hızlı yaşlandığını bulmak için eve döner.
Zaman genişlemesi, bize uzaydaki hareketin aslında zamanın akışında değişiklikler yarattığını öğreten Einstein'ın özel görelilik teorisine kadar uzanır. Fiziksel alanı tanımlayan üç boyutta ne kadar hızlı hareket ederseniz, dördüncü boyutta, zamanda o kadar yavaş hareket edersiniz – en azından başka bir nesneye göre. Uzayda hareket eden ikiz ve Dünya'da kalan ikiz için zaman farklı ölçülür. Hareket halindeki saat, Dünya'da izlediğimiz saatlerden daha yavaş işleyecek. Işık hızına yakın bir hızda seyahat edebiliyorsanız, efektler çok daha belirgindir.
İkiz Paradoksun aksine, zaman genişlemesi bir düşünce deneyi ya da varsayımsal bir kavram değildir – gerçektir. bu 1971 Hafele-Keating deneyleri Zıt yönlerde hareket eden uçaklarda iki atom saati uçurulduğunda da aynısı kanıtlandı. Göreceli hareket aslında ölçülebilir bir etkiye sahipti ve iki saat arasında bir zaman farkı yarattı. Bu, diğer fizik deneylerinde de (örneğin, hızlı hareket eden müon parçacıkları) doğrulanmıştır. çürümesi daha uzun sürer ).
Yani sorunuzda, uzay yolculuğundan göreceli hızlarda dönen bir astronot (göreceliğin etkilerinin ortaya çıkmaya başladığı - genellikle en azından ışık hızının onda biri ) döndüklerinde, Dünya'da kalan aynı yaştaki arkadaşlardan ve aileden daha genç olacaktı. Tam olarak ne kadar genç olduğu, uzay aracının tam olarak ne kadar hızlı hareket ettiğine ve hızlandığına bağlıdır, bu yüzden kolayca cevaplayabileceğimiz bir şey değil. Ancak, 10 ila 50 ışıkyılı uzaklıktaki bir ötegezegene ulaşmaya çalışıyorsanız ve yine de yaşlılıktan ölmeden önce eve dönebiliyorsanız, ışık hızına yakın bir hızla hareket ediyor olmanız gerekir.
Burada bahsetmeye değer başka bir kırışıklık daha var: yerçekimi etkilerinin bir sonucu olarak zaman genişlemesi. Christopher Nolan'ın filmini görmüşsünüzdür. yıldızlararası bir kara deliğin yakınlığının başka bir gezegende zamanın muazzam bir şekilde yavaşlamasına neden olduğu yerde (o gezegende bir saat yedi Dünya yılıdır).
Bu zaman genişlemesi biçimi de gerçektir ve bunun nedeni Einstein'ın genel görelilik kuramında yerçekiminin uzay-zamanı ve dolayısıyla zamanın kendisini bükebilmesidir. Saat yerçekimi kaynağına ne kadar yakınsa, zaman o kadar yavaş geçer; saat yerçekiminden ne kadar uzaksa zaman o kadar hızlı geçer. (Bu açıklamanın ayrıntılarını gelecekteki bir Hava Kilidi için kaydedebiliriz.)saklamak