Ethan'a Sorun #109: Fotonlar Zamanı Nasıl Deneyimler?
Resim kredisi: NASA / Uluslararası Uzay İstasyonu.
Işık hızına yaklaştığınızda zamanı deneyimleme şekliniz değişir. Peki gerçekten ulaştığınızda ne olur?
Herkesin bir hayali vardır; Şafağa kadar yaşamak isterdim ama üç saatten az zamanım kaldığını biliyorum. Gece olacak, ama önemli değil. Ölmek basittir. Gün ışığı almaz. Öyle olsun: Yıldız ışığında öleceğim. - Victor Hugo
Her hafta, soru ve önerilerinizi iletirsiniz Ethan'a Sor sütunumuz için, gözden geçirip hepiniz için en iyi hikayeyi oluşturacağını düşündüğüm birini seçiyorum. Bu hafta bazı harika seçenekler vardı, ancak bu özel göreliliğin 110. yıldönümü ve genel göreliliğin 100. yıldönümü olduğundan, cevabı için Einstein'a bakmayı gerektiren bir soru seçeceğimi düşündüm. O halde, okuyucumuz Erwin'in şu soruyu soran sunumuna bir göz atalım:
[L] ışığın güneşten dünyaya seyahat etmesi yaklaşık 8 dakika sürer. Işık, ışık hızında hareket eder. Bunu yaparsanız görelilik devreye giriyor. Öyleyse sorum şu ki, fotonların seyahat etmesi için ne kadar zaman geçiyor? Başka bir deyişle, fotonlar dünyaya ulaştığında ne kadar yaşlandı? Bunu düşündüğün için teşekkürler.
Sezginiz sadece sekiz dakika demekse, sizinle tartışmakta zorlanırım. Sonuçta, foton ne kadar yaşlanır bizim için .
Resim kredisi: NASA / Uluslararası Uzay İstasyonu.
Mağazaya 0,5 mil (0,8 km) bir yürüyüş sekiz dakika sürerse ve mağazaya yürüyerek giderseniz sekiz dakika yaşlanırsınız. Ve dükkâncı mağazaya yürümenizi izleseydi, sizin de sekiz dakika yaşlandığınızı bilirdi. Tek yaptığımız Newton'un zaman tanımına bağlı kalmak olsaydı - zamanın bir mutlak miktar - bu kesinlikle doğru olurdu herhangi bir şey Evrende: herkes, her yerde, her koşulda zamanın aynı hızda geçtiğini deneyimleyecekti.
Ama durum buysa, ışık hızı yapamadı sabit olmak.
Resim kredisi: Noreen of http://thecampgal.com/2014/06/17/flashlight-giveaway/ .
Yerde hareketsiz durduğunuzu, bir ışık saniyesi uzaklıktaki bir nesneye bir yönde bir el feneri tuttuğunuzu hayal edin. Şimdi aynı nesneye doğru koştuğunuzu ve aynı el fenerini tuttuğunuzu hayal edin. Ne kadar hızlı koşarsan, o ışığın o kadar hızlı gitmesini beklersin: Durgun ışık hangi hızda hareket ederse etsin, o da hareket etmelidir. daha fazla hangi hızda koşarsan koş.
Bu neden bir zorunluluk olsun ki?
Bir saatiniz olduğunu hayal etmenizi istiyorum, yalnızca bir dişlinin döndüğü ve ibrelerin hareket ettiği bir saatiniz yerine, tek bir ışık fotonunun iki ayna arasında yukarı ve aşağı sıçradığı bir saatiniz var. senin saatin ise dinlenmede , fotonun yukarı ve aşağı sıçradığını ve saniyelerin normal şekilde geçtiğini görüyorsunuz. Ama saatiniz hareket ediyorsa ve ona bakarsanız, şimdi saniyeler nasıl geçecek?
Resim kredisi: John D. Norton, aracılığıyla http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods/ .
Çok net, o uzun sürer Işık hızı her zaman sabitse sıçramaların meydana gelmesi için. Zaman herkes için, her yerde ve her koşulda aynı hızda aksaydı, ışık hızının bir şey daha hızlı hareket ettikçe keyfi olarak hızlı olduğunu görürdük. Ve daha da kötüsü, eğer bir şey çok hızlı hareket ederse ve sonra bir el feneri açarsa ters yönde , ışığın neredeyse hiç hareket etmediğini görürdük: neredeyse hareketsiz olurdu.
Işık bunu yapmadığından veya hiçbir koşulda vakumdaki hızını değiştirmediğinden, bu saf resmin yanlış olduğunu biliyoruz.
Resim kredisi: Shutterstock/Pixomar.
1905'te Einstein, özel görelilik teorisini ortaya koydu ve başarısız Michelson-Morley deneyinin ve uzunluk daralması ve zaman genişlemesi fenomenlerinin hepsinin, ışığın boşluktaki hızı evrensel bir sabit olsaydı, açıklanacağını belirtti. C . Bu, bir şey ne kadar hızlı hareket ederse - hareket ettiği ışık hızına o kadar yakın olur - onu hareketsiz halde izleyen biri kendi zamanlarını ve mesafelerini normal olarak görecek, ancak hızlı hareket eden nesneye binen biri daha kısa bir mesafe kat ettiklerini görecek ve dinlenme halindeki gözlemciden daha kısa bir süre seyahat etti.
Resim kredisi: Meraklı Astronom, aracılığıyla https://thecuriousastronomer.wordpress.com/2013/05/30/einstein-and-time-travel/ .
Aslında, Einstein'ın göreliliği sayesinde, dükkâna sekiz dakikalık bir yürüyüş yaptığınızda, saatinizdeki zaman - süper doğru olduğunu ve siz çıkmadan önce dükkân sahibinin saatiyle tam olarak eşleştiğini varsayarsak - şimdi hemen altında okuyacaktır. iki nanosaniye dükkâncının saatinden önce! Göreliliğin etkileri, çoğu durumda küçük olsalar bile, her zaman oyundadır.
Nedeni, çünkü şeyler yapma sadece uzayda hareket ederler ve onlar sadece zamanda ilerlemezler. Bunun nedeni, uzay ve zamanın birleşik bir kumaşın parçası olarak bağlantılı olmasıdır: uzay-zaman.
Resim kredisi: Clear Science, aracılığıyla https://metaphysicien.wordpress.com/2014/09/27/space-time-fabric/ .
Bu ilk olarak 1908'de Einstein'ın eski öğretmenlerinden biri olan Hermann Minkowski tarafından fark edildi ve şöyle dedi:
Önünüze koymak istediğim uzay ve zaman görüşleri deneysel fiziğin toprağından çıkmıştır ve onların gücü burada yatmaktadır. Onlar radikal. Bundan böyle, kendi başına uzay ve kendi başına zaman, yalnızca gölgelere dönüşmeye mahkûmdur ve ancak bu ikisinin bir tür birliği bağımsız bir gerçekliği koruyabilir.
Bunun çalışma şekli, var olan herkesin ve her şeyin hiç her zaman uzay-zamanda hareket eder ve onlar her zaman çok özel bir ilişki ile uzay-zamanda hareket eder: bir miktar Başka bir şeye göre nasıl hareket ederseniz edin, ikisinin birleşimi yoluyla.
Resim kredisi: (C) Britannica Ansiklopedisi, Inc.
uzayda hareket edersen hızlıca belirli bir bakış açısıyla hareket ediyorsun az zaman: bu yüzden mağazaya gittiğinizde zamanda yolculuğunuz dükkân sahibininkinden yaklaşık 2 nanosaniye daha kısaydı: uzayda ondan daha hızlı hareket ettiniz ve böylece zamanda ondan biraz daha az ilerlediniz. Daha hızlı hareket etseydin, saatin daha da ileri olurdu. Aslında, ışık hızına çok yakın hareket ettiyseniz - mağazaya olan bu yolculukta ışık hızının %99,99999999 hızında hareket ettiyseniz- o mağaza ne kadar uzakta olursa olsun, dükkân sahibi bunu görecektir. 22.000 kez Senin için ne kadar zaman geçtiyse onun için de o kadar zaman geçti.
Orion takımyıldızına doğru göreceli bir yolculuk. Resim kredisi: Alexis Brandeker, aracılığıyla http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/Spaceship/spaceship.html .
Şimdi, tüm bunları göz önünde bulundurarak, fotonun kendisine gelelim. hareket etmiyor yakın ışık hızı, ama aslında de Işık hızı. Bir gözlemci için bunun nasıl bir şey olduğunu tanımlayan tüm formüllerimiz, iş ne olduğunu sormaya geldiğinde bize sonsuzluklarla dolu cevaplar verir. de Işık hızı. Ancak sonsuzluklar her zaman fiziğin yanlış olduğu anlamına gelmez; genellikle fiziğin sezgisel olmayan bir şey yaptığı anlamına gelir. Işık hızında hareket ettiğinizde bunun anlamı şudur:
- sen kesinlikle yapamam bir kütleye sahip olmak; yapsaydın, taşırdın sonsuz ışık hızındaki enerji miktarı. Kütlesiz olmalısın.
- Uzayda yaptığınız yolculukların hiçbirini yaşamayacaksınız. Hareket yönünüzdeki tüm mesafeler tek bir noktaya kadar daralacaktır.
- Ve zamanın geçişini yaşamayacaksın; tüm yolculuğunuz size anlık görünecek.
Resim kredisi: Wikimedia Commons kullanıcısı LucasVB .
Burada, Dünya'daki bir gözlemci için ışık, biz onu almadan yaklaşık sekiz dakika önce (daha çok 8:20 gibi) Güneş'ten yayılacak ve fotonun yolculuğunu izleyebilseydik, ışık hızında hareket ediyormuş gibi görünürdü. tüm yolculuğu. Ancak bu fotonun üzerinde bir saat olsaydı, bize tamamen durmuş gibi görünürdü. Bu sekiz dakikadan biraz fazla bir süre bizim için normal bir şekilde geçse de, foton kesinlikle hiçbir zaman geçişi yaşamaz.
Bu, Evrendeki uzak galaksilere baktığımızda özellikle rahatsız edici hale geliyor.
Resim kredisi: NASA , BUGÜN NASILSIN , S. Beckwith ( STScI ) ve HUDF Ekibi.
Onlardan yayılan ışık alır milyarlarca Samanyolu'ndaki gözlemciler olarak bizim açımızdan bize ulaşmak için yılların. Bu süre boyunca, Evrenin genişlemesi, uzayın gerilmesine ve yayılan fotonların enerjisinin muazzam bir şekilde düşmesine neden olur: kozmolojik bir kırmızıya kayma. Yine de bu inanılmaz yolculuğa rağmen, fotonun kendisi zaman olarak bildiğimiz şeylerin hiçbirini deneyimlemez: sadece yayılır ve sonra anında emilir, uzaydaki yolculuklarının tamamını kelimenin tam anlamıyla hiçbir zaman içinde deneyimlemez. Bildiğimiz her şey göz önüne alındığında, bir foton hiçbir şekilde yaşlanmaz.
Ethan'a Sor için bir sorunuz veya öneriniz mi var? Değerlendirmemiz için gönderin .
Çıkmak forumumuzdaki yorumlarınız ve bu gönderiyi gerçekten sevdiyseniz ve daha fazlasını görmek istiyorsanız, Starts With A Bang'i destekleyin ve Patreon'umuzdan bazı ödüller kazanın !
Paylaş: