уповільнення часу
уповільнення часу
Нова фізика зруйнувала не тільки геометричну інтуїцію, але настільки ж безжалісно розправилася зі звичним уявленням про час. Здоровий глузд привчив нас мислити в поняттях часу, що розглядається як щось універсальне і абсолютне, щодо чого ми відмірюють всі події. Ми не робимо різниці між своїм і чужим часом - існує лише єдиний час. Теорія відносності відкидає настільки спрощений підхід. Час, подібно до простору, також здатне розтягуватися або стискатися залежно від руху спостерігача. Дві події можуть вважатися, з точки зору одного спостерігача, розділеними проміжком часу в одну годину, з точки зору іншого - однією хвилиною.
Це не просто психологічний ефект. Час дійсно можна затягнути, або уповільнити, навіть в лабораторії, і зареєструвати цей ефект можна за допомогою точних годин. Щоб помітити уповільнення часу, годинник повинні рухатися зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Світло поширюється в просторі зі швидкістю близько 300 тис. Км / с, що набагато перевершує швидкість самого швидкого руху сучасного космічного апарату. Проте точність ходу сучасних атомних годин дозволяє розрізнити найменше уповільнення часу навіть на борту реактивного авіалайнера.
Цілком помітне уповільнення часу можна спостерігати, скориставшись субатомними частинками: вони настільки безтілесні, що їх можна розігнати майже до швидкості світла. Наприклад, в експерименті, проведеному в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН), частинки, що називаються мюонами, вдалося розігнати до швидкості, настільки близькою до швидкості світла, що їх масштаб часу розтягнувся в 24 рази. Мюони зручні для таких досліджень, оскільки вони нестабільні і через малу частку секунди розпадаються на електрони і інші частинки. Це перетворення характеризується певним періодом напіврозпаду, тобто мюони як би наділені внутрішнім годинником. У своїй (пов'язаної з ними самими) системі відліку розпад мюонів відбувається в середньому приблизно через дві мільйонні частки секунди, але в лабораторній системі відліку час життя мюонів істотно зростає.
Одне з найсильніших вповільнень часу, яке вдалося створити людині, відбувається на установці в Дарсбері (графство Чешир, Великобританія). Називається ця установка електронний синхротрон і призначена для прискорення пучка електронів, який проходить по кільцю діаметром 30м три мільйони разів в секунду. Великі магніти відхиляють електрони від природного руху по прямій, і кожен оборот по кільцю супроводжується випусканням електромагнітного випромінювання, званого синхротронним. Електрони рухаються зі швидкістю лише на одну десятитисячний відсотка менше швидкості світла; при цьому масштаб часу розтягується в порівнянні з нашим приблизно в десять тисяч разів. Саме ця розбіжність масштабів часу використовують інженери, для цього головним чином і був побудований прискорювач. Хоча частота випускається випромінювання у власній системі відліку електронів становить всього лише кілька кілогерц (тобто лежить в діапазоні радіочастот), в лабораторній системі відліку внаслідок уповільнення часу частота збільшується в тисячі разів. Тому що випускається електронами випромінювання ми сприймаємо як ультрафіолетове або рентгенівське. Таким чином, за допомогою синхротрона ефект уповільнення часу використовується для генерації інтенсивного короткохвильового випромінювання в широкому діапазоні частот. Такі установки нечисленні і знаходять ряд практичних застосувань. Отже, в Дарсбері таємниче явище уповільнення часу набуває суто практичне значення.
Уповільнення часу виступає рука об руку зі скороченням довжини (теорія відносності змушує нас пов'язувати простір і час в єдиний простір-час), і в міру наближення до граничної швидкості - швидкості світла - обидва ефекту безмежно зростають. Саме тому неможливо подолати світловий бар'єр і рухатися з надсвітовою швидкістю, бо для цього знадобилося б вивернути простір-час "навиворіт" і перетворити простір під час, а час - у простір, що дало б можливість тіл здійснювати подорожі в минуле. Тому швидкість світла є граничною швидкістю, з якою можуть рухатися у Всесвіті тіла або поширюватися сигнали.
Уповільнення часу створюється також і гравітацією. На даху будівлі час тече трохи швидше, ніж у його заснування, хоча ефект дуже слабкий, щоб його можна було помітити. Однак спеціальні "ядерний годинник" дозволяють виявити різницю в плині часу навіть в масштабах висоти будівлі. Щоб перевірити, чи впливає гравітація на плин часу, годинник поміщали на борт літаючих на великих висотах літаків і ракет. Реальність уповільнення часу не викликає сумнівів; в космосі час тече помітно швидше, ніж на Землі.
За астрономічними мірками гравітаційне поле Землі досить невелика; відомі космічні об'єкти, які викликають набагато більше сильне уповільнення часу. Наприклад, на поверхні нейтронної зірки (чайна ложка її речовини важить більше всіх континентів Землі) гравітація така, що час може текти вдвічі повільніше, ніж на Землі. Якщо гравітаційне поле виявляється вдвічі більше, ніж у нейтронної зірки, то утворюється чорна діра. В цьому випадку зірка повністю коллапсирует ( "схлопивается"), як би занурюючись в нескінченно сповільнився час і заточив себе в викривленому просторі. Грубо кажучи, час на поверхні чорної діри за нашою шкалою виявляється повністю зупинився.
Та обставина, що час не є абсолютним і універсальним, а схильна до змін, підриває багато уявлень, засновані на нашому повсякденному досвіді. Якщо мій час може розійтися з вашим через те, що ми по-різному рухаємося або знаходимося в неоднакових гравітаційних полях, то не має сенсу говорити про "часу взагалі" або користуватися поняттям "тепер". Марно намагатися надати сенс виразу "в цей момент", наприклад, на Марсі, з огляду на можливість існування спостерігачів, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Точно так само безглуздо питати: "Котра година на нейтронної зірки?". Час суто відносно. У нашій власній системі відліку воно тече своїм темпом. Незалежно від того, як ми рухаємося або як змінюється гравітаційне поле, протягом часу нам буде здаватися звичайним. Незвичайні ефекти виникають, коли порівнюється час у двох різних системах відліку. Тоді ми виявляємо, що в кожній системі відліку час тече по-своєму. і що одна шкала часу, як правило, не узгоджується з іншого.