Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Slowing Time to a Standstill with Relativity

Замедление времени вплоть до остановки при помощи теории относительности

В физике путешествия во времени тесно связаны с теорией относительности Эйнштейна, которая позволяет движению в пространстве фактически изменять течение времени.

Этот эффект известен как замедление времени и стал одним из самых ранних прогнозов теории относительности.

Этот вид путешествий во времени полностью допускается известными законами физики, но позволяет перемещаться только в будущее, но не в прошлое.

В этой секции я рассматриваю особые случаи в теории относительности, которые означают, что путешествие во времени - или по крайней мере изменённое движение сквозь время - может на самом деле быть возможным.

Перейдите вперёд к вставке "Общая теория относительности и кротовые норы: порталы в пространстве и времени" для получения большей информации о том, как общая теория относительности связана с потенциальными путешествиями во времени.

Замедление времени и горизонт событий чёрной дыры, которые я объясняю в последующих секциях, предоставляют интригующие способы продления человеческой жизни, а в научной фантастике они уже давно обеспечили средства, позволяющие людям жить достаточно долго для того, чтобы путешествовать от звезды к звезде.

(См. позднее вставку "Научная фантастика о времени" с более детальной информацией об этом.)

Замедление времени: иногда даже лучшие часы опаздывают

Самый очевидный случай того, как время ведёт себя странно в теории относительности, к тому же такой, который был экспериментально подтверждён - это концепция замедления времени в условиях специальной теории относительности.

Идея замедления времени заключается в том, что, пока вы движетесь сквозь пространство, само время измеряется для движущегося объекта не так, как для неподвижного.

Для движения, приближенного скорости света, этот эффект заметен и позволяет перемещаться в будущее быстрее, чем мы это обычно делаем.

Один из экспериментов, подтверждающих такое странное поведение, основан на нестабильных частицах, пионах и мюонах.

Физики знают, насколько быстро частицы распадутся, если будут оставаться на одном месте, но когда они облучают Землю в виде космических лучей, они движутся очень быстро.

Их скорости распада не соответствуют прогнозам, однако если применить специальную теорию относительности и рассмотреть время с точки зрения частицы, время выходит таким, как и ожидалось.

На самом деле, замедление времени подтверждено целым рядом опытов.

В экспериментах Хафеле - Китинга 1971 г. атомные часы (которые очень точные) были размещены на самолётах, летящих в противоположных направлениях.

Разница во времени, продемонстрированная часами, полученная в результате их релятивистского движения, в точности соответствовала прогнозам теории относительности.

К тому же, спутникам системы глобального позиционирования (GPS) приходиться компенсировать своё замедление времени для того, чтобы правильно функционировать.

Так что замедление времени имеет очень прочное научное обоснование.

Замедление времени приводит к одной очень популярной форме путешествий во времени.

Если бы вы попали на космический корабль, который крайне быстро летел прочь от Земли, то время внутри корабля замедлилось бы по сравнению со временем на Земле.

Вы могли бы пролететь до соседней звезды и вернуться на Землю почти со скоростью света, и на Земле прошло бы несколько лет, в то время как для вас прошло бы, вероятно, всего лишь несколько недель или месяцев, в зависимости от того, как быстро вы двигались и как далеко находилась звезда.

Самая большая проблема здесь заключается в том, как разогнать судно до таких скоростей.

Учёные и авторы научной фантастики сделали разнообразные предложения для таких устройств, однако все они далеко за пределами того, что мы можем реально построить сегодня или в обозримом будущем.

Когда вы ускоряете объект до высоких скоростей, его масса также возрастает, и это означает, что требуется всё больше и больше энергии для продолжения его ускорения.

Эта формула увеличения массы подобна формуле, описывающей замедление времени, что делает принципиально трудным получение значительных показателей замедления времени.

Вопрос в том, насколько сильное замедление времени в действительности необходимо, хотя бы для поездок в пределах только нескольких световых лет от Земли.

Одно из странных потенциальных побочных эффектов данного вида путешествий во времени описано ближе к концу этой главы в секции "Парадокс близнецов".

Горизонт событий чёрной дыры: сверхмедленная версия замедленного движения

Другой случай замедления времени, на этот раз в общей теории относительности, затрагивает чёрные дыры.

Вспомним, что чёрная дыра искривляет само пространство-время в точку, из которой не может сбежать даже свет.

Это искривление пространства-времени означает, что, по мере того как вы приближаетесь к чёрной дыре, время будет замедляться для вас относительно внешнего мира.

Если бы вы приближались к чёрной дыре, а я, находясь далеко, наблюдал (и мог бы каким-то образом наблюдать "мгновенно", не беспокоясь о временной задержке из-за скорости света), я увидел бы ваше приближение к чёрной дыре, которое замедлялось бы и в конечном счёте прекратилось, оставив вас зависать вне чёрной дыры.

Через окно вашего космического корабля я увидел бы вас, сидящего полностью неподвижно.

Вы же, с другой стороны, в особенности бы ничего не заметили - по крайней мере до тех пор, пока интенсивная гравитация чёрной дыры не убила бы вас.

Но до этого вы, безусловно, не "почувствовали" бы, что время движется по-другому.

У вас не возникло бы мысли, что пока вы скользите за горизонт событий чёрной дыры (который вы, вероятно, даже не заметили бы), снаружи чёрной дыры проходят тысячи лет.

Как вы выясните в следующей секции, некоторые верят, что чёрные дыры также могут фактически предоставить средства для более впечатляющих форм путешествий во времени.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145439

Переводчики: ilves_ArtO