Где время течет быстрее чем на земле

Разница во времени на Земле и в космосе

В 20 в. было доказано, почему отличается время в космосе и на Земле. Разница создается благодаря действию гравитационного поля.

До научных открытий, совершенных ученым Альбертом Эйнштейном, время считалось неизменной величиной. Люди думали, что оно всегда и везде протекает одинаково.

Все изменила Общая теория относительности — согласно данному научному труду, пространство и время связаны друг с другом, а минуты и секунды отсчитываются неодинаково для тел движущихся и находящихся в состоянии покоя.

Важность теории Эйнштейна

Вначале Эйнштейн назвал свою работу «К электродинамике движущихся тел». Теорией относительности она стала позже — когда научный мир, ознакомившийся с ней, сделал выводы, касающиеся «относительного» положения тел в пространстве.

Так, человек, находящийся на борту судна, к примеру на его палубе, бросающий камень по направлению к носовой части, не заметит разницы для себя, если корабль плывет или остается неподвижным. Объясняется феномен тем, что по отношению к кораблю местоположение человека всегда остается неизменным.

Основные выводы

Существует 2 основополагающих принципа, вытекающих из Общей теории относительности:

Благодаря релятивистскому замедлению времени для движущихся с ненулевой скоростью объектов любые физические процессы в нем происходят не так быстро, как в статическом положении.

Практический пример

Существует доказательство того, что для человека, летящего самолетом, время течет медленнее, чем для людей, которые находятся на Земле в состоянии покоя. Но этой разницы никто не почувствует, ведь она составит не более миллиардной доли секунды.

Ситуация меняется, когда скорость движущегося объекта многократно увеличивается.

Так, ракета, летящая со скоростью света, способна за 1 год преодолеть расстояние, составляющее 100 и более лет по земным меркам. Для самого космонавта, находящегося внутри такой ракеты, минутные стрелки двигались бы так же, как и всегда, — замедление заметили бы только земляне, каким-либо образом увидевшие часы, установленные в кабине корабля.

С другой стороны, космонавт, в этот момент посмотревший из иллюминатора на Землю и увидевший на ее поверхности часы, обратил бы внимание на их замедленный ход.

Несмотря на это, в действительности замедление возникает только у космонавта. Это связано с большой скоростью летящей ракеты и тем, что точки отсчета для корабля и планеты остаются неравноправными, ведь Земля постепенно передвигается по прямой траектории, а летательный аппарат перемещается с ускорением.

Искривление пространства и времени как причина относительности

Любой физический предмет, обладающий ненулевым весом, изменяет вокруг себя пространственно-временные показатели.

Рядом с таким небольшим объектом, как яблоко, искривление минимально, а явные изменения происходят только в пространстве, окружающем массивные тела.

Земля своей массой создает гравитационное поле такой силы, что для объектов, находящихся на земной орбите, время проходит медленнее, чем на поверхности планеты.

Наличие временного несоответствия было выявлено при отправке сообщений со спутников на Землю.

Ощутимое пространственно-временное искривление возникает вблизи любых массивных тел — планет, звезд. Это было доказано опытным путем.

Свет квазара, расположенного неподалеку от мощной черной дыры, искривляется, время в той области также замедляется.

Это видно по тем пятнам, которые проявляются для земного наблюдателя через неравные временные периоды.

Уничтожение стереотипов

Из всего вышесказанного можно сделать вывод: время в космосе протекает по-разному.

Рядом с крупными объектами оно идет медленнее, а вдали от них, в пространстве без звезд и черных дыр, — быстрее.

Все это в корне рушит стереотип, согласно которому время представляется константой, некой постоянной величиной.

Интересные факты

Согласно теории относительности, любой предмет, на который действует гравитация, падает прямолинейно и равномерно.

Мяч, по которому ударили, движется не по дугообразной, а по прямой траектории. Он летит вверх и падает обратно на Землю из-за пространственно-временного искривления, поскольку траектории подброшенного предмета и планеты в установленный момент сходятся в 1 точке.

Атомные часы на Земле и в космосе

Чтобы доказать, что время на орбите проходит медленнее, чем на земной поверхности — достаточно выдать космонавту, готовящемуся к полету в космос, атомные часы и в точности такие же оставить на Земле.

Если сверить время на часах космонавта, вернувшегося с МКС с местным временем, окажется, что они отстают. Это означает, что космическое время на станции проходило медленнее.

Источник

Атомные часы на Земле и в космосе

Научный мир облетела сенсация – из нашей Вселенной испаряется время. Пока это только гипотеза испанских астрофизиков. Но то, что течение времени на Земле и в космосе отличается, учеными уже доказано. Время под воздействием гравитации течет медленнее, ускоряясь при удалении от планеты. Задачу синхронизировать земное и космическое время выполняют водородные стандарты частоты, которые еще называют «атомными часами». Первые атомные часы появились в середине XX века одновременно с космонавтикой. Сегодня их главные потребители – навигация и цифровая связь.

В космосе и на Земле время течёт по-разному. Как утверждают ученые, из-за гравитации. Чем она сильнее, тем медленнее будет идти время. Например, на МКС, которая вращается вокруг Земли на низкой орбите, время на доли секунды течет быстрее, чем на планете. Еще быстрее ход времени у спутников, работающих на высоких геостационарных орбитах.

«Изменение течения времени на станции мы не ощущаем. Потому что летаем мы не на больших высотах и не так далеко от Земли, всего лишь 400-420 километров. И, конечно, если эти изменения есть на какие-то миллисекунды, мы этого никогда не почувствуем», — рассказал космонавт-испытатель отряда космонавтов Роскосмоса Сергей Рязанский.

По теории относительности Вселенная расширяется с ускорением, которое ей придает таинственная «тёмная энергия». Точного определения этому загадочному явлению пока нет. Но есть мнение, что это связано с процессом замедления времени, которое мы воспринимаем как расширение Вселенной.

По словам ведущего научного сотрудника ГАИШ Сергея Попова, время течет по-разному в разных гравитационных полях. Чем ближе к центру Земли, тем больше величина гравитационного поля. Соответственно, на поверхности Солнца время течет не так, как на расстоянии 10 миллионов километров от его поверхности.

С помощью водородных стандартов частоты, которые еще называют «атомными часами», учёные изучают воздействие гравитации. Установленные на космических аппаратах они приводят земное и космическое время к единому знаменателю, то есть синхронизируют.
«Сейчас только у ленивого нет мобильного телефона, но никто не задумывается над тем, чтобы он работал, станции, которые образуют сеть, должны быть жестко синхронизированы по времени. Речь идет о миллионных долях секунды», — отметил начальник лаборатории системы эталонов ВНИИФТРИ Николай Кошеляевский.

Атомному времени столько же лет, сколько и космонавтике. Первые атомные часы появились в середине XX века. Сегодня его главные потребители – навигация и цифровая связь. Водородными стандартами частоты оснащены все спутники ГЛОНАСС. «Оно пронизало всю инфраструктуру, весь транспорт, все системы связи, синхронизации», — подчеркивает Кошеляевский.

Российский эталон точного времени «хранится» в Подмосковье. В научном институте физико-технических и радиотехнических измерений. В мире таких атомных часов 450. Они задают международный стандарт времени.

Сегодня в мире монополисты на точное время две страны – Россия и США. Но если в Америке атомные часы на основе цезия, радиоактивного металла, то в России – на основе водорода, элемента более безопасного и долговечного. Большая часть этих приборов рождается в Нижнем Новгороде. В год здесь выпускают до 20 атомных часов.

У них нет циферблата и стрелок. Этот прибор напоминает железную бочку с проводами. Внутри которой самые передовые технологии – высокоточная радиоизмерительная аппаратура с атомным стандартом. «Атом водорода получается в источнике водорода. Затем поступает молекулярный водород, подается высокочастотное поле и получается низкомолекулярная плазма. Где молекула водорода разваливается на два атома», — рассказал начальник отделения стандартов и эталонов частоты предприятия «Время Ч» Николай Демидов.

Сердце атомного стандарта – специальный источник, в котором хранится водород. Воздействуя на атомы водорода с помощью электромагнитного поля, получают сигнал. Это видно по ярко-малиновому свечению. Затем водород попадает в кварцевую колбу и излучает квант радиоволны.

Материалы, из которых сделаны атомные часы, включают десятки наименований: железо, серебро и кварц, алюминий и кремний. Такой набор не случаен: все материалы уникальны по природным свойствам и каждый играет свою роль. Совершенно удивительным свойством обладает никель. По словам начальника отделения предприятия «Время Ч», «если никелевую тоненькую пластинку нагреть, то, оказывается, сквозь нее прекрасно проходит водород. И никакие другие газы».

Все детали часов тщательно проверяют, ведь не каждый металл выдержит условия вакуума и космической радиации. Надежность приборов рассчитывают с помощью математических моделей.

Перед сборкой все детали атомных часов проходят многоступенчатую обработку. Сначала металл очищают от грязи, щелочи и жира. Для атомного стандарта высочайшие требования стерильности. Затем температурные испытания от минус 50 до плюс 50. Потом установленный на платформу прибор тестируют в условиях вакуума.

Несколько лет назад нижегородцы выполнили заказ Астрокосмического центра Академии наук. И теперь водородные стандарты частоты работают на спутнике «Спектр-Р2 с телескопом «Радиоастрон». Он уже четыре года изучает в режиме интерферометра «темную энергию» и материю Вселенной.

«Впервые активный стандарт частоты успешно работает в космосе на протяжении уже почти 4-х лет, собственно, благодаря тому, что мы запустили такие точные часы в космос, стабильность их находится на уровне 10-14 секунды или по-человечески они уходят на одну секунду за много миллионов лет», рассказал руководитель научной программы «Радиоастрон» Юрий Ковалёв.

Такой же прибор будет установлен и на аппарате Роскосмоса «Спектр-М» с российским космическим телескопом «Миллиметрон». Главное отличие от «Радиоастрона» – новая космическая обсерватория будет работать в другом диапазоне волн.

«Миллиметрон» увидит, как формируются звезды и экзопланеты. И самое главное – заглянет за краешек черной дыры в центре нашей галактики. Именно там, по мнению ученых, из-за чудовищной силы гравитации время почти останавливается.

Источник

Как идет время в космосе?

На протяжении тысячелетий даже предположение о том, что в различных местах время может идти по-разному, не рассматривалось всерьез. Люди были уверены, что ход времени — это константа. Все изменилось в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн представил миру Специальную теорию относительности, а позже – в 1915 году – Общую теорию относительности, перевернув мировую физику с ног на голову.

Не углубляясь в сложные вычисления и формулы, мы вспомним основные постулаты теорий Эйнштейна, касающихся свойств пространства-времени (а пространство и время, по Теории относительности неотделимы друг от друга). В данном случае нас интересуют два вывода теории: пространство-время искривляется под воздействием гравитационных полей, а у любого движущегося объекта можно наблюдать эффект, называемый релятивистским замедлением времени. Получается, в движущемся с ненулевой скоростью теле все физические процессы будут идти медленнее, чем, если бы это тело покоилось. То есть если вы, например, летите в самолете, а ваш друг остался дома, то ваше время станет идти медленнее. Конечно, на практике ни вы, ни ваш друг разницы не почувствуете: ведь она составит миллиардные доли секунды.

Но если разогнаться до скорости значительно большей, чем скорость самолета, то разница во времени для вас и вашего друга будет намного большей. Один год на космической ракете, летящей с околосветовой скоростью, может быть равен нескольким сотням земных лет.

Но что, если речь идет о более массивных объектах, например, о нашей Земле? Действительно, ее массы достаточно, чтобы искривлять вокруг себя пространство-время так сильно, что мы можем увидеть данную разницу, используя современные приборы. Чем ближе к массивному телу — тем сильнее его гравитационное влияние, а значит, медленнее идет время. Данное утверждение было проверено в ходе множества экспериментов, а временные сдвиги учитываются при передачах информации между Землей и спутниками связи.

Данная фотография — прямое доказательство искривления пространства-времени вблизи массивных объектов. На фотографии — изображение одного квазара. Его свет, искривляется пространством вблизи массивной черной дыры (посередине) и доходит до нас в виде четырех отдельных пятен. Время рядом с черной дырой будет сильно замедлено.

Это интересно: на самом деле, вы можете проверить это сами в любой момент. Одним из выводов Теории относительности является то, что в гравитационном поле свободно падающее тело движется равномерно и прямолинейно. Ударьте по футбольному мячу – сначала он полетит вверх, а затем, упадет вниз – на Землю. На самом деле траектория мяча – абсолютно прямая, а падает он на поверхность из-за искривления пространства-времени: в какой-то момент траектории Земли и мяча пересекутся.

Это интересно: теперь мы точно можем сказать, что на орбите Земли время должно идти быстрее, чем на поверхности — ведь мы находимся на большем удалении от массивного объекта, т.е. нашей планеты. Для подтверждения выдадим абсолютно синхронно идущие атомные часы космонавту и вам, сверив их перед запуском ракеты. Куда же отправить космонавта? Конечно же, на МКС — международную космическую станцию. Представим, что прожив целый год на орбите и, вернувшись домой, космонавт первым делом не прошел медицинские проверки и не повидался с семьей, а сверил время с вашими атомными часами. С удивлением вы обнаружите, что часы космонавта… отстают — его время шло медленнее! Как такое возможно: ведь он находился на большем расстоянии от массивного объекта, чем мы? Чтобы узнать, почему время на МКС идет медленнее земного и насколько именно, читайте здесь.

Источник

Где время идет быстрее, когда оно закончится и кто живет в прошлом

Время было запущено примерно 13,8 миллиардов лет назад. По крайне мере физики-теоретики, в число которых входил Альберт Эйнштейн, полагали, что время взяло свое начало в момент Большого взрыва. Стивен Хокинг на лекциях о происхождении времени говорил, что до Большого взрыва вся материя вселенной была сжата, а ее плотность стремилась к бесконечности. Эта невероятно плотная точка называется сингулярностью, до которой не было вообще ничего.

В классической физике время считается абсолютным. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Ньютон утверждал, что все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может. С одной стороны все так. Но теория относительности утверждает, что течение времени зависит от скорости движения. Другими словами, за час езды на метро вы постареете меньше, чем сидя дома в кресле.

Еще один забавный факт, подтверждающий, что время пластично, подтвердили физики-практики. Источник гравитации воздействует на эту фундаментальную величину: глубоко под землей течение времени проходит медленнее, чем на вершине горы. Про этот эффект гравитационного замедления говорил еще Эйнштейн в 1907 году, однако подтвердить его теорию удалось только с появлением сверхточной аппаратуры. Вы этого никогда не почувствуете, но человек, живущий на 17-м этаже, стареет быстрее своих соседей снизу. И это не шутка: в работу околоземной аппаратуры всегда вводят поправки на искривление времени.

На сегодня самые точные атомные часы находятся в Университете Колорадо. Они определяют одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Часы настолько точны, что отстают всего на одну секунду за пять миллиардов лет. И они способны фиксировать эффект гравитационного замедления при изменении высоты на несколько десятков сантиметров.

С гравитацией связано еще одно изменение текущего времени. По мере вращения Луна воздействует на Землю, замедляя ее. В далеком прошлом вращение нашей планеты было настолько быстрым, что сутки продолжались не более 2-3 часов, а Луна успевала облететь Землю всего за пять часов. Процесс замедления продолжается и по сей день: за сто лет сутки прибавляют 0,002 секунды. Теоретически, наступит момент, когда время на нашей планете остановится, но наши потомки этого не застанут, так как разрастающееся Солнце поглотит Землю куда быстрее.

Кстати, если вы думаете, что в минуте всегда ровно 60 секунд, то спешим вас разочаровать. Существует так называемая секунда координации, ее еще называют «скачущей» и «високосной» секундой. Ее периодически добавляют либо в конце 30 июня, либо 31 декабря ко всемирному координированному времени (UTC) для его согласования со со средним солнечным (UT1). Делают это так, чтобы время UTC не отличалось от UT1 более, чем на ±0,9 секунды. Считается, что в такие дни после времени 23:59:59 идет 23:59:60. Вследствие увеличения продолжительности суток из-за ослабевающего влияния гравитации Луны на Землю, в будущем дополнительные секунды надо будет вводить все чаще и чаще, в каждом следующем веке надо будет вводить примерно на 64 секунды больше, чем в предыдущем. Так, в 22 веке надо будет вводить уже по две секунды в год, а через 2000 лет делать тоже самое примерно раз в месяц. Через 200 000 000 лет сутки будут длиться 25 часов.

И напоследок еще один интересный факт. Всем известно утверждение, что догнать будущее невозможно, оно всегда будет на шаг впереди от вас, это как прыгать выше головы — нереально. Но вам придется смириться и с тем, что в данную минуту, секунду текущего момента времени вы находитесь в прошлом. Это связано с тем, что наш мозг обрабатывает события с опозданием. Нейробиолог Дэвид Иглмэн выяснил, что задержка синхронизации нашего мозга с реальностью занимает 80 миллисекунд. А еще в экстремальных ситуациях и при стрессе время для нашего мозга замедляется: он фиксирует в разы больше информации, чем в спокойном состоянии. Это своего рода режим slow motion как у камеры вашего смартфона, в котором записывается видео с вдвое большей частотой кадров.

Источник

Время эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?

Гравитация, как мы знаем сегодня, обладает способностью искривлять пространство и время. Как утверждал Эйнштейн в Общей теории относительности (ОТО), время, по мере приближения к Земле, идет медленнее. Это происходит из-за того, что гравитация большой массы, например, такой как наша планета, искривляет пространство и время вокруг нее. Этот эффект называется «эффектом замедления времени» и он проявляется даже на малых уровнях. Однако за пределами физических законов мы воспринимаем время иначе, точнее, искаженно. Так, если поместить одни часы на вершине горы, а другие оставить на пляже, то в конце-концов вы увидите, что все часы показывают разное время. Ученые впервые наблюдали эффект замедления времени в космическом масштабе, когда звезда проходила рядом с черной дырой. Затем тот же эффект был зафиксирован в меньших масштабах – исследователи использовали пару чрезвычайно точных атомных часовых механизмов, причем одни часы были расположены на 33 сантиметра выше, чем другие. Результаты показали, что время снова замедлилось на часах, расположенных ближе к Земле.

Время неоднородно: оно течет с разной скоростью в зависимости от того, где вы находитесь и с какой скоростью двигаетесь.

Атомные часы – прибор для измерения времени. В качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул.

Эффект замедления времени

Замедление времени восходит к Специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, согласно которой движение в пространстве на самом деле создает изменения в течении времени. Чем быстрее вы движетесь через три измерения, которые определяют физическое пространство, тем медленнее вы движетесь через четвертое измерение – время, по крайней мере, относительно другого объекта. Так, часы в движении будут тикать медленнее, чем часы на земле. Если двигаться со скоростью, близкой к скорости света, эффект будет гораздо более выраженным.

Важно понимать, что замедление времени – это не мысленный эксперимент или гипотетическая концепция, а реальность. Это доказали эксперименты Хафеле-Китинга, проведенные в 1971 году, когда на самолетах, летящих в противоположных направлениях, были установлены два атомных часовых механизма. Относительное движение на самом деле оказало измеримое воздействие и создало разницу во времени между двумя часами. Это также было подтверждено в других физических экспериментах.

Почему мы помним прошлое, а не будущее?

Но есть еще одна примечательная деталь: замедление времени в результате гравитационных эффектов. Возможно, вы видели фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», где близость черной дыры заставляет время на другой планете чрезвычайно замедляться (один час на этой планете равен семи земным годам). Эта форма замедления времени также реальна. Все дело в Общей теории относительности Эйнштейна, о чем написано в начале статьи – гравитация может искривлять пространство-время, а следовательно, и само время. А значит, абсолютного времени не существует.

Чем ближе часы к источнику гравитации, тем медленнее проходит время; чем дальше часы от источника гравитации, тем быстрее будет идти время.

Выходит, для всех часов в мире и для каждого из нас время течет немного по-разному. Но даже если время течет с постоянно меняющимися скоростями по всей Вселенной, время все равно течет в каком-то объективном смысле, верно? Или нет?

Физика без времени

В своей книге «Порядок времени» итальянский физик-теоретик Карло Ровелли предположил, что наше восприятие времени — наше ощущение, что время вечно течет вперед – может быть в высшей степени субъективной проекцией. В конце-концов, когда вы смотрите на реальность в наименьшем масштабе (используя уравнения квантовой гравитации, например), время исчезает.

Итак, почему мы воспринимаем время как движение вперед? Ровелли отмечает, что, хотя время исчезает в чрезвычайно малых масштабах, мы наблюдаем энтропию: порядок превращается в беспорядок; яйцо разбивается и становится яичницей. Ровелли пишет, что ключевые аспекты времени описаны во втором законе термодинамики, который гласит, что тепло всегда переходит от горячего к холодному, как улица с односторонним движением. Например, кубик льда тает в чашке горячего чая, а не наоборот. Ровелли предполагает, что подобный феномен может объяснить, почему мы способны воспринимать только прошлое, а не будущее.

«Каждый раз, когда будущее определенно отличается от прошлого, возникает что-то вроде тепла», — писал Ровелли в статье для Financial Times.

Термодинамика прослеживает направление времени к чему-то, называемому «низкой энтропией прошлого», все еще загадочному явлению, о котором бушуют дискуссии.» «Рост энтропии ориентирует время и допускает существование следов прошлого, а они допускают возможность воспоминаний, которые скрепляют наше чувство идентичности. Я подозреваю, что то, что мы называем «течением» времени, следует понимать, изучая структуру нашего мозга, а не изучая физику: эволюция превратила наш мозг в машину, которая питается памятью, чтобы предвидеть будущее. Вот к чему мы прислушиваемся, когда прислушиваемся к течению времени. Таким образом, понимание «течения» времени может иметь большее отношение к нейробиологии, чем к фундаментальной физике. Поиск объяснения ощущения потока в физике может оказаться ошибкой.

Ученым еще многое предстоит узнать о том, как мы воспринимаем время и почему оно действует по-разному в зависимости от масштаба. Но несомненно то, что за пределами физики наше индивидуальное восприятие времени также удивительно эластично.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области физики, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

​Странная субъективность времени

На вершине горы время движется иначе, чем на пляже. Но чтобы испытать искажение восприятия времени, не нужно отправляться в горы или на море. Так, в моменты сильного страха мозг выделяет большое количество адреналина, который ускоряет внутренние часы, заставляя воспринимать внешний мир как движущийся очень медленно.

Ровелли отмечает, для работы в области квантовой гравитации придется столкнуться с вопросами о природе времени.

Еще одно распространенное искажение возникает, когда мы фокусируем свое внимание определенным образом. Как отмечает Аарон Сакетт, адъюнкт-профессор маркетинга в Университете Сент-Томаса в интервью Gizmodo, если вы думаете о том, как в настоящее время проходит время, самым главным фактором, влияющим на ваше восприятие времени, является внимание.

Чем больше внимания вы уделяете течению времени, тем медленнее оно течет.

Когда вы отвлекаетесь от течения времени – возможно, от чего—то интересного, происходящего поблизости, вы с большей вероятностью теряете счет времени. Создается стойкое ощущение, что оно ускользает быстрее, чем раньше. Известная поговорка гласит: «Время летит, когда тебе весело», но реальность больше похожа на «время летит, когда ты думаешь о других вещах».

В свою очередь Ровелли считает, что то, что мы называем временем – это богатая, стратифицированная концепция, имеющая множество слоев. Некоторые слои времени применимы только в ограниченных масштабах в ограниченных областях, но это не делает их иллюзиями.Иллюзией является представление о том, что время течет с абсолютной скоростью. Река времени может течь вечно вперед, но она движется с разной скоростью, между людьми и даже внутри вашего собственного разума.

Источник