211service.com
Ville du virkelig ældes langsommere på et rumskib tæt på lysets hastighed?
Rejser i høj hastighed. Craig Cormack / Flickr
Hver uge sender læserne af vores rumnyhedsbrev, The Airlock , deres spørgsmål, som rumreporteren Neel V. Patel kan svare på. Denne uge: tidsudvidelse under rumrejser.
Jeg hørte, at tidsudvidelse påvirker højhastigheds-rumrejser, og jeg undrer mig over omfanget af denne påvirkning. Hvis vi skulle starte en rundtursflyvning til en nærliggende exoplanet – lad os sige 10 eller 50 lysår væk – hvordan ville det påvirke tiden for mennesker på rumskibet kontra mennesker på Jorden? Da rumrejsende kom tilbage, vil de så være meget yngre eller ældre i forhold til mennesker, der blev på Jorden? - Serge
Tidsudvidelse er et koncept, der dukker op i masser af sci-fi, inklusive Orson Scott Cards Enders spil , hvor en karakter kun ældes otte år i rummet, mens der går 50 år på Jorden. Dette er netop det scenarie, der er skitseret i det berømte tankeeksperiment Tvilling paradoks : en astronaut med en identisk tvilling ved missionskontrol tager en rejse ud i rummet på en højhastighedsraket og vender hjem for at opdage, at tvillingen er blevet hurtigere ældre.
Tidsudvidelse går tilbage til Einsteins teori om særlige relativitetsteori, som lærer os, at bevægelse gennem rummet faktisk skaber ændringer i tidens flow. Jo hurtigere du bevæger dig gennem de tre dimensioner, der definerer det fysiske rum, jo langsommere bevæger du dig gennem den fjerde dimension, tiden – i det mindste i forhold til et andet objekt. Tiden måles forskelligt for tvillingen, der bevægede sig gennem rummet, og tvillingen, der blev på Jorden. Uret i bevægelse vil tikke langsommere end de ure, vi ser på Jorden. Hvis du er i stand til at rejse tæt på lysets hastighed, er effekterne meget mere udtalte.
I modsætning til tvillingeparadokset er tidsudvidelse ikke et tankeeksperiment eller et hypotetisk koncept – det er ægte. Det 1971 Hafele-Keating eksperimenter bevist det samme, da to atomure blev fløjet på fly, der rejste i modsatte retninger. Den relative bevægelse havde faktisk en målbar effekt og skabte en tidsforskel mellem de to ure. Dette er også blevet bekræftet i andre fysikeksperimenter (f.eks. hurtigt bevægende myonpartikler tage længere tid at forfalde ).
Så i dit spørgsmål, en astronaut, der vender tilbage fra en rumrejse med relativistiske hastigheder (hvor virkningerne af relativitet begynder at manifestere sig - generelt i det mindste en tiendedel af lysets hastighed ) ville ved tilbagekomst være yngre end jævnaldrende venner og familie, der blev på Jorden. Præcis hvor meget yngre afhænger af præcis, hvor hurtigt rumfartøjet havde bevæget sig og accelereret, så det er ikke noget, vi uden videre kan svare på. Men hvis du forsøger at nå en exoplanet 10 til 50 lysår væk og stadig nå hjem, før du selv dør af alderdom, skal du bevæge dig tæt på lysets hastighed.
Der er en anden rynke her, der er værd at nævne: tidsudvidelse som følge af gravitationseffekter. Du har måske set Christopher Nolans film Interstellar , hvor den tætte nærhed af et sort hul får tiden på en anden planet til at bremse voldsomt (en time på den planet er syv jordår).
Denne form for tidsudvidelse er også reel, og det skyldes, at i Einsteins generelle relativitetsteori kan tyngdekraften bøje rumtiden, og derfor tiden selv. Jo tættere uret er på tyngdekilden, jo langsommere går tiden; jo længere væk uret er fra tyngdekraften, jo hurtigere går tiden. (Vi kan gemme detaljerne i denne forklaring til en fremtidig luftsluse.)