HVA ER TIDSUTVIDELSE?

Send

Et av de mest interessante temaene innen vitenskapen er begrepet generell relativitet. Du vet, denne ideen om at rare ting skjer når du nær lysets hastighet. Det er rare endringer i lengden på ting, bisarre skifting av bølgelengder. Og mest forvirrende av alt, det er begrepet dilatasjon: hvordan du bokstavelig talt kan oppleve mer eller mindre tid basert på hvor raskt du reiser sammenlignet med noen andre.

Og enda fremmed enn det? Som vi så i filmen Interstellar, kan bare det å tilbringe tid i nærheten av et veldig massivt objekt, som et svart hull, forårsake de samme relativistiske effektene. Fordi masse og akselerasjon er på samme måte?

Ærlig talt, det er nok til å gi deg en massiv hodepine.

Men bare fordi jeg synes konseptet forbløffende, kommer jeg fortsatt til å fortsette å kutte bort, prøve å forstå mer om det og hjelpe deg med å pakke hjernen din rundt det også. For min egen fordel, til din fordel, men mest til min fordel.

Det er en stor anekdote i fysikkens historie - det er sannsynligvis ikke det som faktisk skjedde, men jeg elsker det fortsatt.

En av de mest berømte astronomene i det 20. århundre var Sir Arthur Eddington, spilt av en forbløffende David Tennant i 2008-filmen, Einstein og Eddington. Hvilket, bør du virkelig se, hvis du ikke allerede har gjort det.

Så uansett hadde Doctor Who, jeg mener Eddington, funnet ut hvordan stjerner genererer energi (gjennom fusjon) og personlig bekreftet at Einsteins forutsigelser om generell relativitet var korrekte da han observerte en total solformørkelse i 1919.

Tydeligvis under et foredrag av Sir Arthur Eddington, spurte noen: "Professor Eddington, du må være en av de tre menneskene i verden som forstår generell relativitet." Han gikk et øyeblikk på pause og sa da, "ja, men jeg prøver å tenke på hvem den tredje personen er."

Det er definitivt ikke meg, men jeg kjenner noen som har tak i General Relativity, og det er Dr. Brian Koberlein, en astrofysikkprofessor ved Rochester Institute of Technology. Han dekker dette emnet hele tiden på bloggen sin, One Universe At A Time, som du absolutt bør besøke og lese på briankoberlein.com.

Faktisk, for å demonstrere hvordan dette fungerer, har Brian beleilig presset RIT-kontoret til nesten lett fart, og skader mot oss akkurat nå.

Dr. Brian Koberlein:
Hei Fraser, takk for at du har meg. Hvis du kan henge på ett sekund, må jeg bare redusere farten.

Fraser Kain:
Hva skjedde nettopp der? Hvorfor ble dere alle redusert?

Brian:
Det er faktisk en interessant effekt kjent som tidsutvidelse. En av tingene med lys er at uansett hvilken referanseramme du er i, uansett hvordan du beveger deg gjennom universet, så vil du alltid måle lysets hastighet i et vakuum for å være den samme. Rundt 300 000 kilometer i sekundet.

Og for å gjøre det, hvis du beveger deg relativt til meg, eller hvis jeg beveger meg i forhold til deg, må referansene våre for tid og rom skiftes for å holde lysets hastighet konstant. Når jeg beveger meg raskere bort fra deg, må tiden min ifølge deg se ut til å avta. På samme side vil tiden din se ut til å avta i forhold til meg.

Og den tidsutvidelseseffekten er nødvendig for å holde lysets hastighet konstant.

Fraser:
Skjer dette bare når du flytter?

Brian:
Tidsdilatasjon forekommer ikke bare på grunn av relativ bevegelse, det kan også oppstå på grunn av tyngdekraften. Einsteins relativitetsteori sier at tyngdekraften er en egenskap av skjevhet av rom og tid. Så når du har en masse som Jorden, fordreier den faktisk rom og tid.

Hvis du står på jorden, ser det ut til at tiden din beveger seg litt saktere enn noen opp i verdensrommet, på grunn av tyngdekraften.

Nå, for Jorden, betyr det ikke så mye, men for noe som et svart hull, kan det gjøre mye. Når du kommer nærmere og nærmere et svart hull, vil tiden din se ut til å avta mer og mer og mer.

Fraser:
Hva vil dette bety for romfart?

Brian:
I science fiction mange ganger vil du se ideen om at en rakett beveger seg veldig nær lysets hastighet, og bruker tidsutvidelse til å reise til fjerne stjerner.

Men du kan faktisk gjøre det samme med tyngdekraften. Hvis du hadde et svart hull som skulle ut til en annen stjerne eller en annen galakse, kan du faktisk ta romskipet ditt og gå i bane rundt det sorte hullet. Og tiden din ser ut til å avta. Mens du går i bane rundt det sorte hullet, vil det sorte hullet ta sin tid å komme til en annen stjerne eller en annen galakse, og for deg vil det virke veldig raskt.

Så det er en annen måte du kan bruke tidsutvidelse til å reise til stjernene, i alle fall i science fiction.

Fraser:
Greit Brian, jeg har et siste spørsmål til deg. Hvis du blir mer massiv når du kommer nærmere lysets hastighet, kan du da få så mye masse at du blir til et svart hull? Jeg vil at du skal svare på dette spørsmålet i form av et blogginnlegg på briankoberlein.com og på Google+-innlegget vi skal lenke til her.

Brian:
Takk Fraser, jeg får svaret på nettstedet mitt.

Nok en gang besøkte vi det forvirrende riket for tidsutvidelse og returnerte relativt uskadd. Det betyr ikke at jeg forstår det bedre, men jeg håper du gjør det. Nok en gang, en stor takk til Dr. Koberlein for at han tok noen minutter ut av sin relativistiske reise for å svare på spørsmålene våre. Sørg for at du besøker bloggen hans og leser svaret på spørsmålet mitt.