Разница времени в космосе и на Земле

Физические наблюдения и опыты показывают, что существует разница во времени на Земле и в Космосе. Она доказана учеными опытным путем. На течение времени воздействует всемирное тяготение и скорость движения космического объекта. В статье читатель узнает, как и чем отличается время в Космосе и на Земле.

Время в космосе и на Земле разница

Часто мы слышим фразу, что время в Космосе относительно. Выходит, что оно может «течь» быстрее. Но как это, спросит дотошный читатель, ведь часы идут одинаково? Все дело в теории относительности Эйнштейна. Этот выдающийся ученый предложил идею «пространства-времени», которое проходит через весь космос. Иными словами, он объединил в единое целое пространство и время.

Согласно учению, время способно деформироваться из-за влияния материи и энергии. Это значит, что оно способно замедляться или ускоряться зависимо от того, где находится человек и как быстро он перемещается. Таким образом, время на Земле и в Космосе отличается.

Земное время зависит от большого количества условий: силы тяготения на Земле, суточного и годичного обращения Земли. Для удобства измерений мы используем часы, минуты, секунды. Но вне нашей планеты законы времени «работают» совершенно иначе.

Космическое время в чем его особенности

Космическое время идет совершенно по-другому на земле и вне ее. Чтобы понимать, как течет время в Космосе, нужно узнать, что такое релятивистское и гравитационное замедление.

Главная суть гравитационного замедления в том, что недалеко от больших объектов время замедляется, поскольку сила тяготения деформирует главные физические константы. Чем мощнее притяжение, тем медленнее протекает время. В областях космического пространства, где нет звезд, такое замедление отсутствует.

Из этого можно сделать еще один вывод: время во Вселенной длится в каждом ее уголке по-разному. Недалеко от черных дыр оно замедляется, а вдали от массивных объектов наоборот, идет быстрее.

Из теории Эйнштейна вытекает, что гравитационное поле порождает искривление пространства-времени. Такое явление было подтверждено экспериментально в 50-х гг. ХХ в.

Суть же релятивистского замедления состоит в том, что на поверхности космического тела, которое перемещается с определенной скоростью время замедляется. Это можно наглядно проиллюстрировать на так называемом эффекте близнецов. Предположим, что один из близнецов летит на огромной скорости на космическом летательном аппарате. Другой же близнец остался на Земле. Когда близнец вернется домой, он постареет всего на год или на два. Но он заметит, что другой близнец постарел на десять лет, по сравнению с другим путешественником.

Приведем пример: ракета, которая летит на скорости, приближенной к скорости света, преодолеет за год расстояние, равно по земным меркам сотню и даже больше лет. Но космонавт, управляющий ракетой, увидит перемещение часовых стрелок таким, как обычно. Замедление же смогли бы увидеть люди на Земле, если бы они посмотрели на часы, находящиеся внутри космического корабля. Но космонавт, который бы взглянул на часы, находящиеся на поверхности планеты из иллюминатора, увидел бы, что они идут медленнее.

Еще один наглядный пример: считается, что для человека, который летит в самолете, время будет течь медленнее относительно человека, находящегося в покое. Разница будет неощутимой, ведь она составит миллиардную часть секунды.

Различия в определении времени

Исходя из учения об относительности, можно проанализировать, как идет время в Космосе. Во Вселенной оно протекает по-разному. Недалеко от массивных космических тел оно замедляется, а вдали от них наоборот, ускоряется. Это коренным образом отличается от устоявшегося определения в повседневной жизни о времени как о константной величине.

В физике время – это физическая величина и характеристика мира, не имеющая строгого определения. Она определяет ход всех процессов. Время в физике является абсолютным, протекающим равномерно. Согласно ньютоновской механике, каждому числу можно поставить некий момент времени. Согласно же второму закону термодинамики, время необратимо.

В специальной теории относительности время относительно, и оно является как элемент пространства-времени. Оно четырехмерно и необратимо. Общая теория описывает действие гравитационного поля на время. Чем больше космическое тело, тем более медленнее время. На горизонте событий черной дыры ход времени останавливается.

Факторы влияющие на течение времени в космосе

Любой предмет, имеющий вес, изменяет вокруг себя характеристики пространства-времени. Более ощутимое изменение происходит вокруг массивных объектов. К примеру, Земля своей силой притяжения воздействует на пространство-время, и для людей, которые находятся на орбите, время будет проходить медленнее относительно пребывающих на поверхности нашей планеты.

Важность теории Эйнштейна

Теория Эйнштейна сделала огромный переворот в науке. Она сменила собой ньютоновскую механику. Теория объясняет некоторые явления в природе. Самый примечательный из них –замедление времени под воздействием всемирного тяготения. Также учение Эйнштейна объясняет изменение массы и размеров межпланетного корабля: по мере увеличения скорости его длина будет укорачиваться, а масса – возрастать. Когда космический корабль будет лететь на скорости света, то он будет весить столько, что во Вселенной не окажется энергии, чтобы он мог лететь.

С помощью теории относительности ученые предсказали существование нейтронных звезд, черных дыр и гравитационных волн. Сегодня теория Эйнштейна подтверждается результатами простых экспериментов. Среди доказательств правильности теории можно указать:

• изменения видимых положений небесных тел недалеко нашей дневной звезды;
• измененную прецессию перигелия меркурианской орбиты;
• красное смещение световых волн под воздействием всемирного тяготения;
• деформация электромагнитных волн под воздействием массивных космических тел.

На сегодня нет ни одного убедительного свидетельства ошибочности теории относительности. Мы также можем убедиться в правильности этой теории, пользуясь навигаторами. Данные со gps-спутников приходят с точностью 20 наносек. Но на поверхности планеты и на орбите время течет иначе. И если бы этот эффект пренебрегался, то координаты, поступающие с околоземных объектов, были бы неточными и в работе навигационных систем накапливались бы ошибки.

Основные выводы

Суть теории относительности состоит в том, что все события в Космосе происходят в 4-мерной системе координат: трех – пространственных и одной – временной (пространство-время). Космические тела своей массой выкривляют пространство-время. Поэтому они движутся по деформированной траектории.

Из постулатов теории относительности можно сделать такие выводы.

1. Пространство и время едины.
2. Пространство и время воспринимаются различно зависимо от скорости перемещения тел.
3. Масса, энергия объединяются по формуле Е=mc2.
4. Когда скорость тела увеличивается, то растет и его масса. Чем тяжелее оно, тем труднее увеличить скорость. Для ускорения тела с массой, стремящейся к бесконечности требуется бесконечно большая энергия.
5. Скорость света для материальных тел невозможна.
6. Благодаря связи между энергией и материей материю можно превратить в энергию и наоборот.

Практический пример

Рассмотрим пример неравномерности течения времени на международной космической станции (МКС). Станция вращается вокруг нашей планеты по своей орбите. Из-за уменьшенной силы тяготения время ускоряется на ничтожную цифру — 0,00000354 сек. в день. Время ускоряется на спутниках, которые находятся на большей высоте. Это говорит о том, что в космосе время протекает более медленно.

Теория относительности гласит, что для тела, находящегося в движении, время «течет» медленнее. Поскольку космическая станция движется по орбите на большой скорости, время замедляется на 0,00003 сек. в день сравнительно с Землей.

Искривление пространства и времени как причина относительности

Согласно общей теории относительности, всемирное тяготение – это результат искривления космическими телами, обладающими массой пространства-времени. Исходя из постулатов учения Эйнштейна, время течет медленнее рядом с телом, имеющим массу, относительно вакуума, то есть искривляется. Точно так же свет, исходящий от квазара, недалеко от массивной черной дыры, искривляется, а время в этой области будет замедляться.

Представим пространство и время в повседневной жизни. Эти понятия нельзя перепутать: пространство отвечает на вопрос «где?», а время – на вопрос «когда». Было бы нелепым ответить на вопрос: «куда я положил газету?» как «вчера». Но с точки зрения науки, все события происходят внутри «пространства-времени», которое является единым и неразделимым.

С точки зрения теории относительности пространство-время искривляется под воздействием массы. К примеру, Солнце искривляет пространство-время и влияет на движение других космических объектов, притягивая их к себе гравитацией. На Земле же скорость времени ускоряется по мере увеличения высоты. Иными словами, на пятом этаже время течет быстрее, чем на четвертом. Этот пример наглядно показывает причину относительности и дает ответ, какая разница во времени. Отличие в протекании времени совсем небольшая, но она хорошо исчисляется современными измерительными приборами. Один из них – это атомные часы.

Атомные часы на земле и в космосе

Атомные часы наглядно демонстрируют изменение времени во Вселенной относительно Земли. Этот прибор не имеет привычных нам элементов. Часы больше подобны на металлический контейнер, внутри которого работает очень чувствительная аппаратура, настроенная на атомные величины.

Ученые не один раз проводили эксперименты с измерением времени. Атомные часы устанавливались на самолетах, научных станциях, спутниках. Результат опытов был неизменным: чем ближе к поверхности нашей планеты, тем время идет медленнее. Часы также показали, что течение времени в открытом космосе быстрее. При движении на больших скоростях часы снова показывают замедление времени.

Интересные факты

Вниманию любопытного читателя предлагаются интересные факты о времени в Космосе.

1. Согласно учению Эйнштейна, абсолютного времени нет: оно относительно в зависимости от сил, которые влияют на него.
2. Чем быстрее мы движемся, тем медленнее наши часы «тикают» относительно других.
3. Любое движение деформирует время.
4. Фотон движется со скоростью света, так как он не имеет массы покоя.
5. Благодаря учету разницы течения времени на поверхности Земли и на орбите около нашей планеты системы GPS-навигации работают слаженно. Иначе они бы не могли работать вовсе.
6. На поверхность любой материальный объект будет падать бесконечно долго.
7. Наши ноги на ничтожную долю секунды «моложе» головы.

Вопрос – ответ

Рассмотрим наиболее распространенные вопросы о космическом и земном времени.

Каким образом время в космосе отличается от времени на Земле?

В Космосе время медленнее возле массивных космических объектов и ускоряется в вакууме. Чем быстрее движется тело, тем в Космосе время идет медленнее, однако только для этого тела.

Например, 20-летний пассажир полетел на космическом корабле со скоростью около 298 тыс. км/сек. Положим, он путешествовал 5 лет. Но когда он возвратился в возрасте 25 лет, то он обнаружил, что его сверстники уже давно пенсионеры.

Можно ли вернуться из космоса молодым?

Само по себе время – это абстрактное понятие. Течение времени везде одинаковое, и в любой точке Вселенной одинаково шли бы процессы старения клеток. Теория, будто бы из космоса можно вернуться молодым, зародилась от теории относительности. При высокой скорости космического корабля время действительно замедляется. Сами же путешественники этого не заметят, так как в их системе отсчета время будет протекать с прежней скоростью.

Почему время в Космосе идет медленнее чем на Земле?

Время в космосе идет медленнее вблизи небесных тел и на их поверхности. Это объясняется усилением гравитации. Эффект замедления времени при усилении силы притяжения был предсказан А. Эйнштейном в его теории относительности. Из предсказания А. Эйнштейна в дальнейшем был сформулирован принцип: поле притяжения вызывает искривление пространства и времени.

Сильнее всего гравитация – у черных дыр. Они могут притягивать не только космические тела, но и любое электромагнитное излучение. В местах вблизи черных дыр время останавливается.

Какая связь между гравитацией и временем в космосе?

Под воздействием гравитации время замедляется. Чем ближе часы будут находиться к источнику гравитации, тем медленнее будет течь время. Опыты с атомными часами продемонстрировали, что на разных высотах они показывают разное время. В связи с различной гравитацией они регистрируют разницу времени в Космосе и на Земле.

Каково объяснение эффекта относительности в космосе?

Любое космическое тело, обладающее массой, искажает пространство-время. Так, общая теория относительности гласит, что орбиты планет являются прямыми в четырехмерном пространстве. В общей теории относительности орбиты планет являются кратчайшим путем между двумя точками пространства-времени.

Разница времени в Космосе и на Земле в том, что за пределами нашей планеты оно течет быстрее. Соотношение это будет тем больше, чем больше будет скорость движения. Разница во времени образуется от искажения пространства-времени. Все эти явления хорошо описывает теория относительности, и на сегодня учеными не обнаружено ни одного факта, способно опровергнуть учение Эйнштейна.

Интересное видео