До Альберта Айнштайна вважалося, що час та простір — непорушні, чітко окреслені явища. Тобто, часові інтервали й просторові відстані між подіями однакові для всіх спостерігачів.
Айнштайн з’ясував, що це не зовсім так. Багато що залежить від відносного руху тих, хто спостерігає.
Припустимо, астронавту Райленду Ґрейсу з фільму « Проєкт Аве Марія», коли його ввели в анабіоз і відправили до сонцеподібної зорі Тау Кита, було 35 років. Через десятиріччя він прокинувся сорокап’ятирічним чоловіком. Але його ровесникам на Землі виповнилося орієнтовно 58 років.
І Райленд, і співробітниця Європейського космічного агентства Єва Стратт, яка відправила його в космос, відчували дві секунди як дві секунди, хвилину як хвилину. Звідки тоді взялася різниця?
Час — не стала величина, а «гумка», яку може розтягувати швидкість. Що швидше об’єкт рухається у просторі, то повільніше для нього минає час відносно інших спостерігачів. Райленд не відчував цього сповільнення, бо його серце билося повільніше, електричні сигнали надходили в мозок повільніше. Сповільнилося все, і він став частиною цієї сповільненості.
«Порівняно з тим, хто залишається на Землі, для астронавта, який подорожує зі швидкість, близькою до швидкості світла, час сповільнюється (стрілки годинника пересуваються повільніше), простір стискається (довжина рухомого тіла скорочується), а маса рухомого тіла збільшується», — пише Манжит Кумар у «Кванті».
Це пояснює спеціальна теорія Альберта Айнштайна, через десять років після створення якої він оприлюднив загальну теорію відносності. Вона враховувала прискорення в контексті гравітації.
Ісаак Ньютон вважав, що сила тяжіння між двома тілами, як-от Сонце й Земля, «прямо пропорційна добутку їхніх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між центрами мас цих тіл». За відсутності контакту між цими масами він розумів гравітацію як таємничу силу, що діє на відстані.
Айнштайн довів: гравітація — це викривлення простору-часу під дією великої маси. Саме тому Земля рухається навколо Сонця. Найпростіший приклад: якщо натягнути полотно батута і всередину покласти важку кулю, вона продавить тканину. Будь-які менші об’єкти, запущені по колу, не просто «падатимуть» в центр, а скочуватимуться по викривленій траєкторії навколо центру.
«У листопаді 1915-го Айнштайн перевірив загальну теорію відносності, застосувавши її до однієї особливості орбіти Меркурія, яку не можна було пояснити за допомогою теорії гравітації Ньютона. Мандруючи навколо Сонця, Меркурій не рухається тією самою орбітою. Астрономи провели точні вимірювання, які показали, що орбіта планети дещо зміщується на кожному витку. Айнштайн обчислив цей зсув орбіти за допомогою загальної теорії відносності. Побачивши, що отриманий результат збігається з наявними даними в межах похибки, Айнштайн відчув, як у нього затріпотіло серце, а всередині немов щось обірвалося. «Це незрівнянно прекрасна теорія», — написав він».
Загальна теорія відносності не скасувала спеціальну, а поглинула її. І обома ми сьогодні послуговуємося.
Супутники GPS рухаються на орбіті дуже швидко, тому час для них уповільнюється — діє спеціальна теорія відносності. Годинники супутників відстають від наших на 7 мікросекунд на добу. Водночас вони перебувають від Землі на висоті близько 20 тис. км, де гравітація слабшає, тож час для них прискорюється на 45 мікросекунд на добу — діє загальна теорія відносності. «Бонусні» 38 мікросекунд різниці враховують у роботі системи GPS, бо інакше вже за першу добу навігатори помилялися б на понад 10 кілометрів.
Якщо вам цікаво дізнатися більше про відкриття не лише Альберта Айнштайна, а й інших видатних фізиків першої половини XX століття, які зруйнували класичну фізику, читайте «Квант» Манжита Кумара.
Пошук на сайті
