Убакыттын салыштырмалуулугу деген эмне
Биз көп учурда убакытты абсолюттук деп эсептейбиз: Жакартадагы бир секунд Лондондогу бир секундага барабар жана каалаган саат бардык жерде бирдей "иштейт". Бирок, заманбап физика бул божомол толугу менен чындыкка дал келбестигин көрсөтүп турат. Белгилүү бир шарттарда убакыт ылдамдыкка жана тартылуу күчүнө жараша жайыраак же тезирээк "иштей" алат. Бул идея убакыттын салыштырмалуулугу деп аталат — бул Альберт Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясындагы негизги түшүнүк, ал адамдардын ааламды түшүнүү ыкмасын өзгөрткөн.
Убакыт: Абсолюттук же салыштырмалуу?
Эйнштейнге чейин физикадагы (айрыкча Ньютон физикасындагы) үстөмдүк кылган көз караш убакыт универсалдуу жана бардык байкоочулар үчүн бирдей деп эсептелген. Бул эки адам бир эле окуяны байкаса, анын канча убакытка созулганы боюнча макулдашып алышмак дегенди билдирген.
Эйнштейн бул божомолду жокко чыгарды. Ал убакытты өлчөө байкоочунун жагдайларына, тактап айтканда, байкоочунун салыштырмалуу ылдамдыгына жана байкоочу жайгашкан гравитациялык талаага көз каранды экенин көрсөттү. Башкача айтканда, бүткүл ааламга бирдей тиешелүү болгон "космостук саат" жок. Бар болгон нерсе - бул ар бир байкоочунун сааты менен өлчөнгөн убакыт, ал көп учурда өздүк убакыт деп аталат.
Атайын салыштырмалуулук теориясы: Ылдамдыктын айынан убакыт жайлайт
Убакыттын салыштырмалуулугу биринчи жолу Салыштырмалуулуктун атайын теориясында (1905) системалуу түрдө түшүндүрүлгөн. Бул теория байкоочулардын туруктуу ылдамдыкта (ылдамдабай) кыймылдаганын эске алганда колдонулат жана тартылуу күчүнө түздөн-түз тиешеси жок.
Эйнштейн эки маанилүү постулат менен баштаган:
1. Физиканын мыйзамдары түз сызык боюнча туруктуу ылдамдыкта кыймылдаган бардык байкоочулар үчүн бирдей.
2. Жарык булагы же байкоочу канчалык ылдамдыкта кыймылдабасын, вакуумдагы жарыктын ылдамдыгы бардык байкоочулар үчүн дайыма туруктуу (болжол менен 299 792 458 м/с).
Бул эки постулат таң калыштуу натыйжага алып келет: эгер жарыктын ылдамдыгы баары үчүн бирдей бойдон калышы керек болсо, анда мейкиндиктин жана убакыттын өлчөмдөрү "өзгөрүшү" керек. Эң белгилүү эффекттердин бири - убакыттын кеңейиши, мында кыймылдагы байкоочу тарабынан өлчөнгөн убакыт кыймылсыз байкоочу тарабынан өлчөнгөн убакытка караганда жайыраак өтөт.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, эгер адам жарыктын ылдамдыгына жакындап, абдан тез кыймылдаса, анын сааты кыймылсыз турган адамдын саатына караганда жайыраак чыгат. Бул эффект күнүмдүк жашоодо өтө аз, анткени биздин ылдамдыгыбыз жарыктын ылдамдыгынан алыс, бирок ал абдан жогорку ылдамдыкта маанилүү болуп калат.
Интуитивдик мисал: Эгиз парадоксу
Убакыттын салыштырмалуулугун түшүнүүнүн бир популярдуу жолу - эгиздердин парадоксу. Эки эгизди элестетип көрүңүз. Бири Жерде калат, ал эми экинчиси жарыктын ылдамдыгына жакын ылдамдыкта учкан космос кемесине отуруп, Жерге кайтып келет. Атайын салыштырмалуулук теориясына ылайык, саякаттаган эгиз аз убакытты башынан өткөрөт, башкача айтканда, кайтып келгенде ал Жерде калган эгизден жаш болот.
Бул "парадокс" деп аталат, анткени ал карама-каршы көрүнөт: ар бири өзүн тынч абалда, ал эми экинчиси кыймылда деп эсептеши керек эмеспи? Чечим багытын өзгөрткөндө кыймылдап жаткан эгиздер ылдамданууну сезишет, ошондуктан алардын эсептөө системасы дайыма эле инерциялуу боло бербейт (дайыма эле туруктуу ылдамдыкта түз сызык боюнча кыймылдай бербейт). Жыйынтык: жаш курак айырмасы чындыгында бар.
Жалпы салыштырмалуулук теориясы: Тартылуу күчү убакытка да таасир этет
Атайын салыштырмалуулук теориясынан он жыл өткөндөн кийин, Эйнштейн өзүнүн теориясын Жалпы салыштырмалуулук теориясына (1915) кеңейткен. Бул теория тартылуу күчүн Ньютондогудай күч катары эмес, мейкиндик-убакыттын масса жана энергия боюнча ийри сызыгынын натыйжасы катары түшүндүрөт.
Жалпы салыштырмалуулук теориясында убакыт дагы салыштырмалуу, бирок бул жолу тартылуу күчүнөн улам. Тартылуу талаасы канчалык күчтүү болсо (мисалы, планета, жылдыз же кара тешик сыяктуу ири объектиге канчалык жакын болсоңуз), тартылуу күчү алсызыраак жерлерге салыштырмалуу убакыт ошончолук жай өтөт.
Бул кубулуш гравитациялык убакыттын кеңейиши деп аталат. Кесепеттери кызыктуу: Жер бетиндеги адам (күчтүү тартылуу күчү) жогорку орбитада турган адамга (алсыз тартылуу күчү) караганда убакытты бир аз жайыраак сезет. Бул айырмачылык анча чоң эмес, бирок аны абдан так атомдук сааттар менен өлчөөгө болот.
Чыныгы далилдер: GPS жана атомдук сааттар
Убакыттын салыштырмалуулугу жөн гана абстракттуу теория эмес. Эң практикалык мисалдардын бири - Глобалдык позициялоо системасы (GPS). GPS спутниктери Жерди болжол менен 20 000 км бийиктикте жогорку ылдамдыкта айланып жүрөт жана Жердин бетине караганда алсызыраак тартылуу талаасында болот. Бир убакта эки эффект пайда болот:
– Спутник тез кыймылдап жаткандыктан, атайын салыштырмалуулук теориясы спутниктин саатын жайлатат.
– Спутник алсызыраак тартылуу күчүндө болгондуктан, жалпы салыштырмалуулук теориясы спутниктин саатын тездетет.
Эгерде оңдолбосо, бул кичинекей убакыт айырмачылыктары топтолуп, күнүнө бир нече километрге жетиши мүмкүн болгон GPS позициясынын каталарын пайда кылат. Чындыгында, GPS системалары так навигацияны сактоо үчүн релятивисттик түзөтүүлөрдү киргизет. Бул салыштырмалуулуктун заманбап технологиялардагы ролунун күчтүү мисалы.
Бул "убакыт саякаты" мүмкүн дегенди билдиреби?
Адамдар убакыттын ар кандай агышы мүмкүн экенин укканда, көп учурда убакыт саякаты жөнүндө суроо туулат. Кандайдыр бир деңгээлде "келечекке саякаттоо" физикалык жактан мүмкүн: эгер сиз абдан тез кыймылдасаңыз же өтө катуу тартылуу талаасынын жанында болсоңуз, башка бирөөгө караганда азыраак убакытты сезип, андан кийин кайтып келип, алардын келечекте андан ары баратканын көрө аласыз.
Бирок, убакыт саякаты алда канча татаал жана спекулятивдик багыт бойдон калууда. Жалпы салыштырмалуулук теориясындагы айрым математикалык чечимдер "таң калыштуу" мейкиндик-убакыт структураларын (мисалы, айрым курт тешиктери) эске алат, бирок алар жаратылышта мүмкүнбү, туруктуубу жана башка физикалык принциптерди бузбайбы, белгисиз бойдон калууда. Ошентип, убакыттын салыштырмалуулугу убакыт саякаты жөнүндөгү талкууларга жол ачса да, ал илимий фантастикадагыдай убакыт машинасынын болушу мүмкүн экендигин автоматтык түрдө билдирбейт.
Убакыттын салыштырмалуулугу эмне үчүн пайда болот?
Убакыттын салыштырмалуулугунун маңызы мейкиндик жана убакыт статикалык баскычтар эместигинде. Алар бир бүтүндүктү түзөт: мейкиндик-убакыт. Тез кыймылдаганда, сиз мейкиндик-убакытты башкача жол менен "изилдейсиз". Күчтүү тартылуу күчүндө болгондо, мейкиндик-убакыттын түзүлүшү бурмаланып, убакыттын ылдамдыгын өзгөртөт.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, аалам физика мыйзамдарынын ырааттуулугун (мисалы, жарыктын туруктуу ылдамдыгын) ар кандай байкоочулар тарабынан мейкиндик менен убакыттын өлчөнүшүн "алмаштыруу" аркылуу сактайт. Бул таасир кызыктай сезилет, анткени биздин интуициябыз космостук масштабда эмес, төмөнкү ылдамдыкта жана орточо тартылуу күчүндө өнүккөн.
Penutup
Убакыттын салыштырмалуулугу – бул убакыт баары үчүн бирдей эмес деген ой. Ал ылдамдыкка жана тартылуу күчүнө көз каранды. Бул түшүнүк Эйнштейндин салыштырмалуулуктун атайын жана жалпы теорияларынан келип чыккан жана эксперименттер жана GPS сыяктуу технологиялык колдонмолор аркылуу далилденген. Убакыттын салыштырмалуулугу бизге физикалык чындык көп учурда биз күткөндөн да кызыктай экенин жана илимий түшүнүк биз кабылдаган эң негизги нерсени: убакыттын агымын өзгөртө аларын эскертет.
Кааласаңыз, мен бул макаланын популярдуураак (кокустук стилдеги) версиясын же убакытты кеңейтүү формулалары жана эсептөө мисалдары менен толукталган илимий версиясын да жасай алам.
