Цаг хугацааны харьцангуй байдал гэж юу вэ
Бид цаг хугацааг үнэмлэхүй гэж боддог: Жакартад нэг секунд Лондонд нэг секундтэй тэнцүү бөгөөд ямар ч цаг хаа сайгүй адилхан "ажиллах" болно. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн физик нь энэ таамаглал бүрэн үнэн биш гэдгийг харуулж байна. Тодорхой нөхцөлд цаг хугацаа хурд болон таталцлын хүчнээс хамааран удаан эсвэл хурдан "урсаж" болно. Энэ санааг цаг хугацааны харьцангуй байдал гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь хүмүүсийн орчлон ертөнцийг ойлгох арга замыг өөрчилсөн Альберт Эйнштейний харьцангуйн онолын гол ойлголт юм.
Цаг хугацаа: Үнэмлэхүй эсвэл Харьцангуй?
Эйнштейнээс өмнө физикийн (ялангуяа Ньютоны физикийн) давамгайлсан үзэл баримтлал нь цаг хугацаа нь бүх нийтийн бөгөөд бүх ажиглагчдад ижил гэж үздэг байв. Энэ нь хэрэв хоёр хүн нэг үйл явдлыг ажиглавал хэр удаан үргэлжлэх талаар санал нийлнэ гэсэн үг юм.
Эйнштейн энэ таамаглалыг няцаасан. Тэрээр цаг хугацааны хэмжилт нь ажиглагчийн төлөв байдлаас, ялангуяа ажиглагчийн харьцангуй хурд болон ажиглагч байрлаж буй таталцлын талбараас хамаардаг болохыг харуулсан. Өөрөөр хэлбэл, бүхэл бүтэн орчлон ертөнцөд жигд үйлчилдэг "сансрын цаг" гэж байдаггүй. Байдаг зүйл бол ажиглагч бүрийн цагаар хэмжигддэг цаг хугацаа бөгөөд үүнийг ихэвчлэн зөв цаг гэж нэрлэдэг.
Харьцангуйн тусгай онол: Хурднаас болж цаг хугацаа удааширдаг
Цаг хугацааны харьцангуй байдлыг анх Харьцангуйн Тусгай Онол (1905)-д системтэйгээр тайлбарласан. Энэ онол нь ажиглагчдыг тогтмол хурдтай (хурдатгалгүйгээр) хөдөлж байгааг авч үзэхэд хэрэгждэг бөгөөд таталцлын хүчийг шууд хамардаггүй.
Эйнштейн хоёр чухал постулатаас эхэлсэн:
1. Физикийн хууль нь тогтмол хурдтайгаар шулуун шугамаар хөдөлж буй бүх ажиглагчийн хувьд ижил байдаг.
2. Гэрлийн эх үүсвэр эсвэл ажиглагч хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран вакуум дахь гэрлийн хурд бүх ажиглагчийн хувьд үргэлж тогтмол (ойролцоогоор 299.792.458 м/с) байдаг.
Эдгээр хоёр постулат нь гайхмаар үр дагаварт хүргэдэг: хэрэв гэрлийн хурд хүн бүрт ижил хэвээр байх ёстой бол орон зай ба цаг хугацааны хэмжээсүүд "тохирох" ёстой. Хамгийн алдартай эффектүүдийн нэг бол цаг хугацааны тэлэлт бөгөөд хөдөлгөөнт ажиглагчийн хэмжсэн цаг хугацаа нь хөдөлгөөнгүй ажиглагчийн хэмжсэн цаг хугацаанаас илүү удаан өнгөрдөг бололтой.
Энгийнээр хэлбэл, хэрэв хүн гэрлийн хурдад ойртож, маш хурдан хөдөлвөл түүний цаг хөдөлгөөнгүй хүний цагнаас удаан цохино. Энэ нөлөө нь өдөр тутмын амьдралд маш бага байдаг, учир нь бидний хурд гэрлийн хурдаас хол байдаг ч маш өндөр хурдтай үед мэдэгдэхүйц болдог.
Зөн совингийн жишээ: Ихэр парадокс
Цаг хугацааны харьцангуй байдлыг ойлгох нэг түгээмэл арга бол ихэр парадокс юм. Хоёр ихэр гээд төсөөлөөд үз дээ. Нэг нь Дэлхий дээр үлдэж, нөгөө нь гэрлийн хурдтай ойролцоо нисч буй сансрын хөлөгт суугаад Дэлхий рүү буцаж ирнэ. Харьцангуйн тусгай онолын дагуу аялсан ихэр бага цаг хугацаа туулах буюу буцаж ирэхдээ Дэлхий дээр үлдсэн хүнээс залуу байх болно.
Үүнийг "парадокс" гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь эсрэг утгатай мэт санагдаж байна: тус бүр өөрийгөө амарч, нөгөө нь хөдөлж байна гэж үзэх ёсгүй гэж үү? Шийдэл нь аялж буй ихэр чиглэлээ өөрчлөхдөө хурдатгал мэдэрдэг тул тэдний лавлах хүрээ үргэлж инерцийн биш (үргэлж тогтмол хурдтайгаар шулуун шугамаар хөдөлдөггүй ) гэсэн баримттай холбоотой юм. Эцсийн үр дүн: насны зөрүү үнэхээр байдаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол: Таталцал нь цаг хугацаанд нөлөөлдөг
Харьцангуйн тусгай онолоос хойш арван жилийн дараа Эйнштейн өөрийн онолоо Харьцангуйн ерөнхий онол (1915) болгон өргөжүүлсэн. Энэ онол нь таталцлыг Ньютоных шиг хүч биш, харин орон зай-цаг хугацааны масс ба энергийн муруйлтын үр дүн гэж тайлбарладаг.
Ерөнхийдөө харьцангуйн онолд цаг хугацаа бас харьцангуй боловч энэ удаад таталцлын улмаас юм. Таталцлын орон хүчтэй байх тусам (жишээлбэл, та гариг, од эсвэл хар нүх гэх мэт аварга том объект руу ойртох тусам) таталцлын хүч султай газруудтай харьцуулахад цаг хугацаа удаан өнгөрөх болно.
Энэ үзэгдлийг таталцлын хугацааны тэлэлт гэж нэрлэдэг. Үүний үр дагавар нь сонирхолтой: Дэлхийн гадаргуу дээрх хэн нэгэн (илүү хүчтэй таталцал) илүү өндөр тойрог замд байгаа хүнээс (сул таталцал) арай удаан цагийг мэдрэх болно. Энэ ялгаа нь бага боловч маш нарийн атомын цагаар хэмжиж болно.
Бодит нотолгоо: GPS болон Атомын цаг
Цаг хугацааны харьцангуйн онол бол зүгээр нэг хийсвэр онол биш юм. Хамгийн практик жишээнүүдийн нэг бол Дэлхийн Байршлын Систем (GPS) юм. GPS хиймэл дагуулууд нь Дэлхийг 20.000 км орчим өндөрт өндөр хурдтайгаар тойрон эргэлддэг бөгөөд Дэлхийн гадаргаас сул таталцлын орон дээр байрладаг. Хоёр нөлөө нэгэн зэрэг тохиолддог:
– Хиймэл дагуул хурдан хөдөлж байгаа тул харьцангуйн тусгай онол нь хиймэл дагуулын цагийг удаашруулдаг.
– Хиймэл дагуул нь таталцлын хүч султай тул ерөнхий харьцангуйн онол нь хиймэл дагуулын цагийг илүү хурдан ажиллуулдаг.
Хэрэв залруулахгүй орхивол эдгээр жижиг хугацааны зөрүү хуримтлагдаж, өдөрт хэдэн километр хүрч болох GPS-ийн байршлын алдааг үүсгэх болно. Бодит байдал дээр GPS системүүд нь нарийвчлалтай навигацийг хадгалахын тулд харьцангуйн залруулгыг оруулдаг. Энэ бол орчин үеийн технологид харьцангуйн онолын гүйцэтгэдэг үүргийн хүчтэй жишээ юм.
Энэ нь "Цаг хугацаагаар аялах" боломжтой гэсэн үг үү?
Хүмүүс цаг хугацаа өөр өөрөөр урсаж болно гэж сонсоход цаг хугацаагаар аялах тухай асуулт байнга гарч ирдэг. Тодорхой хэмжээгээр "ирээдүй рүү аялах" нь бие махбодийн хувьд боломжтой: хэрэв та маш хурдан хөдөлж эсвэл хэт таталцлын талбайн ойролцоо байвал хэн нэгнээс бага цагийг мэдэрч, дараа нь буцаж ирээд тэд ирээдүйд хол байгааг олж мэдэх боломжтой.
Гэсэн хэдий ч цаг хугацаагаар аялах нь илүү төвөгтэй бөгөөд таамаглалын салбар хэвээр байна. Ерөнхий харьцангуйн онолын зарим математикийн шийдлүүд нь "хачин" орон зай-цаг хугацааны бүтцийг (жишээлбэл, зарим өтний нүх ) зөвшөөрдөг боловч тэдгээр нь байгальд боломжтой, тогтвортой бөгөөд бусад физик зарчмуудыг зөрчөөгүй эсэх нь тодорхойгүй хэвээр байна. Тиймээс цаг хугацааны харьцангуй байдал нь цаг хугацаагаар аялах тухай хэлэлцүүлгийн үүд хаалгыг нээж өгдөг ч шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиолд гардаг шиг цаг хугацааны машин байх боломжийг автоматаар илэрхийлдэггүй.
Цаг хугацааны харьцангуйн онол яагаад үүсдэг вэ?
Цаг хугацааны харьцангуйн онолын мөн чанар нь орон зай ба цаг хугацаа нь статик үе шат биш юм. Тэд нэгдмэл зүйлийг бүрдүүлдэг: орон зай-цаг хугацаа. Та хурдан хөдлөхөд орон зай-цаг хугацааг өөр аргаар "судладаг". Та хүчтэй таталцлын үед орон зай-цаг хугацааны бүтэц гажуудал үүсгэж, цаг хугацааны хурдыг өөрчилдөг.
Энгийнээр хэлбэл, орчлон ертөнц нь орон зай, цаг хугацааг өөр өөр ажиглагчид хэрхэн хэмжиж байгааг "солилцох" замаар физикийн хуулиудын (жишээлбэл, гэрлийн тогтмол хурд) тогтвортой байдлыг хадгалдаг. Энэ нөлөө нь хачин санагдаж байна, учир нь бидний зөн совин сансрын хэмжээнд биш, харин бага хурдтай, дунд зэргийн таталцлын хүчээр хөгжсөн.
Хаах
Цаг хугацааны харьцангуйн онол гэдэг нь цаг хугацаа хүн бүрт үргэлж ижил байдаггүй гэсэн санаа юм. Энэ нь хурд болон таталцлын хүчнээс хамаардаг. Энэхүү ойлголт нь Эйнштейний харьцангуйн тусгай ба ерөнхий онолуудаас үүдэлтэй бөгөөд туршилт, GPS зэрэг технологийн хэрэглээгээр нотлогдсон. Цаг хугацааны харьцангуйн онол нь бидэнд физик бодит байдал бидний хүлээж байснаас хачин байдаг бөгөөд шинжлэх ухааны ойлголт нь бидний хүлээн авч буй хамгийн үндсэн зүйл болох цаг хугацааны урсгалыг өөрчилж чадна гэдгийг сануулдаг.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийн илүү алдартай (энгийн хэв маягийн) хувилбар эсвэл цаг хугацааны тэлэлтийн томъёо, тооцооллын жишээ бүхий илүү шинжлэх ухааны хувилбарыг хийж болно.
