aA
Daugumą mūsų stebimų sąveikų galima aprašyti Niutono dėsniais ir tai daugeliu atvejų bus labai praktiška aproksimacija. Kodėl aproksimacija? Nes dabar žinome, kad nors Visatoje dėsniai veikia visur vienodai, Niutono mechanika šiuos dėsnius aprašo gerai tik esant mažiems greičiams.
Ar kelionės laiku įmanomos?
Ar kelionės laiku įmanomos?
© Shutterstock

Daugumą mūsų stebimų sąveikų galima aprašyti Niutono dėsniais ir tai daugeliu atvejų bus labai praktiška aproksimacija. Kodėl aproksimacija? Nes dabar žinome, kad nors Visatoje dėsniai veikia visur vienodai, Niutono mechanika šiuos dėsnius aprašo gerai tik esant mažiems greičiams.

Vienas pirmųjų ženklų, kad Niutono dėsniai gali būti neteisingi, kilo, matuojant šviesos greitį priklausomai nuo Žemės sukimosi. Juk jeigu vienu metu pamatuosime šviesos greitį ryte ir vakare, vienu atveju mes artėsime link Saulės, kitu tolsime, ir jei Niutono dėsniai teisingi, šviesos greitis skirtųsi.

Einšteino teorija sako, kad visų pirma nėra universalaus atskaitos taško. T.y., net ir kalbant apie laiką nėra tokio laikrodžio, kuris jį galėtų objektyviai išmatuoti. Visi objektai greičiau ar lėčiau juda vienas kito atžvilgiu, ir nuo to priklauso, kaip mes įvertinsime vienas kito judėjimo ir laiko savybes. Visų antra, vienintelis universalus dydis (judėjimo prasme) yra šviesos greitis, nepriklausomai nuo to, kas jį matuoja ir kaip jie juda šviesos atžvilgiu (ne vakuume šviesos greitis gali skirtis, priklausomai nuo aplinkos savybių). Trečia – erdvėje niekas nejuda greičiau už šviesą.

Iš čia ir atsiranda gana paprasta, bet neintuityvi logika, kad jei vienas laiko matuotojas nejudės, o kitas judės greičiu, artimu šviesos greičiui, nejudančio stebėtojo atžvilgiu šviesa nueis fiksuotą atstumą per vieną laiko dydį, o judančio stebėtojo atveju jo atskaitos sistemoje taip pat per tiek pat laiko, bet kito stebėtojo atžvilgiu – greičiau. Kadangi „greičiau“ abiem atvejais yra šviesos greitis, vienintelis dydis, kuris gali keistis – laiko trukmė, ir nejudančio stebėtojo sistemoje laiko sparta skirsis nuo judančio. Atstumas nuo šviesos greičio nepriklauso, tad laikas yra vienintelis dydis, kuris gali kisti teorijos rėmuose šiuo atveju.

Svarbu pažymėti, kad pastarasis teiginys nėra visiškai teisingas. Atstumai gali keistis veikiant masei. Atitinkamai papildyta reliatyvumo teorija yra vadinama bendrąja, o pirminė išraiška postuluota Einšteino 1905 m. specialiąja. Masės vaidmuo čia yra erdvės iškreipimas ją veikiant gravitacija, dėl ko pasireiškia ir laiko iškreipimas. Esant didelei gravitacijai, laikas (reliatyviai) eina lėčiau. Tai nėra savaime suprantama: ši išvada kyla iš to, kad gravitacijos poveikio – laisvojo kritimo pagreičio – neįmanoma atskirti nuo objekto judėjimo pagreičio dėl reliatyvumo principo. Atitinkamai, net ir šviesos greičiu nejudantis kūnas veikiamas pakankamai didelio gravitacinio lauko jaus reliatyvumo skirtumus nuo Niutono mechanikos supaprastinimų – visų pirma laiko reliatyvų sulėtėjimą.

Laiko sulėtėjimas nėra vienintelė reliatyvumo teorijos pasekmė laužanti paprastą įsivaizdavimą apie pasaulį. Lygiai taip pat paprastai stebėtojo atžvilgiu keičiasi ir objekto ilgis. Tai galima nesunkiai įsivaizduoti apkeitus prieš tai aprašytame mintiniame eksperimente fiksuotą atstumą fiksuotu laiko tarpu kiekvieno stebėtojo atžvilgiu. Vėlgi, stacionaraus stebėtojo atžvilgiu šviesa nueis trumpesnį atstumą, todėl jam objektas judantis artimu šviesai greičiu atrodys susiplojęs savo skriejimo kryptimi.

Trečia „paprasta“ reliatyvumo teorijos pasekmė yra žymioji E=mc². Tokia atrodytų keista išvada atsiranda, kai abu mūsų stebėtojai domisi ar reliatyvumo teorija kitaip veikia masę, nei Niutono mechanikoje.

Ar kelionės laiku įmanomos?
Ar kelionės laiku įmanomos?
© Shutterstock

Supaprastindami formulės išvedimą, mes darome, kad reliatyvumo teorijoje energija neatsiranda iš niekur, t.y. galioja tvermės dėsniai. Atitinkamai, abu stebėtojai išsviedžia tą patį kūną su tuo judesio kiekiu ir apskaičiuoja jo greitį per laiko ir atstumo matavimus. Pastarieji abu yra reliatyvūs. Kadangi jėga išmetusi kūnus yra ta pati, greičiai išmatuoti ir skiriasi, vadinasi ir masė yra reliatyvi. Kalbant apie E=mc² svarbu nepamiršti konteksto: formulė tik nusako, koks yra energijos ir masės sąryšis judant šviesos greičiu. Šviesos greičiu judantis tam tikros energijos fotonas turi masę ir sąveikauja kaip dalelė, bet sustabdytas fotonas rimties masės neturėtų.

Tad reliatyvumo teorija faktiškai keičia laiką, ilgį ir masę, objektams judant vienas kito atžvilgiu greičiu, sudarančiu didelę šviesos greičio dalį, arba neįprastai stipriame gravitaciniame lauke. Atrodytų, kad tai yra visiškai nišiniai atvejai, bet taip nėra. Reliatyvumo teorijos praktiniu egzistavimu galima įsitikinti, nagrinėjant elektros variklio veikimą.

Judantis elektronas be savo elektrinio lauko, kuria ir magnetinį. Bet magnetinis laukas neveikia elektrono. Tad, jei variklį suktume pasitelkdami elektros (elektronų) srovę, variklio sukimas neturėtų indukuoti srovės. Taip nėra, nes elektronai visgi juda magnetinio lauko atžvilgiu, nes vienas kito atžvilgiu judėjimas yra reliatyvus.

Vienas akivaizdžiausių reliatyvumo teorijos praktinių pritaikymų yra GPS sistema. Tegu palydovai ir neskrenda artimu šviesai greičiu, jie visgi skrenda gan greitai ir iš jų reikalaujame kuo didesnio tikslumo. GPS palydovų greičiai žemės paviršiaus atžvilgiu pakankami, kad juose laikas eitų lėčiau, atsiliktų 7,2 mikrosekundes per dieną. Dėl žemės gravitacinio lauko, lėčiau laikas eitų stebėtojui ant Žemės paviršiaus – 45,8 mikrosekundėmis per dieną.

Ar kelionės laiku įmanomos?
Ar kelionės laiku įmanomos?
© Shutterstock

Šis suminis efektas, jei GPS veiktų Niutono mechanikos pagrindais, lemtų 11 km paklaidą per dieną, kuri sumuotųsi. Ar kitaip tariant, per 2 min. palydovai nukeliautų į priekį laiku pakankamai, kad GPS sistema negalėtų veikti. Žinant reliatyvumo teoriją, galima į tai atsižvelgti, ir atitinkamai pakoreguoti palydovų laikrodžius, kad jie būtų sinchronizuoti su Žemės, nors ir faktiškai šių laikrodžių rodoma sekundė nebūtų sekundės trukmės.

Taip pat reliatyvumo efektai svarbūs atomo branduoliams. Elektronai apie atomą skrieja dideliais greičiais. Atomo branduolio gravitacinis reikšmingo reliatyvumo efekto nesukelia, nes elektronus traukia stipresnė elektromagnetinė jėga. Kuo branduolyje daugiau protonų, tuo didesnė elektronų trauka ir šių orbitos artėja prie branduolio ir greičiai yra reliatyvistiniai. Tai reiškia, kad branduolio atžvilgiu elektronai yra sunkesni dideliuose atomuose. Atitinkamai atomai yra sunkesni, nei jų atomų protonų, neutronų ir elektronų masių suma. Tokių atomų reaktyvumas mažesnis, nes jų išorinis elektronas ar elektronai yra arčiau branduolio, nei „turėtų“ būti.

Pagal tai kaip „turėtų“ būti, auksas lengvai rūdytų, o gyvsidabris nebūtų skystas. Branduoliams skylant ar jungiantis, jų pradinė masių suma niekada nebus lygi galutinių branduolių ir dalelių masių sumai. Atitinkamai branduolinės reakcijos metu visada bus arba sugeriama, arba išskiriama energija.

Ar kelionės laiku įmanomos?
Ar kelionės laiku įmanomos?
© Shutterstock

Lengvų branduolių atveju reliatyvumo efektai mažesnis, ir energija yra išskiriama sintezės metu, kuomet didesniame branduolyje dalelės yra silpniau susietos. Taip vyksta iki geležies: nuo to momento reliatyvumo įtaka pradeda dominuoti ir energija išskiriama branduoliams skylant. Ši energija tuomet gali būti įvairiai panaudota, arba šildyti vandenį ir sukti turbinas, kurios vėl ne be reliatyvumo pagalbos gamina elektrą, ar išskirtą energiją panaudoti suskaldyti daugiau branduolių sukuriant grandininę reakciją, tuo pačiu perduoti energiją aplinkiniam orui ir sukelti sprogimo bangą.

Taip pat reliatyvumo teorija leidžia paaiškinti ir ne vieną astronominį reiškinį. Pats Einšteinas pasiūlė tris testus reliatyvumo teorijai: paaiškinti Merkurijaus orbitos specifiką, kuri skiriasi nuo Niutono mechanikos prognozių (dėl Saulės gravitacinio lauko ir Merkurijaus artumo jam), šviesos sklaidymą (užlinkimą lyginant su tiesia kryptimi) dėl Saulės gravitacinio poveikio, ir gravitacinį bangos ilgio raudonąjį poslinkį, kuris atsirastų dėl šviesos dažnio (taigi ir laiko) pokyčių tarp fotoną išspinduliavusios aplinkos ir aplinkos, kur jis registruotas. Planetų orbitų kitų žvaigždžių sistemose kol kas nematuojame taip tiksliai, kad reiktų įskaityti reliatyvumo efektus.

Šviesos sklaidymas yra savaime įdomus ir naudingas, nes gali būti registruojamas aplink labai masyvius objektus ir leisti išmatuoti jų masę pagal efekto stiprumą. Taip pat šviesos sklaidymas gravitaciškai leistų aptikti ir kitaip nematomus nešviečiančius objektus, ir buvo vienas pirmųjų eksperimentų leidusių atmesti dalį juodosios medžiagos teorijų. Gravitacinis raudonasis poslinkis gali būti naudingas įvertinti tolimiausių masyvių galaktikų superstruktūrų sistemų masę, taip pat jis gali virsti ir mėlynuoju poslinkiu, jei fotonas stebimas didesniame gravitaciniame lauke, nei fotonas buvo išspinduliuotas.

Ar kelionės laiku įmanomos?
Ar kelionės laiku įmanomos?
© Shutterstock

Pats „reliatyviausias“ astronominis kūnas yra juodoji skylė. Teoriškai toks objektas net negalėtų būti stebimas, nes jo masė tam tikru, vadinamu Edingtono, spinduliu sulaikytų net fotonus. Daugeliu atvejų apie juodosios skylės egzistavimą galima spręsti pagal jos gravitacinį poveikį aplinkiniams objektams, tačiau palyginus neseniai juodąsias skyles jau galėjome išskirti ir tiesiogiai, dar šiemet mūsų Galaktikos centre.

Jeigu reliatyvumo teorija yra teisinga, ir laikas reliatyvus, ar tada išvis įmanoma keliauti laiku? Atsakymas yra vienareikšmiškai taip, jei keliaujame laiku į priekį. Mes jau keliaujame GPS palydovų atžvilgiu. Interstellar mokslinės fantastikos filme parodoma, kaip trumpa stotelė juodosios skylės gravitaciniame lauke prailgs Žemės atžvilgiu. Ar galima keliauti laiku atgal? Teoriškai tam tikros matematinės teorijos leistų kelionių laiku galimybę.

Praktiškai tai yra tik skaitmeninė galimybė, ir neturi įrodymų, kad atitinka realų pasaulį. Pats laiko reliatyvumas jau komplikuoja, kieno atžvilgiu būtų keliaujama. Per priežastingumo ryšius teoriškai būtų galima priežastį sukurti vėliau, nei pasekmę, jei būtų viršijamas šviesos greitis. Visgi, tai yra vienas teorijos pagrindų ir kol kas laikytinas fundamentaliu dėsniu. Be to trūksta ir daug paprastesnių kelionių laiku įrodymų – keliautojų laiku atgal. Kad ir kaip idealogizuotume tokius keliautojus laiku, pakaktų vos keliems išsiduoti bet kuriuo istorijos momentu, kad kelionės laiku būtų dalis mūsų pasaulio suvokimo.

Vis dėlto, jeigu Niutono dėsniai atrodo tokie paprasti ir kasdieniški, bet yra neteisingi, galbūt ir moderni reliatyvumo teorijos forma nėra pakankamai tiksli ir galbūt kelionės laiku, bent jau kažkokia forma, gali būti įmanomos.

www.technologijos.lt
Įvertink šį straipsnį
Norėdami tobulėti, suteikiame jums galimybę įvertinti skaitomą DELFI turinį.
(21 žmogus įvertino)
3.8571

Žemę pasiekė stipri geomagnetinė audra: natkies dangų vėl nutvieks stulbinantis reginys Saulė plazmos pliūpsnį spjovė tiesiai į Žemę (1)

JAV Nacionalinės vandenynų ir astmosferos administracijos (NOAA) kosmoso orų specialistai praneša,...

Gyvybės ženklų Marse ieškantis zondnas rado intriguojančių darinių uolienose 300 metrų gylyje

Naujame tyrime, remdamiesi seisminių bangų sklidimo informacija, mokslininkai išnagrinėjo uolienų...

Lietuvoje – stipri geomagnetinė audra: jeigu nemiegate, galite išvysti įspūdingą reiškinį (3)

Atrodo, kad naktinėtojams pasisekė. Kaip skelbiama feisbuko puslapyje Orai ir klimatas Lietuvoje,...

Išradingas inžinierius sukūrė egzoskeletą gyvatei: pagaliau kažkas jai grąžino kojas

Interneto platybėse vis daugiau dėmesio sulaukia „YouTube“ vartotojas, išradęs robotines...

Top naujienos

Laukia pokyčiai: svarstoma griežtinti techninę apžiūrą, planuoja gatvėse tikrinti senus automobilius (32)

Aplinkos ministerija ryžtingai nusiteikusi per 5 metus iš gatvių išimti senus, taršius...

Naujame Kauno viešbutyje išskirtinė paslauga: susidomėjo net turtuoliai iš Kanados

Nakčiai galima užsisakyti visą viešbutį, tik sau ir savo draugams – tai išskirtinė naujo...

Kraupi avarija Vilniuje: motociklininkas užmušė į kelią išėjusį pėsčiąjį, vairuotojo būklė sunki susidarė spūstis (2)

Ketvirtadienį 22.23 val. Bendrajame pagalbos centre skubiosios pagalbos tarnybų ryšio numeriu 112...

Maksvytis turėjo ir gerą, ir prastesnę žinią: keičiasi rinktinės puolėjų situacija pergalinga Brazdeikio ataka – improvizacija

Mindaugo Kuzminsko ir Eigirdo Žukausko keliai Lietuvos rinktinės atsarginių suolo gale...

Iš Erdogano – naujas perspėjimas JT vadovas: bet koks Zaporižios AE apgadinimas būtų savižudybė (5)

Prezidentas Recepas Tayyipas Erdoganas ketvirtadienį pareiškė Turkijos paramą Ukrainai ir...

Karas Ukrainoje. Ukrainos žvalgyba: Rusija nurodė Zaporižios AE darbuotojams nedirbti baiminamasi, kad Rusijos pajėgos planuoja įvykdyti teroristinį išpuolį (7)

Ketvirtadienio naktį Rusijos pajėgos galingai atakavo Charkivą – smogta bendrabučiui, kurio...

Po karščiausios savaitės dienos laukia atokvėpis: trumpalaikis lietus ir vėsesnės naktys

Penktadienį Lietuva išliks anticiklono poveikio sferoje. Vyraus mažai debesuoti arba giedri, be...

Vartininko ir fortūnos Bulgarijoje gelbėtas „Žalgiris“ Vilniuje turės naikinti minimalų deficitą

Ketvirtadienį Vilniaus „Žalgiris“ pradėjo kovą dėl vietos Europos lygos grupių etape:...