Как движение влияет на течение времени?

Всё во Вселенной стало относительно даже время. Каждый наверняка слышал об общей теории относительности или специальной, но точно не все их понимают. В этой статье мы попробуем словесно, без каких-либо формул, а с помощью двух экспериментов объяснить Вам довольно сложную теорию и узнать, как скорость влияет на течение самого времени.

Условный эксперимент

Прежде чем ответить на вышеуказанный вопрос, рассмотрим такой условный эксперимент. Давайте создадим часы, которые будут измерять время с помощью двух зеркал и фотона, отображаемого между ними с периодом в одну секунду. Теперь расположим одни из таких часов над поверхностью Земли на высоте h в точке A, а другие на поверхности в точке B. Далее возьмем какой-то определённый объект, который будет падать на Землю с высоты h, причём время падения этого объекта будет измеряться своими собственными часами, которые работают таким же принципом как и два предыдущих.

Фотон, отображаемый в зеркалах, двигается так же, как теннисный мяч между двумя ракетками. А когда эти зеркала двигаются, то это будет выглядеть как будто теннисный мяч прыгает по поезду, а он в свою очередь двигается. Для неподвижного наблюдателя движение теннисного мяча будет описывать треугольник. Так же будет происходить с фотоном в часах падающего объекта. Фотон якобы одолевает большее расстояние после своего отображения.

Согласно такому эксперименту легко понять, что чем быстрее будет двигаться объект, тем больше фотону нужно будет времени для своего отображения и тем больше будет растягиваться продолжительность одной секунды. Кроме этого небольшое увеличение гравитационного потенциала с ростом высоты тоже будет ускорять часы в точке A. Таким образом, ход времени в точке B будет немного медленнее, чем в A. Разница на таких масштабах будет мизерной, но на масштабах массивных космических объектов уже будет ощутимой. Следовательно, согласно теории Эйнштейна, около массивных объектов время будет идти медленнее.

Эксперимент Хафеле-Китинга

Как мы уже поняли согласно специальной теории относительности, скорость течения времени наибольшая для наблюдателя, который находится в состоянии покоя. Чтобы проверить данную теорию уже не теоретически, а практически осенью 1971 года Джозеф Хафеле и Ричард Китинг облетели авиалайнерами дважды вокруг Земли вместе с несколькими атомными часами. Сначала полёт проходил в восточном, а затем в западном направлениях. После такого эксперимента физики сравнили время на летающих атомных часов с атомными часами, которые во время полёта оставались в Военно-морской обсерватории США. Оказалось, что положительные и отрицательные разницы течения времени отличались от нуля.

В данном эксперименте, центр Земли находился в покоящейся системе отсчета. Если часы на борту самолета двигались к востоку, то есть в направление вращения Земли, то время на таких часах будет идти медленнее чем на часах на поверхности Земли, а на часах, двигавшихся в противоположном направлении — быстрее.

Позже данный опыт повторили с большей точностью. И эти значения используются даже для системы GPS для точного позиционирования.