Убакыттын түрдүү ылдамдыгы бар жана анын себептери илимде кандай түшүндүрүлөт?
Элестеткиле, 1000 жылдан кийинки дүйнөнү кыдырып, ал жактагы адамзаттын өнүгүп-өсүүсүнө, маданий өзгөрүүлөргө, технологиялык жетишкендирге же балким тескеринче, дүйнөнүн талкаланып, адам баласы жашагыс болгон абалына күбө болуп жатканыңарды.
Убакытка саякатты илимий-фантастикаларда көрүп жүрөбүз, бирок 1000 жыл кийинкиге баруу, келечекке саякат же убакытка саякат чынында мүмкүнбү?
Белгилүү режиссер Кристофер Ноландын (Christopher Edward Nolan) илимий-фантастикалык тасмасы – “Интерстелларды” (Interstellar) көргөндөр жакшы билет, башкы каарман Жозеф Куупер 4 жылдай созулган космос саякатынан кайтканда оорукананын керебетинде жаткан 99 жаштагы кемпирге жолугат (1-сүрөт).
Ошол учурда Куупер 39 жаш чамаларында, ал эми керебетте жаткан кемпир анын кызы Мөрфи Куупер болот.
Интерстеллар – илимий-фантастикалык тасма, бирок бул тасма илимий негиз жана мыйзамдарга таянган. Андай болсо, атасынын жаш бойдон калышы, кызынын карышы, экөөнүн ортосундагы жаш айырма кандайча болушу мүмкүн? Атасына 4 жылдай созулган убакыт, кызына кантип 89 жыл созулган? Мындай көрүнүш физикалык мыйзамдарга таянышы мүмкүнбү? Бул кубулуштарды илим менен түшүндүрүүгө болобу?
Убакыттын өзгөрмө касиети жана түрдүү ылдамдыгы
Убакыттын туруксуз, өзгөрмө экенин эң биринчи белгилүү физик Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) аныктап, Салыштырмалуулук теориясында сүрөттөгөн.
Биз мейкиндик-убакыттан турган төрт өлчөмдүү континуумда жашайбыз. Мисалы, бирөө менен жолугаарда, аны менен үч өлчөмдүү мейкиндикти жана убакытты тактап алышыбыз керек.
Үч өлчөмдүү мейкиндик – бул так дарек, көчө кесилиши, соода-борбору, бир имарат же белгиленген географиялык координаттар, убакыт – жолугушунуун сааты. Ошондо гана ал киши менен жолугууга мүмкүн болот.
Бирок бул континуум, объекттин массасына байланыштуу ийилип турат. Бул концепцияны жакшы түшүнүү үчүн мейкиндик- убакытты төрт учунан тартылып турган ийилчээк кездеме катары элестеткиле. Ал кездемеге ар кандай оордуктагы топторду салсак, кездеме ылдыйды көздөй топтун салмагына жараша ийилет (2-сүрөт).
Так ушундай эле мейкиндик-убакыт континууму анын ичиндеги планета, жылдыз жана космостук денелердин массасына жараша ийилип турат (3-сүрөт). Бул ийилүү ошол денелердеги убакытка таасирин тийгизет дагы, убакыттын ар түрдүү ылдамдыкта жүрүшүнө себеп болот.
Жерге караганда гравитациясы күчтүү жана массасы көбүрөөк болгон Күндө, саат Жерге салыштырмалуу жайыраак жүрөт. Массасы канчалык чоң болсо, мейкиндик-убакыттын ийилиши да ошончолук көп болуп, убакыт жайыраак өтөт.
Мисалы, кара тешиктерге жакын убакыт абдан жайлайт. Бул Эйнштейндин Салыштырмалуулук теориясында убакыттын кеңейиши (англ. time dilation) деп аныкталат.
Мына так ушул физикалык концепцияны Кристофер Нолан “Интерстеллар” тасмасына негиз катары алган. Ага белгилүү физик, астроном, Нобель сыйлыгынын ээси Кип Торн (Kip Stephen Thorne) илимий кеңешчи болгон.
Тасмадагы ата менен кызынын жолугушуусуна кайтып келелик. Ал жерде атасы Жозеф Куупер 39 жашта, кызы Мөрфи Куупер 99 жашта болгонун эсиңизге сала кетейин. Жозеф Куупердин жай карышы, экөөнүн ортосундагы 60 жыл айырма, кызынын өзүнөн улуу болушу, Жозеф Куупердин космоско саякатынын натыйжасы.
Себеби, Жозеф Куупер адам жашай алчу башка планета издеп, Миллер планетасына барат. Миллер планетасы – массалык Гаргантуа кара тешигинин орбитасында айланган планета. Бул массалык кара тешик мейкиндик-убакытты катуу ийгендиктен, Миллер планетасында убакыт абдан жай жүрөт. Ал жерде өткөн 1 саат, жер жүзүндө өткөн 7 жылга барабар.
Тасмада Миллер планетасын изилдөөчү Лаура Миллер таап, ал жерде планета тууралуу маалымат чогултат. Жозеф Куупер жана анын командасы Миллер планетасына, дал ушул маалыматты табуу үчүн барышат. Алардын бул саякаты 3 сааттан бир аз ашыгыраак созулганы менен, Жер жүзүндө 23 жылга жакын убакыт өтүп кетет. Андан сырткары анын 2 жылдык Сатурнга саякаты жана Гаргантуа кара тешигинин жанынан өтүшү анын саякатын 4 жылга созсо, жерде жашаган кызы Мөрфиге 89 жылга тете болот.
Эйнштейндин Салыштырмалуулук теориясы кезинде убакытты жаңыдан аныктап, анын туруктуу эмес экенин, гравитациялык талаада өзгөрөөрүн ортого салып, физика дүйнөсүнө чоң төңкөрүш жасаган.
Эске салчу нерсе – убакыттын кеңейиши жөн гана теориядагы концепция эмес, тажрыйбалар менен далилденген жана турмушубузда колдонулган кубулуш.
Гравитациялык убакыт жана анын кеңейиши
Гравитациялык убакыттын кеңейиши биринчилерден болуп физик Жозеф Хафеле ( Joseph Carl Hafele) жана астроном Ричард Китинг (Richard E. Keating) тарабынан эксперимент аркылуу далилденген. Ал үчүн илимпоздор атомдук сааттарды колдонушкан. Алар атомдук сааттар менен дүйнөнү учакка олтуруп, айланып чыгышкан. Ошол сааттар көргөзгөн убакытты жердеги атомдук сааттардын көргөзгөн убакыты менен салыштырышкан.
Эйнштейндин теориясы боюнча бийиктикке көтөрүлүп, Жер гравитациясынан алыстаган сааттар, Жердеги сааттардан тезирээк жүрүп, алар менен дал келбеши керек болчу. Теория болжолдогондой, учактагы сааттар Жердеги сааттардан көбүрөөк убакытты көргөзгөн. Эки сааттын ортосундагы айырма орточо 150 наносекунданы түзгөн.
АКШнын Стандарттар жана технологиялар улуттук институту (англ. National Institute of Standards and Technology) ушуга окшош дагы бир эксперимент жүргүзгөн. Бирок бул жолкусунда, алар бир саатты экинчи сааттан 33см эле бийигирээк жайгаштырышкан. Жердин гравитациялык талаасынан бийигирээк жайгашкан саат чынында эле жайыраак жүрөрүн көргөзгөн.
Албетте экөөнүн ортосундагы айырма өтө кичинекей. Демек, апыртып айткан болсок, биздин башыбыз бутубузга караганда тезирээк карыйт. Себеби Жердин гравитациялык талаасына жакын болгон бутубузга убакыт жайыраак өтөт.
Убакыттын кеңейишинин турмуштагы колдонмосу
Алдыда убакыттын гравитациялык кеңейишин, башкача айтканда убакыттын акырындоосу, эксперименттер аркылуу далилденгенин баяндадык. Ал эми бул физикалык кубулуштун чыныгы жашоодо кандай колдонмосу бар?
Эң белгилүү мисал – Глобалдык орун аныктоо системасы (англ. GPS – Global Positioning System). Бул система, Жерди 20200 км бийиктикте айланып жүргөн спутниктерден туруп, Жердеги обьектердин, мисалы телефондорубуздун, белгиленген убакыттагы ордун аныктайт.
Бул спутниктер Жердин гравитациялык талаасынан алыс жайгашкандыктан, алар үчүн убакыт тезирээк жүрөт. Жерге салыштырмалуу убакыттагы айырма 45 микросекунданы түзөт.
Убакыттагы айырма Эйнштейндин жалпы салыштырмалуулук теориясына ылайык туураланбаса, орун аныктоо системасы күнүнө 10 км. ката кетирмек.
Орун аныктоодо ар бир метр маанилүү экенин эске алсак, километрлеген ката мындай системанын маңызын жокко чыгарат. Демек, Эйнштейндин теориясы убакыттагы айырманы так түшүнүүгө гана жардам бербестен, каталарды оңдоого жана орун аныктоо системасынын так иштөөсүнө чоң салым кошот.
Гравитациялык убакыттын кеңейиши, Эйнштейндин Салыштырмалуулук теориясы тарабынан болжолдогондой, күчтүү гравитациялык талаалардагы сааттар – мисалы массалык объекттерге жакын – гравитациялык талаалар чабал болгон жерлерге караганда жайыраак жүрөт.
Алдыда мисалдар менен сүрөттөлгөндөй, бул теория – эксперименттер менен далилденген жана колдонулган физикалык кубулуш.
Космосто алыскы жана массалык кара тешиктерге саякат ишке ашкан күнү, келечектеги убакытка саякат да мүмкүн болот. Ага чейин убакыттын кеңейиши физикалык ачылыштарга негиз боло бермекчи.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Интерстеллар (лат. inter stellas) – бул “жылдыздар арасында” деген мааниге ээ болуп, бир галактикадагы жылдыздар арасындагы мейкиндикти билдирет. Мисалы, Күнгө эң жакын жылдыз болгон Проксима Центавр менен Күн системасынын арасындагы мейкиндик. Бул жылдыз менен Күн системасынын ортосунда 4,24 жарык жылы аралыгы бар.
Жарык жылы – астрономияда узун аралыктарды өлчөө үчүн колдонулган бирдик. Жарыктын бир жылда өткөн аралыгы 9,46 миллиард километрге барабар.
Салыштырмалуулук теориясы – Заманбап теориялык физиканын негиздөөчүлөрүнүн бири Альберт Эйнштейн тарабынан 1915-жылы Пруссия илимдер академиясында илим дүйнөсүнө таанытылган теория. 1916-жылы толук иштелип чыккан варианты Физиканын жылнаамалары журналында жарыяланган (нем. Annalen der Physik). Бул теория, масса жана энергия мейкиндик-убакытты ийип, объекттердин бул ийрилүү боюнча кыймылын жана гравитациянын пайда болушун түшүндүрөт. Ошондой эле убакыттын жана мейкиндиктин салыштырмалуу экенин көрсөтөт.
Мейкиндик-убакыт – мейкиндиктин үч өлчөмүн жана убакыттын бир өлчөмүн бириктирген төрт өлчөмдүү түшүнүк.
Континуум – тынымсыз уланган ырааттуулук. Мисалы, физикада мейкиндик-убакыт континуум модели мейкиндик менен убакытты эки өзүнчө нерсе катары эмес, бир эле континуумдун бөлүктөрү катары сүрөттөйт.
Кара тешик – абдан чоң массага, аны менен кошо гравитациялык күчкө ээ болгон космостук обьект. Гравитациясы абдан чоң болгондуктан, жарык да андан сыртка чыга албайт. Жарыктын жоктугунан улам, алар кара болуп көрүнөт.
Атомдук саат – убакытты абдан так өлчөөчү сааттар. Алар убакытты көргөзүү үчүн, атомдордун титирөөсүн колдонот. Мындай сааттардын нормадан четтеп кетүүсү абдан аз болот, мисалы ал бир миллион жылда бир секунда болушу мүмкүн.
Шилтемелер:
- Башкы сүрөт Unsplash.com сайтынан алынды, автору Logan Voss.
- Макала ичиндеги сүрөттөрдү автор сунуш кылды.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү автор даярдады.
