Чому в літаку ми старіємо повільніше

Альберт Ейнштейн мав рацію, коли стверджував: чим швидше ми рухаємося, тим повільніше плине час. А щоб краще відчути цей ефект, потрібно вирушити в подорож по чорній дірі, каже астрофізик Кріс Лінтотт.

У 1971 році двоє американських вчених, Джозеф Хафеле і Річард Кітінг, провели експеримент, який довів теорію Ейнштейна.

Вони взяли чотири комплекти атомних годинників, встановили три з них на борту комерційних авіалайнерів і двічі облетіли навколо світу, спочатку на схід, потім на захід.

Коли політ завершився, вчені звірили дані годинників, що були на борту, з аналогічним годинником, який весь цей час залишався на Землі у Військово-морській обсерваторії США. Як і очікувалося, різниця на годинниках повністю збіглася з прогнозами Ейнштейна.

Цей знаменитий політ, відомий як експеримент Хафеле-Кітинга, довів, що час дійсно неуніверсальна величина - він може сповільнюватись і прискорюватись.

Теорія відносності Ейнштейна також свідчить: чим ближче ви до центру Землі, тим повільніше плине час. Тобто для вашого обличчя час тече швидше, ніж для ваших ніг (за умови, що ви стоїте).

На вершині гори Еверест рік буде приблизно на 15 мікросекунд коротший, ніж на рівні моря.

Ефект неймовірно малий, але на великих відстанях від Землі він стає важливим. Система GPS зі своїми супутниками на висоті 20 000 км над Землею повинна враховувати це, щоб працювати належним чином.

Але попри усі ці явища, Земля, зрештою, залишається маленькою планетою у великому Всесвіті. Навколо чорних дір, масивних космічних об'єктів, гравітаційне тяжіння яких перевершує гравітаційне тяжіння будь-якої планети, ці релятивістські ефекти стають значно вираженішими.

Щоб зрозуміти, як це працює, уявіть, що ви падаєте у чорну діру. (Уявімо, що ви летите у чарівному космічному кораблі, який захищає вас від неприємного ефекту "спагетіфікації", або сильного розтягування, яке відбувається з будь-яким об'єктом, що наближається до чорної діри).

Під час падіння ви не помітите жодної різниці в часі ні для себе, ні для тих, хто поруч. Дивлячись на годинник або перевіряючи свій пульс, ви відчуєте стійкий ритм, який секунда за секундою наближатиме вас до майже неминучої загибелі.

Однак, якщо прилади вашого космічного корабля дозволяють вам озирнутися назад і побачити Всесвіт за межами чорної діри, то ви помітите, що все навколо рухається, як у прискореному фільмі.

Тепер змініть перспективу. Уявіть, що ви на космічній станції, яка обертається на певній безпечній відстані від чорної діри, і спостерігаєте, як у діру падає ваш колега, якому не пощастило.

Край чорної діри — це точка, з якої не можуть вислизнути навіть ті об'єкти, що рухаються зі швидкістю світла, тож очевидно, що колега досягне цієї точки, а потім зникне.

Але сам процес вас здивує: якщо він махає вам рукою, то ви побачите, що у міру падіння в колодязь чорної діри його рухи будуть дедалі повільнішими.

Годинник, встановлений зовні космічного корабля, йтиме повільніше, ніж годинник, встановлений на вашій космічній станції.

Цей ефект показано у фільмі "Інтерстеллар", де астронавти, які досліджували планету поряд з чорною дірою, губляться в часі.

Зрештою наш приречений мандрівник перетне так званий горизонт подій - точку за зовнішніми межами чорної діри, де світло й інші об'єкти, що потрапляють туди, назавжди зникають з нашого поля зору. Це точка неповернення, і за нею мандрівник буде рухатись до центру чорної діри.

Поступово простір і час будуть спотворюватись. Вважають, що всередині чорної діри існує сингулярність — точка, у якій гравітаційне поле стає нескінченним, а неперервна геометрія простору-часу зникає. Простір і час у ній втрачають будь-яке значення, а відомі нам закони фізики, які їх описують, більше не діють.

У цьому сенсі чорна діра може діяти як машина часу, дозволяючи будь-якому сміливцю увійти туди, щоб подорожувати в часі до того, як перетнути горизонт подій, аж до моменту створення самої чорної діри.

Єдина заковика полягає в тому, що, наскільки ми знаємо, виходу з чорної діри немає, тому жоден мандрівник у часі не зможе скористатися цим трюком, щоб приїхати з майбутнього і відвідати нас на Землі.

Але розуміння того, що це можливо, а також роздуми про те, як чорні діри маніпулюють простором і часом навколо них, можуть допомогти фізикам перевірити теорії Ейнштейна та привести до глибшого розуміння часу.

Це краще, ніж літати навколо світу з атомним годинником, прив’язаним до сидіння літака.