• piątek, 29 maja 2020 r.

Czy możemy żyć dłużej podróżując szybko w kosmosie?

 

 

W tym eseju rozpatrzę fenomen fizyki zwany Times dialation (rozszerzanie czasu).Inna nazwa to relatywistyczne rozszerzanie czasu wynikające z ruchu zegarów lub różnicy grawitacji w miejscach pomiaru czasu. Różnica w upływie czasu wynika z faktu, że szybkość światła jest stała dla każdego obserwatora bez względu na ich wzajemny ruch.

 

 

Ruch zegarów

 

Na ziemi synchronizujemy dwa zegary. Jeden zostaje na ziemi a drugi udaje się w długą podróż z prędkością bliska szybkości światła. Obserwator na ziemi zauważa ze zegar podróżujący zwalnia.

 

To znaczy, że jeśli zegar na ziemi wykonał 10 oscylacji to zegar podróżujący wykonał mniej, tylko 5 oscylacji. Po powrocie na ziemię zegary pokazują różne czasy, zegar, który podróżował pokaże wcześniejszy czas od zegara na ziemi. Początkowa równoczesność czasu zegarów zniknęła.

 

Stacja kosmiczna

 

ISS międzynarodowa stacja kosmiczna ulega rozszerzaniu czasu. Co 6 miesięcy zegar stacji opóźnia się o 0.007 sekundy względem zegara na ziemi.. Ta różnica jest mała, bo ISS jest bardzo wolna w porównaniu do szybkości światła.

 

Paradoks bliźniaków

 

Załóżmy, że są dwaj bliźniacy. Jeden podróżuje ze swoim zegarem a drugi zostaje na ziemi z drugim identycznym zegarem. Po powrocie na ziemię bliźniak podróżujący jest młodszy.  To nie znaczy ze będzie żył dłużej. Jeśli obaj bliźniacy są biologicznie identyczni to każdy żył się ta sama ilość oscylacji swoich zegarów. Ale oscylacje podróżującego były wolniejsze w porównaniu z oscylacjami zegara na ziemi..

 

On sam nie zauważył żadnej biologicznej różnicy w swoim życiu. On tylko był w stanie żyć w czasie późniejszym niż jego brat. Inaczej mówiąc podróżujący brat skutkiem podróży wykonał podróż w czasie, w przyszłość względem zegara na ziemi. Ale ilość oscylacji jego zegara podczas podroży plus ilość oscylacji zegara po powrocie jest taka sama jak ilość oscylacji zegara, który był cały czas na ziemi. Czyli bliźniak nie żył przez większa ilość oscylacji, ale żył częściowo w przyszłości zgodnie z zegarem na ziemi.

 

Jak zwalnia czas podróżującego z szybkością 99% szybkości światła?

 

Czas upływa około 7 razy wolniej w rakiecie. W rakiecie człowiek żył  50 lat a na ziemi upłynęło 350 lat. Dla szybkości  wynoszącej 99.9% prędkości światła  czas w rakiecie płynie 22 razy wolniej.

 

Wniosek

 

Podróż nie przedłuża życia, lecz przenosi nas w przyszłość. Nie żyjemy dłużej, lecz żyjemy w innym czasie.

 

Empiryczne dowody

 

Time dialation został potwierdzony empirycznie przy pomocy dwóch atomowych zegarów, jeden poleciał samolotem a drugi został na ziemi.

 

Po powrocie zegary, zsynchronizowane przed lotem, pokazywały rożny czas.

 

Jak duża jest różnica? Zegar stacji przestrzennej krążącej wokół ziemi opóźnia się 0.007 Sekundy w ciągu 6 miesięcy.

 

Różnica w upływie czasu jest konsekwencją faktu, że prędkość światła jest stała we wszystkich układach odniesienia bez względu na ich ruch.

 

Na przykład szybkość światła w wagonie jadącego pociągu jest taka sama jak szybkość światła wysłanego przez lampę lokomotywy.

 

Time dialation wskutek grawitacji

 

Według ogólnej teorii względności grawitacja wpływa na upływ czasu. Zegar umieszczony na wysokiej górze oscyluje wolniej niż taki sam zegar na płaskim terenie.

 

Sygnał od kosmitów mógł być wysłany według naszego zegara tysiące lat temu.

 

Są tu dwa powody, czas podroży do ziemi i time dialation. Jeśli otrzymamy sygnał obecnie to cywilizacja, która wysłała sygnał zrobiła to, kiedy na ziemi żył Juliusz Cezar.

 

Zakończenie

 

Nie możemy żyć dłużej podróżując nawet z szybkością bliską szybkości światła, 300 tysięcy km na sekundę.

 

Możemy tylko żyć częściowo w przyszłości. Kiedy wrócimy na ziemię po podroży może być ziemski rok 3000, gdy nasz zegar pokładowy pokarze tylko 2050.  Zrobiliśmy wycieczkę w przyszłość, a mieszkańcy ziemi będą błędnie uważali że żyliśmy dłużej podróżując. Jeżeli ktoś chce wiedzieć jak będą ludzie żyli  na ziemi za 1000 lat to teoretycznie jest to możliwe do zrobienia. Ale jak ktoś chce żyć długo to musi jeść marchewkę zamiast schaboszczaków. Długie podróże nie przedłużą życia.

 

Janusz KowalikJanusz Kowalik jest emerytowanym profesorem matematyki i informatyki na Washington State University oraz byłym kierownikiem organizacji badań informatyki w firmie lotniczej Boeing Company w Seattle. Adres internetowy Janusza: j.kowalik@comcast.net

Podobne materiały

17 komentarzy

  1. Lucyan
    22 kwietnia 2020 at 16:07 - odpowiedz

    "Według ogólnej teorii względności grawitacja wpływa na upływ czasu. Zegar umieszczony na wysokiej górze oscyluje wolniej niż taki sam zegar na płaskim terenie."

    Czy nie jest czasem z tym czasem odwrotnie? Górale żyją “krócej” (im zegar tyka szybciej)  mimo że żyją z baranami i piją mleko kozie 🙂  

    Okazało się, że czas w satelitach tyka wolniej, ale nie tak wolno jakby wymagał to Einstein z ruchu. Brakujący czas dało skrócenie czasu na orbicie (w stosunku do powierzchni Ziemii) wskutek grawitacji.

    • Lucyan
      24 kwietnia 2020 at 11:24 - odpowiedz

      Ja nie zartowalem, zegar umieszczony na wysokiej górze oscyluje SZYBCIEJ niż taki sam zegar na nizinnym terenie.

      Im blizej czarnej dziury, tym czas plynie (oscyluje, tyka) wolniej.

  2. Hania
    22 kwietnia 2020 at 17:46 - odpowiedz

    Januszu dlaczego powielasz mity.

    Einstein był plagiatorem.

  3. Janusz
    Janusz
    22 kwietnia 2020 at 23:09 - odpowiedz

    @HANIA

    Swiat nauki nie zgadza sie z Twoja opinia. Einstein nie byl plagiatorem.

    Teoria wzglrdnosci zostala   potwierdzona empirycznie.​Wroc Haniu do szkoly aby poprawic swoje ignoranckie poglady.

     

  4. tatajarek
    23 kwietnia 2020 at 10:26 - odpowiedz

    Odpowiedź na pytanie "Czy możemy żyć dłużej" zależy od kwestii "dłużej NIŻ CO".

    Forma pytania "Czy możemy życ dłużej" sugeruje, że chodzi o:

    "dłużej niż normalna długość życia mierzona na własnym zegarku".

    Wtedy odpowiedź brzmi, że nie możemy tak jak stoi w artykule.

    Ale można zadać pytanie: czy możemy żyć dłużej niż np. czas przelotu do Alfa Cygni, która znajduje się w odległości 2600 lat świetlnych od Ziemi?

    A tu już okazuje się, że odpowiedź brzmi – możemy!

     

  5. Janusz
    Janusz
    23 kwietnia 2020 at 20:59 - odpowiedz

    @TATAJAREK

    W tym eseju dluzej znaczy dluzej niz zycie tej samej osoby na ziemi wedlug zegara ziemskiego. Dobre pytanie, dziekuje.

  6. Janusz
    Janusz
    23 kwietnia 2020 at 21:03 - odpowiedz

    @LUCYAN
    Wplyw grawitacji na szybkosc zegara jest niezalezny od efektu jednostajnego ruchu.

  7. Janusz
    Janusz
    23 kwietnia 2020 at 21:59 - odpowiedz

    @LUCYAN

    Effekt grawitacji daje sie zauwazyc tylko w poblizu duzych masNa  przyklad czas w czarnej dziurze przestaje uplywac.

    Ten rfekt jest niezalezny od problemu  rozszarzania czasu skutkiem 

    jednostajnego ruchu obserwatorow.

    W time dialation role odgrywa stala szybkodc swiatla. 

    • Lucyan
      24 kwietnia 2020 at 17:39 - odpowiedz

      No to przeczysz wlasnym slowom piszac, ze na szczycie gory wolniej/szybciej niz na plaskim (=nizinie) terenie. W czarnych dziurach trudno o gory/doliny. Przyklad czarnej dziury podalem po to, zeby zapamietac gdzie czas plynie wolniej, czy blisko masy (doliny), czy daleko od masy (gory). Jak sie zblizasz do czarnej dziury to czas spowalnia, czyli jak blizej Ziemii (doliny) to wolniej, latwo zapamietac.

      Oczywiscie na Ziemii te roznice sa milisekundowe i niestotne dla czasu zycia ludzkiego (dla gorali czy rybakow znad poziomu morza), ale dla systemu GPS juz tak, trzeba brac poprawke, ze na orbicie czas plynie szybciej. Na orbicie czas plynie wolniej dla satelit, ze wzgledu na ich ruch, ale szybciej ze wzgledu na grawitacje/wysokosc/odleglosc od (centrum) Ziemii. 

  8. Janusz
    Janusz
    24 kwietnia 2020 at 23:06 - odpowiedz

    TEN PRZYKLAD POMOZE  POKONAC INTUICYJNA TRUDNOSC 

    ZROZUMIEBIA TIME DIALATION.

    Dwaj blizniacy A i B tuz po urodzeniu

    rozstaja sie. A wyrusza na rakiecie w podroz  a B zostaje na ziemi.

    Po 30 latach lotu rakieta zawraca w strone ziemi . Brat A laduje na ziemi

    kiedy jego zegar pokazuje rok 60.

    Ale na ziemi uplynelo juz 90 lat wedlug ziemskiego zegara.Wiec brat B ma 90 lat . Umiera na swoje urodziny. Brat A zyje jeszcze 30 lat  do swego wieku 90. Na ziemi zegar pokazuje rok 120! Na ziemi ludzie mysla ze brat A zyl 120 lat. Ale A zyl tylko tez 90 , tyle ze zyl w rakiecie 60 lat i na ziemi 30.

    A zyl czesciowo w innym czasie ,

    pozniej niz brat B. Brat A mierzyl czas dwoma roznymi zegarami. Jeden z tych zegarow byl wpniejszy niz zegar

    ktorym mierzyl cvzas brat B.

    Nie ma paradoksu.

     

     

     

  9. Lucyan
    25 kwietnia 2020 at 19:21 - odpowiedz

    Tu nie chodzi o "paradoks" w liczeniu lat zycia, tylko o paradoks kto sie pousza, kto przyspiesza. Bo z punktu widzenia tego w rakiecie, to Ziemia przyspiesza, i oddala sie od rakiety z duza predkoscia, potem Ziemia hamuje, i zawraca i leci powrotem do rakiety.  Skad zegar w rakiecie wie, ze to on ma chodzic wolniej? Jak sobie A i B beda wysylac informacje zegarowe, to dla A sie rusza B, a dla B sie rusza A.  Dopiero po ponownym spotkaniu wyskakuje niespodzianka, blizniak B sie bardzo postarzal 🙁

  10. Lucyan
    27 kwietnia 2020 at 14:04 - odpowiedz

    JK : "Time dilation wskutek grawitacji. Według ogólnej teorii względnosci grawitacja wpływa na upływ czasu. Zegar umieszczony na wysokiej górze oscyluje wolniej niż taki sam zegar na płaskim terenie."

    Panie Januszu, niech Pan to poprawi. Na wysokiej gorze zegar oscyluje szybciej niz na plaskim (nizinnym) terenie. Gravitational time dilation jest dodatnie (szybciej) im dalej od powierzchni Ziemii.

    Tu nawet nie mowimy o czarnych dziurach ani o wysokich gorach w czarnych dziurach. Eksperymentalnie stwierdzono to np. w systemie GPS, Gravity Speedup vs. Orbital speed slowdown

    https://en.wikipedia.org/wiki/Time_dilation

    "… with gravitational time dilation both observers agree that the clock nearer the center of the gravitational field is slower in rate, …"

  11. ireneusz kozak
    29 kwietnia 2020 at 12:23 - odpowiedz

    Oczywiście, że nie ma paradoksu. To tak samo jak w sytuacji, w której jest się jakimś filmowym superbohaterem, który potrafi spowolnić czas: jego myśli przebiegają szybciej, a wrogowie, z którymi właśnie walczy widzą jego ruchy jako tak szybkie, że nieuchwytne dla oka. Ale on sam nie odczówa tego, że się szybciej porusza i że myśli szybciej. To tak jak program komputerowy, uruchomiony na maszynie, która wykonuje 1 krok na sekundę (czyli na bardzo wolnej maszynie) i ten sam program, uruchomiony na maszynie, która wykonuje 1 krok na 1/1000 milisekundy. Jeśli program jest niewyobrażalnie zaawansowany i nazywa się "Symulacja Umysłu Ludzkiego", to i tak żaden z nich nie jest "bardziej ludzki" od drugiego, tylko przez to, że szybszy. Są sobie równoważne. 

  12. ireneusz kozak
    29 kwietnia 2020 at 15:15 - odpowiedz

    A w ogóle, to zrobiłem kiedyś program komputerowy "dylatacja czasu". I jak wpisuję prędkość 0.99c i ilość lat, na jaką w kosmos wyruszył podróżnik, to mi wyskakuje wynik 354 lata (o cztery lata więcej niż w pańskim wyniku). Nie wiem, czy to są dobre wyniki (tak "słabe"), skoro ilekroć oklądam jakiś program, w którym się ten czy ów fizyk na temat dylatacji czasu wypowiada, to zawsze słyszy się o wynikach rzędu milionów lat…

  13. ireneusz kozak
    29 kwietnia 2020 at 15:45 - odpowiedz

    Hmmm… no i rzeczywiście tak wychodzi: każda kolejna 9-ka po przecinku (po 0.99c) zwiększa tę różnicę lat, które upłynęły dla człowieka na Ziemi i lat, które upłynęły dla człowieka w rakiecie w sposób gwałtowny… Dla porównania:

    W rakiecie    Predkosc    Na ziemi

    50                 0.99            354

    50                 0.999          1118

    50                 0.9999        3535

    50                 0.99999      11172
    .
    Jeśli dla tej samej liczby lat w rakiecie (50) wstawi się kolejne prędkości: 0.89, 0.899, 0.8999, 0.89999 to przy prędkości 0.899 ustali się liczba lat na ziemi 114 i ta liczba wzrasta dużo wolniej (dochodzą dodatkowe dni) 

  14. ireneusz kozak
    30 kwietnia 2020 at 14:59 - odpowiedz

    Ale w zasadzie to przyszło mi teraz do głowy, że w tej kwestii, dotyczącej "paradoksu" bliźniąt może zachodzić podobne nieporozumienie jak to, związane z niewłaściwym interpretowaniem tej chętnie stosowanej przez ewolucjonistów personifikacji genów. Otóż ewolucjoniści zwykli mawiać, że organizmy działają, czy zachowują się tak, a nie inaczej, ponieważ to ich geny tak "chcą". Albo że organizmy żywe realizują nie swoje interesy, ale "interesy" genów, która są "samoluble". Geny nie myślą, ani nie mają intencji, a jednak zjawiska, zachodzące w biologii można łatwiej tłumaczyć, gdy się do genów podejdzie z takim właśnie – jak je nazywa Dennett – nastawieniem intencjonalnym. Podobnie fizycy, kiedy mówią, że pasażer rakiety starzeje się "wolniej", mają na myśli to, że tak to wygląda w oczach osoby pozostającej na Ziemi. Fizycy posługują się oczywiście pojęciami bardziej ścisłymi, takimi jak układy inercjalne. Ale od czasu do czasu uciekają się do takich potocznych zwrotów, jak "starzenie się szybciej".
    .
    A swoją drogą możnaby tu, korzystając z okazji, wspomnieć o innym, choć pokrewnym temu pierwszemu, nieporozumieniu. Otóż ludziom ciężko przychodzi niekiedy zrozumieć, że z dylatacji czasu wynika, iż nie ma czegoś takiego jak obiektywna, czy raczej wspólna dla wszystkich, teraźniejszość. Jeśli wyobrazić sobie jednak teraźniejszość, jako coś wspólnego, to trzeba będzie dokonać pewnego eksperymentu myślowego: Powiedzmy że przed podróżą jednego z nich, bliźniaki trwały w tej samej teraźniejszości. Bliźniak_1 przeżywa właśnie 630720000 sekundę swojego życia (ma 20 lat), a bliźniak_2 przeżywa też dokładnie 630720000 sekundę swojego życia. Więc można powiedzieć, że obaj trwają właśnie w tej samej, wspólnej sekundie – w tej samej teraźniejszości, i co sekundę razem wskakują do kolejnej. Ale bliźniak_2 wchodzi do rakiety i wyrusza w podróż z prędkością bliską prędkości światła. W związku z tym bliźniak_1 wskakuje co sekundę czasu bliźniaka_2 o kilka jego (bliźniaka_2) sekund dalej. Jeśli bliźniak_2 pozostałby jednak na Ziemi,  obaj bliźniacy trwaliby w tej samej teraźniejszości. Bliźniak_2 (ten z rakiety) jest przekonany, że jego brat w swojej (bliźniaka_1) teraźniejszości odczówa tę samą 662256000 sekundę, czyli że w swoim "prawdziwym" świecie ma, tak jak on, o jeden rok więcej (21 lat). I ma w tym dużo racji: nie jest przecież tak, że bliźniak_2 spóźnia się subiektynie w czasie. Bliźniak_2 spóźnia się w czasie obiektywnie, bo po powrocie na Ziemię spotka się ze swoim o wiele starszym niż on sam bratem bliźniakiem. To co się dzieje subiektywnie, jest ponad czasem. Jeśli bliźniak_2 powróci na Ziemię i odkryje, że jego brat jest o 10 lat starszy, nie będzie to znaczyło, że ów brat bliźniak_1 jakoś się straszni SUBIEKTYWNIE wysilił, żeby się przez ten czas SUBIEKTYWNIE trochę bardziej "przedrzeć" (swoje trzeba przerobić). Jeśli 21 letni bliźniak_2 powróci na Ziemię i spotka swojego 31 letniego brata bliźniaka_1, to i tak ma prawo przypuszczać, że ten jego "teraźniejszościowo solidaryzujący" się 21 letni odpowiednik bliźniaka_1 ciągle gdzieś tam jeszcze subiektywnie przeżywa swoją 21-kę. Teraz spotkał się z 31 letnim odpowiednikiem, ale ten odpowiednik 21 letni gdzieś tam musi być, i swoje musi przejść. Dlatego właśnie należy uważać, że wszystkie momenty czasu są NARAZ obecne.
    Mamy prawo takie samo rozumowanie przeprowadzić w odniesieniu do ludzi dawno zmarłych, jak – dajmy na to – Mikołaj Kopernik. Ktoś, kto ma dzisiaj 8 lat, ma prawo uważać, że gdzieś tam jakiś Mikołajek ślęczy nad kajecikiem, wkuwając na pamięć jakieś scholastyczne nudy, bo życia, tak jak roboty, choćby nie wiem co, nie przerobisz… 
     

  15. WOJAK
    15 maja 2020 at 11:33 - odpowiedz

    podroże – kosmiczne z ludzmi to absurd – straszny koszt straszne problemy – ochrona przed promieniowaniem kosmicznym – przeciazeniami – cała sfera bytowa — ewentualnie – podroż zamrozonych plemnikow i zygot – pozniej – odtworzenie i wychowanie osobnikow – w celu kolonizacji – ale poco – niema mozliwosci podrozy do gwiazd – ani widocznej perespektywy – tylko roboty i sztuczna inteligencja —wycofujemy sie z samolotow wojskowych na rzecz dronów -oczywiscie dla celow politycznych propagandowych – londowanie na marsie tak -baz chinska na ksiezycu tak — niebedzie zadnych lotow miedzygwiezdnych – to bajki – tylko sondy automatyczne -koszty -miliardy razy wieksze z ludzmi a ani o jote skuteczniejsze – ale dywagacje ciekawe acz jałowe 

Zostaw komentarz

Wpisz kod antySPAMowy *