Время нужно только для того, чтобы всё не происходило одновременно.
— Альберт Эйнштейн
Нам известно количество галактик в нашей расширяющейся Вселенной (не менее 100 миллиардов), но не менее интересный вопрос – с какими скоростями они могут двигаться. Ведь поскольку Вселенная расширяется, то чем дальше от нас галактика, тем больше её скорость убегания.
Более того, поскольку расширение тоже ускоряется, галактики с течением времени улетают от нас всё быстрее. Значит, неудивительно, что свет убегающих галактик сдвигается в красную часть спектра.
И в этом нет ничего странного. Если объект двигается в вашу сторону и испускает свет, его волна сжимается и свет кажется более синим. Если объект двигается от вас, длина волны увеличивается и свет кажется более красным. И чем быстрее двигается источник света, тем сильнее сдвиг длины волн.
Но задумайтесь – если объект двигается от вас всё быстрее и быстрее, не увидим ли мы в какой-то момент объектов, приближающихся к скорости света?
Как известно, при приближении к скорости света происходит много всего: и вот два самых контринтуитивных явления, относящихся к специальной теории относительности.
Если вы покоитесь, а объект движется относительно вас со скоростью, существенной по сравнению со световой, вы заметите два очень странных эффекта: его длина будет сокращаться в направлении его движения, а время – замедляться. И, конечно же, вас сразу заинтересует вопрос – наблюдаются ли эти эффекты у удалённых галактик!
Сокращение длины измерить невозможно, поскольку мы можем мерить длины только в направлении, перпендикулярном линии взгляда, а расширение происходит параллельно ей. А что насчёт замедления времени? Есть оно или нет? Давайте подумаем, чего мы можем ожидать на основании предсказаний теории.
Изучаемая галактика не двигается с релятивистскими скоростями относительно объектов, находящихся в её локальном пространстве-времени. Происходит расширение пространства между нами и удалённой галактикой. Именно это расширение увеличивает длины волн фотонов, что и заставляет свет выглядеть краснее.
Но когда свет был испущен, время от пика до пика каждой волны было гораздо меньше, чем время, которое вы сможете наблюдать, когда эти пики дойдут до вас. Так что хотя наблюдаемая галактика физически не движется с релятивистской скоростью, замедление времени вы должны увидеть. Так можете ли вы это сделать? Что вы будете искать?
К примеру, известно, что спиральные галактики вращаются. Вы можете спросить, возможно ли увидеть замедление их вращения. К сожалению, в прошлом связь между яркостью галактики и её скоростью вращения в прошлом была не такой, как сейчас, поскольку спиральные галактики эволюционируют со временем.
Вы можете решить заняться наблюдением за квазарами, поскольку это очень яркие объекты, которые хорошо видно на больших расстояниях. Однако окружение, в котором они находятся, и источники переменных характеристик (например, гравитационное микролинзирование), отличаются у удалённых и у более близких к нам квазаров.
Ещё один кандидат – гамма-всплески, их можно увидеть на больших расстояниях. Но нам бы подошёл очень хорошо изученный класс объектов с неменяющимися во времени свойствами, которые можно наблюдать при сильном красном смещении. Если мы сможем измерить замедление времени у них, это будет финальная проверка теории!
Сверхновая типа Ia! У этих объектов очень хорошо изучена временная шкала, согласно которой они становятся ярче, затухают и исчезают.
Так что, если мы обнаружим удалённую сверхновую с сильным красным смещением, её световая кривая должна быть вытянутой по шкале времени. Что же происходит в реальности? Есть ли такие сверхновые?
Хотите – верьте, хотите – нет, но таких нашлось полно! Первая – сверхновая, удаляющаяся от нас со скоростью почти в 50% от скорости света – появилась в 1996 году! Затем ещё одна, и ещё, и сегодня у нас их целая толпа, и мы однозначно видим замедление времени у этих далёких галактик!
Красная линия – предсказание без замедления, синяя – с замедлением. Так что это на самом деле происходит!
Что удивительно, так это при наличии в такой галактике наблюдателя с очень мощным телескопом, способным увидеть нас, уже мы для него покажемся замедленными, в то время как они будут двигаться с нормальной для них скоростью!
Так что, наблюдая за очень удалёнными объектами, вы не только видите их в прошлом, отдалённом на миллиарды лет, вы видите их в замедленном движении! И пока вы размышляете об этом, знайте, что некто в миллиардах световых лет от нас может видеть, как вы размышляете об этом гораздо дольше!
Поделиться с друзьями
tas
Не могу ничего возразить по сути, но внутри такое чувство, что меня в чем-то обманывают.
Ну не могут два зрителя одновременно быть замедленными друг относительно друга...
HappyLynx
Прошу прощения за размещение ссылки на не столь уважаемый в научных кругах ресурс, но на нем достаточно много информации, не вступающей в противоречие с наукой и при этом весьма доходчиво многое объясняющей «на пальцах» куда лучше и понятнее неискушенному взгляду, чем та же википедия.
http://lurkmore.to/Теория_относительности
Прочитайте раздел парадоксов в общем и про «парадокс близнецов» в частности.
kauri_39
А применим ли в данном случае «парадокс близнецов»? Судя по приведённой Итаном картинке — имеет. Но ведь галактики со сверхновыми не летят от нас сквозь пространство на ракетных двигателях, как нарисовал Итан. Они летят вместе с пространством, это важно. Как происходит красное смещение их гамма-излучения, так при этом удлиняется и весь период их излучения. Навстречу световых волнам из-за космологических причин расширяется среда — от наблюдателя. А всякая среда, движущаяся навстречу волнам, увеличивает их длину.
Nuwen
Нет никакого «одновременно».
Fullmoon
Вот вам ещё один, если вдуматься, столь же контринтуитивный пример. Ваш друг Вася стоит в ста метрах от вас. Вам он кажется на таком расстоянии уменьшенным. Но, внезапно, и вы ему тоже кажетесь уменьшенным в той же степени!
Оговорюсь — это очень грубая аналогия, математика тут совершенно другая, и, пожалуйста, не делайте из этого примера далеко идущих выводов. Это просто пример того, как два зрителя могут наблюдать одно и то же явление относительно друг друга.
Deosis
Более наглядно можно представить на звуковом эффекте Допплера.
Если машина с мигалкой проезжает мимо вас, то слышимая частота изменяется.
Точно также изменяется слышимая частота, если проехать мимо стоящей машины.
HappyLynx
Проблема этой аналогии в том, что вы именно «видите» Васю уменьшенным, в то время, как реальный его размер, не фиксируемый вашей оптикой размер, а именно объективный в вашей реальности, не изменился. В случае же эффектов ОТО искривления пространства-времени объективны в СО наблюдателя и гравитационном поле, т.е. Вася абсолютно реально меньше вас, и это не наблюдаемое искажение, а полностью реальное.
Fullmoon
Ну, тут можно спорить, что в СТО я именно „вижу“ своей оптикой Васю уменьшенным в своей СО, а он в его собственной СО никак не изменился. И что уменьшенное изображение в первом случае — тоже в некоторых смыслах полностью реальное искажение, например, световой поток от васиного фонарика, долетающий до вас будет меньше.
Но я сразу и сказал, что аналогия очень грубая.
HappyLynx
Аналогия не грубая, она вообще отсутствует. Вы пытаетесь провести параллель между разнородными следствиями столь же разнородных эффектов.
В случае с видимым Васей, он чисто оптически уменьшен, при этом вы можете направить два параллельных лазерных пучка ему в ноги и в макушку, измерить расстояние между ними и определить, что размер Васи всё тот же.
В случае с ОТО, летящий Вася будет сжат в вашей СО независимо от чего бы то ни было другого, и даже если вы переместитесь в точку рядом с ним, оставаясь в своей исходной СО, и обмеряете его как вашей душе только будет угодно, ваши замеры все равно покажут, что он сжат. И его замеры вас, что характерно, тоже.
Fullmoon
Если вам так важна теоретическая точность, я мог бы обсудить значимость „чисто оптических“ искажений и корректность фразы „переместиться в соседнюю точку, оставаясь в своей СО, и провести любые измерения“.
Но я лишь опять отмечу, что мой исходный комментарий содержал все возможные оговорки по поводу моей аналогии.
HappyLynx
> корректность фразы „переместиться в соседнюю точку, оставаясь в своей СО, и провести любые измерения“
Ну представьте, что вы телепортировались без изменения импульса, а еще лучше — представьте, что вы изначально находитесь возле Васи.
Просто ваша аналогия создает впечатление, что эффекты искажения в СТО чисто иллюзорные, что движущийся объект только воспринимается нами как искаженный, а на самом деле не искажается. Но он не воспринимается таким, он именно что абсолютно реально искажается в нашей СО.
Fullmoon
Вы точно СТО знаете?
Как попасть в соседнюю точку — как раз не проблема. Например, дождаться, когда Вася мимо пролетит.
Ключевой вопрос, естественно, в проведении измерений. Что линейных размеров, что замедления времени, что относительной скорости. Всё это невозможно проделать в одной точке пространства-времени.
А уменьшение предметов с растоянием — это не абсолютно реальный эффект?
Естественно, под уменьшением я имею в виду уменьшение угловых размеров, а вы что подумали?
shadovv76
может интуитивно понятнее, что наш свет движется к ним, а их свет к нам, но направление движения для своего света мы оба принимаем положительным. Кроме света, у нас с ними нет другой общей базовой точки отсчета.