Женская рука показывает ход времени в виде часов с римскими цифрами

Как гравитация влияет на ход времени? (Изображение предоставлено: Юйчиро Чино / Getty Images)

Общая теория относительности Эйнштейна перевернула представление человечества о Вселенной более века назад, и с тех пор ученые обнаружили, что устойчивый ход времени совсем не стабилен. Среди призрачных следствий общей теории относительности – то, что на вершине каждой лестницы в мире время идет быстрее, чем внизу.

Это поражающее воображение явление происходит потому, что чем ближе объект к Земле, тем сильнее воздействие гравитации. А поскольку общая теория относительности описывает гравитацию как искривление пространства и времени, время само по себе движется медленнее на больших высотах и на больших расстояниях от Земли, где гравитация оказывает меньшее влияние.

Итак, если время связано с гравитацией, значит ли это, что люди на вершинах гор стареют быстрее, чем на уровне моря? Действительно ли повышенная гравитация заставляет людей стареть медленнее?

На самом деле, для всех объектов, удаленных от гравитационного поля, например, планеты Земля, время действительно движется медленнее. Это означает, что люди, живущие на больших высотах, стареют немного быстрее, чем те, кто перемещается в пространстве-времени на уровне моря.

Гравитация заставляет нас стареть медленнее, в относительном выражении. По сравнению с теми, кто не находится рядом с массивными объектами, мы стареем медленнее на очень незначительную величину. Фактически, для этого человека весь мир вокруг нас развивается медленнее под действием гравитации.

Различия незначительны, но измеримы. Если бы вы сидели на вершине горы Эверест – 8848 метров над уровнем моря – в течение 30 лет, вы были бы на 0,91 миллисекунды старше, чем если бы вы провели те же 30 лет на уровне моря. Аналогично, если близнецы, живущие на уровне моря, расстанутся на 30 лет, один из которых переедет в Боулдер, штат Колорадо, США, на высоту 1600 метров, а другой останется на месте, то близнец, живущий на высоте, будет на 0,17 миллисекунды старше своего близнеца, когда они воссоединятся. (1)

В поразительном эксперименте исследователи использовали одни из самых точных атомных часов в мире, чтобы продемонстрировать, что время течет быстрее даже на высоте всего 0,2 миллиметра над поверхностью Земли.

Это не просто расчеты. Ученые наблюдали изменение тиканья часов на расстоянии, примерно равном ширине человеческого волоса.

Ключ к пониманию того, почему массивные объекты искажают течение времени, заключается в осознании того, что «пространство-время» – это четырехмерный гобелен, сотканный из трех пространственных координат (вверх/вниз, вправо/влево и вперед/назад) и одной временной координаты (прошлое/будущее). Гравитация, в релятивистской модели – это то, что мы называем, когда любой объект с массой искажает этот гобелен, искривляя пространство и время как единое целое.

Все, что обладает массой, влияет на пространство-время. Вблизи объекта с массой пространство-время искажается, что приводит к искривлению пространства и замедлению времени.

Эффект реален и измерим, но в повседневных ситуациях он ничтожен.

Однако, когда дело доходит до не повседневных ситуаций, это явление – также известное как гравитационное замедление времени – может стать неприятным. По словам ученых, спутники GPS, кружащие вокруг земного шара на высоте 20186 километров, должны учитывать тот факт, что их часы идут на 45,7 микросекунды быстрее, чем часы внизу, в течение 24 часов.

Самым серьезным эффектом относительности на течение времени, вероятно, является точность GPS. Поскольку они [спутники GPS] движутся с большой скоростью и высоко от Земли, релятивистские эффекты от скорости и гравитации должны быть тщательно учтены, чтобы мы могли определить наше положение на земном шаре с высокой точностью.

Ближе к дому становится ясно, что гравитация действительно заставляет нас стареть медленнее. Конечно, обычно это всего лишь вопрос миллисекунд, и трусить на уровне моря – вряд ли эффективная стратегия борьбы со старением. Но время драгоценно и быстротечно, особенно вдали от объектов, обладающих массой.

Live Science