Skulle du verkligen åldras långsammare på ett rymdskepp med nära ljusets hastighet?

Resa i hög hastighet. Craig Cormack / Flickr

Varje vecka skickar läsarna av vårt rymdnyhetsbrev, The Airlock , in sina frågor som rymdreportern Neel V. Patel ska svara på. Denna vecka: tidsutvidgning under rymdresor.

Jag hörde att tidsutvidgning påverkar höghastighetsrymdresor och jag undrar omfattningen av den effekten. Om vi ​​skulle starta en flygning tur och retur till en närliggande exoplanet – låt oss säga 10 eller 50 ljusår bort – hur skulle det påverka tiden för människor på rymdskeppet kontra människor på jorden? När rymdresenärerna kom tillbaka, kommer de att vara mycket yngre eller äldre i förhållande till människor som stannade på jorden? -Serge

Tidsdilatation är ett koncept som dyker upp i massor av sci-fi, inklusive Orson Scott Cards Enders spel , där en karaktär åldras endast åtta år i rymden medan 50 år passerar på jorden. Detta är precis det scenario som beskrivs i det berömda tankeexperimentet Tvillingparadox : en astronaut med en identisk tvilling vid uppdragskontrollen gör en resa ut i rymden på en höghastighetsraket och återvänder hem för att upptäcka att tvillingen har åldrats snabbare.

Tidsutvidgning går tillbaka till Einsteins teori om speciell relativitet, som lär oss att rörelse genom rymden faktiskt skapar förändringar i tidens flöde. Ju snabbare du rör dig genom de tre dimensionerna som definierar det fysiska rummet, desto långsammare rör du dig genom den fjärde dimensionen, tiden – åtminstone i förhållande till ett annat objekt. Tiden mäts olika för tvillingen som rörde sig genom rymden och tvillingen som stannade på jorden. Klockan i rörelse kommer att ticka långsammare än de klockor vi tittar på på jorden. Om du kan resa nära ljusets hastighet är effekterna mycket mer uttalade.

Till skillnad från tvillingparadoxen är tidsutvidgning inte ett tankeexperiment eller ett hypotetiskt koncept – det är verkligt. De 1971 Hafele-Keating-experiment bevisade lika mycket, när två atomur flögs på plan som färdades i motsatta riktningar. Den relativa rörelsen hade faktiskt en mätbar effekt och skapade en tidsskillnad mellan de två klockorna. Detta har också bekräftats i andra fysikexperiment (t.ex. snabbrörliga myonpartiklar ta längre tid att förfalla ).

Så i din fråga, en astronaut som återvänder från en rymdresa med relativistiska hastigheter (där effekterna av relativitetsteori börjar manifestera sig - i allmänhet åtminstone en tiondel av ljusets hastighet ) skulle, vid återkomst, vara yngre än jämnåriga vänner och familj som stannade på jorden. Exakt hur mycket yngre beror på exakt hur snabbt rymdfarkosten hade rört sig och accelererat, så det är inte något vi lätt kan svara på. Men om du försöker nå en exoplanet 10 till 50 ljusår bort och ändå ta dig hem innan du själv dör av ålderdom, måste du röra dig nära ljusets hastighet.

Det finns en annan rynka här värd att nämna: tidsutvidgning som ett resultat av gravitationseffekter. Du kanske har sett Christopher Nolans film Interstellär , där närheten till ett svart hål gör att tiden på en annan planet saktar ner enormt (en timme på den planeten är sju jordår).

Denna form av tidsutvidgning är också verklig, och det beror på att i Einsteins allmänna relativitetsteori kan gravitationen böja rumtiden, och därför tiden själv. Ju närmare klockan är gravitationskällan, desto långsammare går tiden; ju längre bort klockan är från gravitationen, desto snabbare går tiden. (Vi kan spara detaljerna i den förklaringen för ett framtida luftsluss.)

Dölj