Замедление времени: нечто странное происходит со светом, который путешествует по Вселенной

Фото: Live Science

Скорость света — это самая высокая скорость, с которой может двигаться любой объект. Астрофизик Джарред Робертс из Калифорнийского университета в Сан-Диего рассказал, что происходит с фотонами, частицами света, когда они преодолевают миллионы световых лет, прежде чем достичь Земли. Ученый объяснили, каким образом свет, несмотря на огромные расстояния, не теряет своей энергии. Об этом пишет Live Science.

Свет галактики Вертушка

Джарред Робертс проводил наблюдения за галактикой Вертушка, в которой находится примерно триллион звезд, расположенной на расстоянии 25 млн световых лет от нас. На ее примере астрофизик объясняет, что происходит со светом, который преодолевает огромные расстояния во Вселенной, прежде, чем достигнет Земли.

Свет от галактики Вертушки путешествовал к Земле 25 миллионов лет со скоростью света (300 000 км/с) и преодолел примерно 240 квинтиллионов километров. Можно подумать, что свет во время такого длительного полета должен был потерять свою энергию, но этого не произошло. Почему?

Что такое свет?

Свет — это электромагнитное излучение, то есть соединенные вместе электрическая и магнитная волны, которые перемещаются через ткань пространства-времени. У частиц свет, фотонов, нет массы и это очень важно, поскольку масса любого объекта ограничивает максимальную скорость, с которой он может перемещаться в пространстве.

Из-за того, что фотоны не имеют массы, они перемещаются со скоростью света и за год преодолевают примерно 9,6 триллионов километров. Ничто не может двигаться быстрее света. Для сравнения, за то время, которое вам нужно, чтобы моргнуть глазом, фотон облетает Землю более двух раз.

Свету от Солнца, которое находится на расстоянии примерно 150 млн км от Земли нужно всего 8 минут, чтобы достичь нашей планеты. То есть, солнечному свету, который вы видите, восемь минут. Ближайшая к нам звезда после Солнца, Альфа Центавра, находится на расстоянии 4 световых года от нас или примерно 41 трлн км. Поэтому, когда свет достигнет Земли ему будет уже 4 года.

Теряет ли свет энергия при путешествии по Вселенной?

На самом деле, часть света теряет свою энергию во время полета в космосе. Это происходит, когда свет отражается от чего-то, например, от межзвездной пыли, и рассеивается.Но большая часть света просто движется вперед и ни с чем не сталкивается, ведь космос в основном пуст. Поэтому, когда свет перемещается без препятствий, он не теряет энергии.

Замедление времени

Представьте себя астронавтом на борту Международной космической станции. Вы вращаетесь со скоростью примерно 27 000 километров в час. По сравнению с человеком на Земле, ваши наручные часы будут идти на 0,01 секунды медленнее в течение года.

Это пример замедления времени, то есть время идет с разной скоростью в разных условиях. Если вы двигаетесь очень быстро или находитесь близко к сильному гравитационному полю, то ваши часы будут идти медленнее, чем у того, кто движется медленнее или находится дальше от сильного гравитационного поля. Это означает, что время относительно.

Свет неразрывно связан со временем. Представьте, что вы находитесь на фотоне и в этом случае вы испытаете максимальное замедление времени. Все на Земле будут отсчитывать время со скоростью света, но с точки зрения вашей системы отсчета время полностью остановится.

Это происходит потому, что часы, измеряющие время, находятся в двух разных местах и ​​движутся с совершенно разными скоростями. То есть частица света движется со скоростью света, а Земля движется вокруг Солнца со сравнительно медленной скоростью.

Когда вы движетесь со скоростью света, то расстояние между тем местом, где вы находитесь, и тем местом, куда вы направляетесь, сокращается. Поэтому чем быстрее вы можете двигаться, тем короче становится путешествие. Другими словами, для фотона пространство сжимается.

С точки зрения фотонов, то звезды в галактике Вертушка выпустили их, а затем они достигли Земли. Поскольку пространство сжато, для фотонов путешествие было бесконечно быстрым и бесконечно коротким, крошечная доля секунды. Но с нашей точки зрения на Земле фотоны покинули галактику 25 млн лет назад, и они пролетели 25 миллионов млн световых лет через космос.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform