Зашто спорије старимо у авиону – и други невероватно чудни ефекти релативности

Један од познатих и занимљивијих научних експеримената извели су 1971. године физичари Џозеф Хафеле и Ричард Китинг. Узели су четири атомска часовника (који касне један секунд на сваких 30 милиона година) и укрцали се у комерцијални авион на пут око света, прво на запад, а затим на исток, пре него што су се вратили у своју лабораторију у Вашингтону.

Када су упоредили време на својим поузданим часовницима са осталима који су остали у лабораторији, испоставило се да се време на њима није поклапало. Теорија предвиђа да су сатови који су били на лету, у поређењу са референтним сатовима у америчкој морнаричкој опсерваторији, требало да изгубе 40 ± 23 наносекунде током путовања на исток, и да би требало да добију 275 ± 21 наносекунду током путовања према западу.

Експеримент је био тест основног принципа Ајнштајнове теорије релативности, а то је да време није универзално. Што брже путујете, време ће вам спорије пролазити. Ефекат је мали – узмите трансатлантски лет од Лондона до Њујорка и ваш сат ће заостати за десетмилионити део секунде за оним који је остао на земљи – али без обзира, ипак ћемо старити делић спорије него да смо остали код куће. А Хафелеови и Китингови сатови би то могли да измере.

Друга теза теорије релативности каже да гравитација такође има утицај на време. Ако се удаљимо од Земљине гравитационе силе и време ће се убрзати. Гравитација утиче и на наша тела – што значи да нам је глава нешто старија од стопала. Овај ефекат је невероватно мали, али на већим удаљеностима од Земље постаје веома важан. ГПС систем на који се сви све више ослањамо у оријентацији, са својим сателитима на 20.000 километара изнад Земље, морају то да узму у обзир, како би исправно функционисали.

Упркос овим појавама, Земља је, на крају крајева, мала планета у великом Универзуму. Око црних рупа, масивних објеката чија сила гравитационог привлачења је неупоредива са гравитацијом било које планете, ови ефекти релативитета су далеко израженији.

Да бисмо разумели зашто, треба да замислимо да падамо у црну рупу. (Наравно уз претпоставку да смо у магичној свемирској летелици која ће нас сачувати од „шпагетификације“, која се дешава свему што се превише приближи црној рупи).

Док падамо, не бисмо приметили никакву разлику у времену за себе или непосредно окружење. Гледајући на сат или опипавајући пулс, приметили бисмо исти стабилан број откуцаја из секунда у секунд док се приближавамо извесној пропасти.

Међутим, ако би нам инструменти свемирске летелице дозволили да се осврнемо и посматрамо Универзум изван црне рупе, можда ћемо приметити нешто чудно – чинило би нам се да се догађаји тамо убрзавају. Када бисмо могли да посматрамо Земљу кроз телескоп, видели бисмо будућност наше планете и врста, као на убрзаном филму.

Уколико променимо перспективу и замислимо да смо на свемирској станици која кружи на безбедној удаљености од црне рупе и гледамо летелицу како упада у њу. Ивица црне рупе, каква јесте, је хоризонт догађаја, тачка кроз коју не могу да прођу ни ствари које путују брзином светлости. За очекивати је да би летелица када дође до ове тачке једноставно нестане.

Међутим, десило би се нешто чудније – ако имамо довољно маште и замислимо да нам путници у овој летелици машу, видели бисмо готово успорени снимак како падају све дубље у гравитациони бунар црне рупе.

Сат постављен на спољној страни њихове летелице радиће спорије у поређењу са оним који је инсталиран на станици из које посматрамо тај призор.

Овај ефекат је искоришћен у филму Међузвездани (Interstellar), где астронаути који су истраживали планету близу црне рупе излазе како би пронашли промењени Универзум који је кренуо даље без њих. Као што филм јасно показује, нема смисла питати се да ли је време које пролази близу црне рупе или далеко „тачно“ време – релативност нам говори да тако нешто не постоји.

Иако ово никада нећемо видети споља, наш осуђени путник ће на крају прећи хоризонт догађаја црне рупе, границу иза које светлост – или било шта друго – не може побећи. Ово је тачка без повратка, а иза ње путник би био приморан ка центру црне рупе. То значи да би се њихов доживљај времена могао фундаментално променити – и можда би чак могли да се крећу напред-назад у времену.

Зашто тако? У нашим обичним животима, безбедно ван црне рупе, можемо да се крећемо како желимо у три димензије простора, али морамо непрекидно путовати напред у четвртој димензији: времену. Али унутар хоризонта догађаја црне рупе, ствари су уназад. Унутра, астронаут би био приморан да непрестано путује свемиром – ка центру црне рупе – што значи да неки људи мисле да би могли да се крећу у времену.

У том смислу, црна рупа може деловати као временска машина, омогућавајући сваком довољно храбром да уђе и да отпутује у времена много пре него што су прешли хоризонт догађаја, све до стварања саме црне рупе.

Једина квака је у томе што, колико можемо да закључимо, не би било начина да изађемо из црне рупе, тако да ниједан путник кроз време из будућности не може искористити овај трик да дође и посети нас овде на површини Земље. Али разумевање онога што је могуће – и размишљање о томе како црне рупе манипулишу простором и временом око себе – може пружити физичарима најпрецизније тестове Ајнштајнових теорија и може довести до дубљег разумевања шта је тачно ово што називамо временом.