Niemała część zawartych w poniższym artykule informacji znajduje się już na forum rozsypana po różnych postach i tematach. Tu, w syntetyczny sposób mamy przedstawione coś, co wszyscy wiemy, ale... jak na początku szanującej się bajki: Znacie? Znamy! To posłuchajcie. 
Domena publiczna
Oni wszyscy się mylą...
Jak to naprawdę jest z podróżą statkiem kosmicznym ? Większość z nas, przyzwyczajona jest do pewnej myśli, mówiącej że podróże międzygwiezdne, nawet z prędkościami bliskimi prędkości światła, są bardzo długotrwałe. Sprawdź czy należysz do tej grupy Myśl ta, wygląda mniej więcej tak:
Skoro jakiś obiekt jest odległy od Ziemi o milion lat świetlnych, to przecież nawet podróżując z prędkością bliską światłu, będziemy lecieć ponad milion lat. Jeśli nie można przekroczyć prędkości światła, to nigdy nie będziemy w stanie dolecieć dalej, w czasie życia jednego pokolenia załogi statku. Np statek lecący z maksymalną prędkością przez 60 lat, pokona dystans max 60 lat świetlnych i nigdy nie doleci dalej. Zatem jaki jest sens wylatywać w podróż, do wspaniałej planety położonej 1000 lat świetlnych od Ziemi, skoro pożyjemy najwyżej lat 100 ?
I tu właśnie następuje nasze pierwsze zderzenie z Teorią Względności a powyższa myśl jest, jak by to powiedzieć... tak jakby błędna.
Zapewne wielu z nas obił się o uszy termin "dylatacja czasu", czyli jego tajemnicze spowolnienie dla obiektów poruszających się. Krótko mówiąc - im obiekt szybciej się porusza, tym wolniej płynie "jego" czas. Zjawisko to jest bezpośrednią i udowodnioną konsekwencją teorii względności.
Nie każdy jednak wie, co tak naprawdę jest konsekwencją tego zjawiska. Zanim do tego przejdziemy, rozważmy statek kosmiczny poruszający się z prędkością 50% prędkości światła. Załoga statku po podróży trwającej dla nich 10 lat, powróci na Ziemię i stwierdzi że minęło 11 i pół roku. Różnica czasu zwiększa się wraz z prędkością statku. Spójrzmy na tabelę (symbol "c" oznacza prędkość światła):
Prędkość statku Dla załogi minęło Na Ziemi minęło
50% c 10 lat 11,5 roku
60% c 10 lat 12,5 lat
70% c 10 lat 14 lat
80% c 10 lat 16,6 lat
90% c 10 lat 23 lata
95% c 10 lat 32 lata
99% c 10 lat 70 lat
99,99% c 10 lat 707 lat
99,999999% c 10 lat 70 tysięcy lat
99,9999999999% c 10 lat 7 milionów lat
99,99999999999999% c 10 lat 700 milionów lat
Co z tego wynika ? Coś niespodziewanego... Okazuje się, że jeśli wyślemy statek z misją dotarcia do planety, położonej 700 milionów lat świetlnych od Ziemi i nadamy statkowi prędkość 99,99999999999999% c, to na Ziemi minie owszem 700 milionów lat... ALE NIE NA STATKU ! Na statku minie zaledwie 10 lat !!! Załoga statku kosmicznego, pokona tę monstrualną odległość w ciągu zaledwie 10 lat swojego życia. Jak to możliwe ? Jak statek mógł pokonać 700 milionów lat świetlnych w ciągu 10 lat, skoro poruszał się WOLNIEJ niż światło ?!?
Odpowiedzią na ten niezwykły paradoks, jest kolejna z konsekwencji Teorii Względności. Okazuje się, że nie tylko czas jest względny. Względne są także odległości. Im szybciej porusza się statek, tym bardziej skraca się odległość odcinka po którym się porusza. Oczywiście nie powoduje to żadnych fizycznych napięć w przestrzeni - skrócenie odległości obserwowane jest wyłącznie dla załogi statku. Skrócenie to, nazywa się skróceniem Lorentza.
Prędkość statku Dystans widziany z Ziemi Dystans widziany przez załogę
99% c 700 milionów lat świetlnych 98,7 milionów lat świetlnych
99,99% c 700 milionów lat świetlnych 9,8 miliona lat świetlnych
99,999999% c 700 milionów lat świetlnych 98,7 tysięcy lat świetlnych
99,9999999999% c 700 milionów lat świetlnych 987 lat świetlnych
99,99999999999999% c 700 milionów lat świetlnych 9,87 roku świetlnego
Jak widać, dzięki zjawisku relatywistycznego skrócenia odległości, problem znika. Załoga statku naprawdę przebędzie 700 milionów lat świetlnych, w ciągu zaledwie 10 lat swojego życia. Prędkość można podnosić dalej, uzyskując coraz wyższy procent prędkości światła. Okazuje się, że dzięki dylatacji czasu i skróceniu Lorentza, człowiek jest w stanie przebyć dowolny dystans we Wszechświecie, dolecieć w dowolnie odległe rejony, nie przekraczając prędkości światła, ani nie tracąc na to zbyt wiele cennego czasu. Problemem jest tylko i wyłącznie osiągnięcie prędkości jak najbardziej zbliżonej do prędkości światła - nie musimy jej przekraczać, aby dostać się w dowolne miejsce we Wszechświecie.
Konsekwencje tuzinkowe
Tak - powiecie - ale co z tego, że "ONI" dolecą tam w 10 lat, skoro "MY TU NA ZIEMI" nigdy się ich nie doczekamy, bo u nas minie 700 milionów lat ? Nigdy nie poznamy ich wspaniałych opowieści, nigdy nie dowiemy się co przeżyli i co widzieli. Słusznie powiecie. Nie dowiemy się, nie doczekamy się. Ale czy to znaczy, że nie powinniśmy tego robić ? O ile wysyłanie w ten sposób misji badawczych nie jest specjalnie sensowne, gdyż z wynikami badań nie byłoby już gdzie wracać, o tyle można rozważyć podróże "w jedną stronę".
Np. misje kolonizacyjne. Z naszej perspektywy, wysyłamy arkę wypełnioną ludźmi i sprzętem do zasiedlenia rajskiej planety, żegnamy się z nimi, gdyż nigdy już ich nie zobaczymy. Kiedy dolecą na miejsce, życie na Ziemi może dawno już nie istnieć, nigdy też nie dowiemy się czy im się powiodło. Ale jednocześnie dla tych kolonistów, będzie to zaledwie 10-letnia podróż. Zróbmy mały eksperyment myślowy - wyobraźcie sobie teraz, że siedzicie w tym statku, lecicie z misją kolonizacyjną.
Siedzicie na swoim łóżku i spoglądacie na zegarek. Wskazówka odmierza sekundę za sekundą - każde cyknięcie wskazówki, oznacza że na Ziemi minęły ponad 2 lata... Przypominacie sobie ludzi, których pozostawiliście za sobą. Wiecie, że wszyscy oni będą martwi, zanim wskazówka odmierzy pełną minutę... Kiedy zaś pójdziecie spać, zaśniecie z myślą, że gdy obudzicie się rano, Ziemia będzie starsza o ponad 60 tysięcy lat. Czy to oznacza, że nie ma sensu wysyłać takich misji ? Wręcz przeciwnie, powinniśmy to robić, gdyż dzięki temu zapewnimy rasie ludzkiej przetrwanie i nieśmiertelność.
Konsekwencje nietuzinkowe
W czasie takiej misji może się jednak okazać coś zabawnego. Może się np. okazać, że ludzkość którą zostawiliśmy za sobą, doleci na planetę szybciej od nas. Albo - po 20 minutach od naszego startu, dogoni nas i powie że podrzuci nas szybciej swoim statkiem zaginającym czasoprzestrzeń... Czy powinniśmy być zaskoczeni ? Wszak wiemy, że każda nasza godzina na statku to prawie 8 tysięcy lat na Ziemi... A na Ziemi w tym czasie trwa normalny rozwój naukowy W ZIEMSKIM TEMPIE. W ciągu 1000 lat ludzkość na Ziemi wynajduje napęd czasoprzestrzenny i dogania nas po kilkunastu minutach od naszego startu.
Jednak nawet jeśli nas nie dogonią, to musimy założyć, że rozwój cywilizacyjny na Ziemi, osiągnie podczas misji taki poziom, że jej cel, jej ważność, całkowicie straci na znaczeniu. Wyłączając przypadek zagłady Ziemi, nasza misja stanie się po stokroć bardziej idiotyczna, niż budowanie galeonu i szukanie morskiej drogi do Indii w XXI wieku. Pomyślmy - zanim dolecimy, na Ziemi miną setki milionów lat rozwoju cywilizacyjnego, podczas gdy rozwój na statku, będzie praktycznie tkwił w miejscu. Dla mieszkańców Ziemi, będziemy reliktami przeszłości, na pozbawionej sensu i znaczenia, antycznej misji, która z czasem stanie się legendą, potem bajką aż w końcu szaloną hipotezą, podejmowaną przez kontrowersyjnych archeologów z przyszłości.
Konsekwencje bardzo nietuzinkowe
Powyższy akapit, mógł już zapalić w głowie pewne konkretne lampki. Zauważyliśmy, że podczas gdy my lecimy sobie spokojnie na statku, na Ziemi czas biegnie niesłychanie szybko i niesłychanie szybko dokonują się badania naukowe i postęp technologiczny. Np. po 5 minutach od startu, na Ziemi są już znane lekarstwa na wszystkie choroby, włącznie z najpoważniejszymi. 3 minuty później średnia długość życia wynosi 500 lat i skolonizowane zostały Księżyc, Mars i księżyce Jowisza. Po kolejnych paru minutach ludzkość wynajduje napęd czasoprzestrzenny. Widzimy zatem, że rozwój biegnie w zawrotnym tempie. Dla nas, bo na Ziemi mija pokolenie za pokoleniem i nikt nie odczuwa żadnej specjalnej "szybkości" tego rozwoju.
A gdyby tak... odwrócić role ? Zbudujmy monstrualnie wielki statek kosmiczny, załadujmy do niego całą ludzkość i rozpędźmy do odpowiedniej prędkości. Jednak wcześniej zostawmy na Ziemi jedno miasto - miasto naukowców i inżynierów, którzy zajmą się rozwojem nauki i technologii - dla nas. Wyznaczymy sobie trasę tam i z powrotem i zbliżymy się do prędkości światła. Podróż zakończy się w miejscu startu, na Ziemi. Co się dzieje ? Po np. tygodniu naszego lotu, docieramy z powrotem na Ziemię i lądujemy. Nasi naukowcy pracowali ciężko przez 1000 lat i oto przekazują nam efekty swoich prac.
Niesamowitość takiego rozwiązania, polega nie tylko na tym, że możemy de facto, dowolnie przyśpieszyć rozwój ludzkości w bardzo krótkim czasie osiągając wyniki wymagające setek lat, pokoleń badaczy i narodzin tuzinów geniuszy pokroju Newtona i Einsteina. Niecodzienność tego rozwiązania, polega też na tym, że o ile dla nas - ludzkości osadzonej na statku - faktycznie byłby to nieprawdopodobnie cenny dar i wyjątkowo sprytne podejście do rozwoju cywilizacyjnego, o tyle dla ludzi pozostawionych na Ziemi - naukowców - nasz powrót mógłby być czymś niezbyt przyjemnym, lub nawet niepożądanym.
Skoro u nich minęło 1000 lat, to zapewne rozwinęli się z miasta w dużą, bardzo zaawansowaną cywilizację a motywacja do przyjmowania i edukowania zacofanej o 1000 lat cywilizacji ze statku kosmicznego, może być czymś czego nie będą chcieli się podejmować. Postawmy się w ich sytuacji, opuściliśmy ich z egoistycznych pobudek, wyłącznie po to aby wykorzystać dla własnego rozwoju ich pracę. Wracamy po 1000 latach i wyciągamy chciwe łapska po wyniki. To tak, jakby do naszych czasów zawitał Mieszko I, z całym narodem i domagał się przywrócenia do władzy i nauczenia ich całej zdobytej przez nas wiedzy a w ogóle najlepiej jakbyśmy się usunęli w cień, bo to oni są ważni a nie my. Jak więc widzimy, relatywistyka implikuje również ciekawe kwestie moralne.
Nokaut
Pora na eksplozję mózgu, kolejną 
Powiedzieliśmy, że przy zbliżaniu się obiektu do prędkości światła, jego czas płynie coraz wolniej a skrócenie Lorentza rośnie, czyli odległość maleje. Skoro tak, to gdzieś przecież musi być granica tego spowolnienia czasu i skracania odległości. I rzeczywiście tak jest. Tą granicą jest prędkość światła. Obiekt poruszający się z prędkością światła, staje się bardzo egzotycznym bytem.
O ile obiekt o masie dodatniej nie może osiągnąć prędkości światła, więc trudno odpowiedzialnie mówić o statku kosmicznym, o tyle istnieją obiekty które poruszają się wyłącznie z taką prędkością. Co porusza się z prędkością światła ? Np. światło Spróbujmy wejść w skórę fotonu. Jak foton odbiera świat ? Jaka jest jego rzeczywistość ? Ponieważ porusza się z prędkością światła, dylatacja czasu w jego przypadku jest całkowita, to znaczy, że dowolną odległość pokonuje w czasie wynoszącym 0 sekund. Poprzez skrócenie Lorentz'a odległość także maleje do 0.
Weźmy jako przykład odległą gwiazdę, znajdującą się miliard lat świetlnych od Ziemi. Według nas musi minąć miliard lat, zanim foton od tej gwiazdy trafi na Ziemię. Jednak dla fotonu czas ten wynosi 0. Co oznacza, że foton wyemitowany jest jednocześnie fotonem odebranym ! Natomiast "minięcie" miliarda lat, jest wyłącznie naszym własnym odczuciem, ten czas minął tylko dla nas, nie dla fotonu. Dlaczego niby nasza perspektywa ma być właściwsza niż perspektywa fotonu ? Co więcej, według fotonu, nie ma żadnej odległości pomiędzy nami. Świat według fotonu jest zupełnie płaski - jest płaszczyzną spłaszczoną do zera, prostopadłą do kierunku "ruchu" fotonu (ruchu którego wg. fotonu nie ma...). Jest płaski nie tylko od jakiejś gwiazdy do nas. Jest również płaski we wszystkich innych kierunkach biegu fotonów. Każdy foton, ma swoją własną płaszczyznę Wszechświata, na której istnieje a wszystkie te płaszczyzny my odbieramy jako jedną przestrzeń zanurzoną w czasie, który dla fotonu nie ma żadnego zastosowania.
Poczekajmy... aż coś się wydarzy
Takie pozorne przyśpieszenie rozwoju cywilizacyjnego, jak w omawianym przypadku kosmicznej arki (pozorne, bo dla ludzi których zostawimy na Ziemi, czas będzie biegł normalnie a my będziemy zacofani), jest pierwszym z możliwych motywów zrealizowania takiego przedsięwzięcia. Drugi motyw, to przeczekanie w czasie, aż w naszej Galaktyce zaczną się dziać ciekawsze rzeczy.
Jedną z zagadek naszego Wszechświata, jest słynny paradoks Fermi'ego, wyrażany prostym pytaniem "Gdzie oni są ?". Pytanie odnosi się do zdumiewającej dysproporcji pomiędzy monstrualnym ogromem Wszechświata a jego zupełną "ciszą inteligencji" - czyli mówiąc wprost, dlaczego nie znaleźliśmy jeszcze innych obcych ras, skoro samych gwiazd we Wszechświecie jest więcej niż ziarenek piasku na Ziemi ? Propozycji rozwiązania paradoksu jest całe mnóstwo. Jedna z nich zakłada, że Wszechświat jest jeszcze ciągle zbyt młody a Ziemia, może być jedną z pierwszych planet, na których ewolucja "wyprodukowała" w ciągu miliardów lat organizmy inteligentne. Jeśli tak, to poczekajmy na nich ! Przesiedźmy na statku parę dni, aż w Galaktyce minie miliard lat i wówczas poszukajmy inteligencji. Po miliardzie lat nie tylko cała Galaktyka może być dojrzalsza i bardziej obfitująca w życie, lecz również nasi wspaniali naukowcy pozostawieni na Ziemi przekażą nam swoje dziedzictwo. O ile będą istnieć i będą chcieli je przekazać.
O ile przeniesienie całej ludzkości na gigantyczny statek kosmiczny, rozpędzany do prędkości przyświetlnych, może okazać się zadaniem cokolwiek trudnym, o tyle w wypadku małych, kilku-osobowych statków, będzie to zapewne dużo prostsze. Załóżmy, że chcemy dowiedzieć się co przyniesie przyszłość. Nie ma problemu ! Zabieramy najbliższą rodzinę na statek i startujemy, rozpędzamy się i wracamy po 2 tygodniach na Ziemię, na której minęło np. 300 lat.
Któż z nas nie chciałby zobaczyć co przyniesie przyszłość, jakie będą losy człowieka w ciągu następnych setek i tysięcy lat ? Czy zrozumiemy Wszechświat ? Czy odnajdziemy obce cywilizacje ? Kto będzie kolejnym Einsteinem ? Jakie cuda odkryjemy na innych, żywych planetach ? To wszystko jest w zasięgu życia jednego człowieka. Podróżowanie w przyszłość, jest udowodnionym i namacalnym faktem (np. musi sobie z nim radzić system GPS). Jedyne czego potrzeba, to odpowiednio duża prędkość.
[...]
Bonus !
Dzięki znajomości zawiłych zakrętów Ogólnej Teorii Względności, nie musimy wcale rozpędzać statku do prędkości światła, aby spowolnić nasz upływ czasu i poczekać, aż na Ziemi miną milienia. Dylatacja czasu występuje nie tylko w ruchu, ale także w bezpośredniej bliskości źródeł grawitacji. Im silniejsza grawitacja obiektu, tym wolniej płynie tam czas. Czas na powierzchni Ziemi płynie wolniej, niż na szczytach wysokich budynków, gdyż im wyżej tym grawitacja jest słabsza. Oczywiście na Ziemi są to różnice bardzo niewielkie, jednakże gdyby satelity GPS nie uwzględniały korekty na dylatację czasu spowodowaną przez niższą grawitację (przyśpieszenie czasu) oraz przez własną prędkość satelity (spowolnienie czasu), to pomiary na odbiornikach myliły by się o całe kilometry !
Inna sprawa, gdy znajdziemy w środowisku o bardzo silnej grawitacji, np. w pobliżu czarnej dziury. Oczywiście aby na nią nie spaść, musielibyśmy orbitować z odpowiednią dużą prędkością [...]. W takim otoczeniu również osiągniemy efekt znacznego spowolnienia upływu naszego czasu, względem czasu ziemskiego.
Użytkownik Nick edytował ten post 11.12.2017 - 17:44
