Время всегда течет с одинаковой скоростью?
С точки зрения физики, время течет по-разному, и его течение зависит от условий наблюдения. Время относительно в зависимости от системы отсчета. Кроме того, имеет смысл не абсолютное значение, а промежуток времени между какими-либо событиями. В этом прослеживается параллель с энергией: обычно важно изменение энергии в ходе каких-либо процессов, а не само значение энергии.
До начала XX века в науке господствовала концепция Ньютона: время считалось абсолютным и единым для всей Вселенной. Если на Земле проходил час, предполагалось, что ровно столько же времени проходит в любой другой точке Вселенной. Многое изменилось с появлением теории относительности Альберта Эйнштейна. В ней течение времени зависит от двух факторов:
- Скорости движения: если наблюдать за часами на ракете, удаляющейся от Земли с огромной скоростью, то с точки зрения земного наблюдателя эти часы будут идти медленнее согласно специальной теории относительности.
- Гравитации: чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее течет время. Это означает, что по мере приближения к массивному объекту время замедляется (эффект гравитационного замедления). Например, для внешнего наблюдателя часы вблизи черной дыры будут почти останавливаться по сравнению с его собственными, согласно общей теории относительности.
То есть темп времени для движущегося объекта замедляется по мере роста его скорости относительно наблюдателя, и наоборот. Однако эти эффекты можно заметить только на скоростях, близких к световым.
Эффект гравитационного замедления времени был многократно проверен в экспериментах, первый из которых состоялся в 1959 году —эксперимент Паунда и Ребки. В ходе эксперимента исследователи измеряли частоту фотонов в двух точках вдоль их траектории движения: в точке испускания, находящейся на высоте (на крыше здания), и в точке поглощения внизу (в подвале здания). С точки зрения теории относительности, исследуемый фотон, во-первых, «падал» в гравитационное поле, которое было более сильным в подвале здания (так как ближе к Земле), во-вторых, приобретал энергию — ускорялся по мере падения. Увеличение энергии фотона эквивалентно возрастанию его частоты, и наоборот. А согласно теории относительности, с увеличением скорости замедляется ход времени в движущейся системе отсчета, и наоборот. Разность измеренных частот фотонов в этих точках указывала на разность хода времени в них. Выходит, для наблюдателя на крыше здания часы, находящиеся в подвале (в более сильном гравитационном поле), шли медленнее.
Теория относительности проверялась и другими способами. Например, в 2011 году в Курчатовском институте был проведен эксперимент, подтвердивший независимость скорости света от скорости движения источника — это один из фундаментальных принципов теории относительности.
Конечно, разница во времени, вызванная гравитационными эффектами, ничтожна. В повседневной жизни мы не заметим релятивистского замедления времени — его эффекты проявляются лишь в экстремальных условиях, требующих огромных скоростей и сверхточных измерений. Однако эта концепция стала плодотворной почвой для научной фантастики. Такие фильмы, как «Интерстеллар», визуализируют эти идеи, показывая, как время может «растягиваться» вблизи массивных объектов.