Η ιδέα ότι ο χρόνος δεν κυλά το ίδιο για όλους φαίνεται παράλογη, ωστόσο, πρόκειται για μία από τις πιο καλά τεκμηριωμένες θεωρίες της Φυσικής. Όλα ξεκινούν από μια φαινομενικά απλή παραδοχή: ότι η ταχύτητα του φωτός παραμένει ίδια για κάθε παρατηρητή, ανεξαρτήτως της ταχύτητας με την οποία αυτός κινείται.
Ας σκεφτούμε ένα παράδειγμα: οδηγείς ένα αυτοκίνητο που κινείται με τη μισή ταχύτητα του φωτός. Αν ανοίξεις τα φώτα, πόσο γρήγορα θα δεις το φως να ταξιδεύει μπροστά σου; Και κάποιος που στέκεται ακίνητος στην άκρη του δρόμου; Θα το δει να κινείται με 1,5 φορά την ταχύτητα του φωτός; Αυτό απαγορεύεται από τη φυσική, καθώς τίποτα δεν ξεπερνά το φως.
Η απάντηση είναι ότι και οι δύο παρατηρητές, ο οδηγός και ο πεζός, θα μετρήσουν την ίδια ταχύτητα για το φως: την περίφημη σταθερά c. Το φαινόμενο αυτό, που φαίνεται να αψηφά τη λογική μας, ήταν το ένα από τα δύο βασικά αξιώματα της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας που πρότεινε ο Albert Einstein το 1905.
Η συνέπεια αυτής της σταθερότητας είναι ότι ο χρόνος είναι σχετικός. Όσο πιο γρήγορα κινείσαι μέσα στον χώρο, τόσο πιο αργά περνά ο χρόνος για σένα. Αν ταξίδευες με ένα διαστημόπλοιο κοντά στην ταχύτητα του φωτός, το ρολόι σου θα χτυπούσε πιο αργά και εσύ θα γερνούσες πιο αργά από κάποιον που θα έμενε στη Γη. Αυτή η επιβράδυνση του χρόνου ονομάζεται χρονοδιαστολή ή time dilation.
Για να το κατανοήσουμε καλύτερα, ας δούμε ένα πιο καθημερινό παράδειγμα. Οδηγείς με 10 μέτρα το δευτερόλεπτο και κάποιος πετάει μια μπάλα μέσα από το αυτοκίνητο με ταχύτητα 20 μέτρα το δευτερόλεπτο προς τα εμπρός. Για κάποιον που στέκεται απ’ έξω, η ταχύτητα της μπάλας θα είναι 30 m/s. Αυτή είναι η συνήθης πρόσθεση ταχυτήτων που γνωρίζουμε.
Με το φως όμως δεν συμβαίνει το ίδιο. Αντί να προστίθενται οι ταχύτητες, όπως στην περίπτωση της μπάλας, το φως κινείται πάντα με την ίδια ταχύτητα, ανεξαρτήτως της κίνησης της πηγής ή του παρατηρητή. Αυτό, αν και μας φαίνεται παράδοξο, είναι απαραίτητο για να λειτουργούν σωστά οι εξισώσεις του Maxwell, τα θεμέλια της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας.
Η πρώτη ένδειξη ότι κάτι τέτοιο συμβαίνει ήρθε το 1887 από το περίφημο πείραμα των Albert Michelson και Edward Morley. Οι δύο επιστήμονες ήθελαν να ανιχνεύσουν την ύπαρξη ενός φανταστικού μέσου που πίστευαν ότι γεμίζει το Σύμπαν, τον αποκαλούμενο «φωτοφόρο αιθέρα». Κατασκεύασαν ένα πανομοιότυπα κατανεμημένο οπτικό σύστημα για να εντοπίσουν τυχόν διαφορά στην ταχύτητα του φωτός ανάλογα με την κατεύθυνση της κίνησης της Γης. Το αποτέλεσμα; Καμία διαφορά. Το φως κινούνταν με την ίδια ταχύτητα, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση.
Η αποτυχία ανίχνευσης του αιθέρα σήμανε την αρχή μιας επαναστατικής θεώρησης: το φως δεν χρειάζεται μέσο για να διαδοθεί, αλλά είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα που αυτοσυντηρείται μέσα από την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Η ανακάλυψη αυτή, η οποία στηρίχθηκε στα μαθηματικά των εξισώσεων του Maxwell, ενίσχυσε την ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός είναι απόλυτη και δεν εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς.
Ας περάσουμε τώρα σε ένα πιο οπτικοποιημένο σενάριο: φαντάσου ένα ρολόι φωτός μέσα σε ένα διαστημόπλοιο. Δύο καθρέφτες απέναντι, και μια ακτίνα φωτός που αναπηδά μεταξύ τους. Όταν το σκάφος κινείται, ένας παρατηρητής απ’ έξω βλέπει ότι η ακτίνα διανύει διαγώνια διαδρομή, δηλαδή μεγαλύτερη από την κάθετη, άρα χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να πάει από τον έναν καθρέφτη στον άλλον. Εφόσον η ταχύτητα του φωτός παραμένει σταθερή, ο μόνος τρόπος να εξισωθεί η εξίσωση είναι να «διαστέλλεται» ο χρόνος μέσα στο διαστημόπλοιο. Δηλαδή, το ρολόι φαίνεται να καθυστερεί.
Αυτό δεν σημαίνει ότι ο χρόνος περνά διαφορετικά για τους επιβάτες. Από τη δική τους οπτική, όλα φαίνονται φυσιολογικά. Όμως για έναν εξωτερικό παρατηρητή, ο χρόνος μέσα στο σκάφος κυλά πιο αργά. Κι όσο αυξάνεται η ταχύτητα, τόσο εντονότερο είναι το φαινόμενο.
Η χρονοδιαστολή παρατηρείται και στη Γη, έστω και σε αμελητέο βαθμό. Για παράδειγμα, τα ρολόγια σε δορυφόρους GPS μετρούν το χρόνο διαφορετικά από αυτά στην επιφάνεια του πλανήτη και χρειάζονται συνεχείς διορθώσεις για να παραμείνουν συγχρονισμένα.
Ίσως όλα αυτά να φαίνονται παράδοξα, αλλά είναι πραγματικότητα. Η θεωρία της σχετικότητας, όσο αντιδιαισθητική κι αν είναι, επιβεβαιώνεται συνεχώς μέσα από τα πειράματα και τις εφαρμογές της καθημερινότητας. Ο Einstein δεν απλώς έδειξε ότι ο χρόνος είναι σχετικός – μας ανάγκασε να ξανασκεφτούμε τι σημαίνει να μετράς, να κινείσαι και να ζεις μέσα στο Σύμπαν.
[via]
