Dlaczego prędkość światła wpływa na czas?

W 1632 roku Galileo Galilei, astronom i naukowiec, opisał po raz pierwszy zasadę względności, która zakłada, że procesy fizyczne we wszechświecie przebiegają w ten sam sposób, nawet jeśli dwoje obserwatorów odczuwa je inaczej, ponieważ jeden z nich porusza się względem drugiego.

 

Później Albert Einstein wprowadził koncepcję szczególnej teorii względności, która stworzona została w celu wyjaśnienia dziwnych obserwacji, które nie miały intuicyjnego wyjaśnienia na początku XX wieku. Einstein stwierdził, że prędkość światła nie zmienia się w zależności od obserwatora. Załóżmy, że jedziesz z prędkością 60 km/h, podczas gdy twój przyjaciel stoi pod drzewem i rzuca piłkę w twoim kierunku z prędkością, którą postrzega jako 60 km/h. Okazuje się, że przyjaciel i drzewo będą poruszać się w twoim kierunku z prędkością 60 km/h, podczas gdy piłka jedzie z prędkością 120 km/h, ale tylko z twojej perspektywy.

 

Ta teoria zmienia się, gdy ty i twój przyjaciel zbliżacie się do prędkości światła, gdyż nic nie może podróżować szybciej niż światło.  Gdybyś siedział w rakiecie poruszającej się z prędkością 75% prędkości światła i twój przyjaciel rzucił piłkę z tą samą prędkością, piłka nie przyspieszyłaby do 150%. Nic nie może podróżować szybciej niż światło – piłka nadal poruszałaby się wolniej. Tak, ta teoria brzmi dziwnie, ale jest poparta dużą ilością dowodów eksperymentalnych.

 

Jednak prędkość nie jest jedynym czynnikiem zmieniającym się w zależności od obserwatora. Inną konsekwencją teorii względności jest koncepcja dylatacji (lub rozciągania) czasu, w której ludzie doświadczają upływu czasu w różny sposób w zależności od tego, jak szybko poruszają się względem siebie.

 

Każda osoba odczuwa czas normalnie względem siebie, ale osoba, która porusza się szybciej, odczuwa upływ czasu wolniej niż osoba, która porusza się wolniej. Gdy się spotykają i spoglądają na zegarki, okazuje się, że liczby nie są zbieżne: na jednej tarczy upłynęło mniej czasu niż na drugiej.

 

Ten niuans prowadzi do być może najdziwniejszego wyniku teorii względności - paradoksu bliźniąt. Eksperyment myślowy mówi, że jeśli jeden z dwóch bliźniaków wyniesie rakietę w kosmos, po powrocie na Ziemię odkryje, że jego bliźniak starzeje się szybciej. Jednocześnie każdy z bliźniaków normalnie odczuwał upływ czasu, nawet jeśli ich kalkulacje były różne.

 

Jeśli obaj bliźniacy postrzegają siebie jako obiekty nieruchome, a siebie nawzajem jako poruszające się, to czy każdy może powiedzieć, że drugi szybciej się zestarzał? Nie, ponieważ oboje nie mogą być starsi. Bliźniak, który poleciał w kosmos, otrzymał między innymi przyspieszenie: wartość ta nie zmienia się w zależności od prędkości planety.