เวลาในเอกภพเดินไม่เท่ากันจริงหรือ?
เวลา (Time)เป็นเรื่องพื้นฐานที่อยู่ในชีวิตของมนุษย์เราโดยตลอด แต่มันกลับเป็นสิ่งลึกลับที่นักฟิสิกส์พยายามทำความเข้าใจมันในระดับรากฐานเสมอมา หนึ่งในความเปลี่ยนแปลงสำคัญเกี่ยวกับความเข้าใจเรื่องเวลาเกิดขึ้นราวร้อยปีก่อน เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป ที่แสดงให้มนุษย์เรารู้ว่าเวลาไม่ใช่สิ่งสัมบูรณ์ที่เดินไปเท่ากันทั้งเอกภพ แต่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วและความโน้มถ่วง
การทำความเข้าใจที่มีที่ไปและแนวคิดของสัมพัทธภาพต้องใช้เวลาพอสมควรในการอธิบายอย่างลึกซึ้ง แต่เราอาจทำความเข้าใจผลลัพธ์ปลายทางของมันได้ไม่ยากนัก
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ให้ผลว่า ในกรอบของผู้ที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงมากๆ เวลาจะเดินช้าลงเมื่อเทียบกับกรอบของผู้ที่มีอัตราเร็วต่ำกว่า(Time dilation) ส่วนทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปให้ผลว่าในกรอบที่มีความโน้มถ่วงสูงกว่าเวลาจะเดินช้าลงเมื่อเทียบกับกรอบของผู้ที่มีความโน้มถ่วงต่ำ (Gravitational time dilation)
เราพบเห็นผลลัพธ์ของปรากฏการณ์ทั้งสองได้ในภาพยนตร์หรือนิยายไซไฟหลายเรื่อง เช่น นักบินอวกาศที่นั่งจรวดออกไปนอกโลกด้วยความเร็วสูง พอกลับมายังโลกแล้วพบว่าเวลาบนโลกผ่านไปนานจนคนรู้จักแก่ชราลงหรือล้มหายตายจากไป แต่ตัวของนักบินอวกาศกลับยังเยาว์วัยอยู่ หรือ นักบินอวกาศที่ไปทำภารกิจใกล้ๆกับหลุมดำซึ่งความโน้มถ่วงสูงมาก พอเดินทางกลับมายังยานแม่ที่อยู่ห่างออกไปพบว่าคนในยานแก่ไปหลายสิบปี ทั้งที่เวลาที่ตนเองใช้ทำภารกิจผ่านไปไม่กี่ชั่วโมงเท่านั้น
คำถามคือ ปรากฏการณ์เหล่านี้เป็นเรื่องจริงหรือไม่ ?
ปัญหาใหญ่ของการพยายามทดสอบปรากฏการณ์เหล่านี้คือ การช้าลงของเวลานั้นเกิดขึ้นน้อยมากจนไม่อาจสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวัน ยานอวกาศต้องมีความเร็วสูงเฉียดความเร็วแสง และความFน้มถ่วงต้องสูงในระดับใกล้ๆหลุมดำจึงจะสังเกตเห็นผลได้อย่างชัดเจน
อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์มีวิธีการทดสอบปรากฏการณ์ดังกล่าวทั้งทางตรงและทางอ้อม โดยการทดสอบทางตรงที่สุดเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1971 โดยสองนักฟิสิกส์ Joseph Hafele และ Richard Keating ผู้นำนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูงขึ้นไปบนเครื่องบินพานิชย์ชั้นประหยัดที่เดินทางรอบโลกเพื่อทดสอบผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป ถูกลงทะเบียนผู้โดยสารในชื่อ Mr. Clock (เอาจริงๆ หากได้ใช้เครื่องบินส่วนตัวมาทำการทดลองคงจะสะดวกกว่านี้มาก แต่ติดขัดก็ตรงงบประมาณ)
การทดลองนี้ใช้นาฬิกาอะตอมวางไว้ที่พื้นโลกตามปกติเพื่อเป็นชุดควบคุม แล้วนำนาฬิกาอะตอมไปบนรอบโลกที่ระดับความสูงราว 10 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก โดยทำการบินสองรอบแยกจากกันเพื่อเปรียบเทียบผล ครั้งหนึ่งบินตามทิศทางการหมุนของโลก และอีกครั้งหนึ่งบินสวนทางกับการหมุนของโลก
เมื่อเปรียบเทียบกับจุดศูนย์กลางโลก
- เครื่องบินที่บินสวนการหมุนของโลกย่อมช้าที่สุดเพราะความเร็วของเครื่องบินถูกหักลบกับความเร็วการหมุนของโลก
-นาฬิกาบนผิวโลกเร็วปานกลาง
-เครื่องบินที่บินตามทิศการหมุนของโลกเร็วที่สุดเพราะความเร็วของเครื่องบินถูกรวมเข้ากับความเร็วการหมุนของโลก
ดังนั้นเมื่อคิดผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ นาฬิกาอะตอมในเครื่องบินที่บินตามทิศการหมุนของโลกจะเดินช้าที่สุด ส่วนนาฬิกาที่บินสวนทิศการหมุนของโลกจะเดินเร็วที่สุด และเมื่อคิดผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นาฬิกาบนเครื่องบินจะได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของดลกน้อยกว่านาฬิกาบนผิวโลก เนื่องจากอยู่สูงมากกว่า ดังนั้นนาฬิกาบนเครื่องบินทั้งสองเครื่องจะเดินเร็วกว่านาฬิกาบนผิวโลก
เมื่อนำผลทั้งสองมารวมกันแล้วพบว่านาฬิกาอะตอมเดินด้วยอัตราที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพจริงๆ โดยนาฬิกาอะตอมในเครื่องบินที่บินตามการหมุนของโลกเดินช้าลงหลายสิบนาโนวินาที ส่วนนาฬิกาอะตอมในเครื่องบินที่บินสวนการหมุนของโลกเดินเร็วขึ้นราว 273 นาโนวินาที นับเป็นการทดลองที่น่าทึ่งที่สามารถวัดความแตกต่างของเวลาที่เล็กน้อยระดับนี้ได้
หลังจากนั้นมาก็มีการทดลองอื่นๆที่แม่นยำยิ่งขึ้นมาสนับสนุนผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศาและทั่วไป จนทุกวันนี้เรามั่นใจว่าทั้งสองทฤษฎีมีความถูกต้อง แต่หากถามว่าเวลาคืออะไร เรื่องนั้นยังคงต้องศึกษาและหาคำตอบกันต่อไป
* การทดลอง Gravity Probe A เป็นการยิงจรวดขึ้นไปตรงๆที่ระดับความสูงราว 10,000 กิโลเมตรแล้วกลับมายังผิวโลก ในระยะเวลา 1ชั่วโมง 55 นาที พบความแตกต่างของเวลาสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปด้วยความแม่นยำ 70 ส่วนในล้านส่วน
- 51
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
