Jis sugrįžo po 1 111 dienų su rankiniu laikrodžiu, kuris buvo maždaug 28 milisekundėmis priekyje, palyginti su identiškais laikrodžiais Žemėje. Šis menkutis pranašumas yra realus, ne mistinis—tai specialiojo ir bendrojo reliatyvumo rezultatas esant orbitiniams greičiams, patvirtintas lyginant atominius laikrodžius. Šis skaičius pasakoja techninę istoriją apie judėjimą, gravitaciją ir matavimą, ir kviečia atidžiau pažvelgti, kaip mokslininkai jį apskaičiavo ir ko reikėtų, kad tos milisekundės išaugtų į metus.
Ką iš tikrųjų reiškia teiginys „28 milijonai metų į ateitį“
Kalbant apie reliatyvumą, teiginys, kad Olegas Kononenka nukeliavo „28 milisekundes į ateitį“, tiesiog kiekybiškai įvertina menkutį skirtumą tarp laiko, patirto per jo orbitines misijas, ir laiko, prabėgusio žmonėms Žemėje: kadangi Tarptautinėje kosminėje stotyje esantys laikrodžiai Žemėje esančių laikrodžių atžvilgiu veikia šiek tiek lėčiau, Kononenkos sukauptos 1 111 dienų orbitoje sudaro maždaug 28 milisekundėmis mažiau tikrojo (savojo) laiko, t. y. išmatuojamą, bet praktiškai nereikšmingą poslinkį į priekį, atspindintį gerai patikrintus laiko dilatacijos skaičiavimus, o ne kokį nors egzotišką ar juntamą šuolį į kitą epochą.
Šis skaičius apibendrina tikslius palyginimus tarp laivinio ir antžeminio laiko matavimo, iliustruodamas nuspėjamus reliatyvistinius efektus, neimplikuodamas dramatiško laiko poslinkio.
Kaip reliatyvumas priverčia astronautų laikrodžius tiksėti lėčiau
Nustačius, kad Kononenkos 28 milisekundžių „šuolis“ tiesiog atspindi susikaupusius skirtumus tarp laive esančių ir Žemės laikrodžių, kitas klausimas – kaip tie skirtumai atsiranda pagal reliatyvumo teoriją.
Specialioji reliatyvumo teorija numato, kad judantys laikrodžiai, vertinant iš stacionaraus stebėtojo perspektyvos, tiksi lėčiau; kuo didesnis greitis, tuo didesnė laiko dilatacija. TKS orbitinis greitis (~7,7 km/s) sukelia išmatuojamą, bet labai mažą kasdienį atsilikimą, palyginti su identiškais antžeminiais laikrodžiais. Per daugelį dienų ir misijų šios mikrosekundės susikaupia į milisekundes.
Šis poveikis yra kiekybinis, patvirtintas itin tikslių laiko matavimo eksperimentų, ir norint gauti pastebimus šuolius į priekį reikalingi greičiai, artimi šviesos greičiui.
Kaip mokslininkai išmatavo TKS laiko poslinkį
Norėdami išmatuoti mažytį laiko vėlavimą, kurį sukuria TKS orbitinis judėjimas, tyrėjai lygina itin tikslius atominius laikrodžius, skraidinamus kosminiuose aparatuose, su identiškais etaloniniais laikrodžiais ant žemės ir atsižvelgia į visus nuspėjamus poveikius.
Matavimai remiasi mikrobangų ir optinėmis jungtimis laiko signalams sinchronizuoti, o tuomet palyginimai po skrydžio atskleidžia sukauptus poslinkius. Komandos koreguoja dėl gravitacinio potencialo skirtumų, signalo vėlavimų, temperatūros poveikių ir instrumentinio dreifo.
Pakartotiniai eksperimentai ir kryžminiai patikrinimai su GPS ir antžeminiais laiko standartais patvirtina pakartojamus, mikrosekundžių–milisekundžių masto neatitikimus, suderinamus su specialiąja ir bendrąja reliatyvumo teorijomis. Statistinė analizė įvertina neapibrėžtumą, parodydama, kad TKS sukeltas laiko poslinkis yra mažas, bet išmatuojamas ir atitinka teorines prognozes.
Kononenkos 1 111 dienų: žingsnis po žingsnio skaičiavimas iki ~28 mln. s
Olego Kononenko sukauptų 1 111 dienų žemojoje Žemės orbitoje išskaidymas pradedamas misijos laiką paverčiant sekundėmis ir pritaikant reliatyvistinio laiko dilatacijos spartą, būdingą TKS greičiams; naudojant apytikslį paros praradimą apie 25 mikrosekundes gaunama paprasta sandauga, kuri duoda maždaug 28 milisekundžių sumą.
Skaičiavimas padaugina 1 111 dienų × 25×10^−6 sekundės per dieną ir gaunama ≈0,027775 sekundės (≈27,8 ms).
Šaltiniai ir ankstesni astronautų pavyzdžiai patvirtina paros įverčio pagrįstumą: TKS orbitinis greitis (~7,66 km/s) sukelia prognozuojamą specialiosios reliatyvumo teorijos lemiamą lėtėjimą.
Rezultatas yra išmatuojamas, bet menkutis laiko poslinkis į priekį.
Kodėl 28 ms yra svarbios (ir ko reikėtų, kad būtų įmanoma keliauti laiku metų mastu)
Žvelgiant per žmogaus patirties mastelį, 28 milisekundės yra moksliškai reikšmingos, tačiau praktiškai nereikšmingos: tai tiesioginė, išmatuota specialiojo reliatyvumo laiko dilatacijos apraiška—empirinis patvirtinimas, kad laikrodžiai greitai judančiuose erdvėlaiviuose atsilieka nuo identiškų laikrodžių Žemėje—tačiau šis skirtumas pernelyg mažas, kad paveiktų biologiją, suvokimą ar prasmingą chronologiją.
Tai patvirtina reliatyvumą per tikslų laiko matavimą (TKS per dieną praranda ≈25 μs).
Milisekundes paversti metais reikalauja greičių, artėjančių prie šviesos greičio; būtų reikalingi reliatyvistiniai gama faktoriai maždaug 10^3–10^6 dydžio, gerokai viršijantys dabartines varomąsias galimybes.
Todėl Kononenkos rekordas yra svarbus kaip principo įrodymas, tačiau pabrėžia didžiulį technologinį atotrūkį iki metų masto kelionių į ateitį.
