časoprostor | Svět2000

universe, space, galaxy, wormhole, stars, milky way, sci-fi, fantasy, futuristic, cosmos, deep space, black hole, astronomy, background, wallpaper, geometric, digital art, symmetry, abstract, ornamental, pattern, seamless, decorative, colourful, design, wormhole, black hole, black hole, black hole, black hole, black hole

Gravitační vlny časoprostoru předpovězené Einsteinem se podařilo detekovat

6. 10. 2025 Iveta Mauci, šéfredaktorka 2 min read 425 Zobrazení Albert Einstein, časoprostor, černá díra, gravitační vlny, milihertzové frekvenční pásmo (10⁻⁵ – 1 Hz), střední pásmo

Fyzika-matematika Nové Objevy Vědecké objevy Vesmír

Nepolapitelné gravitační vlny, které se nacházejí v „časoprostoru“, tedy mezi prostorem a časem, předpověděl Albert Einstein. Jejich existenci nemohl dokázat, přesto věděl, že tam jsou. A opravdu.

Právě tyto vlny byly pozorované pozemními interferometry na vysokých frekvencích jako jsou LIGO a Virgo a na ultranízkých frekvencích pomocí časovacích polí pulsarů. Střední pásmo však zůstalo vědecky nejasné. Nacházejí se totiž v nepolapitelném milihertzovém frekvenčním pásmu (10⁻⁵ – 1 Hz).

Nový detektor využívá nejmodernější technologie optických dutin původně vyvinutý pro optické atomové hodiny k měření drobných fázových posunů v laserovém světle způsobených procházejícími gravitačními vlnami. Na rozdíl od velkých interferometrů jsou tyto detektory kompaktní a relativně imunní vůči seismickému a newtonovskému šumu.

Vědci tak našli nový přístup, jak tyto gravitační vlny detekovat v milihertzovém frekvenčním rozsahu, který umožňuje přístup k astrofyzikálním a kosmologickým jevům, které nejsou detekovatelné současnými přístroji.

Využitím technologie vyvinuté v kontextu optických atomových hodin je možné rozšířit dosah detekce gravitačních vln do zcela nového frekvenčního rozsahu s přístroji, které se vejdou na laboratorní stůl. To otevírá vzrušující možnost vybudování globální sítě takových detektorů a hledání signálů, které by jinak zůstaly skryté nejméně po další desetiletí.

Očekává se, že milihertzové frekvenční pásmo, někdy nazývané jako „střední pásmo“, bude přijímat signály z různých astrofyzikálních a kosmologických zdrojů, včetně kompaktních dvojhvězd bílých trpaslíků a slučování černých děr.

Ambiciózní vesmírné mise, jako je LISA, se také zaměřují na toto frekvenční pásmo, ale jejich start je naplánovaný na 30. léta 21. století. Nové detektory optických rezonátorů by mohly začít tuto oblast zkoumat už nyní.

3D ilustrace gravitačních vln ze slučujících se černých děr.

Tento detektor umožňuje testovat astrofyzikální modely binárních systémů v naší galaxii, zkoumat fúze masivních černých děr a dokonce hledat stochastické pozadí z raného vesmíru. Díky této metodě mají vědci nástroje k zahájení zkoumání těchto signálů přímo ze Země, což otevírá cestu pro budoucí vesmírné mise.

Každá jednotka se skládá ze dvou ortogonálních ultrastabilních optických dutin a atomární frekvenční reference, což umožňuje vícekanálovou detekci signálů gravitačních vln. Tato konfigurace nejen zvyšuje citlivost, ale také umožňuje identifikaci polarizace vln a směru zdroje.

Spoluautoři studie: Dr. Vera Guarrera z Birminghamské univerzity a profesor Xavier Calmet z univerzity v Sussexu

Zdroje: Univerzita v Birminghamu, https://www.eurekalert.org/news-releases/1100491; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ae09ec

Plyne čas v horní části budovy rychleji než ve spodní?

18. 1. 2024 Iveta Mauci, šéfredaktorka 1 komentář 2 min read 276 Zobrazení čas, časoprostor, cestování časem, dilatace času, gravitace, gravitační dilatace čas, obecná teorie relativity, relativita

Fyzika-matematika TOP 10

Ano, čas plyne tím rychleji, čím dále jste od zemského povrchu ve srovnání s časem na zemském povrchu. Podle Science Question je tento efekt známý jako „gravitační dilatace času“. Je předpovězena Einsteinovou teorií obecné relativity a byla několikrát ověřena experimenty. Gravitační dilatace času nastává, protože objekty s velkou hmotností vytvářejí silné gravitační pole. Gravitační pole je skutečně zakřivením prostoru a času.

Čím silnější je gravitace, tím více časoprostorových křivek a tím pomaleji postupuje samotný čas. Zde bychom však měli poznamenat, že pozorovatel v silné gravitaci prožívá svůj čas jako normální běh. Jeho čas běží pomalu pouze ve vztahu k referenční soustavě se slabší gravitací. Osoba se silnou gravitací proto vidí, že jeho hodiny běží normálně a hodiny ve slabé gravitaci běží rychle, zatímco osoba ve slabé gravitaci vidí, že jeho hodiny běží normálně a druhé hodiny běží pomalu. Na hodinách není nic špatného. Čas samotný se zpomaluje a zrychluje kvůli relativistickému způsobu, jakým hmota deformuje prostor a čas.

Gravitační dilatace času nastává vždy, když existuje rozdíl v síle gravitace, bez ohledu na to, jak malý je tento rozdíl. Země má velkou hmotnost, a tedy i gravitaci, takže ohýbá prostor a čas natolik, aby ji bylo možné změřit. Jak se člověk vzdaluje od zemského povrchu – byť jen na několik metrů – gravitační síla na něj slábne. Jako lidé to moc nevnímáme, ale i když přejdete z prvního patra budovy do druhého patra budovy, vzdálíte se od země, a proto mírně oslabíte gravitační sílu, kterou cítíte. Rozdíl v gravitaci mezi tím, co jsme pociťovali ve třech metrech nad zemským povrchem a který byl pociťován ve čtyřech metrech, je příliš malý, abychom jej zaznamenali našimi lidskými smysly, ale rozdíl je dostatečně velký na to, aby jej zachytily citlivé stroje.

Protože síla gravitace slábne s každým krokem, který uděláte po schodech, rychlost, kterou čas postupuje, se s každým krokem také zrychluje. Lidé, kteří pracují ve spodním patře mrakodrapu, doslova cestují časem do budoucnosti ve srovnání s lidmi, kteří pracují v horním patře. Ale účinek je velmi malý. Ve skutečnosti tak malý, že si v každodenním životě nikdy nevšimnete časového rozdílu. Lidé, kteří žijí a pracují dále od povrchu Země, jsou jen o zlomky nanosekundy ročně napřed ve srovnání s lidmi blízko povrchu. I když je malý, časový rozdíl mezi různými nadmořskými výškami je skutečný a byl měřen experimentálně pomocí velmi přesných atomových hodin. Americký Národní institut pro standardy a technologie (NIST) změřil tak malé časové rozdíly a zveřejnil svá zjištění. NIST byl schopen změřit malý časový rozdíl mezi bodem na Zemi a bodem o půl metru výše pouhým zvednutím svého experimentálního stolu o půl metru. Jejich zjištění dobře odpovídala dilataci času, kterou předpověděla Einsteinova teorie relativity. Dilatace času v důsledku zemské gravitace je natolik významná, že satelity GPS, které obíhají vysoko nad zemí, musí upravit své vnitřní hodiny, aby zohlednily jejich rychlejší čas, a proto přesně určily polohu přijímačů GPS na zemi.

Zdroj: https://www.science.org/doi/10.1126/science.1192720

Jak se červí díra může stát strojem času

19. 7. 2023 Petr Kovanda 3 min read 898 Zobrazení časoprostor, červí díra, cestování v čase, stroj času

Budoucnost Nové TOP 10 Věda

Pokud jsou výpočty správné, stroje času by mohly být přirozeně se vyvíjející fenomén

Obecná relativita předpovídá, že červí díry by mohly spojovat dvě vzdálené části vesmíru způsobem, který by mohl být překonán okamžitě nebo téměř okamžitě, píše IFL Science. Vzhledem k tomu, že speciální teorie relativity již dříve prokázala, že cestování rychlostí větší než světlo je ekvivalentní cestování v čase, vyvstává otázka, zda by nám červí díry mohly umožnit také cestování v čase. Nový výzkum tohoto tématu tvrdí, že odpověď je ano, přinejmenším za určitých okolností.

Červí díry zůstávají do značné míry teoretickým fenoménem. Nikdy jsme žádnou vědomě nepozorovali, ačkoli v loňském roce vyšla práce, která dospěla k závěru, že při úhlu, pod jakým ji pozorujeme, nemůžeme určit, zda je M87* černá díra, nebo červí díra. Fyzikové však věnují mnoho energie tomu, aby zjistili, jak by červí díry vypadaly, kdyby skutečně existovaly.

Nejnovější snaha se zaměřuje na specifický typ červích děr, tzv. prstencové červí díry, které na rozdíl od „standardních“ červích děr nemají uvnitř žádnou hmotu, takže průchod jimi je mnohem méně nebezpečný. Kolem jednoho z ústí však mají tenký plášť z hmoty. V článku se vypočítává, že taková červí díra by v časoprostoru vytvářela „uzavřené časové křivky“, což znamená, že objekty, které by po ní cestovaly, by skončily ve stejném čase, v jakém začaly. „Tento proces nevyhnutelně transformuje takovou průchozí kruhovou červí díru ve stroj času,“ uzavírá článek. Tím mají na mysli, že by bylo možné cestovat červí dírou jedním směrem, vracet se druhým směrem a vynořit se v čase dřívějším, než byl první vstup.

Jedním z klíčových rysů obecné teorie relativity je, že prostor může být tvarován, například silnými gravitačními poli. Tato představa se obvykle znázorňuje tak, že máme dvourozměrný elastický materiál deformovaný velkým závažím. Fyzikové tvrdí, že věci se mohou deformovat natolik, že dva body v prostoru se k sobě v dalším rozměru docela přiblíží, a přitom jsou od sebe běžným způsobem cestování hodně vzdálené. To vedlo ke konceptu Einsteinova-Rosenova mostu, známějšího jako červí díra, který navrhoval, že by se tyto dva body mohly spojit.

Po úvaze, zda červí díry mohou existovat, je další nejdůležitější otázkou, zda je možné přežít průchod červí dírou. K následným otázkám patří, zda je možné posílat zprávy o nalezeném zpět (podle jednoho článku ano, ale pouze pokud jste rychlí).

Pokud je strukturou vesmíru časoprostorové kontinuum, jak navrhuje teorie relativity, pak použití červí díry k přechodu mezi dvěma body může být také cestováním v čase.

Nový článek vychází z dřívějšího modelování překonatelných červích děr a uvažuje o jedné ve slabém gravitačním poli, nerušeném blízkou hvězdou nebo planetou. Autoři docházejí k závěru, že když taková červí díra vznikne poprvé, nebude fungovat jako stroj času, ale později se jím nevyhnutelně stane.

Doba, za kterou k tomu dojde, je přibližně rovna RLc/GM, kde R a M jsou poloměr a hmotnost tenké slupky, L je vzdálenost mezi oběma ústími a G je gravitační konstanta. S G toho moc nenaděláte, ale pokud chcete, aby váš stroj času brzy fungoval, zvětšete poloměr skořápky a zároveň zmenšete její hmotnost. Až jednou budete mít svůj stroj času, bude čekání samozřejmě bezpředmětné, ale do té doby je to asi stejně bolestivé jako pro nás ostatní.

Možná existuje nějaký vesmírný druh s příslovím, které se překládá jako „sledovaná červí díra se nikdy nepromění ve stroj času“.

Zdroj: https://arxiv.org/abs/2305.03887