One of Albert Einstein's greatest i

One of Albert Einstein's greatest insights was realizing that time is relative. It speeds up or slows down depending on how fast one thing is moving relative to something else. How much does it change? In this feature originally designed for students in 1996, "Captain Ein" and "Major Stein" have volunteered to help you find out. Send Captain Ein on a round-trip journey to a star and then compare her age with Major Stein's on Earth.—Jenny Lisle

Ever feel like time moves very quickly and sometimes very slowly? Like how the hours fly by when you're hanging out with a close friend, or how seconds drag on endlessly when you're stuck in traffic on a hot day? But you can't actually speed time up or slow it down—it always flows at the same rate, right?

Albert Einstein didn't think so. His idea was that, theoretically, the closer we come to traveling at the speed of light (186,000 miles per second), the more time would appear to slow down for us from the perspective of someone who, in relation to us, was not moving. He called the slowing of time due to motion time dilation.

Imagine you're standing on Earth holding a clock. Your friend is in a rocket zooming past you at nearly 186,000 miles per second. Your friend is also holding a clock. If you could see your friend's clock, you'd notice that it seems to be moving a lot more slowly than yours. Your friend, on the other hand, thinks the clock in the rocket is moving just fine, while your clock on the ground seems to be moving very fast. Sound confusing? Well, remember, it took Einstein years to figure this out, and he was pretty smart (see Genius Among Geniuses).

Einstein came up with an example to show the effects of time dilation that he called the "twin paradox." It's a lot like the Time Traveler game you just played. Let's try it out with a pair of pretend twins, Al and Bert, both of whom are 10 years old in their highly futuristic universe.

Al's parents decide to send him to summer camp in the Alpha-3 star system, which is 25 light-years away (a light-year is the distance light travels in a year). Bert doesn't want to go and stays home on Earth. So Al sets out on his own. Wanting him to get there as quickly as possible, his parents pay extra and send him at 99.99 percent the speed of light.

The trip to the star and back takes 50 years. What happens when Al returns? His twin brother is now 60 years old, but Al is only 10 and a half. How can this be? Al was away for 50 years but only aged by half a year. Has Al just discovered the fountain of youth?

Not at all. Al's trip into space lasted only a half year for him, but on Earth 50 years passed. Does this mean that Al can live forever? Nope. He may have aged by only half a year in the time it took 50 years to pass on Earth, but he also only lived half a year. And since time can slow down but never goes backwards, there's no way he could grow younger.

Einstein's idea about time slowing down sounds fine in theory, but how can you be sure he's right? One way would be to hop in a rocket and travel near the speed of light. Yet everything we know about physics says we can't do that.

Why? Did you notice in the Time Traveler game that the rocket could travel very fast, but could never reach 100 percent the speed of light? Well, there's a good reason for this....

According to Einstein's special theory of relativity, objects gain mass as they accelerate to greater and greater speeds. Now, to get an object to move faster, you need to give it some sort of push. An object that has more mass needs a bigger push than an object with less mass. If an object reached the speed of light, it would have an infinite amount of mass and need an infinite amount of push, or acceleration, to keep it moving. No rocket engine, no matter how powerful, could do this. In fact, as far as we know, nothing can exceed the speed of light.

There are other ways, however, to put his ideas to the test. How do we know Einstein had it right? One experiment in the 1970s provided some pretty strong evidence:

Atomic clocks are extremely accurate clocks that can measure tiny amounts of time—billionths of a second. In 1971, scientists used these clocks to test Einstein's ideas. One atomic clock was set up on the ground, while another was sent around the world on a jet traveling at 600 mph. At the start, both clocks showed exactly the same time.

What happened when the clock flown around the world returned to the spot where the other clock was? As Einstein had predicted in a general way, the clocks no longer showed the same time—the clock on the jet was behind by a few billionths of a second. Why such a small difference? Well, 600 mph is fast but still just the tiniest fraction of the speed of light. To see any significant differences in time, you'd have to be traveling many millions of miles an hour faster.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อัลเบิร์ตไอน์สไตน์มองมากที่สุดอย่างใดอย่างหนึ่งได้ตระหนักถึงเวลาที่เป็นญาติ จะเร็ว หรือช้าขึ้นอยู่กับวิธีการเคลื่อนย้ายสิ่งหนึ่งอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับสิ่งอื่น เท่านั้นไม่เปลี่ยนแปลง ในลักษณะนี้ออกแบบสำหรับนักเรียนในปี 1996 "กัปตันไอน์" และ "หลักสไตน์" มี volunteered เพื่อช่วยให้คุณค้นหา ส่งกัปตัน Ein ในการเดินทางประมาณดาว และเปรียบเทียบอายุกับวิชาสไตน์ของบนโลก — Lisle เจนนี่เคยรู้สึกเหมือนเวลาย้ายอย่างรวดเร็ว และช้ามากบางครั้ง เหมือนว่าชั่วโมงบินโดย เมื่อคุณกำลังห้อยออกกับเพื่อนสนิท หรืออย่างไรไม่รู้จบเมื่อคุณกำลังติดอยู่ในการจราจรในวันร้อนลากวินาที แต่คุณไม่จริงเวลาเร็วขึ้น หรือช้าลงซึ่งมันจะไหลในอัตราเดียวกัน ขวาอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ไม่ได้นะ ความคิดของเขาถูกว่า ตามหลักวิชา ใกล้ชิดเรามาเดินทางที่ความเร็วของแสง (186,000 ไมล์ต่อวินาที) โดยจะปรากฏ ช้าลงสำหรับเราจากมุมมองของคน เกี่ยวกับเรา ไม่เคลื่อนไหว เขาเรียกว่าการชะลอตัวของเวลาจาก dilation เวลาเคลื่อนไหวสมมติว่า คุณกำลังยืนอยู่บนโลกถือนาฬิกา เพื่อนที่อยู่ในจรวดซูมเลยคุณที่เกือบ 186,000 ไมล์ต่อวินาที เพื่อนยังถือนาฬิกา ถ้าคุณสามารถดูนาฬิกาของเพื่อนของคุณ คุณจะสังเกตเห็นว่า เหมือนเคลื่อนไหวมากขึ้นช้ากว่าของคุณ เพื่อน ในทางกลับกัน คิดว่า นาฬิกาในจรวดย้ายเพียงดี ในขณะที่นาฬิกาของคุณบนพื้นดินที่ดูเหมือนว่าจะย้ายอย่างรวดเร็ว เสียงสับสน ดี จำ ใช้ไอน์สปีรูปนี้ออก และกำลังสวยสมาร์ท (ดูอัจฉริยะจาก Geniuses)ไอน์สมากับตัวอย่างการแสดงผลของเวลา dilation ว่า เขาเรียกว่าการ "ฝาแฝด" มันเป็นจำนวนมากเช่นเกมนักเวลาที่คุณเล่น ลองลองออกกับคู่ของ pretend แฝด Al และร่วม ซึ่งทั้งสองมีอายุ 10 ปีในจักรวาลของพวกเขาสูงมากมายอัลผู้ปกครองตัดสินใจส่งเขาไปค่ายฤดูร้อนใน Alpha 3 ดาวระบบ ที่ 25 light-years ไป (เป็นปีแสงเป็นระยะทางแสงเดินทางในปี) ร่วมไม่อยากไปและพักบ้านบนดิน ดังนั้น อัลชุดออกบนเขาเอง Wanting เขาเดินอย่างรวดเร็ว พ่อจ่ายเพิ่มเติม และส่งเขาที่ 99.99 เปอร์เซ็นต์ความเร็วของแสงเดินทางไปดาวและกลับใช้เวลา 50 ปี เกิดอะไรขึ้นเมื่ออัลกลับ ขณะนี้น้องแฝดอายุ 60 ปี แต่อัลเป็น 10 เท่าและครึ่ง นี้ได้อย่างไร อัลถูกเก็บ 50 ปี แต่อายุ โดยครึ่งปีเท่านั้น อัลเพียงพบหมึกซึมของเยาวชนไม่เลย อัลโกเป็นพื้นที่กินเวลาเพียงครึ่งปี สำหรับเขา แต่ บนโลก 50 ปีผ่านไป หมายความ ว่า อัลสามารถอยู่ตลอดหรือไม่ Nope เขาอาจมีอายุ โดยเฉพาะครึ่งปีในเวลาที่ใช้ปี 50 ผ่านโลก แต่เขาอาศัยอยู่เฉพาะครึ่งปี และตั้งแต่เวลาสามารถช้าลงแต่ไม่เคยไปย้อนหลัง ไม่มีทางเป็นเขาสามารถเติบโตอายุความคิดของไอน์สเกี่ยวกับเวลาที่ช้าลงเสียงดีในทางทฤษฎี แต่คุณจะแน่ใจว่า เขาอยู่ วิธีหนึ่งที่จะมีการ กระโดดในจรวด และการเดินทางใกล้ความเร็วแสง แต่ทุกอย่างที่เรารู้เกี่ยวกับฟิสิกส์กล่าวว่า ทำไม่ทำไม คุณเห็นในเกมนักเวลาที่ จรวดเดินทางได้อย่างรวดเร็ว แต่อาจไม่ถึง 100 เปอร์เซ็นต์ความเร็วของแสงหรือไม่ ดี มีเหตุผลที่ดีสำหรับ...ตามของไอน์สพิเศษทฤษฎีของทฤษฎีสัมพัทธภาพ วัตถุได้รับโดยรวมพวกเขาเร่งให้ความเร็วมากขึ้น และมากขึ้น ตอนนี้ รับวัตถุการย้ายได้เร็วขึ้น คุณต้องให้มันบางจัดเรียงของดัน วัตถุที่มีมวลมากต้องผลักดันใหญ่กว่าวัตถุที่มีมวลน้อย ถ้าวัตถุถึงความเร็วของแสง มันจะมีจำนวนอนันต์ของมวล และต้องผลักดัน หรือ เร่งให้มันย้ายผลอนันต์ เครื่องยนต์ไม่มีจรวด ไม่มีประสิทธิภาพอย่างไร สามารถทำเช่นนี้ ในความเป็นจริง เท่าที่เรารู้ว่า ไม่สามารถเกินความเร็วของแสงมีวิธีอื่น อย่างไรก็ตาม การใส่ความคิดของเขากับการทดสอบ เรารู้ได้อย่างไรไอน์สมีขวา การทดลองหนึ่งในทศวรรษ 1970 ให้ฐานบางสวย:นาฬิกาอะตอมเป็นนาฬิกาที่แม่นยำมากที่สามารถวัดจำนวนเล็ก ๆ เวลา — billionths ที่สอง ในปี 1971 นักวิทยาศาสตร์ใช้นาฬิกาเหล่านี้เพื่อทดสอบความคิดของไอน์ส นาฬิกาอะตอมหนึ่งถูกตั้งค่าบนพื้น ในขณะที่อื่นถูกส่งไปทั่วโลกในการเดินทางที่ความเร็ว 600 เจ็ท ที่เริ่มต้น นาฬิกาทั้งสองแสดงให้เห็นเหมือนกันเกิดอะไรขึ้นเมื่อนาฬิกาบินทั่วโลกกลับไปยังจุดที่มีนาฬิกาอื่น ๆ เป็นไอน์สได้ทำนายในลักษณะทั่วไป นาฬิกาไม่พบกัน – บนเจ็ทอยู่เบื้องหลัง โดย billionths น้อยของหนึ่งวินาที ต่างเล็ก ๆ ทำไม ดี ความเร็ว 600 เป็นอย่างรวดเร็วแต่ยังคงเพียงแค่เศษส่วนน้อยที่สุดของความเร็วของแสง เมื่อต้องการดูความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญใด ๆ ในเวลา คุณจะต้องได้เดินทางไปหลายล้านไมล์ที่เร็วกว่าชั่วโมง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

หนึ่งของข้อมูลเชิงลึกที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ก็รู้ตัวว่า เวลาเป็นสิ่งสัมพัทธ์ เร็วขึ้นหรือช้าลง ขึ้นอยู่กับวิธีที่รวดเร็วเป็นสิ่งหนึ่งที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กับสิ่งอื่น เท่าไหร่เปลี่ยน ? ในลักษณะนี้ถูกออกแบบมาสำหรับนักเรียนในปี 1996 " กัปตัน a " และ " หลักสไตน์ " อาสาที่จะช่วยคุณค้นหาส่งกัปตันไอน์ ในการเดินทางไปกลับ ให้ดาว และเปรียบเทียบกับอายุของเธอใหญ่ Stein อยู่บนโลก เจนนี่ภาษาคน

เคยรู้สึกเหมือนเวลาผ่านไปอย่างรวดเร็ว และบางครั้งช้ามาก ? ชอบวิธีชั่วโมงบินโดยเมื่อคุณห้อยออกกับเพื่อนสนิท หรือวิธีวินาทีลากไม่รู้จบเมื่อคุณติดอยู่ในการจราจรในวันร้อนแต่คุณไม่สามารถจริงๆเวลาเร็วขึ้นหรือช้าลง มันมักจะไหลในอัตราเดียวกัน ใช่มั้ย ?

Albert Einstein ไม่คิดอย่างนั้น ความคิดของเขาคือ ในทางทฤษฎี เราใกล้จะเดินทางด้วยความเร็วแสง ( 186 , 000 ไมล์ต่อวินาที ) ยิ่งเวลาจะปรากฏขึ้นที่จะชะลอตัวลงสำหรับเรา จากมุมมองของคนที่ ในความสัมพันธ์กับเรา ก็ไม่ย้ายเขาเรียกช้าของเวลาเนื่องจากการยืดออกของเวลาเคลื่อนไหว

ลองจินตนาการว่าคุณกำลังยืนอยู่บนโลกถือนาฬิกา เพื่อนของคุณอยู่ในจรวดซูมผ่านคุณที่เกือบ 186 , 000 ไมล์ต่อวินาที เพื่อนคุณยังถือนาฬิกา ถ้าคุณได้เห็นนาฬิกาเพื่อนของคุณ , คุณจะสังเกตเห็นว่ามันดูเหมือนว่าจะย้ายมากช้า กว่าคน เพื่อนของคุณ บนมืออื่น ๆคิดว่านาฬิกาจรวดจะเคลื่อนที่ได้ดี ในขณะที่นาฬิกาของคุณบนพื้นดินดูเหมือนจะเคลื่อนที่ได้รวดเร็วมาก เสียงสับสน ? จำได้มั้ย มันเอาไอน์สไตน์ปีเพื่อหาทางออก และเขาก็ฉลาดมาก ( เห็นอัจฉริยะในหมู่อัจฉริยะ ) .

Einstein มากับตัวอย่างเพื่อแสดงผลของการยืดออกของเวลาที่เขาเรียก " ทวินพาราดอกซ์" มันเหมือนกาลเวลาเกมคุณเล่น ลองมันออกกับคู่ของ อัลเบิร์ต เป็นฝาแฝด และทั้งของผู้ที่เป็น 10 ปี ในจักรวาลนิยายของพวกเขา สูง

อัลพ่อแม่ตัดสินใจส่งเขาไปที่ค่ายฤดูร้อนใน alpha-3 ดาวระบบ ซึ่งก็คือ 25 ปีแสงออกไป ( ปีแสง คือ แสงเดินทางในหนึ่งปี ระยะทาง ) เบิร์ท ไม่อยากไปอยู่บ้านบนดินดังนั้น อัล ชุดออกไป อยากให้เขาได้รับมีเร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ พ่อแม่จ่ายเพิ่ม และส่งเขาที่ร้อยละ 99.99 ความเร็วแสง

เดินทางไปดาว และกลับ ใช้เวลา 50 ปี จะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออัลกลับมา ? พี่ชายฝาแฝดของเขาคือตอนนี้อายุ 60 ปี แต่อัลเพียง 10 ครึ่ง วิธีนี้สามารถ ? Al ไป 50 ปี แต่อายุครึ่งปีมีอัลเพิ่งค้นพบน้ำพุของเยาวชน ?

ไม่ได้ทั้งหมด การเดินทางเข้าไปในพื้นที่อัลแค่ครึ่งปีสำหรับเขา แต่บนโลก 50 ปีผ่าน หมายความว่า อัลได้อยู่ตลอดไป ไม่ เขาอาจจะ อายุ ได้เพียงครึ่งปี ในเวลา 50 ปีที่ผ่านบนโลก แต่เขาก็ยังมีชีวิตอยู่แค่ครึ่งปี และเนื่องจากเวลาจะช้าลง แต่ไม่เคยไปข้างหลังไม่มีทางที่เขาจะเติบโตน้อง

ไอน์สไตน์คิดเกี่ยวกับเวลาที่ช้าลง เสียงดีในทางทฤษฎี แต่คุณแน่ใจได้ยังไงว่าเขาใช่มั้ย ? วิธีหนึ่งที่จะกระโดดในจรวดและเดินทางใกล้ความเร็วแสง แต่ทุกอย่างที่เรารู้เกี่ยวกับฟิสิกส์บอกว่าเราทำไม่ได้

ทำไม ? คุณสังเกตเห็นในเกมกาลเวลาที่จรวดสามารถเดินทางได้รวดเร็วมากแต่อาจจะไม่ถึง 100 เปอร์เซ็นต์ ความเร็วของแสง แต่มันมีเหตุผลบางอย่าง . . . . . . .

ตามไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ วัตถุได้รับมวลพวกเขาเร่งความเร็วมากขึ้นและมากขึ้น ตอนนี้ที่จะได้รับวัตถุที่จะย้ายได้เร็วขึ้น คุณต้องให้มันบางจัดเรียงของดัน วัตถุที่มีมวลมากกว่าต้องการดันใหญ่กว่าวัตถุที่มีมวลน้อยถ้าวัตถุถึงความเร็วแสง มันจะมีจํานวนเงินที่ไม่มีที่สิ้นสุดของมวลเป็นอนันต์จํานวนดัน หรือเร่งให้มันย้าย ไม่มีจรวดเครื่องยนต์ไม่ว่าวิธีการที่มีประสิทธิภาพ สามารถทำ เท่าที่เรารู้ ไม่มีอะไรเกินความเร็วแสง

มีวิธีการอื่น ๆ แต่เอาความคิดของเขาไปทดสอบ แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่า ไอน์สไตน์ได้ใช่มั้ย ?หนึ่งการทดลองในปี 1970 ที่ให้หลักฐานที่แข็งแรงสวย :

นาฬิกาอะตอมเป็นนาฬิกาที่สามารถวัดได้แม่นยำมาก ๆเวลาจํานวนหนึ่งในพันล้านวินาที ในปี 1971 นักวิทยาศาสตร์ใช้นาฬิกาเหล่านี้เพื่อทดสอบความคิดของไอน์สไตน์ . หนึ่งนาฬิกาอะตอมถูกตั้งบนพื้น ในขณะที่อีกถูกส่งทั่วโลกบนเครื่องบินเดินทางที่ 600 mph ที่เริ่มต้นทั้งนาฬิกา พบว่าเวลาเดียวกัน

เกิดอะไรขึ้นเมื่อนาฬิกาบินรอบโลกกลับไปยังจุดที่นาฬิกาอื่น ๆ ? ที่ไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้ในวิธีการทั่วไปนาฬิกาไม่พบเหมือนกันเวลานาฬิกาบนเครื่องบินอยู่ข้างหลังจากไม่กี่พันล้านของวินาที ทำไมขนาดนี้ต่างกันยังไง อืม600 mph เร็วแต่ยังเล็กๆ ส่วนความเร็วของแสง จะเห็นความแตกต่างในเวลา คุณจะต้องเดินทางหลายล้านไมล์ต่อชั่วโมงได้เร็วขึ้น