Materiya və enerji məkanı və zamanı əyir. Kosmosdakı planetlər, ulduzlar və qalaktikalar əslində kütlələrinə mütənasib olaraq məkan-zaman əyriliyi yarada bilərlər. Eynşteynin sahə tənlikləri məkan-zaman toxumasının həndəsəsini və bu həndəsənin kütlə və enerji paylanmasının təsiri altında necə dəyişdiyini izah edir.
Zaman məkanda Yer kürəsinə nisbətən daha yavaş axır. Bu vəziyyət yüksək sürətlə hərəkət edən kosmik vasitələrdə daha aydın görünür. Nyuton qanunlarına görə, zaman mütləq kəmiyyət idi. O, kosmosdan fərqli idi.
Zaman genişlənməsi bir-biri ilə və ya fərqli cazibə qüvvələrinin kütlələri, nisbi hərəkət və ya müşahidəçilər tərəfindən ölçülən hadisələr arasındakı faktiki zaman fərqidir. Azalmış cazibə qüvvəsi və yüksək sürətlər səbəbindən kosmonavtın kosmosdakı saatı Yerdəki saatdan daha yavaş işləyir.
Kosmosda zamanın qavranılması necədir? Astronavtlar danışırlar. Luka Parmitano deyir ki, o və komandası Beynəlxalq Kosmik Stansiya (BKS) üzərində çox işləyiblər və buna görə də gündəlik baxımdan zaman çox yavaş keçir, lakin həftələr çox tez keçir. Astronavtlarda zamanın qavranılması ilə bağlı aparılan bir araşdırmada, "Astronavtlar kosmik uçuş zamanı əvvəlkindən daha az vaxt qəbul etdikləri" aşkar edilmişdir. Kosmosun dərinliklərindəki zaman axını Yer üzündə yaşadığımız zamandan çox fərqlidir.
Eynşteyn göstərmişdir ki, hərəkətin ölçülməsində zaman məkan-zaman kimi nəzərə alınmalıdır, bu da məkanda yerdəyişmə deməkdir. Məkan-zaman dördölçülü koordinat sistemidir, üç məkan ölçüsü və bir zaman ölçüsüdür. Zamanın ölçülməsi ilə bağlı vacib bir detal, zaman axınının sürətinin müxtəlif istinad sistemlərində fərqli olmasıdır. Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi müşahidəçi tərəfindən ölçülən zamanın müşahidəçinin məkandakı hərəkətlərindən (hərəkət istiqaməti və sürəti) asılı olaraq dəyişəcəyini bildirir. Zamanın idarə edilməsi Beynəlxalq Kosmik Stansiya üçün çox vacibdir. Astronavtlar missiyalarını əlaqələndirmək və dünya ilə əlaqə qurmaq üçün Koordinasiyalı Universal Zamandan (UTC) istifadə edirlər. Biz hər 90 saniyədə orbitdə fırlanırıq.
Bir obyektə baxış tərzinizi dəyişdirdiyiniz zaman, həmin obyektin mövqeyi arxa plandakı daha uzaq obyektlərə nisbətən dəyişir. Tutaq ki, ilin müəyyən bir vaxtında, məsələn, mart ayında bir ulduzu müşahidə edir və onun səmadakı mövqeyini qeyd edirsiniz. 1 qövs saniyəsi paralaks bucağı olan bir işıq mənbəyi 1 parsek məsafədədir. İşıq ulduzların və oxşar kütləvi cisimlərin yaxınlığından keçərkən "istiqamətini dəyişir". Fotonlar "sakit vəziyyətdə" kütləsizdirlər. Lakin, hərəkətdə olduqları zaman yüksək sürətlərinə görə kinetik enerjiyə malikdirlər.
Bu mətndə məkan və zamanın təbiəti; Klassik mexanika, nisbilik nəzəriyyəsi, sağlam düşüncə və kvant mexanikasının tətbiqi təfsiri baxımından nəzərdən keçirilir. Məkan-zaman məkanın üç ölçüsünü dördüncü zaman ölçüsü ilə birləşdirən konseptual modeldir. Eynşteyn 1905-ci ildə işığın sürətinin sabit olduğunu fərz etmiş və bütün bu fikirləri xüsusi nisbilik nəzəriyyəsində bir araya gətirmişdir. Məkan-zaman koordinat sistemi anlayışı ilk dəfə 1907-ci ildə təqdim edilmişdir. Məkan-zaman müasir kosmologiyada yerini tapmasından çox keçmədi.
Zaman zaman genişlənməsi, cazibə qüvvəsi və ya sürət və ya təbiətin öz qanunları sayəsində mövcuddur ki, bu da fərqlərə (yəni məkan-zaman) səbəb olur. GPS və Galileo peyk saatları bir az daha sürətli, məsələn, iki saat işləsə də (bu, mexaniki nasazlıq deyil), mükəmməl işləsələr də, Yerdəki atom saatları və məkandakı kiçik fərqlər dəfələrlə sübut edilmişdir. Kosmosdakı məsafələr artdıqca məsafəni hesablamaq getdikcə çətinləşir. Eynşteyn kosmosda sürətli səyahət zamanı zamanın daha yavaş keçdiyini və zaman genişlənməsi hipotezini proqnozlaşdırmışdı. Astronavtlar uçuşdan əvvəl, Beynəlxalq Kosmik Stansiyada və indi nəticələri müqayisə etmək üçün təcrübə üzərində işləyirlər.
Müşahidəçilərin müxtəlif mövqelərdə/vəziyyətlərdə fərqli təcrübələrinin səbəbi zaman genişlənməsidir. Cazibə qüvvəsi və ya cazibə qüvvəsi zaman genişlənməsi məkan-zaman toxumasında kütləvi cisimlərin yaratdığı deformasiyadan qaynaqlanır. Zamanın ümumi tərifini vermək asan deyil. Fizikaya gəldikdə, zaman dördüncü ölçüdür. Zaman koordinatı fiziki kəmiyyətlərin dəyişmə sürətini ifadə etmək üçün istifadə olunur. Maddələrin hərəkəti nəticəsində məkan-zaman ölçüsündə dalğalanmalar olur. Ulduzlar, qara dəliklər və s. kifayət qədər böyük kütlələr zamanla çox böyük çöküntülər yaratmaq üçün kifayətdir. Kosmosdakı bu dalğalar məkan və zaman dəyişikliyinə səbəb olur, lakin bu dəyişiklik gözə görünmür. Lakin qara dəlik və ya neytron ulduzu toqquşduqda, o, çox fərqli şəkildə görünür.
Ulduzun məkan-zaman daxilində nə qədər əyiləcəyini necə hesablamaq olar? Ümumi nisbilik nəzəriyyəsində, kosmik cismin məkan-zaman toxumasını nə dərəcədə əyə biləcəyi, cismin kütləsi və impulsunun məkanın zaman və məkan ölçüləri arasında qarşılıqlı təsirinin yaratdığı təhriflə müəyyən edilir. Geodeziya tənliyi aşağıdakı kimi ifadə olunur:
Bu tənliklər ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin əsas prinsiplərini izah edir və kosmik cismin məkan-zaman toxumasını nə qədər əyə biləcəyini hesablamaq üçün istifadə olunur.
Məkan-zaman toxuması tamamilə düz olsa belə, sizə "naməlum" kütlə effekti səbəbindən tutduğunuz yol əyri olacaq. Yəni, məkan toxuması əyri və ya düz olsun, məkan-zamandakı hər bir cisim əyri bir yol izləməyə məhkumdur.
Kvant mexanikası kainatı təşkil edən kiçik hissəciklərin diskret və ya kvantlaşdırılmış təbiətinə əsaslanır. Bəzi nəzəriyyəçilər düşünürlər ki, bəlkə də məkan-zaman özü bu kvant hissəciklərində mövcuddur ki, bu da relyativistik və kvant mexanikasının qurulmasına kömək edir.
Bütün müasir tənliklər deterministik və zamana görə geri qaytarıla biləndir, halbuki sağlam düşüncəmiz və intuisiyamız bizə zamanın geri və ya irəli qaytarıla bilməyəcəyini deyir. Lakin kvant matris tənlikləri qeyri-müəyyəndir və zamana görə dönməzlik xüsusiyyətinə malikdir. Günəş təqvimləri ay təqvimlərindən daha çox mövsümi dövrlərlə uyğundur. Qriqorian təqvimi Yulian təqvimini təkmilləşdirməklə yaradılmışdır. Astronavt saatı normal saatlardan fərqli xüsusiyyətlərə malik olmalıdır. Bu saatlar həddindən artıq temperatur dəyişikliklərinə davamlıdır, radiasiyadan qorunur və yüksək təzyiq fərqlərində işləyə bilər.
Zamanın genişlənməsi effekti Yer kürəsinin ətrafında hərəkət edən nəqliyyat vasitələrində, məsələn, kosmik stansiyalarda, saniyədə təxminən 7,66 kilometr sürətlə hərəkət etdikləri üçün aydın şəkildə müşahidə olunur. Həmçinin, cazibə qüvvəsi sahəsinin zəifləməsi zamanın axınına təsir edən digər vacib amildir. Əkizlər paradoksu kimi düşüncə təcrübələri zamanın nisbiliyini təcəssüm etdirir. Müxtəlif müşahidəçilər eyni obyektləri fərqli şəkildə ölçə bilərlər. Cazibə qüvvəsi dalğaları gölə daş atıldıqdan sonra dalğalara bənzəyir. Nisbilik nəzəriyyəsi deyir ki, kosmosda sürətlənən kütlələr cazibə qüvvəsi dalğaları yayacaq.
Zamanı yoxlamaq istərdinizmi? 1,3 milyard il əvvəl, 36 və 29 günəş kütləsindən ibarət iki qara dəlik birləşərək 62 günəş kütləsi əmələ gətirəndə fəza-zaman dəlicəsinə titrəyirdi. Zamanın ölçülməsi və sinxronizasiyası kosmik tədqiqatlarda böyük əhəmiyyət kəsb edir. Kosmik agentliklər missiyalarında istifadə edəcəkləri saatları seçərkən çox diqqətli olurlar. Gələcək kosmik səyahətlər üçün hazırlanmış saat texnologiyaları kvant fizikasının prinsiplərindən istifadə edir. Bu yeni nəsil saatlar uzun məsafəli kosmik səyahətlər zamanı daha dəqiq zaman ölçməsini təmin edəcək. Parallaks metodu ilə hansı məsafəni ölçmək olar? 0,001 qövs saniyəsi parallaks bucağı olan ulduzların məsafəsi kosmik teleskoplarla aparılan müşahidələrlə hesablana bilər.
Kosmosda zaman necə axır? Bir cisim kosmosda nə qədər sürətli hərəkət edərsə, həmin cisim üçün vaxt bir o qədər tez qısalmağa başlayır. Bu, qravitasiya linzası effektinə gətirib çıxarır. Bu şəkildə normal görə bilmədiyimiz uzaq səma strukturlarını görmək mümkündür. Müasir fizika ilə yanaşı, əvvəllər üçölçülü kimi qəbul etdiyimiz kosmos anlayışına zaman ölçüsü əlavə edildi və kainat dördölçülü kimi qəbul edilməyə başladı.
