Jei jūs pastatytumeate du visiškai identišku atominiu laikrodžiu – vieną Žemės paviršiuje ir vieną Mėnulyje – ir patikrintumete juos po tiksliai vienos Žemės dienos, Mėnulio laikrodis būtų prieš apie 56,02 mikrosekunde. Tai nėra klaida laikrodžiuose. Tai yra pagrindinis visatos savybės, numatytos Albertą Einšteino bendroje reliatyvumo teorijoje prieš daugiau nei šimtą metų.
Gravitacinio Laiko Diliacijos Paaiškinimas
Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, paskelbta 1915 m., aprašo gravitaciją ne kaip jėgą, o kaip erdvėlaikio kreivumą. Masyvūs objektai, tokie kaip Žemė ir Mėnulis, išlenkia erdvėlaikio audinį aplink juos, o šis kreivumas paveikia, kaip laikas praeina.
Pagrindinė principas yra paprastas: kuo stipresnė gravitacinis laukas, tuo lėčiau laikas praeina. Šis efektas vadinamas gravitaciniu laiko dialacija. Žemės paviršiaus gravitacija yra apie 9,8 m/s², tuo tarpu Mėnulio yra tik apie 1,62 m/s² – maždaug šeštą dalį tiek pat stipri. Kadangi Mėnulio gravitacinis traukimas yra silpnesnis, erdvėlaikis yra mažiau išlenktas ten, ir laikrodžiai teka greitėliau.
56 Mikrosekundžių Skaičius
Tikslus greitumnas, kuriuo mėnulio laikrodžiai teka greitėliau, priklauso nuo gravitacinio potencialo skirtumo tarp Žemės paviršiaus ir Mėnulio paviršiaus, plius mažesnės pataisymo orbitų greičiui ir Žemės sukinimui.
Gravitacinio violetinio poslinkio – laikrodžiai tekantys greitėliau silpnesnę gravitacijoje – prisideda apie +58,7 mikrosekunde per dieną. Tačiau Mėnulio orbitų greitis (apie 1,022 km/s) sukelią mažą laiko dialiacią priešinga kryptimi (greičio efektą iš specialios reliatyvumo), sumažindama grynąjį pelną apie 2,7 mikrosekundėmis per dieną. Kombinuotas rezultatas yra apytikriai +56,02 mikrosekundės per dieną.
Šis skaičius buvo patvirtintas keliais nepriklausomais analizėmis, įskaitant darbą iš NASA Reaktyvinio Varų Laboratorijos ir Nacionalinio Standartų ir Technologijos Instituto.
Tai nėra Teorinis — Tai Išmatuota
Gravitacinio laiko dilacija yra vienas iš dažniausiai tikrintų gamtos dėsnių prognozes visoje fizikoje. GPS palydovai, kurie orbituoja apie 20 200 km aukštyje, kur gravitacija yra silpnesnė, gauna apie 45 mikrosekunde per dieną sąmatą Žemės paviršiaus atžvilgiu. Be pataisos dėl šio, GPS pozicijos suklystų apie 10 km per dieną.
Ta pati fizika taikoma Mėnuliui. Nors mes dar nepravedėme atominio laikrodžio mėnulio paviršiuje, efektas skaičiuojamas iš tų pačių puikiai ištirtų lygčių. Gravitacinio laiko diliacijos formulė suteikia prognozes, kurios buvo patvirtintos geriau nei viena biljonimo dalis.
Kodėl 56 Mikrosekundžiai Svarbu
Kasdieniams žmonių veiksmams 56 mikrosekundės yra neapčiuopama. Tačiau tikslioms sistemoms, ji greit kaupia:
Po vieno mėnesio, Mėnulio laikrodis yra prieš maždaug 1,7 milisekundes. Po vieno metų, poslinkis auga grubiau 20 milisekundžių. Nuo J2000.0 epochos (2000 sausio 1 d.), akumuliuotas poslinkis yra viršijęs 0,5 sekundės.
Navigacijai, šviesa skraido apie 300 metrų per mikrosekunde. 56 mikrosekundžių timingas klaida atitinka apie 16 metrų pozicijos neapibrėžtumo per dieną. Tiksluose nusileiduose, reikalinguose Artemis misijomis – taikant specifiku sausumos vietas netoli Mėnulio pietų polio – šis poslinkio lygis yra nepriimtinas be pataisos.
Tai yra tiksliai tas, kodėl Koordinuotas Mėnulio Laikas (LTC) yra kuriamas: suteikti laiko standartą, kuris atsižvelgia į reliatyvistinį skirtumą ir išlaikys visas mėnulio sistemas sinchronizuotas.