Vreme u specijalnoj teoriji relativnosti

Specijalna teorija relativnosti je podstakla mnogo drugačiji način razmišljanja o prostoru. Pokazala je da dužina, masa i energija nisu stalne već da su ove veličine usko povezane sa brzinom. Ali, možda najveći doprinos STR bio je vezan za doprinos koji je dala drugačijem shvatanju pojma vremena.

Kako se prema STR ponaša vreme može se videti na istom primeru koji je i do sada korišćen. Časovnici na raketama A i B pokazuju isto vreme u trenutku kada su rakete jedna pored druge, neka je, na primer, u tom trenutku bilo 12 časova. Ovo početno vreme može se nazvati nultim vremenom.

Kako vreme prolazi, rastojanje između A i B se povećava pošto se rakete kreću relativno jedna u odnosu na drugu, i posle nekog konačnog vremenskog intervala rastojanje između rakete A i rakete B iznosiće x. Ako posmatrač na A tada pogleda na svoj časovnik i uporedi sa časovnikom na B, biće iznenađen zato što ova dva časovnika ne pokazuju isto vreme – onaj koji se nalazi na B kasni. Ovu pojavu predviđa STR jer matematički rezultati pokazuju da se vreme koje pokazuju časovnici ponaša prema jednačini:

 (6)

gde je t’ vreme koje posmatrač A “vidi” na časovniku B, a t vreme koje posmatrač A očitava na svom časovniku. Što je relativna brzina veća časovnik na raketi B će se kretati sve sporije i sporije, bez obzira da li se rakete približavaju ili udaljavaju.

Ovaj efekat kašnjenja časovnika u STR se naziva dilatacija vremena i ona nastaje onda kada se dva posmatrača kreću relativno jedan prema drugom konstantnim brzinama, tada svakom od njih izgleda da časovnik onog drugog kasni.
Iz ovih primera može se izvesti zaključak da razlog časovnici A i B kasne jadan u odnosu na drugi nije samo u specifičnom ponašanju svetlosnih talasa već i uzrok toga i izvestan vremenski interval neophodan svetlosnim talasima da putuju od jednog do drugog časovnika. Efekat dilatacije vremena odgovoran je za jedan potpuno drugačiji pogled na vreme od onog koji korišćen ranije. STR je pokazala da je vreme različito koji se nalaze na velikoj udaljenosti jedan od drugog.

Ako bi dva posmatrača, jedan koji na Zemlji a drugi u blizini zvezde Aldebaran (u sazvežđu Taurus), posmatrali eksploziju supernove na zvezdi Betelgeuse (u sazvežđu Orion). Rastojanje od Zemlje do zvezde Betelgeuse iznosi 300 svetlosnih godina, od Betelgeuse do Aldebarana je 250 svetlosnih godina, a Aldebarana do Zemlje rastojanje je 53 svetlosne godine.

Neka se eksplozija supernove desi na primer 2000 godine. Na Zemlji bi se eksplozija videla tek 300 godina kasnije, jer je svetlosnom talasu koji nosi informaciju o eksploziji potrebno toliko vremena da stigne sa eksplodirale zvezde. S druge strane, u okolini Aldebarana bi isu eksploziju videli 50 godina pre zemljana, jer su oni toliko bliži eksplodiraloj zvezdi.
Lako se uočava činjenica da ovaj događaj nije simultan (istovremen) za posmatrače na tri različita mesta. Osim zbog velikih rastojanja u prostoru do razlike u simultanosti događaja može doći i pri malim rastojanjima ali onda kad su relativne brzine posmatrača približne brzini svetlosti.

Zamislimo sada jednog u vozu koji putuje ogromnom brzinom, približnom brzini svetlosti. Putnik sedi tačno na sredini vagona. Na početku i kraju vagona nalaze se vrata. Kada se vrata otvore pored njih se upali sijalica. U jednom trenutku (istovremeno za posmatrača u vagonu) otvaraju se prednja i zadnja vrata vagona. Posmatrač koji stoji na pruzi, iza voza, neće ova dva događaja videti kao istovremena već će prvo videti onaj koji je njemu bliži, znači prvo će videti da je neko ušao na zadnja vrata vagona pa tek onda na prednja. Ova razlika u odnosu na posmatrača u vagonu posledica je činjenice da je svetlosti koja pokazuje da je neko ušao na prva vrata potrebno da pređe duži put do posmatrača na pruzi i kaže mu: “hej, neko je ovde ušao!”. Ne samo da zavisno od posmatrača ovi događaji mogu da budu istovremeni ili ne, može se desiti da i njihov redosled bude različit – posmatrač koji bi se nalazio ispred voza prvo bi video da je neko ušao na prednja pa tek onda na zadnja vrata.

Naravno treba naglasiti i to da što je veće rastojanje u prostoru između mesta odigravanja dva simultana događaja veća će biti moguća razlika u vremenu između ta dva događaja kako ih vide različiti posmatrači pod različitim uslovima. I obrnuto, ako se rastojanje između dva “istovremena” događaja smanji do iščezavanja, tj. ako se događaji dešavaju na istom mestu , svi posmatrači, bez obzira na njihove položaje i relativne brzine, složiće se u pogledu istovremnosti ovakva dva događaja. Na primer, ako bi došlo do sudara dve rakete, svi posmatrači će videti taj sudar kao jedan usamljen događaj. Bilo bi smešno, a i protivno svim zakonima fizike ako bi bilo koj posmatrač tvrdio da se jedna raketa sudarila pre druge bez fizičkog uzroka.

Na osnovu ovih jednostavnih primera vidi se da stara Njutnova ideja da je vreme svuda isto ne važi baš uvek. Osim toga što istovremenost nije uvek ista, vidimo da čak i redosled događaja nije stalan. Pitate se ko je od posmatrača u ovim primerima upravu – svi su upravu!