جاذبه زمین چه تاثیری بر پیر شدن دارد؟

بیش از یک قرن پیش نظریه نسبیت عام اینشتین، درک بشر از جهان را تغییر داد و از آن زمان، دانشمندان کشف کردند که حرکت ثابت زمان همه چیز می‌تواند باشد به جز ثابت بودن آن. از دیگر مفاهیم فراموش‌نشدنی نظریه نسبیت عام این است که زمان در بالای هر پله در جهان، سریعتر از پایین آن سپری می‌شود.

این پدیده ذهنی به این دلیل اتفاق می‌افتد که هرچه یک جسم به زمین نزدیک‌تر باشد، تأثیر جاذبه نیز قوی‌تر است. و از آنجایی که نسبیت عام، جاذبه را به‌عنوان خمیده شدن فضا و زمان توصیف می‌کند، خود زمان در ارتفاعات بالاتر و فواصل بیشتر از زمین، که جاذبه تأثیر کمتری دارد، آهسته‌تر سپری می‌شود.

بنابراین، اگر زمان با جاذبه مرتبط باشد، آیا این بدان معناست که افرادی که در بالای کوه‌ها زندگی می‌کنند سریع‌تر از افرادی که در سطح دریا زندگی می‌کنند پیر می‌شوند؟ آیا افزایش جاذبه در واقع باعث کندی پیری در افراد می‌شود؟

جیمز چین-ون چو ، فیزیکدان موسسه ملی استاندارد و فنآوری در بولدر، کلرادو، در ایمیلی به لایو ساینس می گوید: در واقع، برای همه اجسامی که دورتر از یک میدان گرانشی ، مانند زمین، هستند، زمان کند می‌شود. این بدان معناست که افرادی که در ارتفاعات زندگی می‌کنند کمی سریعتر از افرادی که در فضا-زمان در سطح دریا زندگی می‌کنند پیر می‌شوند.

چو می‌گوید:«بطور نسبی، جاذبه باعث می‌شود آهسته‌تر پیر شویم. در مقایسه با فردی که نزدیک هیچ جسم سنگینی نیست، ما به میزان کمی آهسته‌تر پیر می‌شویم. در واقع، برای آن فرد، کل جهان اطراف ما که تحت تأثیر جاذبه است آهسته تر تکامل پیدا می‌کند»

به گفته موسسه ملی استاندارد و فنآوری، اگر بخواهید به مدت 30 سال در قله اورست - که 8848 متر بالاتر از سطح دریا است، بنشینید، 0.91 میلی ثانیه پیرتر از زمانی خواهید بود که همان 30 سال را در ارتفاع هم‌سطح دریا سپری کرده باشید. این تفاوت‌ها جزئی، اما قابل اندازه گیری هستند. به طور مثال، دوقلوهایی را در نظر بگیرید که به مدت 30 سال از هم جدا شوند، و یکی از آنها به ارتفاعات بولدر در کلرادو (با 1600 متر ارتفاع از سطح دریا) منتقل شود و دیگری در ارتفاع برابر با سطح دریا باقی بماند. اگر این دو را پس از ۳۰ سال دوباره در کنار یکدیگر قرار دهیم، کسی که به ارتفاعات برده شده است 0.17 میلی‌ثانیه از دیگری بزرگ‌تر خواهد بود.

در یک آزمایش خیره کننده، محققان NIST از یکی از دقیق ترین ساعت‌های اتمی در جهان استفاده کردند تا نشان دهند که زمان حتی در فاصله 0.008 اینچ (0.2 میلی متر) بالاتر از سطح زمین سریعتر می‌گذرد.

توبایس بوت وال فیزیکدان NIST در مقاله‌ای که سال 2022 در مجله Nature منتشر کرده بود ، گفت: "اینها فقط محاسبات نیستند." او به لایو ساینس گفت: «ما شاهد تغییر تیک تاک یک ساعت در فاصله ای تقریباً به اندازه پهنای یک تار موی انسان بوده ایم.»

نکته کلیدی برای درک اینکه چرا اجسام سنگین گذر زمان را منحرف می‌کنند این است که «فضا-زمان» یک بستر چهار بعدی شامل سه مختصات فضایی (بالا/پایین، راست/چپ و جلو/پشت) و یک مختصات زمانی (گذشته /آینده) است. جاذبه، در یک مدل نسبیتی، چیزی است که ما آن را زمانی می‌نامیم که هر جسمی با جرم آن را منحرف می کند وانحنای فضا و زمان یکی می شود.

اندرو نورتون، استاد اخترفیزیک در دانشگاه آزاد در بریتانیا، در ایمیلی به لایو ساینس گفت: «هر چیزی که جرم داشته باشد بر فضا-زمان تأثیر می‌گذارد.» و در مجاورت جسمی با جرم، فضا-زمان منحرف می شود و نتیجه آن خم شدن فضا و انبساط زمان است.

نورتون می گوید: «این اثر، واقعی و قابل اندازه‌گیری است، اما در موقعیت‌های روزمره ناچیز است».

با این حال، وقتی صحبت از موقعیت‌های غیر روزمره می‌شود، این پدیده – که به عنوان اتساع زمان گرانشی نیز شناخته می‌شود – می‌تواند دچار آشفتگی شود. طبق گفته نورتون، در حقیقت ساعت‌های ماهواره‌های جی‌پی‌اس که در ارتفاع 20186 کیلومتری، به دور کره زمین می‌چرخند، 45.7 میکروثانیه سریع‌تر از ساعت‌های روی زمین در طول بیست و چهار ساعت کار می‌کنند که باید تنظیم شوند.

چو می‌گوید: «مهم‌ترین اثر نسبیت در گذر زمان احتمالاً دقت جی پی اس است. از آنجایی که آنها [ماهواره های جی پی اس ] با سرعت زیاد و در فاصله دور از زمین حرکت می کنند، باید اثرات نسبیتی ناشی از سرعت و گرانش را به دقت در نظر گرفت تا بتوانیم موقعیت خود را در کره زمین با دقت بالا بسنجیم».

واضح است که گرانش زمین در واقع ما را آهسته تر پیر می کند. مطمئناً، این معمولاً فقط چند میلی ثانیه است و زندگی در ارتفاع همسطح دریا یک استراتژی ضد پیری نخواهد بود. اما زمان هم گرانبها و هم زودگذر است، به خصوص زمانی که از اجسام سنگین دور باشد!