Почему люди в космосе стареют медленнее чем на земле
Почему в космосе мы стареем медленнее?
Точная проверка этого замедления времени, впервые выполненная в 1938 году, включала в себя наблюдение за сдвигом частоты в электронных переходах быстродвижущихся ионов. Обновленный эксперимент с использованием ионов лития подтвердил этот прогноз с беспрецедентной точностью.
Релятивистская модель замедления времени происходит от инвариантности Лоренца: физическое измерение должно быть независимым от ориентации или скорости отсчета. Определенные теории квантовой гравитации, например, теория струн, предсказывает его нарушение при очень малом уровне.
Физики разработали целый ряд тестов, один из которых включает в себя измерение замедления времени. Для проведения такого теста Бенджамин Ботерманн из Майнцского университета Иоганна Гутенберга (Германия) вместе с коллегами искали релятивистский доплеровский сдвиг литиевых ионов, ускоренных до трети скорости света в экспериментальном накопительном кольце с системой электронного охлаждения в Дармштадте (Германия).
Ученые стимулировали два отдельных перехода в ионах с помощью двух лазерных лучей, распространяющихся в противоположных направлениях по отношению к движению ионов. Эксперимент эффективно измеряет сдвиг в лазерных частотах относительно того, что эти частоты переходов являются действующими для ионов в состоянии покоя. Сочетание двух частотных сдвигов устраняет неопределенные параметры и позволяет команде предсказать замедление хода времени до нескольких частей на миллиард.
5 мифов о людях в космосе
МИФ 1: «КОСМОНАВТЫ НЕ ПОДВЕРЖЕНЫ ЗЕМНОМУ ПРИТЯЖЕНИЮ»
На записях с Международной космической станции (МКС) мы видим, как астронавты парят вокруг друг друга, хватаясь за фрукты и другие мелкие предметы, свободно плавающие в воздухе.
Это, пожалуй, одна из причин, почему самый большой миф о людях в космосе все еще застрял: что космонавты не подвержены влиянию гравитации Земли. Тем не менее астронавты испытывают до 90 процентов той же силы тяжести, что и мы на Земле.
Астронавты летают быстрее, чем могут упасть
Второй
Космическая станция и все в ней одновременно движутся со скоростью 28 000 километров в час.
В принципе, можно сказать, что он падает с той же скоростью, что и кривизна земли, как и пушечное ядро, которое отталкивается от вершины горы с достаточной скоростью.
Это также относится к экипажу внутри космической станции, который не движется по отношению к кораблю и, следовательно, не ударяется об пол.
Несмотря на то, что гравитация постепенно отступает по мере нашего выхода в космос, нигде во Вселенной она не исчезает полностью.
Миф о космонавтах и гравитации: ЛОЖЬ
МИФ 2: «ТОЛЬКО ТРИ ЧЕЛОВЕКА ПОГИБЛИ В КОСМОСЕ»
Открытый вентиляционный клапан имел катастрофические последствия для трех космонавтов, которые считаются единственными людьми, погибшими в космосе.
30 июня 1971 года космическая капсула «Союз-11» совершила совершенную посадку.
После 23 дней пребывания в космосе космонавты Георгий Добровольский, Владислав Волков и Виктор Пацаев завершили успешную экспедицию на борту первой в мире космической станции «Салют-1». Когда капсула с космонавтами была открыты на земле, к своему ужасу обнаружили всех трех космонавтов мертвыми в своих креслах.
Оказывается, вентиляционный клапан открылся на 168 километров над земной поверхностью, и что низкое космическое давление стоило жизни трем людям.
С тех пор другие несчастные случаи со смертельным исходом вошли в самую мрачную главу космической истории, но катастрофа «Союз» до сих пор считается единственной, произошедшей в космосе.
Хотя граница между атмосферой Земли и космическим пространством все еще активно обсуждается, международные организации проводят навигацию по так называемой линии Кармана, расположенной в термосфере на высоте 100 км над уровнем моря и названной в честь физика Теодора фон Кармана.
НАСА предпочло установить ограничение в 80 километров над Землей, но это не меняет число убитых людей.
Миф о том, что только три человека погибли в космосе: ИСТИНА
МИФ 3: «ВЫ СТАНОВИТЕСЬ МОЛОЖЕ, ПУТЕШЕСТВУЯ В КОСМОСЕ»
Астронавт Скотт Келли (справа) был отправлен на МКС в одиннадцать месяцев в 2015 году. Когда он вернулся, он был на 13 миллисекунд моложе своего брата-близнеца.
Однако космический корабль должен быть близок к скорости света, прежде чем разница во времени будет заметна и видна.
Например, астронавты Международной космической станции, МКС, стареют всего на несколько миллисекунд медленнее, чем мы здесь, на Земле, хотя они путешествуют на 28 000 километров в час.
Миф о том, что вы становитесь моложе от путешествий в космосе: ЛОЖЬ
МИФ 4: «ОПАСНО ПУТЕШЕСТВОВАТЬ ЧЕРЕЗ ПОЯС АСТЕРОИДОВ»
Пояс астероидов часто называют опасной зоной с миллионами гигантских камней, собранных в кольцо. Но в действительности почти невозможно статистически столкнуться с каменистыми валунами.
С миллионами гигантских камней в одной области пояс астероидов выглядит как опасная полоса препятствий, где астронавты могут погибнуть.
Это означает, что риск столкновения с астероидом составляет один на миллиард.
Эта теория подтверждается многочисленными экспедициями НАСА к планетам во внешней части солнечной системы, где все машины без проблем пролетали через эту область, включая экспедиции Вояджер, отправленные в 1977 году для исследования Юпитера и Сатурна и все еще функционирующие в межзвездном пространстве.
НАСА также провело три экспедиции, где пояс был конечной целью.
В 2018 году НАСА, например, завершило свою экспедицию Dawn, в которой космический зонд исследовал два крупнейших небесных тела планету Цереру и астероид Весту, в течение одиннадцати лет без каких-либо столкновений.
Миф о том, что путешествовать через пояс астероидов опасно: ЛОЖЬ
МИФ 5: «ВАКУУМ ПРОСТРАНСТВА ЗАСТАВЛЯЕТ ВАШЕ ТЕЛО ВЗРЫВАТЬСЯ»
Астронавт в принципе может прожить несколько минут без своего скафандра. Но за это время вы получаете лучевую болезнь и органы отключаются один за другим.
Налитые кровью глаза вырвались из черепа в момент снятия космического шлема.
В течение нескольких секунд голова раздувается до неузнаваемости, прежде чем она окончательно взрывается в кровавую массу.
Но несмотря на то, что отсутствие давления одновременно расширяет тело до двойных размеров и выдавливает органы через отверстия тела, тело не взрывается в классическом смысле.
На практике астронавты могут выжить от 90 секунд до трех минут, прежде чем они умрут.
Однако без земной атмосферы и магнитного поля астронавт в считанные секунды сгорает от ультрафиолетовых лучей и получает лучевую болезнь от так называемых гамма-лучей, самого мощного электромагнитного излучения, которое существует.
Миф о том, что тело может взорваться в пространстве: ложь
Говорят, в космосе стареют медленнее
Был эксперимент с астронавтом Скоттом Келли, который провёл на орбите год. Эксперимент провели для того, чтобы выяснить, как именно влияет на организм человека пребывание в космосе. Вообще считается, что в космосе человек стареет быстрее. Биологически быстрее.
Биологический возраст измеряется по так называемым теломерам. Теломеры — это концевые участки хромосом. Чем они длиннее, тем моложе организм. Считается, что с возрастом их длина уменьшается. Также с возрастом меняется и метилирование ДНК. Это связано с эпигенетическими изменениями в организме. По этим признакам с довольно высокой точностью и определяется возраст организма.
Так вот, у Скотта Келли есть брат близнец, который оставался на Земле, пока Скотт предавался стрессам, радиации, невесомости и прочим «радостям» космической жизни. В то же время Марк на Земле соблюдал ту же диету и примерно тот же режим дня и нагрузки, что и Скотт. Теперь, когда Скотт вернулся, над обоими братьями проводят всякие эксперименты, чтобы выяснить, насколько же сильно нездоровый образ жизни космонавта состарил его организм. У кого теломеры окажутся длиннее, тот и победил 🙂
Однако, несмотря на то, что Скотт стареет быстрее биологически, в физическом времени он стареет таки медленнее. Учитывая скорость движения МКС (примерно 27000 км/ч), можно подсчитать, согласно Эйнштейновской Теории Относительности, что для Скотта время шло на 28 микросекунд за каждый день медленнее, чем для Марка. Однако, согласно той же теории, из-за высоты орбиты МКС (около 400 км), где гравитации Земли чуть меньше, время для Скотта, напротив, шло чуть быстрее. Но ускорение составит всего порядка 3 микросекунд на каждый день. Так что общая разница составит примерно 25 микросекунд в день. Что для года на орбите будет равняться примерно 9 миллисекундам. Тогда можно сказать, что Скотт стал моложе своего брата Марка на 9 миллисекунд (упустим тот факт, что Скотт и так родился на 6 минут позже Марка).
Сможет ли физическое время в 9 миллисекунд компенсировать биологическое старение Скотта? Очень вряд ли. Да и нам с вами это, скорее всего, не расскажут, т.к. NASA по этическим соображениям не собирается разглашать результаты этого исследования. По крайней мере до тех пор, пока Скотт и Марк не разрешат опубликовать свою историю болезней и полные данные о состоянии своего физического здоровья до, во время и после эксперимента.
Влияет ли скорость света на старение?
Феномен замедления времени в космосе долгое время волновал умы писателей-фантастов со всего мира. Вместе с тем, вопрос о том, как сильно воздействует перемещение астронавта со скоростью света на его биологические часы, впервые был описан в так называемом “парадоксе близнецов”, в котором астронавт совершает путешествие в космос на скоростной ракете, а его брат-близнец остается на Земле. Считается, что по возвращению на голубую планету, астронавт обнаружит своего близнеца постаревшим, в то время как внешний вид самого космического путешественника останется едва ли не прежним.
Скорость света может оказывать сильное влияние на процессы старения, происходящие в организме астронавтов
Почему скорость света замедляет время?
Замедление времени восходит к специальной теории относительности Эйнштейна, которая учит нас, что движение в пространстве на самом деле создает изменения в потоке времени. Чем быстрее вы движетесь сквозь три измерения, которые определяют физическое пространство, тем медленнее вы движетесь через четвертое измерение, которое, по сути, представляет собой время. Время в таком случае измеряется по-разному для астронавта и его близнеца, который оставался на Земле. Часы в движении будут тикать медленнее, чем часы, которые мы наблюдаем на Земле. Вместе с тем, если астронавт будет двигаться со скоростью, близкой к скорости света, эффект будет гораздо более выраженным.
Согласно статье, опубликованной на портале technologyreview.com, замедление времени не является мысленным экспериментом или гипотетической концепцией — оно реально. Эксперименты Хафеле-Китинга, проведенные в далеком 1971 году, доказали уникальную возможность практически полностью остановить время в тот момент, когда двое атомных часов находились на самолетах, летящих в противоположных направлениях. Относительное движение оказало измеримое влияние, создав некоторую разницу во времени между двумя часами. Подобное явление также было подтверждено в других физических экспериментах (например, быстро движущиеся мюонные частицы подвержены более долгому распаду, чем все остальные).
Ричард Китинг и Джозеф Хафеле, доказавшие возможность замедления времени
В современной науке считается, что именно на “релятивистских скоростях”, которые обычно начинаются от одной десятой скорости света, так или иначе проявляются эффекты относительности. В таком случае, астронавт, возвращающийся домой из космического путешествия, по возвращении будет выглядеть значительно моложе своих друзей и представителей семьи того же возраста, которые остались на Земле. Вопрос о том, насколько именно моложе он он будет выглядеть, будет прямо зависеть от скорости космического корабля.
Вместе с тем, существует еще один момент, который стоит упомянуть: время может замедляться не только из-за влияния скорости света, но и в результате воздействия на него некоторых гравитационных эффектов. Возможно, вы видели фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», в котором показано, что близость черной дыры способна буквально растягивать время на другой планете, превращая один проведенный час на планете Миллер в эквивалент семи земных лет.
Подобная форма замедления времени также реальна, что доказывается в общей теории относительности Эйнштейна. Гравитация в таком случае может значительно искривлять материю пространства-времени, заставляя часы, расположенные ближе к источнику гравитации, подвергаться гораздо более медленному течению времени, чем обычно. Астронавт, оказавшийся в непосредственной близости от черной дыры, постареет гораздо позже, чем его брат-близнец, решивший остаться дома. Подобная ситуация, пожалуй, может стать отличным сценарием для нового голливудского блокбастера.
Как люди стареют в космосе
Космонавты вроде тех, что находятся на МКС (Международная Космическая Станция), движутся по орбите очень быстро. Процесс их старения происходит чуть медленней, нежели у остальных людей. Благодаря физическому эффекту, известному как «замедление времени», вернувшийся из шестимесячного пребывания на МКС человек оказывается на самую малость, но моложе своих земных ровесников.
Однако перед тем, как преисполненные жаждой вечной молодости читатели бросятся бронировать билет в космос, необходимо сделать небольшое уточнение: космонавтами не был открыт пресловутый «фонтан молодости». В буквальном смысле выбраться за пределы времени для человека, увы, пока невозможно. На деле возрастной выигрыш, который дарит пребывание вне Земли, равен всего 0,007 секунды, согласно подсчетам ученых.
Стоит заметить, что тема вечной молодости – не главный объект обсуждения исследователей, изучающих старение человеческого тела в космосе. Но, будучи заинтересованными в поиске сокровенного источника бессмертия, важно в первую очередь понять сам процесс старения, а именно возрастные изменения, которые претерпевает организм на Земле.
С приходом определенного возраста многие системы органов теряют былой тонус и работоспособность. Как правило, со временем кости становятся более хрупкими, кровеносные сосуды изнашиваются, мышцы постепенно атрофируются, в суставах уменьшается подвижность, начинает привередничать пищеварительная система, мочевой пузырь пугает своей непредсказуемостью, зубы лишаются прежней прочности, падает зрение, кожа теряет эластичность и так далее.
А вот в космосе в отношении всех признаков старения наблюдаются свои особенности. В то время, как большинству людей для того, чтобы почувствовать признаки старости, необходимы десятилетия, космонавты, базирующиеся на орбитальной станции, некоторые из них ощущают в формате ускоренной перемотки. Многие из приобретенных таким образом свойств оказываются обратимыми сразу по возвращении на родную планету, однако кое-что может остаться и навсегда.
Фото: Nasa
Интенсивные изменения тела провоцируются отсутствием гравитации в среде обитания космонавтов. Для систем организма человека роль силы притяжения оказывается крайне важной. Например, если рассматривать мышцы: у пожилых людей они теряют прежнюю подвижность и гибкость, отдельные волокна атрофируются, объем мускулов значительно уменьшается. Мускулатура человека в космосе ведет себя похожим образом по причине того, что в ее использовании пропадает всякая необходимость. Именно поэтому на орбитальных станциях предусмотрены специальные тренажеры, призванные сгладить подобный эффект в случаях длительного пребывания в невесомости.
Аналогичные процессы происходят и в костях. В большинстве случаев после достижения определенного возраста костная масса у человека начинает постепенно снижаться, примерно на 1-2% в год. Но в космосе потеря массы идет в куда более быстром темпе: на 1-2% в месяц. Поскольку на скелет космонавта перестает приходиться нагрузка за поддержание веса тела, новая костная ткань перестает вырабатываться в прежней мере, тогда как одновременно с этим увеличивается поглощение старой костной ткани. К счастью, спустя некоторое время после возвращения на твердую землю столь решительные изменения прекращаются и костная система приходит в норму.
Таким образом, несмотря на экономию 0,007 секунды жизни, космонавты продолжают испытывать на себе признаки затяжного процесса старения. Ученые работают над исследованиями механизмов происходящего, попутно стремясь обнаружить способ его преодоления. Открытия в этой области способны не только улучшить условия космических полетов, снизив неблагоприятное влияние на организм человека, но и помочь сделать жизнь на Земле лучше.
Поделитесь постом с друзьями!