आइंस्टीन के सापेक्षता के नए अध्ययन से पता चलता है कि चंद्रमा पर समय तेजी से चलता है
क्या समय हो रहा है चांद?
अप्रैल 2024 में, व्हाइट हाउस ने वैज्ञानिकों को चंद्र समय मानक स्थापित करने के लिए एक चुनौती जारी की, जिसका उद्देश्य चंद्रमा पर अंतर्राष्ट्रीय उपस्थिति और संभावित मानव ठिकानों को बढ़ाना था। नासा'एस आर्टेमिस पहल. असली सवाल जिस पर उलझन हो रही है वह यह नहीं है कि “क्या समय हुआ है?” बल्कि, “कितनी जल्दी करता है समय उत्तीर्ण?”
घड़ी में कितना समय होगा यह कोई भी टाइमकीपर निर्धारित कर सकता है, लेकिन भौतिकी यह निर्धारित करती है कि समय कितनी तेजी से बीतता है। 20वीं सदी के शुरुआती वर्षों में, अल्बर्ट आइंस्टीन यह निर्धारित किया गया कि दो पर्यवेक्षक इस बात पर सहमत नहीं होंगे कि एक घंटा कितना लंबा है यदि वे एक ही दिशा में एक ही गति से नहीं चल रहे हैं। यह असहमति पृथ्वी की सतह पर एक व्यक्ति और कक्षा में या चंद्रमा पर मौजूद किसी अन्य व्यक्ति के बीच भी होती है।
“अगर हम चंद्रमा पर हैं, तो घड़ियां अलग-अलग तरह से टिक-टिक करेंगी [than on Earth]”सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी ने कहा Bijunath Patla बोल्डर, कोलो में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के। उन्होंने कहा कि हमारे सापेक्ष चंद्रमा की गति घड़ियों को पृथ्वी मानक की तुलना में धीमी बनाती है, लेकिन इसके कम गुरुत्वाकर्षण के कारण घड़ियां तेज चलती हैं। “तो ये दो प्रतिस्पर्धी प्रभाव हैं, और इसका शुद्ध परिणाम 56-माइक्रोसेकंड-प्रतिदिन का बहाव है।” (वह 0.000056 सेकंड है।)
पटला और उनके एनआईएसटी भौतिक विज्ञानी सहयोगी नील एशबी इस संख्या की गणना के लिए आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत का उपयोग किया गयापिछले विश्लेषणों की तुलना में सुधार। उन्होंने अपने परिणाम प्रकाशित किये खगोलीय पत्रिका.
हालाँकि 56-माइक्रोसेकंड का अंतर मानव मानकों के हिसाब से छोटा है, लेकिन जब कई मिशनों को सटीक सटीकता के साथ निर्देशित करने या पृथ्वी और चंद्रमा के बीच संचार करने की बात आती है तो यह महत्वपूर्ण है।
“मूल बात चंद्र पारिस्थितिकी तंत्र के संदर्भ में नेविगेशन की सुरक्षा है जब आपके पास चंद्रमा पर अब की तुलना में बहुत अधिक गतिविधि होती है,” ने कहा। चेरिल ग्रैमलिंगएक सिस्टम इंजीनियर नासागोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर। “जब नेविगेशन की बात आती है, तो चंद्रमा पर एक घड़ी के बीच एक दिन में 56 माइक्रोसेकंड का अंतर होता है [a clock] पृथ्वी पर एक बड़ा अंतर है, इसलिए आपको इसे समायोजित करना होगा।”
आधुनिक सटीक नेविगेशन घड़ियों को सिंक्रनाइज़ करने पर निर्भर करता है, जिसमें रेडियो तरंगों का उपयोग करके समन्वय शामिल होता है, जो प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं। ग्रैमिंग ने नोट किया कि प्रकाश 1 नैनोसेकंड (0.001 माइक्रोसेकंड) में 30 सेंटीमीटर (11.8 इंच) की यात्रा करता है – मानव मानकों के अनुसार अविश्वसनीय रूप से कम समय – इसलिए 56-माइक्रोसेकंड की विसंगति को ध्यान में रखने में विफल रहने से संभावित रूप से 17 किलोमीटर तक की नेविगेशन संबंधी त्रुटियां हो सकती हैं। प्रति दिन। जब इसकी बात आती है तो इसका एक अंश भी अस्वीकार्य है अरतिमिस मिशन, जिसके लिए हर समय 10 मीटर के भीतर प्रत्येक रोवर, लैंडर या अंतरिक्ष यात्री की स्थिति जानने की आवश्यकता होगी।
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का एक प्रमुख परिणाम सापेक्षता के सिद्धांत क्या यह कि निरपेक्ष समय जैसी कोई चीज़ नहीं है। गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के कारण पृथ्वी की सतह पर एक घड़ी कक्षा में एक घड़ी की तुलना में अधिक धीमी गति से चलेगी, यही कारण है कि जीपीएस उपग्रहों को सापेक्षता को ध्यान में रखना पड़ता है। (पृथ्वी पर समन्वित सार्वभौमिक समय और अन्य मानक घड़ियों के नेटवर्क का उपयोग करते हैं जो छोटे के लिए सही होते हैं विभिन्न ऊँचाइयों पर गुरुत्वाकर्षण का अंतरबहुत।)
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पृथ्वी और चंद्रमा के बीच समयपालन में अंतर निर्धारित करने से अतिरिक्त जटिलताएँ जुड़ जाती हैं। चंद्रमा हमारे घूमने और हमारे चारों ओर अपनी कक्षा के कारण पृथ्वी की सतह पर किसी भी स्थान के सापेक्ष घूम रहा है, जिसका अर्थ है कि कोई भी चंद्र घड़ी हमारे दृष्टिकोण से धीमी गति से चलती दिखाई देगी। इसके अलावा, चंद्रमा पर कोई भी घड़ी चंद्रमा से प्रभावित होती है गुरुत्वाकर्षण और पृथ्वी का. (कृत्रिम उपग्रह इतने बड़े या बड़े पैमाने पर नहीं होते कि उनका अपना गुरुत्वाकर्षण प्रभाव मायने रख सके।)
सापेक्षता के इन प्रभावों को उचित रूप से संभालने के लिए संदर्भ का एक उपयुक्त ढांचा चुनने की आवश्यकता होती है। एशबी और पटला ने यह स्वीकार करते हुए समस्या का समाधान किया कि पृथ्वी-चंद्रमा प्रणाली मुक्त रूप से गिर रही है – केवल सूर्य के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में घूम रही है – प्रत्येक अपने द्रव्यमान के पारस्परिक केंद्र की परिक्रमा कर रही है। इसने उन्हें प्रत्येक जटिलता से योगदान तैयार करने में सक्षम बनाया: प्रत्येक पिंड का घूमना, ज्वारीय बल, पूर्ण क्षेत्रों से आकार में विचलन, इत्यादि।
एशबी और पटला ने पृथ्वी और चंद्रमा के बीच कक्षा में गुरुत्वाकर्षण स्थिर स्थिति की गणना भी की, जिसे लैग्रेंज पॉइंट के रूप में जाना जाता है, जिसका उपयोग संचार रिले उपग्रहों के लिए किया जा सकता है।
इस बीच, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी सर्गेई कोप्पिकिन मिसौरी विश्वविद्यालय के और खगोलशास्त्री जॉर्ज कपलान अमेरिकी नौसेना वेधशाला के स्वतंत्र रूप से पृथ्वी और चंद्रमा के बीच 56-माइक्रोसेकंड समय परिवर्तन की गणना की गई. उन्होंने सूर्य और बृहस्पति से छोटे ज्वारीय बल भिन्नताओं के कारण घड़ी की दरों में छोटे, आवधिक उतार-चढ़ाव की भी गणना की, नैनोसेकंड-स्तर के प्रभावों को, फिर भी, 10-मीटर-स्केल या बेहतर नेविगेशनल परिशुद्धता प्राप्त करने के लिए ध्यान देने की आवश्यकता है।
“द [relativity] ग्रैमलिंग ने कहा, समुदाय ने इस सारे काम को प्रकाशित करके हमारी बहुत बड़ी सेवा की है। अब हमारे पास समय विशेषज्ञों के पूरे अंतरराष्ट्रीय समुदाय के सामने लाने और कहने के लिए कुछ है, 'क्या यह वह मॉडल है जिसे हम चंद्रमा के लिए मानकीकृत कर सकते हैं?''
इस स्तर की टाइमकीपिंग की आवश्यकता के लिए चंद्रमा पर पर्याप्त मानव और रोबोट आने में कई साल या दशक लगेंगे। हालाँकि, वैज्ञानिक और इंजीनियर मानते हैं कि इसकी आवश्यकता से बहुत पहले ही चंद्र मानक समय का होना कितना महत्वपूर्ण है। अब उन्होंने यह जानने की दिशा में पहला कठिन कदम उठाया है कि चंद्रमा पर क्या समय है।
