Artikkel

Skigåing i lavlandet kan gi saktere aldring – relativt sett

Skiøper
Det er flere gode grunner til å gå fort på ski. I hvert fall om du er ute etter små gevinster. Foto: Colourbox

Skigåing i lavlandet kan gi saktere aldring – relativt sett

Spør du en lege, vil du få beskjed om at skigåing og løping mest sannsynlig vil forsinke hvordan du eldes. Men hvordan kan det ha seg at matematikere og fysikere sier det samme?
Aswin Sekhar (t.v.), Amol Patwardhan
Aswin Sekhar (t.v.) er astrofysiker ved UiO, og Amol Patwardhan er høyenergifysiker ved universitetet i Wisconsin.

De fleste biologer og leger vil være enige om at skigåing og løping kan forsinke aldringsprosessen. Dette skyldes at kroppen rett og slett har godt av trening og det å være i god form. Men det finnes en mye mer subtil effekt av disse aktivitetene, sett fra matematikerens og fysikerens synspunkt.

Som de fleste vet, har tid og relativitet en unik sammenheng. Da Einstein formulerte sin spesielle relativitetsteori i 1905, var det knapt noen vanlige mennesker som forsto teorien hans. I begynnelsen var det bare noen få matematikere og fysikere som klarte å dechiffrere ligningene hans og forstå konseptet med tidsdilatasjon for et legeme i bevegelse. Tidsdilatasjon betyr at tiden går saktere for en som er i bevegelse, sett fra en som står i ro.

You can also read this article in English

I løpet av få år begynte flere vitenskapsfolk og andre interesserte å forstå og anerkjenne resultatene. Tidsdilatasjon, tvillingparadoks-eksperiment, klokke-tegneserier og så videre ble vanlige samtaleemner!

Albert Einstein
Albert Einstein ble 76 år gammel. han var trolig en god del mer opptatt av fysikk enn av skigåing. Foto: Orren Jack Turner/Wikimedia Commons

I 1915 fremsatte Einstein den generelle relativitetsteorien, som forundret akademikere og lekfolk enda mer enn den spesielle relativitetsteorien. Bare en håndfull av tidens matematikere og fysikere klarte å fordøye forklaringen hans om tyngdekraften som en forening av tid og rom i en matematisk tekstur ved bruk av tensor kalkulus (en utregningsmåte).

Senere har forskere lagt merke til og målt effektene av gravitasjonsfelter på tidens forløp. Nå er dette veletablerte og testede teorier, som iblant til og med blir nevnt i populære science-fiction-tegneserier og -filmer.

Faren ved å ta trappene

En artikkel i Titan i fjor fokuserte på denne delen av den generelle relativitetsteorien. Den handler om akselerasjon av tiden (altså at tiden går fortere) som følge av endring i gravitasjonsfeltet når du går opp en trapp eller klatrer i fjellet! Teknisk sett skyldes dette endringen i tid-rommets krumming når du beveger deg lenger bort fra Jordas sentrum.

Det er prisverdig at Norge, som et av veldig få land, prøver å inkludere aspekter fra den generelle relativitetsteorien i skolens pensum.

Den enkle oppsummeringen av resultatene over, er: Hvis noen lever i flere tiår på veldig høye fjelltopper (som i Himalaya), vil de eldes noen hundre mikrosekunder raskere, det nøyaktige antallet kommer an på den spesifikke høyden og hvor lenge man er der (omtrent 100 mikrosekunder pr. tiår på 3000 meters høyde).

Presisjon på noen mikrosekunder over et tiår er noe som kan måles med moderne Cesium atomklokker. Derfor er det faktisk mulig å måle denne effekten med dagens teknologi hvis du setter én slik klokke på toppen og én ved foten av et høyt fjell.

Fordelene ved å være skiløper

Men det det er en interessant mot-effekt sett fra den spesielle relativitetsteoriens side – hvis du er norsk. Antagelsen om at nordmenn står mye på ski og løper ofte, er ikke så langt fra sannheten!

Aksel Lund Svindal
Aksel Lund Svindal har vunnet fem VM-gull i ulike alpingrener. Og han kan regne med å leve et ekstra nanosekund eller to. Foto: Ola Matsson/Wikimedia Commons/CC BY 2.0

En elite-skikjører, hvis vi forutsetter hastigheter på 100 km/t og en varighet på et løp på omtrent 2 minutter, vil tjene omtrent et halvt picosekund på et løp. Hvis man videre antar en skikarriere som varer et tiår (ca. 1000 løp), vil skikjøreren eldes ca. et halvt nanosekund mindre.

For en vanlig jogger/skiløper vil flere tiår med løping og skitrening føre til at man tjener noen få nanosekunder gjennom et gjennomsnittlig norsk liv (gitt en gjennomsnittlig løpe-/skifart på 12 km/t må man ha omtrent 5000 timers trening for å oppnå et nanosekunds gevinst, noe som er fullt oppnåelig i løpet av et gjennomsnittsliv for en person fra Norden).

Tid i små mengder

Et nanosekund er en milliarddels sekund: 1 / 1 000 000 000.

Et pikosekund er enda mindre, nemlig en billiondel av et sekund: 1 / 1 000 000 000 000.

Presisjonsnivået til atomklokker øker drastisk hvert eneste år.

En presisjon på et nanosekund på tidsmåling gjennom flere tiår kan høres usannsynlig ut ved bruk av konvensjonell teknologi. Men man har nådd et svært avansert nivå i dag. Et eksempel er LIGO-eksperimentet (som vant dette årets Nobelpris i fysikk), et teknologisk vidunder i stand til å måle krusninger i tid-rommet som forårsaker forflytninger på 1/10 000 av størrelsen til en atomkjerne, i en interferometer-arm (et måleinstrument) som er 4 kilometer lang (en 1/10^{22} måling) – fra kollisjonen mellom to svarte hull som hver hadde en masse på omtrent 30 ganger vår sol og fra en hendelse som inntraff for 1,3 milliarder år siden.

LES OGSÅ: Jupiter og relativitetsteorien får skylden for at himmellegemer endrer kurs

Det er blitt lettere å ta tiden

Viktigere i vår sammenheng er konstruksjonen av klokker med optisk gitter, som har en presisjon på omtrent ett sekund på 13,8 milliarder år (altså Jordas alder), tilsvarende ca. ett nanosekund pr. tiår.

Det er altså ikke håpløst langt utenfor dagens teknologiske rekkevidde å kunne måle et nanosekunds tidsforskyvning som resultat av mange år eller tiår med skikjøring i høy fart eller langdistanseløping.

Astronaut-tvillinger er ikke lenger like gamle

Dette  ble testet på to astronauter som også er tvillingbrødre i fjor. En av tvillingene, NASA-astronauten Scott Kelly, var 340 dager om bord på Den internasjonale romstasjonen (ISS), mens tvillingbroren, Mark Kelly, nøt livet på bakken (altså på planeten Jorda).

Mark Kelly (t.v.), Scott Kelly
Mark (t.v.) og Scott Kelly er eneggede tvillinger og det eneste søskenparet man vet om som har vært i verdensrommet, noe som har gjort forskere svært interessert i dem. Foto: Scott Kelly/Twitter

Den internasjonale romstasjonen er omtrent 400 km over jordoverflaten, og astronauten vil derfor eldes omtrent 1,1 millisekunder fortere i løpet av sin tid der på grunn av effekten av tid-rommets krumming (tilsvarende effekt som beskrevet for fjellene over).

Men astronauten holdt ca. 28 000 km/t rundt Jorda mens han var på på ISS (en noe raskere utgave av skikjøring). Dette gir en motsatt effekt, så astronauten eldes 9,6 millisekunder saktere enn sin bror på Jorda på grunn av den høye farten.

Nettoeffekten er at astronauten på romstasjonen eldes 8,5 millisekunder saktere (eller fikk litt ekstra tid!) i løpet av oppholdet, noe det er god grunn til å feire!

Det viser seg at i nær-jordsbaner vil den spesielle relativitetens fartsdemping vinne over fartsøkningen som kommer av gravitasjonen – de to effektene blir omtrent like når romskipets baneradius er 1,5 ganger Jordens radius. En astronaut som går i bane lenger unna Jorda, vil faktisk eldes raskere enn kollegene på Jorda. En tilsvarende kalkulering ble gjort for folk som flyr ofte.

I realiteten er det selvsagt andre, mer alvorlige effekter å ta hensyn til, som økt strålingseksponering, null-gravitasjonsutfordringer, endringer i den biologiske rytmen og kostholdsproblemer om bord i romfartøy, så det er derfor ikke bare klokker som er viktig for helsen og velværet til mennesker!

Men med jevnlig skigåing og løping (kun i lavlandet!), vil du helt sikkert senke aldringstakten (både i form av fysisk form og relativistisk) uten alle de negative effektene du vil få av å oppholde deg ute i rommet! Som det heter, hver lille detalj teller!

Aswin Sekhar er astrofysiker ved CEED, UiO, og Amol Patwardhan er høyenergifysiker ved universitetet i Wisconsin, Madison i USA. Sekhar s arbeid finansieres gjennom Crater Clock-prosjektet (235058/F20) ved CEED (gjennom Senter fro fremragende forskning, prosjektnummer 223272 (CEED) finansiert av Norges Forskningsråd og USIT Uninett SIGMA2, som administrerer nasjonal infrastruktur for beregningsvitenskap gjennom NORTUR. Begge forfatterne takker Lars Eivind Augland, geolog ved CEED, som har oversatt teksten fra engelsk.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi? Følg oss på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt.

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Løvenes konge-pastisj

Kampen om dyretronen

En sibirsteinbukk-hunn vil bare følge den hannen som har vunnet i kamp mot de andre, hos flekkhyenen er det hannene som vier livet sitt til å følge hunnene. Sosialt hierarki i dyreriket er like varierende som dyrene selv.

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.