Tidsudvidelse: hvad er det, bevis, beregning

tidsudvidelse er forskel i tidsmåltil to identiske ure og perfekt synkroniseret, der opstår, når et af disse ure bevæger sig med en hastighed, der kan sammenlignes med lysets hastighed eller endda når det er underlagt en tyngdefelt forskellig fra hvad der findes i det andet ur. Fænomenet tidsmæssig udvidelse blev forudsagt og forklaret teoretisk af den tyske fysiker Albert Einsteinjegingeni året 1905.

Se også:Temporal udvidelse og tvillingens paradoks

Hvad er tidsudvidelse, og hvordan sker det?

Tidsudvidelse forstås som en forsinkelseingenmålingen af ​​et tidsinterval mellem to henvisnings hvis ure tidligere var synkroniseret. Denne desynkronisering kan forekomme i to forskellige situationer. Den første er, hvis en af ​​referencerammerne bevæger sig med en hastighed tæt på lysets hastighed, det vil sige ca. 300 tusind kilometer i sekundet. Det andet kan forekomme, når en af ​​referencerne er i en region af tyngdepotentiale anderledes end den første.

Temporal udvidelse er et fysisk fænomen, der er forklaret og forudsagt af Albert Einstein.

I praksis forårsager den tidsmæssige udvidelse urhænder"drej langsommere", som om den konventionelle varighed af f.eks. det andet eller minut var forøget lidt. Desuden er den tidsmæssige udvidelse produceret af en høj hastighed gensidig for de to referencer, det vil sige, når den ene ser på den anden, vil begge bemærke en langsommere tid.

Dette sker ikke længere med den tidsmæssige udvidelse forårsaget af forskeliMarktyngdekraft, da i dette tilfælde kun kroppen, der er underlagt et andet tyngdefelt, er tidsudvidet. Denne type udvidelse forklares ved en generalisering af den specielle relativitetsteori, kendt som teori om generel relativitet.

Seogså: Hvorfor kan ikke engang lys undslippe sorte huller?

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)

Eksperimenter og bevis for tidsudvidelse

Tidsudvidelsen, som er planlagt af Relativitetsteori af Einstein, er allerede blevet observeret og målt i et stort antal eksperimenter. Det kan ses i:

• partikelacceleratorer;

• atomure;

• satellitter;

• kosmiske stråler, energiske partikler, der kommer ind i jordens atmosfære fra alle retninger i universet.

I et af disse eksperimenter er tilstedeværelsen af ​​en partikel kendt som pi meson, i højder tæt på overfladen af jorden. Disse partikler produceres, når en kosmisk stråle kolliderer med et eller andet atom i atmosfæren og nedbryder den til en lang række mindre partikler.

Siden tidspunktet for halvt liv af pi meson er meget kort, skulle det for eksempel ikke være muligt at observere det i havhøjde, men kun hvor det dannes - flere kilometer højt. Hvad der sker i dette tilfælde er, at den hastighed, hvormed disse pioner bevæger sig, lige efter kollisionen de skaber, er så store, at deres halveringstid forlænges i forhold til Jorden betydeligt. På denne måde er det muligt at opdage dem i lave højder. Opdagelsen af ​​pi meson af Brasiliansk fysiker César Lattes tjente som en fremragende beviseksperimentelgiverudvidelseaftid.

I et andet eksperiment blev to synkroniserede atomure anbragt i forskellige højder (den ene var 33 centimeter over den anden) og målt pauseritidletmange forskellige, siden uret, der var lavere, oplevede en mere intens tyngdekraft. Det skal dog bemærkes, at effekten af ​​en sådan tidsmæssig udvidelse er så lav, at forsinkelsen mellem disse ure kun var 90 milliardedele af et sekund i 80 års måling.

I en variation af dette eksperiment indstiller fysikere en af ​​ure til at svinge med en hastighed på 10 m / s. Med dette var de også i stand til at måle en forskel i målt tid mellem de to ure. Baseret på disse eksperimenter ved vi i dag, at når vi klatrer op ad en stige eller stadig kører i en bil, selv ved lave hastigheder, tiden går anderledes for os alle.

Se også:Sirius - en af ​​de mest moderne partikelacceleratorer i verden er brasiliansk

Beregning af tidsudvidelse

Beregningen af udvidelsetidsmæssig er lavet baseret på transformationeriLorentz. Disse transformationer er intet andet end et sæt ligninger, der relaterer de tidsintervaller, hvor en begivenhed sker i to forskellige referencer.

Se nedenstående formel, der bruges til at beregne tidsudvidelse på grund af hastighed.

t₀ - tid målt af observatøren i hvile (egen tid)

t - tid målt af den bevægende observatør

v - hastighed for den bevægende observatør

ç - lysets hastighed

Formlen ovenfor kan også skrives på en enklere måde. Til det siger vi, at tiden målt af den bevægende observatør er lig med eigentime ganget med en relativistisk korrektionsfaktor, kendt som Lorentz-faktoren.

Lad os lave en eksempel med formlen vist ovenfor.

Antag, at to atomure er perfekt synkroniserede, og en af ​​dem er indstillet til at bevæge sig med en hastighed på 0,6c (hvor c er lysets hastighed i et vakuum). Hvis der er gået 10 sekunder på uret i hvile, hvor mange sekunder er der gået på uret, der bevæger sig i høj hastighed?

Lad os beregne Lorentz-faktoren med de angivne oplysninger. Holde øje:

Endelig skal vi multiplicere egentiden med Lorentz-korrektionsfaktoren for at opnå den tid, der måles af den bevægelige referenceramme.

Baseret på beregningen fandt vi ud af, at hvis et af urene bevægede sig med en hastighed svarende til 60% af lysets hastighed (0,6c), en 10 s begivenhed vil forlænge varigheden til 12,5 s. Det er dog bemærkelsesværdigt, at vi kun bemærker tidsudvidelse, hvis vi observerede begivenheden fra referencerammen i hvile og omvendt.

Af Rafael Hellerbrock
Fysikklærer

Vil du henvise til denne tekst i et skole- eller akademisk arbejde? Se:

HELERBROCK, Rafael. "Tidsudvidelse"; Brasilien skole. Tilgængelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Adgang til 27. juni 2021.