Zeitdilatation ist die Unterschied im Zeitmaßfür zwei identische Uhren und perfekt synchronisiert, die entsteht, wenn sich eine dieser Uhren mit einer Geschwindigkeit bewegt, die mit vergleichbar ist Lichtgeschwindigkeit oder auch wenn es einer Schwerkraftfeld anders als in der anderen Uhr. Das Phänomen der zeitlichen Dilatation wurde vom deutschen Physiker vorhergesagt und theoretisch erklärt Albert EinsteinichNeinim Jahr 1905.
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Was ist Zeitdilatation und wie entsteht sie?
Unter Zeitdilatation versteht man a VerzögerungNeindas Maß eines Zeitintervalls zwischen zwei referenziellso deren Uhren zuvor synchronisiert wurden. Diese Desynchronisation kann in zwei verschiedenen Situationen auftreten. Die erste ist, wenn sich einer der Referenzrahmen mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, dh etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde. Der zweite kann auftreten, wenn sich eine der Referenzen in einem Bereich von befindet Gravitationspotential anders als der erste.
In der Praxis verursacht die zeitliche Dilatation die Uhrzeiger"langsamer drehen", als ob die konventionelle Dauer der Sekunde oder Minute zum Beispiel leicht verlängert würde. Darüber hinaus ist die durch eine hohe Geschwindigkeit erzeugte zeitliche Dilatation reziprok für die beiden Referenzen, das heißt, wenn einer den anderen ansieht, werden beide einen langsameren Zeitablauf bemerken.
Dies geschieht nicht mehr mit der zeitlichen Dilatation durch UnterschiedimFeldGravitation, da in diesem Fall nur der Körper, der einem anderen Gravitationsfeld ausgesetzt ist, der Zeitdilatation unterliegt. Diese Art der Dilatation wird durch eine Verallgemeinerung der speziellen Relativitätstheorie, bekannt als Allgemeine Relativitätstheorie.
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Experimente und Nachweise der Zeitdilatation
Die Zeitdilatation, die von der Relativitätstheorie von Einstein, wurde bereits in einer Vielzahl von Experimenten beobachtet und gemessen. Es ist zu sehen in:
Teilchenbeschleuniger;
Atomuhren;
Satelliten;
kosmische Strahlung, energetische Teilchen, die aus allen Richtungen des Universums in die Erdatmosphäre eintreten.
In einem dieser Experimente wurde die Anwesenheit eines Teilchens namens pi meson, in Höhen nahe der Oberfläche des Erde. Diese Teilchen entstehen, wenn ein kosmischer Strahl mit einem Atom in der Atmosphäre kollidiert und es in eine Vielzahl kleinerer Teilchen zerlegt.
Seit der Zeit von halbes Leben des pi-mesons sehr kurz ist, sollte es beispielsweise nicht auf Meereshöhe zu beobachten sein, sondern nur dort, wo es sich bildet – mehrere kilometer hoch. Was in diesem Fall passiert, ist, dass die Geschwindigkeit, mit der sich diese Pionen bewegen, direkt nach der Kollision, die sie erzeugen, ist so groß, dass sich ihre Halbwertszeit im Verhältnis zur Erde verlängert wesentlich. Auf diese Weise ist es möglich, sie in geringer Höhe zu erkennen. Die Entdeckung des Pi-Mesons durch brasilianischer Physiker César Lattes als ausgezeichnet serviert BeweisExperimental-gibtErweiterungvonZeit.
In einem anderen Experiment wurden zwei synchronisierte Atomuhren in unterschiedlicher Höhe (eine war 33 Zentimeter über der anderen) aufgestellt und vermessen geht kaputtimZeitleichtviele verschiedene, da die untere Uhr eine stärkere Schwerkraft erfuhr. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Effekt einer solchen zeitlichen Dilatation so gering ist, dass die Verzögerung zwischen diesen Uhren in 80 Jahren der Messung nur 90 Milliardstel Sekunden betrug.
In einer Variation dieses Experiments haben Physiker eine der Uhren so eingestellt, dass sie mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s schwingt. Damit konnten sie auch eine Differenz der gemessenen Zeit zwischen den beiden Uhren messen. Aufgrund dieser Experimente wissen wir heute, dass beim Erklimmen der Stufen einer Leiter oder beim Autofahren selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten die die zeit vergeht für uns alle anders.
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Berechnung der Zeitdilatation
Die Berechnung von Erweiterungzeitlich basiert auf TransformationenimLorentz. Diese Transformationen sind nichts anderes als ein Satz von Gleichungen, die die Zeitintervalle, in denen ein Ereignis auftritt, in zwei verschiedenen Referenzen in Beziehung setzen.
Siehe unten die Formel, die verwendet wird, um die Zeitdilatation aufgrund der Geschwindigkeit zu berechnen.
t0 – vom Beobachter in Ruhe gemessene Zeit (Eigenzeit)
t – vom sich bewegenden Beobachter gemessene Zeit
v – Geschwindigkeit des sich bewegenden Beobachters
ç - Lichtgeschwindigkeit
Die obige Formel kann auch einfacher geschrieben werden. Dafür sagen wir, dass die vom bewegten Beobachter gemessene Zeit gleich der Eigenzeit multipliziert mit einem relativistischen Korrekturfaktor, bekannt als Lorentz-Faktor.
Lass uns a machen Beispiel mit der oben gezeigten Formel.
Angenommen, zwei Atomuhren sind perfekt synchronisiert und eine von ihnen soll sich mit einer Geschwindigkeit von 0,6 c bewegen (wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist). Wenn die Uhr im Ruhezustand 10 s verstrichen ist, wie viele Sekunden sind dann vergangen, wenn die Uhr sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt?
Berechnen wir den Lorentz-Faktor mit den bereitgestellten Informationen. Uhr:
Um schließlich die vom beweglichen Bezugssystem gemessene Zeit zu erhalten, müssen wir die Eigenzeit mit dem Lorentz-Korrekturfaktor multiplizieren.
Basierend auf der Berechnung haben wir festgestellt, dass, wenn sich eine der Uhren mit einer Geschwindigkeit von 60 % der Lichtgeschwindigkeit (0,6 c) bewegt, ein Ereignis von 10 s würde seine Dauer auf 12,5 s verlängern. Bemerkenswert ist jedoch, dass wir die Zeitdilatation nur bemerken würden, wenn wir das Ereignis vom ruhenden Bezugssystem aus beobachten und umgekehrt.
Von Rafael Hellerbrock
Physik Lehrer
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HELERBROCK, Rafael. "Zeitdilatation"; Brasilien Schule. Verfügbar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Zugriff am 27. Juni 2021.
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