Χρονική διαστολή: τι είναι αυτό, στοιχεία, λογισμός

η διαστολή του χρόνου είναι η διαφορά στο μέτρο του χρόνουγια δύο πανομοιότυπα ρολόγια και τέλεια συγχρονισμένο που προκύπτει όταν ένα από αυτά τα ρολόγια κινείται με ταχύτητα συγκρίσιμη με αυτήν ταχύτητα του φωτός ή ακόμη και όταν υπόκειται σε α βαρυτικό πεδίο διαφορετικό από αυτό που βρίσκεται στο άλλο ρολόι. Το φαινόμενο της χρονικής διαστολής είχε προβλεφθεί και εξηγηθεί θεωρητικά από τον Γερμανό φυσικό Albert EinsteinΕγώόχιτο έτος 1905.

Δείτε επίσης:Χρονική διαστολή και το δίδυμο παράδοξο

Τι είναι η διαστολή του χρόνου και πώς συμβαίνει;

Η διαστολή του χρόνου νοείται ως α καθυστέρησηόχιτο μέτρο ενός χρονικού διαστήματος μεταξύ δύο αναφορικόςμικρό των οποίων τα ρολόγια είχαν προηγουμένως συγχρονιστεί. Αυτός ο αποσυγχρονισμός μπορεί να συμβεί σε δύο διαφορετικές καταστάσεις. Το πρώτο είναι εάν ένα από τα πλαίσια αναφοράς κινείται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, δηλαδή περίπου 300 χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Το δεύτερο μπορεί να συμβεί όταν μία από τις αναφορές βρίσκεται σε μια περιοχή του βαρυτικό δυναμικό διαφορετικό από το πρώτο.

Η χρονική διαστολή είναι ένα φυσικό φαινόμενο που εξηγείται και προβλέπεται από τον Albert Einstein.

Στην πράξη, η χρονική διαστολή προκαλεί το χέρια ρολογιού"γυρίστε πιο αργά", λες και η συμβατική διάρκεια του δευτέρου ή του λεπτού, για παράδειγμα, αυξήθηκε ελαφρώς. Επιπλέον, η χρονική διαστολή που παράγεται με υψηλή ταχύτητα είναι αμοιβαία για τις δύο αναφορές, δηλαδή, όταν ο ένας κοιτάζει τον άλλο, και οι δύο θα παρατηρήσουν ένα πιο αργό πέρασμα του χρόνου.

Αυτό δεν συμβαίνει πλέον με τη χρονική διαστολή που προκαλείται από διαφοράσεπεδίοβαρυτική, αφού, στην περίπτωση αυτή, μόνο το σώμα που υπόκειται σε διαφορετικό βαρυτικό πεδίο υπόκειται σε χρονική διαστολή. Αυτός ο τύπος διαστολής εξηγείται από μια γενίκευση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, γνωστή ως θεωρία της γενικής σχετικότητας.

Κοίταεπίσης: Γιατί δεν μπορούν να διαφύγουν ακόμη και οι μαύρες τρύπες;

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)

Πειράματα και αποδείξεις διαχρονικής διαστολής

Η χρονική διαστολή, που προβλέπεται από το Θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, έχει ήδη παρατηρηθεί και μετρηθεί σε μεγάλο αριθμό πειραμάτων. Μπορεί να φανεί σε:

• επιταχυντές σωματιδίων;

• ατομικά ρολόγια;

• δορυφόροι;

• κοσμικές ακτίνες, ενεργητικά σωματίδια που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης από όλες τις κατευθύνσεις στο Σύμπαν.

Σε ένα από αυτά τα πειράματα, η παρουσία ενός σωματιδίου γνωστή ως π μεσόν, σε ύψη κοντά στην επιφάνεια του Γη. Αυτά τα σωματίδια παράγονται όταν μια κοσμική ακτίνα συγκρούεται με κάποιο άτομο στην ατμόσφαιρα, αποσυνθέτοντάς το σε μια μεγάλη ποικιλία μικρότερων σωματιδίων.

Από την εποχή του ημιζωή του pi meson είναι πολύ μικρό, δεν πρέπει να είναι δυνατό να το παρατηρήσετε στο ύψος της θάλασσας, για παράδειγμα, αλλά μόνο όπου σχηματίζεται - αρκετά χιλιόμετρα. Αυτό που συμβαίνει σε αυτήν την περίπτωση είναι ότι η ταχύτητα με την οποία κινούνται αυτά τα pions, αμέσως μετά τη σύγκρουση δημιουργούν, είναι τόσο μεγάλο που, σε σχέση με τη Γη, εκτείνεται η διάρκεια της ημιζωής τους πολύ. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατή η ανίχνευσή τους σε χαμηλά υψόμετρα. Η ανακάλυψη του pi meson από Βραζιλιάνος φυσικός Τσαρ Λατς χρησίμευσε ως εξαιρετική απόδειξηπειραματικόςδίνειδιαστολήτουχρόνος.

Σε ένα άλλο πείραμα, δύο συγχρονισμένα ατομικά ρολόγια τοποθετήθηκαν σε διαφορετικά ύψη (το ένα ήταν 33 εκατοστά πάνω από το άλλο) και μετρήθηκαν φρένασεχρόνοςαβασάνισταπολλά διαφορετικά, καθώς το ρολόι που ήταν χαμηλότερο βίωσε μια πιο έντονη βαρύτητα. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η επίδραση μιας τέτοιας χρονικής διαστολής είναι τόσο χαμηλή που η υστέρηση μεταξύ αυτών των ρολογιών ήταν μόνο 90 ​​δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε 80 χρόνια μέτρησης.

Σε μια παραλλαγή αυτού του πειράματος, οι φυσικοί έθεσαν ένα από τα ρολόγια για να ταλαντεύονται με ταχύτητα 10 m / s. Με αυτό, ήταν επίσης σε θέση να μετρήσουν μια διαφορά στο χρόνο μέτρησης μεταξύ των δύο ρολογιών. Με βάση αυτά τα πειράματα, σήμερα γνωρίζουμε ότι, όταν ανεβαίνουμε τα σκαλοπάτια μιας σκάλας ή εξακολουθούμε να οδηγούμε σε ένα αυτοκίνητο, ακόμη και σε χαμηλές ταχύτητες, το ο χρόνος περνά διαφορετικά για όλους μας.

Δείτε επίσης:Sirius - ένας από τους πιο σύγχρονους επιταχυντές σωματιδίων στον κόσμο είναι η Βραζιλία

Υπολογισμός διαστολής χρόνου

Ο υπολογισμός του διαστολήχρονικός γίνεται με βάση μετασχηματισμοίσεΛορέντζ. Αυτοί οι μετασχηματισμοί δεν είναι παρά ένα σύνολο εξισώσεων που σχετίζονται με τα χρονικά διαστήματα στα οποία ένα συμβάν συμβαίνει σε δύο ξεχωριστές αναφορές.

Δείτε παρακάτω τον τύπο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διαστολής του χρόνου λόγω της ταχύτητας.

τ₀ - χρόνος που μετράται από τον παρατηρητή σε κατάσταση ηρεμίας (ίδιο χρόνο)

τ - ο χρόνος μετράται από τον κινούμενο παρατηρητή

β - ταχύτητα του κινούμενου παρατηρητή

ντο - ταχύτητα του φωτός

Ο παραπάνω τύπος μπορεί επίσης να γραφτεί με απλούστερο τρόπο. Για αυτό, λέμε ότι ο χρόνος που μετράται από τον κινούμενο παρατηρητή είναι ίσος με το eigentime πολλαπλασιάζεται με σχετικιστικό διορθωτικό παράγοντα, γνωστός ως ο παράγοντας Lorentz.

Ας φτιάξουμε ένα παράδειγμα με τον τύπο που φαίνεται παραπάνω.

Ας υποθέσουμε ότι δύο ατομικά ρολόγια είναι απόλυτα συγχρονισμένα και ένα από αυτά έχει ρυθμιστεί να κινείται με ταχύτητα 0,6c (όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός σε κενό). Εάν έχουν περάσει 10 δευτερόλεπτα στο ρολόι σε κατάσταση ηρεμίας, πόσα δευτερόλεπτα θα έχουν περάσει το ρολόι σε υψηλή ταχύτητα;

Ας υπολογίσουμε τον παράγοντα Lorentz με τις παρεχόμενες πληροφορίες. Παρακολουθώ:

Τέλος, για να επιτύχουμε τον χρόνο που μετράται από το κινούμενο πλαίσιο αναφοράς, πρέπει να πολλαπλασιάσουμε το eigentime με τον συντελεστή διόρθωσης Lorentz.

Με βάση τον υπολογισμό, διαπιστώσαμε ότι εάν ένα από τα ρολόγια κινήθηκε με ταχύτητα ίση με το 60% της ταχύτητας του φωτός (0,6c), ένα συμβάν των 10 δευτερολέπτων θα έχει τη διάρκεια του να επεκταθεί στα 12,5 δευτερόλεπτα Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι θα παρατηρούσαμε διαστολή χρόνου μόνο εάν παρατηρούσαμε το συμβάν από το πλαίσιο αναφοράς σε κατάσταση ηρεμίας και το αντίστροφο.

Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

HELERBROCK, Ραφαέλ. "Χρονική διαστολή". Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Πρόσβαση στις 27 Ιουνίου 2021.