Ajan laajentuminen: mikä se on, todisteet, laskelmat

ajan laajentuminen on ero ajan mitassakahdelle samanlaiselle kellolle ja täysin synkronoitu, joka syntyy, kun jokin näistä kelloista liikkuu verrattavissa olevalla nopeudella valonnopeus tai jopa silloin, kun siihen sovelletaan a painovoimakenttä erilainen kuin mitä toisessa kellossa on. Saksan fyysikko ennusti ja selitti teoreettisesti ajallisen laajenemisen ilmiön Albert Einsteinieivuonna 1905.

Katso myös:Ajallinen laajentuminen ja kaksoisparadoksi

Mikä on ajan laajentuminen ja miten se tapahtuu?

Ajan laajentuminen ymmärretään a viiveeikahden välisen aikavälin mitta viites joiden kellot oli aiemmin synkronoitu. Tämä synkronointi voi tapahtua kahdessa eri tilanteessa. Ensimmäinen on, jos jokin vertailukehyksistä liikkuu valon nopeutta lähellä olevalla nopeudella, eli noin 300 tuhatta kilometriä sekunnissa. Toinen voi tapahtua, kun yksi viitteistä on alueen painovoima erilainen kuin ensimmäinen.

Ajallinen laajentuminen on fyysinen ilmiö, jonka Albert Einstein selitti ja ennusti.

Käytännössä ajallinen laajentuminen aiheuttaa

kellon osoittimet"käännä hitaammin", ikään kuin esimerkiksi sekunnin tai minuutin tavanomainen kesto olisi hieman kasvanut. Lisäksi suuren nopeuden aikaansaama ajallinen dilataatio on molempien viitteiden välillä, toisin sanoen, kun toinen katsoo toiseen, molemmat huomaavat hitaamman ajan kulumisen.

Tätä ei enää tapahdu aiheuttaman ajallisen laajenemisen kanssa erosisäänalapainovoimainen, koska tässä tapauksessa vain laajentumiselle alttiina oleva keho on toisen painovoimakentän alainen. Tämän tyyppinen laajentuminen selitetään yleistämällä erityinen suhteellisuusteoria, joka tunnetaan nimellä yleisen suhteellisuusteorian teoria.

Katsomyös: Miksi edes valo ei pääse mustista aukoista?

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

Kokeet ja todisteet ajan laajentumisesta

Aikavälilaskelma, jonka ennakoi Suhteellisuusteoria on jo havaittu ja mitattu useissa kokeissa. Se näkyy:

• hiukkaskiihdyttimet;

• atomikellot;

• satelliitteja;

• kosmiset säteet, energiset hiukkaset, jotka tulevat maapallon ilmakehään kaikista maailmankaikkeuden suunnista.

Yhdessä näistä kokeista esiintyi hiukkasia, joka tunnetaan nimellä pi meson, korkeudessa lähellä pinnan Maa. Nämä hiukkaset syntyvät, kun kosminen säde törmää johonkin ilmakehässä olevaan atomiin hajoten sen monenlaisiksi pienemmiksi hiukkasiksi.

Siitä lähtien, kun puolikas elämä pi mesonin on hyvin lyhyt, sitä ei pitäisi olla mahdollista tarkkailla esimerkiksi meren korkeudella, mutta vain siellä, missä se muodostuu - useita kilometrejä. Tässä tapauksessa tapahtuu, että nopeus, jolla nämä pionit liikkuvat, heti törmäyksen jälkeen ne ovat niin suuria, että suhteessa maapalloon niiden puoliintumisaika jatkuu huomattavasti. Tällä tavalla on mahdollista havaita ne pienillä korkeuksilla. Pi mesonin löytäminen Brasilian fyysikko César Lattes toimi erinomaisena todistekokeellinenantaalaajentuminen/aika.

Toisessa kokeessa kaksi synkronoitua atomikelloa sijoitettiin eri korkeuksiin (yksi oli 33 senttimetriä toisen yläpuolella) ja mitattiin taukojasisäänaikakevyestimonta erilaista, koska alempi kello koki voimakkaamman painovoiman. On kuitenkin huomattava, että tällaisen ajallisen laajenemisen vaikutus on niin pieni, että näiden kellojen välinen viive oli vain 90 miljardin sekunnin sekunti 80 mittausvuoden aikana.

Tämän kokeen muunnelmassa fyysikot asettivat yhden kelloista värähtelemään nopeudella 10 m / s. Tämän avulla he pystyivät myös mittaamaan kahden kellon mitatun ajan eron. Näiden kokeiden perusteella tiedämme tänään, että noustessamme tikkaiden portaita tai ajaessasi autossa edes pienillä nopeuksilla, aika kuluu eri tavalla meille kaikille.

Katso myös:Sirius - yksi maailman moderneimmista hiukkaskiihdyttimistä on brasilialainen

Ajan laajenemisen laskeminen

Laskenta laajentuminenajallinen perustuu muunnoksetsisäänLorentz. Nämä muunnokset eivät ole muuta kuin joukko yhtälöitä, jotka liittävät ajanjaksot, joissa tapahtuma tapahtuu, kahdessa erillisessä viitteessä.

Katso alla oleva kaava, jota käytetään nopeudesta johtuvan aikalaajennuksen laskemiseen.

t₀ - lepoajan tarkkailijan mittaama aika (oma aika)

t - liikkuvan tarkkailijan mittaama aika

v - liikkuvan tarkkailijan nopeus

ç - valonnopeus

Yllä oleva kaava voidaan kirjoittaa myös yksinkertaisemmalla tavalla. Siksi sanomme, että liikkuvan tarkkailijan mittaama aika on yhtä suuri kuin eigentime kerrottuna relativistisella korjauskertoimella, joka tunnetaan nimellä Lorentz-tekijä.

Tehdään a esimerkki yllä esitetyllä kaavalla.

Oletetaan, että kaksi atomikelloa on täysin synkronoitu ja toinen niistä asetetaan liikkumaan nopeudella 0,6 c (missä c on valon nopeus tyhjössä). Jos 10 sekuntia on kulunut kellossa levossa, kuinka monta sekuntia on kulunut suurella nopeudella liikkuvalla kellolla?

Lasketaan Lorentz-kerroin annetuilla tiedoilla. Katsella:

Lopuksi, saadaksemme liikkuvan vertailukehyksen mittaaman ajan, meidän on kerrottava eigentime Lorentz-korjauskertoimella.

Laskelman perusteella havaitsimme, että jos joku kelloista liikkuu 60%: lla valon nopeudesta (0.6c), 10 sekunnin tapahtuman kesto pidennetään 12,5 sekuntiin. On kuitenkin huomionarvoista, että huomaisimme ajan laajenemisen vain, jos havaitsemme tapahtuman referenssikehyksestä levossa ja päinvastoin.

Kirjailija: Rafael Hellerbrock
Fysiikan opettaja

Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:

HELERBROCK, Rafael. "Ajan laajentuminen"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.