התרחבות זמן: מה זה, ראיות, חשבון

הרחבת הזמן היא הבדל במדידת הזמןלשני שעונים זהים ומסונכרן בצורה מושלמת שמתעורר כאשר אחד מהשעונים הללו נע במהירות דומה לזו מהירות האור או אפילו כשהוא כפוף לא שדה הכבידה שונה ממה שנמצא בשעון השני. תופעת ההתרחבות הזמנית ניבאה והוסברה תיאורטית על ידי הפיזיקאי הגרמני אלברט איינשטייןאנילאבשנת 1905.

ראה גם:התרחבות זמנית ופרדוקס התאומים

מהי הרחבת זמן וכיצד היא מתרחשת?

הרחבת הזמן מובנת כ- לְפַגֵרלאהמדד של מרווח זמן בין שניים התייחסותס שעוניהם סונכרנו בעבר. ביטול סינכרון זה יכול להתרחש בשני מצבים שונים. הראשונה היא אם אחת ממסגרות הייחוס נעה במהירות קרובה למהירות האור, כלומר כ -300 אלף ק"מ לשנייה. השנייה יכולה להתרחש כאשר אחת מההפניות נמצאת באזור של פוטנציאל הכבידה שונה מהראשון.

התרחבות זמנית היא תופעה פיזית שהוסבר וניבא על ידי אלברט איינשטיין.

בפועל, ההתרחבות הזמנית גורמת ל ידיים שעון"פנה לאט יותר", כאילו משך הזמן המקובל של השנייה או הדקה, למשל, הועלה מעט. יתר על כן, ההתרחבות הזמנית המיוצרת במהירות גבוהה היא הדדי עבור שני הפניותכלומר כאשר אחד מסתכל על השני, שניהם יבחינו בחלוף זמן איטי יותר.

זה כבר לא קורה עם ההתרחבות הזמנית שנגרמת על ידי

הֶבדֵלבשדהכוח משיכה, מכיוון שבמקרה זה, רק הגוף הנתון לשדה כבידה אחר נתון להרחבת זמן. סוג זה של התרחבות מוסבר על ידי הכללה של תורת היחסות המיוחדת, המכונה תורת היחסות הכללית.

תראהגַם: מדוע אפילו אור לא יכול לברוח מחורים שחורים?

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

ניסויים וראיות להרחבת זמן

התרחבות הזמן, אותה צופה תורת היחסות של איינשטיין, כבר נצפה ונמדד במספר רב של ניסויים. ניתן לראות זאת ב:

• מאיצי חלקיקים;

• שעונים אטומיים;

• לוויינים;

• קרניים קוסמיות, חלקיקים אנרגטיים שנכנסים לאטמוספירה של כדור הארץ מכל הכיוונים ביקום.

באחד הניסויים הללו, נוכחות של חלקיק המכונה pi meson, בגבהים קרובים לפני השטח של כדור הארץ. חלקיקים אלה מיוצרים כאשר קרן קוסמית מתנגשת באטום כלשהו באטמוספרה, ומפוררת אותו למגוון רחב של חלקיקים קטנים יותר.

מאז הזמן של חצי חיים של ה- pi meson הוא קצר מאוד, לא אמור להיות אפשרי לראות אותו בגובה הים, למשל, אלא רק במקום בו הוא נוצר - כמה קילומטרים. מה שקורה במקרה זה הוא המהירות בה נעים האלים הללו, מיד לאחר ההתנגשות הם יוצרים, הוא כה גדול, כי יחסית לכדור הארץ אורך מחצית החיים שלהם מתארך במידה ניכרת. באופן זה ניתן לזהות אותם בגבהים נמוכים. גילוי ה- pi meson מאת פיזיקאי ברזילאי סזאר לאטס שימש מצוין הוכחהנִסיוֹנִינותןהַרחָבָהשֶׁלזְמַן.

בניסוי אחר הוצבו שני שעונים אטומיים מסונכרנים בגבהים שונים (האחד היה 33 ס"מ מעל השני) ונמדדו נשברבזְמַןבקלילותהרבה הבדליםמכיוון שהשעון שהיה נמוך יותר חווה כוח משיכה עז יותר. עם זאת, יש לציין כי ההשפעה של התרחבות זמנית כזו היא כה נמוכה, עד שהפיגור בין השעונים הללו עמד על 90 מיליארד שניות בלבד תוך 80 שנות מדידה.

בוואריאציה על ניסוי זה, פיזיקאים הגדירו את אחד השעונים לתנודה במהירות של 10 מ 'לשנייה. בכך הם הצליחו גם למדוד את ההבדל בזמן המדוד בין שני השעונים. בהתבסס על ניסויים אלה, כיום אנו יודעים שכאשר מטפסים במדרגות סולם או עדיין רוכבים במכונית, אפילו במהירות נמוכה, הזמן עובר אחרת עבור כולנו.

ראה גם:סיריוס - אחד ממאיצי החלקיקים המודרניים בעולם הוא ברזילאי

חישוב הרחבת הזמן

החישוב של הַרחָבָהזְמַנִי נעשה על בסיס טרנספורמציותבלורנץ. טרנספורמציות אלה אינן אלא קבוצה של משוואות המתייחסות למרווחי הזמן שבהם אירוע מתרחש בשני אזכורים מובחנים.

ראה להלן הנוסחה המשמשת לחישוב הרחבת הזמן עקב מהירות.

t₀ - זמן שנמדד על ידי הצופה במנוחה (זמן משלו)

t - הזמן הנמדד על ידי הצופה הנע

v - מהירות הצופה הנע

ç - מהירות האור

ניתן לכתוב את הנוסחה שלעיל בצורה פשוטה יותר. לשם כך אנו אומרים שהזמן שנמדד על ידי המתבונן נע שווה ל- eigentime מוכפל בגורם תיקון רלטיביסטי, הידוע כגורם לורנץ.

בואו נעשה דוגמא עם הנוסחה המוצגת לעיל.

נניח ששני שעונים אטומיים מסונכרנים באופן מושלם ואחד מהם מוגדר לנוע במהירות של 0.6c (כאשר c היא מהירות האור בחלל ריק). אם עברו 10 שניות ליד השעון במנוחה, כמה שניות יעברו על ידי השעון שנע במהירות גבוהה?

בואו נחשב את גורם לורנץ עם המידע שנמסר. שעון:

לסיום, כדי להשיג את הזמן הנמדד על ידי מסגרת הייחוס הנעים, עלינו להכפיל את זמן השעה בפקטור התיקון לורנץ.

בהתבסס על החישוב, מצאנו שאם אחד השעונים נע במהירות שווה ל 60% ממהירות האור (0.6c), משך האירוע של 10 שניות יוארך ל 12.5 שניות. עם זאת, ראוי לציין שנבחין בהרחבת הזמן רק אם נצפה באירוע ממסגרת הייחוס במנוחה ולהיפך.

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

הלרברוק, רפאל. "התרחבות הזמן"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. גישה אליו ב -27 ביוני 2021.