laiko išsiplėtimas yra laiko mato skirtumasdviem vienodiems laikrodžiams ir puikiai sinchronizuotas, kuris atsiranda, kai vienas iš šių laikrodžių juda panašiu greičiu kaip šviesos greitis ar net kai jam taikoma a gravitacinis laukas skiriasi nuo to, kas randama kitame laikrodyje. Laiko išsiplėtimo reiškinį numatė ir teoriškai paaiškino vokiečių fizikas Albertas Einšteinasine1905 metais.
Taip pat žiūrėkite:Laikinas išsiplėtimas ir dvynių paradoksas
Kas yra laiko išsiplėtimas ir kaip jis atsiranda?
Laiko išsiplėtimas suprantamas kaip a atsilikimasnelaiko tarpo tarp dviejų matas referenciniss kurio laikrodžiai anksčiau buvo sinchronizuoti. Ši desinchronizacija gali įvykti dviem skirtingomis situacijomis. Pirmasis - jei vienas iš atskaitos rėmelių juda greičiu, artimu šviesos greičiui, tai yra maždaug 300 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Antrasis gali atsirasti, kai viena iš nuorodų yra gravitacinis potencialas kitokia nei pirmoji.
Praktiškai laiko išsiplėtimas sukelia laikrodžio rodyklės„sukti lėčiau“, tarsi, pavyzdžiui, šiek tiek padidėjo įprasta sekundės ar minutės trukmė. Be to, laikinas išsiplėtimas, kurį sukelia didelis greitis, yra abiejų nuorodų abipusis, tai yra, kai vienas žvelgia į kitą, abu pastebi lėčiau bėgantį laiką.
Tai nebevyksta su laikinu išsiplėtimu, kurį sukelia skirtumasįsrityjegravitacinis, nes šiuo atveju tik kitam gravitaciniam laukui veikiantis kūnas yra laiko išsiplėtęs. Šio tipo išsiplėtimas paaiškinamas specialiosios reliatyvumo teorijos, žinomos kaip bendro reliatyvumo teorija.
Pažiūrėktaip pat: Kodėl net šviesa negali išvengti juodųjų skylių?
Nesustokite dabar... Po reklamos yra daugiau;)
Eksperimentai ir laiko išsiplėtimo įrodymai
Laiko išsiplėtimas, numatytas Reliatyvumo teorija Einšteino, jau buvo pastebėtas ir išmatuotas atliekant daugybę eksperimentų. Tai galima pamatyti:
dalelių greitintuvai;
atominiai laikrodžiai;
palydovai;
kosminiai spinduliai, energetinės dalelės, patenkančios į Žemės atmosferą iš visų Visatos krypčių.
Vieno iš šių eksperimentų metu yra dalelės, žinomos kaip pi meson, aukštyje arti paviršiaus Žemė. Šios dalelės susidaro, kai kosminis spindulys susiduria su kažkokiu atomu atmosferoje, išskaidydamas jį į įvairiausias mažesnes daleles.
Nuo to laiko pusė gyvenimo pi mezono yra labai trumpas, neturėtų būti įmanoma jį stebėti, pavyzdžiui, jūros aukštyje, bet tik ten, kur jis formuojasi - kelių kilometrų aukštyje. Šiuo atveju atsitinka taip, kad greitis, kuriuo juda šie pionai, iškart po susidūrimo jie sukuria, yra toks didelis, kad, palyginti su Žeme, jų pusinės eliminacijos laikas ilgėja gerokai. Tokiu būdu įmanoma juos aptikti mažame aukštyje. Pi mesono atradimas Brazilijos fizikas César Lattes tarnavo kaip puikus įrodymaseksperimentinisduodaišsiplėtimasapielaikas.
Kito eksperimento metu du sinchronizuoti atominiai laikrodžiai buvo pastatyti skirtingais aukščiais (vienas buvo 33 centimetrais virš kito) ir išmatuoti pertraukosįlaikaslengvaidaug skirtingų, nes žemesnis laikrodis patyrė intensyvesnį sunkumą. Tačiau reikia pažymėti, kad tokio laiko išsiplėtimo poveikis yra toks mažas, kad per 80 matavimo metų skirtumas tarp šių laikrodžių buvo tik 90 milijardinių sekundės dalių.
Atlikdami šio eksperimento variantą, fizikai nustatė vieną iš laikrodžių svyruoti 10 m / s greičiu. Tuo jie taip pat sugebėjo išmatuoti išmatuoto laiko skirtumą tarp dviejų laikrodžių. Remiantis šiais eksperimentais, šiandien mes žinome, kad, lipant laiptais ar vis dar važiuojant automobiliu, net ir nedideliu greičiu, laikas mums visiems praeina skirtingai.
Taip pat žiūrėkite:„Sirius“ - vienas moderniausių dalelių greitintojų pasaulyje yra braziliškas
Laiko išsiplėtimo apskaičiavimas
Skaičiavimas išsiplėtimaslaiko yra pagamintas remiantis transformacijosįLorentzas. Šios transformacijos yra ne kas kita, kaip lygčių rinkinys, susiejantis laiko intervalus, kuriais įvykis įvyksta, dviem skirtingomis nuorodomis.
Žemiau žiūrėkite formulę, kuri naudojama apskaičiuojant laiko išsiplėtimą dėl greičio.
t0 - laikas, kurį matuoja stebėtojas ramybės būsenoje (savo laikas)
t - judančio stebėtojo matuojamas laikas
v - judančio stebėtojo greitis
ç - šviesos greitis
Aukščiau pateiktą formulę taip pat galima parašyti paprasčiau. Tam sakome, kad judančio stebėtojo matuojamas laikas yra lygus eigentime padaugintas iš reliatyvistinio korekcijos koeficiento, žinomas kaip Lorenco faktorius.
Padarykime a pavyzdys pagal aukščiau pateiktą formulę.
Tarkime, kad du atominiai laikrodžiai yra visiškai sinchronizuoti ir vienas iš jų nustatytas judėti 0,6c greičiu (kur c yra šviesos greitis vakuume). Jei ramybės būsenoje praėjo 10 sekundžių, kiek sekundžių praeis dideliu greičiu judantis laikrodis?
Apskaičiuokime Lorentzo koeficientą pagal pateiktą informaciją. Žiūrėti:
Galiausiai, norėdami gauti laiką, išmatuotą judančiu atskaitos rėmeliu, turime padauginti eigentime iš Lorentzo korekcijos koeficiento.
Remdamiesi skaičiavimais, mes nustatėme, kad jei vienas iš laikrodžių judėjo greičiu, lygiu 60% šviesos greičio (0,6 c), 10 s įvykio trukmė būtų pratęsta iki 12,5 s. Tačiau pažymėtina, kad laiko išsiplėtimą pastebėtume tik tuo atveju, jei įvykį stebėtume iš atskaitos rėmo ramybės būsenoje ir atvirkščiai.
Autorius Rafaelis Hellerbrockas
Fizikos mokytoja
Ar norėtumėte paminėti šį tekstą mokykloje ar akademiniame darbe? Pažvelk:
HELERBROCKAS, Rafaelis. „Laiko išsiplėtimas“; Brazilijos mokykla. Yra: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Žiūrėta 2021 m. Birželio 27 d.
Fizika
Kaip daugiau sužinoti apie bendrojo reliatyvumo teoriją? Ši teorija, kurią pasiūlė Einšteinas, yra riboto reliatyvumo teorijos apibendrinimas ir atsižvelgiama į neinercines nuorodas, tai yra į tas, kurios pateikia pagreitį. Šia teorija Einšteinas parodė, kad didelės masės sugeba deformuoti erdvę, ją sulenkti.
Fizika
Ar žinote, koks yra šviesos greitis? Vakuumoje šviesa gali judėti 299 792 458 metrų per sekundę greičiu. Iki šiol nėra žinoma, kad viskas galėtų judėti greičiau nei ji. Šviesos greitis priklauso ne nuo jo skleidžiančio šaltinio, ne nuo stebėtojų, o tik nuo terpės, kurioje sklinda.
