Tijddilatatie: wat is het, bewijs, calculus

tijdsdilatatie is de verschil in maat van tijdvoor twee identieke horloges en perfect gesynchroniseerd dat ontstaat wanneer een van deze klokken beweegt met een snelheid die vergelijkbaar is met lichtsnelheid of zelfs wanneer het onderworpen is aan een zwaartekracht veld anders is dan op de andere klok. Het fenomeen van tijdelijke dilatatie werd voorspeld en theoretisch verklaard door de Duitse natuurkundige Albert EinsteinikNeein het jaar 1905.

Zie ook:Temporale dilatatie en de tweelingparadox

Wat is tijddilatatie en hoe ontstaat het?

Tijdsdilatatie wordt opgevat als een vertragingNeede maat van een tijdsinterval tussen twee referentiëlezo waarvan de klokken eerder gesynchroniseerd waren. Deze desynchronisatie kan in twee verschillende situaties plaatsvinden. De eerste is als een van de referentieframes beweegt met een snelheid die dicht bij de lichtsnelheid ligt, dat wil zeggen ongeveer 300 duizend kilometer per seconde. De tweede kan optreden wanneer een van de referenties zich in een regio van zwaartekracht potentiaal anders dan de eerste.

Temporale dilatatie is een natuurkundig fenomeen dat werd verklaard en voorspeld door Albert Einstein.

In de praktijk veroorzaakt de tijdelijke dilatatie de wijzers"draai langzamer", alsof de conventionele duur van bijvoorbeeld de seconde of de minuut iets werd verlengd. Bovendien is de tijdelijke dilatatie die wordt geproduceerd door een hoge snelheid wederkerig voor de twee referenties, dat wil zeggen, wanneer de een naar de ander kijkt, zullen beiden een langzamer verstrijken van de tijd opmerken.

Dit gebeurt niet langer met de tijdelijke dilatatie veroorzaakt door: verschilinveld-zwaartekracht, omdat in dit geval alleen het lichaam dat aan een ander zwaartekrachtsveld is onderworpen aan tijdsdilatatie is. Dit type dilatatie wordt verklaard door een generalisatie van de speciale relativiteitstheorie, bekend als known algemene relativiteitstheorie.

Kijkenook: Waarom kan zelfs licht niet ontsnappen aan zwarte gaten?

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

Experimenten en bewijs van tijdsdilatatie

De tijddilatatie, voorzien door de Relativiteitstheorie van Einstein, is al in een groot aantal experimenten waargenomen en gemeten. Het is te zien in:

• deeltjesversnellers;

• atoomklokken;

• satellieten;

• kosmische stralen, energetische deeltjes die vanuit alle richtingen in het heelal de atmosfeer van de aarde binnenkomen.

In een van deze experimenten, de aanwezigheid van een deeltje dat bekend staat als pi meson, op hoogten dicht bij het oppervlak van de Aarde. Deze deeltjes worden geproduceerd wanneer een kosmische straal botst met een atoom in de atmosfeer, waardoor het uiteenvalt in een grote verscheidenheid aan kleinere deeltjes.

Sinds de tijd van halveringstijd van het pi-meson erg kort is, zou het bijvoorbeeld niet mogelijk moeten zijn om het op zeehoogte te zien, maar alleen waar het zich vormt - enkele kilometers hoog. Wat er in dit geval gebeurt, is dat de snelheid waarmee deze pionen bewegen, direct na de botsing die ze creëren, is zo groot dat, ten opzichte van de aarde, de lengte van hun halfwaardetijd verlengt aanzienlijk. Op deze manier is het mogelijk om ze op lage hoogte te detecteren. De ontdekking van het pi-meson door Braziliaanse natuurkundige César Lattes geserveerd als een uitstekende? bewijsexperimenteelgeeftverwijdingvantijd.

In een ander experiment werden twee gesynchroniseerde atoomklokken op verschillende hoogten geplaatst (de ene was 33 centimeter boven de andere) en gemeten pauzesintijdlichtveel verschillende, omdat de klok die lager was een intensere zwaartekracht ervoer. Er moet echter worden opgemerkt dat het effect van een dergelijke tijdelijke dilatatie zo laag is dat de vertraging tussen deze klokken slechts 90 miljardste van een seconde was in 80 jaar meten.

In een variatie op dit experiment hebben natuurkundigen een van de klokken laten oscilleren met een snelheid van 10 m/s. Hiermee konden ze ook een verschil in gemeten tijd tussen de twee klokken meten. Op basis van deze experimenten weten we tegenwoordig dat bij het beklimmen van de treden van een ladder of het rijden in een auto, zelfs bij lage snelheden, de de tijd gaat voor ons allemaal anders.

Zie ook:Sirius – een van de modernste deeltjesversnellers ter wereld is Braziliaans

Berekening van tijdsdilatatie

De berekening van verwijdingtijdelijk is gemaakt op basis van transformatiesinLorentz. Deze transformaties zijn niets meer dan een reeks vergelijkingen die de tijdsintervallen relateren waarin een gebeurtenis plaatsvindt in twee verschillende referenties.

Zie hieronder de formule die wordt gebruikt om tijddilatatie door snelheid te berekenen.

t₀ – tijd gemeten door de waarnemer in rust (eigen tijd)

t – tijd gemeten door de bewegende waarnemer

v – snelheid van de bewegende waarnemer

ç - lichtsnelheid

De bovenstaande formule kan ook op een eenvoudigere manier worden geschreven. Daarvoor zeggen we dat de tijd gemeten door de bewegende waarnemer gelijk is aan de eigentijd vermenigvuldigd met een relativistische correctiefactor, bekend als de Lorentzfactor.

Laten we een... maken voorbeeld met bovenstaande formule.

Stel dat twee atoomklokken perfect gesynchroniseerd zijn en dat een van hen beweegt met een snelheid van 0,6c (waarbij c de lichtsnelheid in een vacuüm is). Als er 10 s voorbij de klok in rust zijn gegaan, hoeveel seconden zijn er dan verstreken door de klok die met hoge snelheid beweegt?

Laten we de Lorentz-factor berekenen met de verstrekte informatie. Kijk maar:

Ten slotte, om de tijd te verkrijgen die wordt gemeten door het bewegende referentieframe, moeten we de eigentijd vermenigvuldigen met de Lorentz-correctiefactor.

Op basis van de berekening ontdekten we dat als een van de klokken zou bewegen met een snelheid gelijk aan 60% van de lichtsnelheid (0,6c), voor een gebeurtenis van 10 s zou de duur worden verlengd tot 12,5 s. Het is echter opmerkelijk dat we tijdsdilatatie alleen zouden opmerken als we de gebeurtenis vanuit het referentiekader in rust zouden observeren en vice versa.

Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar

Zou je naar deze tekst willen verwijzen in een school- of wetenschappelijk werk? Kijken:

HELERBROCK, Rafael. "Tijddilatatie"; Brazilië School. Beschikbaar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Betreden op 27 juni 2021.