Tidsdilatasjon: hva er det, bevis, beregning

tidsutvidelse er forskjell i mål på tidfor to identiske klokker og perfekt synkronisert som oppstår når en av disse klokkene beveger seg med en hastighet som er sammenlignbar med lysets hastighet eller til og med når det er underlagt en gravitasjonsfelt forskjellig fra det som finnes i den andre klokken. Fenomenet tidsmessig utvidelse ble spådd og forklart teoretisk av den tyske fysikeren Albert EinsteinJegNeii året 1905.

Se også:Temporal utvidelse og tvillingparadokset

Hva er tidsutvidelse og hvordan oppstår det?

Tidsdilatasjon forstås som en lagNeimål på et tidsintervall mellom to referanses hvis klokker tidligere var synkronisert. Denne desynkroniseringen kan forekomme i to forskjellige situasjoner. Den første er hvis en av referanserammene beveger seg med en hastighet nær lysets hastighet, det vil si omtrent 300 tusen kilometer per sekund. Den andre kan oppstå når en av referansene er i en region av gravitasjonspotensial annerledes enn den første.

Temporal utvidelse er et fysisk fenomen forklart og spådd av Albert Einstein.

I praksis forårsaker den tidsmessige utvidelsen klokkehender"snu saktere", som om den konvensjonelle varigheten av andre eller minutt, for eksempel, var litt økt. Videre er den tidsmessige utvidelsen produsert av høy hastighet gjensidig for de to referansene, det vil si når den ene ser på den andre, vil begge merke en langsommere tid.

Dette skjer ikke lenger med den tidsmessige utvidelsen forårsaket av forskjellifeltgravitasjon, siden i dette tilfellet bare kroppen som er utsatt for et annet gravitasjonsfelt er utsatt for tidsutvidelse. Denne typen utvidelse forklares med en generalisering av den spesielle relativitetsteorien, kjent som teori om generell relativitetsteori.

Seogså: Hvorfor kan ikke engang lys unnslippe sorte hull?

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)

Eksperimenter og bevis på tidsutvidelse

Tiden utvidelse, forutsatt av Relativitetsteorien av Einstein, har allerede blitt observert og målt i et stort antall eksperimenter. Det kan sees i:

• partikkelakseleratorer;

• atomur;

• satellitter;

• kosmiske stråler, energiske partikler som kommer inn i jordens atmosfære fra alle retninger i universet.

I et av disse eksperimentene, tilstedeværelsen av en partikkel kjent som pi meson, i høyder nær overflaten av Jord. Disse partiklene produseres når en kosmisk stråle kolliderer med et atom i atmosfæren, og disintegrerer den til et bredt utvalg av mindre partikler.

Siden tiden av halvt liv av pi meson er veldig kort, bør det ikke være mulig å observere det i havhøyde, for eksempel, men bare der det dannes - flere kilometer høyt. Det som skjer i dette tilfellet er at hastigheten disse pionene beveger seg på, rett etter kollisjonen de skaper, er så store at lengden på halveringstiden i forhold til jorden strekker seg mye. På denne måten er det mulig å oppdage dem i lave høyder. Oppdagelsen av pi meson av Brasiliansk fysiker César Lattes tjente som et utmerket beviseksperimentellgirutvidelseavtid.

I et annet eksperiment ble to synkroniserte atomur plassert i forskjellige høyder (den ene var 33 centimeter over den andre) og målt pauseritidlettmange forskjellige, siden klokken som var lavere opplevde en mer intens tyngdekraft. Det skal imidlertid bemerkes at effekten av en slik tidsutvidelse er så lav at forsinkelsen mellom disse klokkene bare var 90 milliarddeler av et sekund på 80 år med måling.

I en variant av dette eksperimentet satte fysikere en av klokkene til å svinge med en hastighet på 10 m / s. Med dette klarte de også å måle en forskjell i målt tid mellom de to klokkene. Basert på disse eksperimentene, vet vi i dag at når vi klatrer trinnene på en stige eller fortsatt kjører i en bil, selv i lave hastigheter, tiden går annerledes for oss alle.

Se også:Sirius - en av de mest moderne partikkelakseleratorene i verden er brasiliansk

Beregning av tidsutvidelse

Beregningen av utvidelsetidsmessig er laget basert på transformasjoneriLorentz. Disse transformasjonene er ikke annet enn et sett med ligninger som relaterer tidsintervallene der en hendelse finner sted i to forskjellige referanser.

Se nedenfor formelen som brukes til å beregne tidsdilatasjon på grunn av hastighet.

t₀ - tid målt av observatøren i hvile (egen tid)

t - tid målt av den bevarende observatøren

v - hastigheten til den bevegelige observatøren

ç - lysets hastighet

Formelen ovenfor kan også skrives på en enklere måte. For det sier vi at tiden målt av den bevarende observatøren er lik eigentime multiplisert med en relativistisk korreksjonsfaktor, kjent som Lorentz-faktoren.

La oss lage en eksempel med formelen vist ovenfor.

Anta at to atomklokker er perfekt synkroniserte, og en av dem er satt til å bevege seg med en hastighet på 0,6c (hvor c er lysets hastighet i vakuum). Hvis 10 s har gått på klokken i ro, hvor mange sekunder vil det ha gått på klokken som beveger seg i høy hastighet?

La oss beregne Lorentz-faktoren med gitt informasjon. Se:

Til slutt, for å oppnå tiden målt av den bevegelige referanserammen, må vi multiplisere egentiden med Lorentz-korreksjonsfaktoren.

Basert på beregningen fant vi at hvis en av klokkene beveget seg med en hastighet lik 60% av lysets hastighet (0,6c), en 10 s begivenhet vil forlenges til 12,5 s. Det er imidlertid bemerkelsesverdig at vi bare vil legge merke til tidsutvidelse hvis vi observerer hendelsen fra referanserammen i hvile og omvendt.

Av Rafael Hellerbrock
Fysikklærer

Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:

HELERBROCK, Rafael. "Tidsutvidelse"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Tilgang 27. juni 2021.