Dylatacja czasu: co to jest, dowody, rachunek różniczkowy

dylatacja czasu jest różnica w mierze czasudla dwóch identycznych zegarków i doskonale zsynchronizowany, który powstaje, gdy jeden z tych zegarów porusza się z prędkością porównywalną do prędkość światła lub nawet gdy podlega pole grawitacyjne różni się od tego, co znajduje się w drugim zegarze. Zjawisko dylatacji skroniowej przewidział i wyjaśnił teoretycznie niemiecki fizyk Albert EinsteinjaNiew roku 1905.

Zobacz też:Rozszerzenie czasowe i paradoks bliźniąt

Co to jest dylatacja czasu i jak to się dzieje?

Dylatacja czasu jest rozumiana jako opóźnienieNiemiara odstępu czasu między dwoma referencyjnys których zegary były wcześniej zsynchronizowane. Ta desynchronizacja może wystąpić w dwóch różnych sytuacjach. Pierwszy dotyczy sytuacji, gdy jedna z ramek odniesienia porusza się z prędkością bliską prędkości światła, czyli około 300 tysięcy kilometrów na sekundę. Drugi może wystąpić, gdy jedno z odniesień znajduje się w regionie Potencjał grawitacyjny inny niż pierwszy.

Rozszerzenie czasowe to zjawisko fizyczne wyjaśnione i przewidziane przez Alberta Einsteina.

W praktyce dylatacja skroniowa powoduje wskazówki zegara"obracaj się wolniej", tak jakby umowny czas trwania na przykład sekundy lub minuty został nieznacznie zwiększony. Co więcej, dylatacja skroniowa spowodowana dużą prędkością jest wzajemne dla dwóch referencji, to znaczy, gdy spojrzy się na siebie, oboje zauważą wolniejszy upływ czasu.

Tak się już nie dzieje z dylatacją skroniową spowodowaną przez różnicawpolegrawitacyjny, ponieważ w tym przypadku tylko ciało poddane działaniu innego pola grawitacyjnego podlega dylatacji czasu. Ten rodzaj dylatacji tłumaczy się uogólnieniem specjalnej teorii względności, znanej jako teoria ogólnej teorii względności.

Popatrzrównież: Dlaczego nawet światło nie może uciec z czarnych dziur?

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Eksperymenty i dowody dylatacji czasu time

Dylatacja czasu, przewidziana przez Teoria względności Einsteina, został już zaobserwowany i zmierzony w wielu eksperymentach. Można to zobaczyć w:

• akceleratory cząstek;

• zegary atomowe;

• satelity;

• promieniowanie kosmiczne, energetyczne cząstki, które wchodzą w atmosferę ziemską ze wszystkich kierunków we Wszechświecie.

W jednym z tych eksperymentów obecność cząstki znanej jako mezon pi, na wysokościach zbliżonych do powierzchni Ziemia. Cząstki te powstają, gdy promień kosmiczny zderza się z jakimś atomem w atmosferze, rozbijając go na wiele różnych mniejszych cząstek.

Od czasu pół życia mezon pi jest bardzo krótki, nie powinno być możliwe obserwowanie go np. na wysokości morza, a jedynie tam, gdzie się tworzy – na wysokości kilku kilometrów. W tym przypadku dzieje się tak, że prędkość, z jaką poruszają się te piony, zaraz po zderzeniu, to tworzą, jest tak duży, że w stosunku do Ziemi wydłuża się ich okres półtrwania wydatnie. W ten sposób możliwe jest ich wykrycie na niskich wysokościach. Odkrycie mezonu pi przez brazylijski fizyk César Lattes służył jako doskonały dowódeksperymentalnydajerozszerzanie sięzczas.

W innym eksperymencie dwa zsynchronizowane zegary atomowe zostały umieszczone na różnych wysokościach (jeden znajdował się 33 centymetry nad drugim) i zmierzono przerwywczaslekkowiele różnych, ponieważ zegar, który był niższy, doświadczył silniejszej grawitacji. Należy jednak zauważyć, że efekt takiego dylatacji czasowej jest tak niski, że opóźnienie między tymi zegarami wynosiło zaledwie 90 miliardowych części sekundy w 80 latach pomiaru.

W odmianie tego eksperymentu fizycy ustawili jeden z zegarów tak, aby oscylował z prędkością 10 m/s. Dzięki temu byli również w stanie zmierzyć różnicę w zmierzonym czasie między dwoma zegarami. Na podstawie tych eksperymentów wiemy dzisiaj, że wchodząc po stopniach drabiny lub nadal jadąc samochodem, nawet przy niskich prędkościach, czas upływa nam wszystkim inaczej.

Zobacz też:Syriusz – jednym z najnowocześniejszych akceleratorów cząstek na świecie jest Brazylijczyk

Obliczanie dylatacji czasu

Obliczenie rozszerzanie sięczasowy jest wykonany na podstawie przekształceniawLorentza. Te przekształcenia to nic innego jak zbiór równań, które wiążą przedziały czasu, w których zdarzenie ma miejsce w dwóch odrębnych odniesieniach.

Zobacz poniżej wzór, który służy do obliczania dylatacji czasu spowodowanej prędkością.

t₀ – czas mierzony przez obserwatora w spoczynku (czas własny)

t – czas mierzony przez poruszającego się obserwatora

v – prędkość poruszającego się obserwatora

do - prędkość światła

Powyższy wzór można również zapisać w prostszy sposób. W tym celu mówimy, że czas mierzony przez poruszającego się obserwatora jest równy czas własny pomnożony przez relatywistyczny współczynnik korekcyjny, znany jako czynnik Lorentza.

Zróbmy przykład z wzorem przedstawionym powyżej.

Załóżmy, że dwa zegary atomowe są doskonale zsynchronizowane, a jeden z nich porusza się z prędkością 0,6 c (gdzie c to prędkość światła w próżni). Jeśli zegar w stanie spoczynku upłynie 10 s, ile sekund upłynie, gdy zegar porusza się z dużą prędkością?

Obliczmy współczynnik Lorentza na podstawie dostarczonych informacji. Zegarek:

Na koniec, aby uzyskać czas mierzony przez poruszającą się ramkę odniesienia, musimy pomnożyć czas własny przez współczynnik korekcji Lorentza.

Na podstawie obliczeń stwierdziliśmy, że jeśli jeden z zegarów poruszał się z prędkością równą 60% prędkości światła (0,6c), zdarzenie 10 s miałoby czas trwania wydłużony do 12,5 s. Warto jednak zauważyć, że dylatację czasu zauważylibyśmy tylko wtedy, gdy obserwowalibyśmy zdarzenie z układu odniesienia w spoczynku i na odwrót.

Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki

Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:

HELERBROCK, Rafael. „Dylatacja czasu”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.