Tidsutvidgning: vad är det, bevis, kalkyl

tidsutvidgning är skillnad i tidsmåttför två identiska klockor och perfekt synkroniserad som uppstår när en av dessa klockor rör sig med en hastighet som är jämförbar med ljusets hastighet eller till och med när det är föremål för en gravitations fält skiljer sig från vad som finns i den andra klockan. Fenomenet tidsutvidgning förutspåddes och förklarades teoretiskt av den tyska fysikern Albert EinsteiniNejår 1905.

Se också:Temporal utvidgning och tvillingparadoxen

Vad är tidsutvidgning och hur sker det?

Tidsvidgning förstås som en eftersläpningNejmåttet på ett tidsintervall mellan två referenss vars klockor tidigare var synkroniserade. Denna desynkronisering kan förekomma i två olika situationer. Den första är om en av referensramarna rör sig med en hastighet nära ljusets hastighet, det vill säga cirka 300 tusen kilometer per sekund. Den andra kan inträffa när en av referenserna är i en region av gravitationspotential annorlunda än den första.

Temporal utvidgning är ett fysiskt fenomen som förklaras och förutses av Albert Einstein.

I praktiken orsakar den temporala utvidgningen klockhänder"vrid långsammare", som om den konventionella varaktigheten av till exempel sekunden eller minuten ökade något. Vidare är den temporala utvidgningen som produceras av hög hastighet ömsesidigt för de två referenserna, det vill säga när den ena tittar på den andra kommer båda att märka en långsammare tid.

Detta händer inte längre med den temporala utvidgningen som orsakas av skillnadifältgravitation, eftersom i detta fall endast kroppen som utsätts för ett annat gravitationsfält utsätts för tidsutvidgning. Denna typ av utvidgning förklaras av en generalisering av den speciella relativitetsteorin, känd som teori om allmän relativitet.

Seockså: Varför kan inte ens ljus komma undan svarta hål?

Sluta inte nu... Det finns mer efter reklam;)

Experiment och bevis på tidsutvidgning

Tidsutvidgningen, förutsedd av Relativitetsteorin av Einstein, har redan observerats och mätts i ett stort antal experiment. Det kan ses i:

• partikelacceleratorer;

• atomur;

• satelliter;

• kosmiska strålar, energiska partiklar som kommer in i jordens atmosfär från alla håll i universum.

I ett av dessa experiment, närvaron av en partikel som kallas pi meson, i höjder nära ytan på Jorden. Dessa partiklar produceras när en kosmisk stråle kolliderar med någon atom i atmosfären och sönderdelar den i ett stort antal mindre partiklar.

Sedan tiden för halveringstid av pi meson är mycket kort bör det inte vara möjligt att observera det till exempel vid havshöjd, utan bara där det bildas - flera kilometer högt. Vad som händer i detta fall är att den hastighet med vilken dessa pioner rör sig, direkt efter kollisionen de skapar, är så stora att, i förhållande till jorden, förlänger deras halveringstid betydligt. På detta sätt är det möjligt att upptäcka dem i låga höjder. Upptäckten av pi meson av Brasiliansk fysiker César Lattes fungerade som ett utmärkt bevisexperimentellgerutvidgningavtid.

I ett annat experiment placerades två synkroniserade atomur i olika höjder (en var 33 centimeter ovanför den andra) och mättes bryteritidlättmånga olika, eftersom klockan som var lägre upplevde en mer intensiv gravitation. Det bör dock noteras att effekten av sådan temporär utvidgning är så låg att eftersläpningen mellan dessa klockor bara var 90 miljarder sekund i 80 års mätning.

I en variation av detta experiment ställde fysiker en av klockorna att svänga med en hastighet av 10 m / s. Med detta kunde de också mäta en skillnad i uppmätt tid mellan de två klockorna. Baserat på dessa experiment vet vi idag att när vi klättrar uppför en stege eller fortfarande kör i en bil, även vid låga hastigheter, tiden går annorlunda för oss alla.

Se också:Sirius - en av de mest moderna partikelacceleratorerna i världen är brasiliansk

Beräkning av tidsutvidgning

Beräkningen av utvidgningtimlig görs baserat på omvandlingariLorentz. Dessa omvandlingar är inget annat än en uppsättning ekvationer som relaterar tidsintervallen i vilka en händelse inträffar i två distinkta referenser.

Se nedan formeln som används för att beräkna tidsutvidgning på grund av hastighet.

t₀ - tid mätt av observatören i vila (egen tid)

t - tid mätt av den rörande observatören

v - den rörliga observatörens hastighet

ç - ljusets hastighet

Formeln ovan kan också skrivas på ett enklare sätt. För det säger vi att tiden som mäts av den rörande observatören är lika med egentime multiplicerat med en relativistisk korrigeringsfaktor, känd som Lorentz-faktorn.

Låt oss göra en exempel med formeln som visas ovan.

Anta att två atomur är perfekt synkroniserade och en av dem är inställd på att röra sig med en hastighet på 0,6c (där c är ljusets hastighet i vakuum). Om 10 sekunder har passerat klockan i vila, hur många sekunder har klockan gått i hög hastighet?

Låt oss beräkna Lorentz-faktorn med informationen. Kolla på:

Slutligen, för att erhålla den tid som mäts av den rörliga referensramen, måste vi multiplicera egentiden med Lorentz-korrigeringsfaktorn.

Baserat på beräkningen fann vi att om en av klockorna rörde sig med en hastighet lika med 60% av ljusets hastighet (0,6c), en tio-års händelse skulle förlängas till 12,5 s. Det är dock anmärkningsvärt att vi bara märker tidsutvidgning om vi observerar händelsen från referensramen i vila och vice versa.

Av Rafael Hellerbrock
Fysiklärare

Vill du hänvisa till texten i en skola eller ett akademiskt arbete? Se:

HELERBROCK, Rafael. "Tidsutvidgning"; Brasilien skola. Tillgänglig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Åtkomst den 27 juni 2021.