Zaman genişlemesi: nedir, kanıt, hesap

zaman genişlemesi zaman ölçüsü farkıiki özdeş saat için ve bu saatlerden biri ile karşılaştırılabilir bir hızda hareket ettiğinde ortaya çıkan mükemmel bir şekilde senkronize edilmiştir. ışık hızı veya bir şeye tabi olduğunda bile yerçekimi alanı diğer saatte bulunandan farklı. Zamansal genişleme olgusu, Alman fizikçi tarafından teorik olarak tahmin edildi ve açıklandı. Albert EinsteinbenHayır1905 yılında.

Ayrıca bakınız:Zamansal genişleme ve ikiz paradoks

Zaman genişlemesi nedir ve nasıl oluşur?

Zaman genişlemesi olarak anlaşılır gecikmeHayırikisi arasındaki zaman aralığının ölçüsü referanss saatleri önceden senkronize edilmişti. Bu senkronizasyonsuzluk iki farklı durumda ortaya çıkabilir. Birincisi, referans çerçevelerinden birinin ışık hızına yakın bir hızda, yani saniyede yaklaşık 300 bin kilometre hareket etmesidir. İkincisi, referanslardan biri bir bölgede olduğunda ortaya çıkabilir. yer çekimsel potansiyel ilkinden farklı.

Zamansal genişleme, Albert Einstein tarafından açıklanan ve tahmin edilen fiziksel bir olgudur.

Pratikte, zamansal genişleme, saat eller"daha yavaş dön", sanki saniyenin veya dakikanın geleneksel süresi, örneğin biraz artırıldı. Ayrıca, yüksek bir hız tarafından üretilen zamansal genişleme iki referans için karşılıklıyani, biri diğerine baktığında, ikisi de zamanın daha yavaş geçtiğini fark edeceklerdir.

Bunun neden olduğu zamansal genişleme ile artık bu gerçekleşmiyor. farkiçindealanyerçekimsel, çünkü bu durumda sadece farklı bir yerçekimi alanına maruz kalan cisim zaman genişlemesine tabidir. Bu tür genişleme, özel görelilik kuramının genelleştirilmesiyle açıklanır. genel görelilik kuramı.

BakAyrıca: Neden ışık bile kara deliklerden kaçamıyor?

Şimdi durma... Reklamdan sonra devamı var ;)

Deneyler ve zaman genişlemesi kanıtı

tarafından öngörülen zaman genişlemesi, Görecelilik teorisi Einstein'ın, çok sayıda deneyde zaten gözlemlenmiş ve ölçülmüştür. Şurada görülebilir:

• parçacık hızlandırıcılar;

• atom saatleri;

• uydular;

• kozmik ışınlarEvrendeki her yönden Dünya atmosferine giren enerjik parçacıklar.

Bu deneylerden birinde, olarak bilinen bir parçacığın varlığı, pi mezonuyüzeyine yakın yüksekliklerde Dünya. Bu parçacıklar, kozmik bir ışın atmosferdeki bazı atomlarla çarpışarak onu çok çeşitli daha küçük parçacıklara ayırdığında üretilir.

zamanından beri yarım hayat Pi mezonun uzunluğu çok kısadır, örneğin deniz yüksekliğinde değil, sadece oluştuğu yerde – birkaç kilometre yükseklikte – gözlemlemek mümkün olmalıdır. Bu durumda olan, çarpışmadan hemen sonra bu pionların hareket etme hızıdır. yaratırlar, o kadar büyüktür ki, Dünya'ya göre yarı ömürlerinin uzunluğu uzar önemli ölçüde. Bu sayede düşük irtifalarda onları tespit etmek mümkündür. pi mezonunun keşfi Brezilyalı fizikçi cesar latte mükemmel olarak görev yaptı kanıtdeneyselverirgenişlemenın-ninzaman.

Başka bir deneyde, iki senkronize atomik saat farklı yüksekliklere yerleştirildi (biri diğerinin 33 santimetre üzerindeydi) ve ölçüldü. ara vermekiçindezamanhafifçeçok farklı, çünkü daha düşük olan saat daha yoğun bir yerçekimi yaşadı. Bununla birlikte, bu tür zamansal genişlemenin etkisinin o kadar düşük olduğu ve bu saatler arasındaki gecikmenin 80 yıllık ölçümde saniyenin sadece 90 milyarda biri kadar olduğu belirtilmelidir.

Bu deneydeki bir varyasyonda, fizikçiler saatlerden birini 10 m/s hızla salınacak şekilde ayarladılar. Bununla, iki saat arasındaki ölçülen zaman farkını da ölçebildiler. Bu deneylere dayanarak, bugün biliyoruz ki, bir merdivenin basamaklarını tırmanırken veya hala bir arabaya binerken, düşük hızlarda bile, zaman hepimiz için farklı geçiyor.

Ayrıca bakınız:Sirius – dünyanın en modern parçacık hızlandırıcılarından biri Brezilyalı

Zaman genişlemesinin hesaplanması

hesaplanması genişlemegeçici dayalı yapılır dönüşümleriçindeLorentz. Bu dönüşümler, bir olayın gerçekleştiği zaman aralıklarını iki farklı referansta ilişkilendiren bir denklemler kümesinden başka bir şey değildir.

Hız nedeniyle zaman genişlemesini hesaplamak için kullanılan formüle bakın.

t₀ – gözlemci tarafından dinlenme sırasında ölçülen süre (kendi zamanı)

t – hareket eden gözlemci tarafından ölçülen zaman

v - hareket eden gözlemcinin hızı

ç - ışık hızı

Yukarıdaki formül daha basit bir şekilde de yazılabilir. Bunun için hareket halindeki gözlemcinin ölçtüğü zamanın zamana eşit olduğunu söylüyoruz. göreli bir düzeltme faktörü ile çarpılan özzamanLorentz faktörü olarak bilinir.

Hadi yapalım bir misal yukarıda gösterilen formül ile.

İki atom saatinin mükemmel bir şekilde senkronize olduğunu ve bunlardan birinin 0,6c hızında hareket etmeye ayarlandığını varsayalım (c, boşluktaki ışığın hızıdır). Duran saat 10 s geçmişse, yüksek hızda hareket eden saat kaç saniye geçmiş olur?

Verilen bilgilerle Lorentz faktörünü hesaplayalım. İzlemek:

Son olarak, hareketli referans çerçevesi tarafından ölçülen zamanı elde etmek için özzamanı Lorentz düzeltme faktörü ile çarpmalıyız.

Hesaplamaya dayanarak, saatlerden birinin ışık hızının (0.6c) %60'ına eşit bir hızla hareket ettiğini bulduk. 10 saniyelik bir olayın süresi 12,5 saniyeye uzatılır. Bununla birlikte, olayı sadece durağan durumda referans çerçevesinden gözlemlersek ve bunun tersini yaparsak zaman genişlemesini fark edeceğimiz dikkate değerdir.

Rafael Hellerbrock tarafından
Fizik öğretmeni

Bu metne bir okulda veya akademik bir çalışmada atıfta bulunmak ister misiniz? Bak:

HELERBROK, Rafael. "Zaman genişlemesi"; Brezilya Okulu. Uygun: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. 27 Haziran 2021'de erişildi.