Розширення часу: що це, докази, числення

розширення часу - це різниця в мірі часудля двох однакових годинників і ідеально синхронізована, що виникає, коли один із цих годинників рухається зі швидкістю, порівнянною з швидкість світла або навіть тоді, коли на нього поширюється a гравітаційне поле відрізняється від того, що знаходиться в іншому годиннику. Феномен тимчасового розширення був передбачений і пояснений теоретично німецьким фізиком Альберт Ейнштейнiнемаєу 1905 році.

Дивіться також:Часова дилатація та парадокс близнюків

Що таке розширення часу і як воно відбувається?

Розширення часу розуміється як a відставаннянемаєміра інтервалу часу між двома посилальнаs годинники яких раніше були синхронізовані. Ця десинхронізація може відбуватися у двох різних ситуаціях. Перший - якщо один з опорних кадрів рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла, тобто близько 300 тисяч кілометрів на секунду. Другий може виникнути, коли одне з посилань знаходиться в області гравітаційний потенціал відрізняється від першого.

Часова дилатація - це фізичне явище, яке пояснив і передбачив Альберт Ейнштейн.

На практиці тимчасове розширення викликає стрілки годинника"повертати повільніше", ніби звичайну тривалість секунди або хвилини, наприклад, трохи збільшили. Крім того, тимчасове розширення, спричинене високою швидкістю, становить взаємні для двох посилань, тобто коли один дивиться на іншого, обидва помітять повільніший пробіг часу.

Це більше не відбувається з тимчасовим розширенням, спричиненим різницявполегравітаційне, оскільки в цьому випадку лише тіло, що зазнає іншого гравітаційного поля, піддається дилатації часу. Цей тип розширення пояснюється узагальненням спеціальної теорії відносності, відомої як теорія загальної теорії відносності.

Дивисьтакож: Чому навіть світло не може уникнути чорних дір?

Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)

Експерименти та докази розширення часу

Розширення часу, передбачене Теорія відносності Ейнштейна, вже спостерігали і вимірювали у великій кількості експериментів. Це можна побачити в:

• прискорювачі частинок;

• атомні годинники;

• супутники;

• космічні промені, енергетичні частинки, які потрапляють в атмосферу Землі з усіх боків у Всесвіті.

В одному з цих експериментів присутність частинки, відомої як пі-мезон, на висотах, близьких до поверхні Земля. Ці частинки утворюються, коли космічний промінь стикається з деяким атомом в атмосфері, розкладаючи його на найрізноманітніші дрібніші частинки.

З часів півжиття мезону пі дуже короткий, наприклад, спостерігати його на висоті моря не слід, але лише там, де він утворюється - висотою кілька кілометрів. У цьому випадку відбувається те, що швидкість, з якою рухаються ці піони, відразу після зіткнення вони настільки великі, що відносно Землі тривалість періоду їх напіврозпаду триває значно. Таким чином, можна виявити їх на малих висотах. Відкриття мезону пі Бразильський фізик Сезар Латтес служив відмінником доказекспериментальнийдаєрозширеннязчас.

В іншому експерименті два синхронізовані атомні годинники були розміщені на різній висоті (один на 33 сантиметри над іншим) і виміряні перервивчасзлегкабагато різних, оскільки годинник, який був нижчим, відчував більш інтенсивну гравітацію. Однак слід зазначити, що ефект від такого часового розширення настільки низький, що відставання між цими годинниками становило лише 90 мільярдів секунди за 80 років вимірювання.

Як варіант цього експерименту, фізики встановили один із годинників коливатися зі швидкістю 10 м / с. Завдяки цьому вони також змогли виміряти різницю у виміряному часі між двома годинниками. На основі цих експериментів сьогодні ми знаємо, що піднімаючись по сходах драбини або все ще катаючись у машині, навіть на низьких швидкостях, час для всіх нас проходить по-різному.

Дивіться також:Сіріус - одним із найсучасніших прискорювачів частинок у світі є бразильський

Розрахунок дилатації часу

Розрахунок розширеннятимчасові робиться на основі перетвореннявЛоренц. Ці перетворення - це не що інше, як набір рівнянь, які відносять інтервали часу, в яких подія відбувається у двох різних посиланнях.

Дивіться нижче формулу, яка використовується для розрахунку дилатації часу внаслідок швидкості.

т₀ - час, виміряний спостерігачем у стані спокою (власний час)

т - час, виміряний спостерігачем, що рухається

v - швидкість рухомого спостерігача

ç - швидкість світла

Формулу, наведену вище, можна також написати простіше. Для цього ми говоримо, що час, виміряний рухомим спостерігачем, дорівнює власний час, помножений на релятивістський поправочний коефіцієнт, відомий як фактор Лоренца.

Давайте зробимо a приклад за формулою, наведеною вище.

Припустимо, два атомні годинники ідеально синхронізовані, і один з них встановлений для руху зі швидкістю 0,6 с (де с - швидкість світла у вакуумі). Якщо на годиннику в спокої минуло 10 с, скільки секунд пройде годиннику, що рухається з великою швидкістю?

Давайте обчислимо коефіцієнт Лоренца з наданою інформацією. Дивитися:

Нарешті, щоб отримати час, виміряний рухомою системою відліку, ми повинні помножити власний час на поправочний коефіцієнт Лоренца.

На основі розрахунку ми виявили, що якщо один із годинників рухався зі швидкістю, що дорівнює 60% швидкості світла (0,6 с), тривалість події протягом 10 с повинна бути продовжена до 12,5 с. Однак примітно, що ми помітили б розширення часу лише тоді, коли б спостерігали за подією з опорної системи в стані спокою і навпаки.

Автор: Рафаель Хеллерброк
Вчитель фізики

Хотіли б ви посилатися на цей текст у школі чи академічній роботі? Подивіться:

ХЕЛЕРБРОК, Рафаель. «Часова дилатація»; Бразильська школа. Доступно: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Доступ 27 червня 2021 року.