Cu cât mai mare gravitația / accelerația, cu atât timpul trece mai încet.

Materia curbează spaţiu-timpul, iar spaţiu-timpul curbat dictează mişcarea materiei în univers. credit: LIGO/T. Pyle


Am scris mai multe articole pe scientia.ro despre dilatarea timpului, care este o predicție a teoriei relativității a lui Einstein (confirmată experimental), dar recitindu-le, am observat că nicio explicație nu este suficient de detaliată pentru a fi înțeleasă de (aproape) oricine, cu sau fără cunoștințe de fizică.

Prin urmare, asta îmi propun în acest articol, să explic de ce timpul trece realmente mai încet la baza muntelui decât pe vârful acestuia. Altfel spus, de ce cu cât gravitația este mai mare, cu atât timpul trece mai încet.


• Principiul echivalenței
De ce pe Terra e ca și când ai accelera continuu

Einstein și-a dat seama că nu este nicio diferență între o mișcare accelerată și situarea într-un câmp gravitațional. Iată ce înseamna asta în cuvinte simple.

Imaginează-ți că ești într-o cabină telefonică fără geamuri pe Pământ. Vei simți „atracția” planetei. Căci de aia nu zbori; ești „țintuit” pe sol. Te afli, așadar, în câmpul gravitațional al Terrei, care, la nivelul solului are o „accelerație gravitațională” de 9,81 m/s2.


Citește și: Accelerația într-un câmp gravitațional nu este reală


Imaginează-ți acum că te afli în aceeași cabină telefonică fără geamuri undeva în spațiul interstelar, unde vei fi departe de gravitația Pământului și a oricărui alt corp cosmic. Niciun loc din univers nu este lipsit de influența gravitației, dar departe de mase mari aceasta poate fi considerată neglijabilă. Vei levita. Nu vei mai fi țintuit pe podeaua cabinei, pentru că nu este nicio gravitație care să facă asta.

 


Dacă dai drumul unei bile într-o cabină pe suprafața terestră sau într-o cabină aflată în spațiul interstelar care se află în accelerație cu 9,81 m/s2, bila se va comporta identic în mișcarea ei către podeaua cabinei.
Credit: Wikipedia commons.



Dar un prieten a venit cu naveta spațială după tine și te remorchează. Te trage în „sus” în mod accelerat, cu o accelerație de 9,81 m/s2, cu exact aceeași valoare, așadar, ca cea de pe Pământ. Te vei simți iar ca atunci când erai cu cabina pe suprafața terestră. Căci, din nou, e exact aceeași accelerație.

Pentru că în cabina ta nu vezi afară, iar senzația pe care o ai atât când ești pe Terra, cât și când ești remorcat de prieten, este aceeași, nu poți face nicio diferență între cele două situații. Nu poți spune dacă ești pe Terra ori tras de prietenul tău prin pustietățile spațiului interstelar.

Să fii pe suprafața unui corp masiv ca Terra, într-un câmp gravitațional așadar, sau să accelerezi - sunt situații identice. Vei simți „apăsarea” podelei cabinei la fel și într-o situație, și în alta.


Accelerația, în adevăratul sens

Am pus mai sus un link către un articol unde vorbim despre de ce căderea aparent accelerată către sol (a unui parașutist, de exemplu, care nu și-a deschis parașuta, ignorând frecarea cu aerul) nu este, în fapt accelerată. Accelerația trebuie să aibă la bază o forță, așa cum este forța exercitată de un motor care pune în mișcare o mașină. Gravitația nu este o forță. 

Dar dacă nu vorbim despre accelerație reală în cazul parașutistului lansat către sol, vorbim de accelerație atunci când stai cu picioarele pe sol. Cumva complet contraintuitiv, Terra accelerează către tine. Este un efect al curbării spațiu-timpului.

 

• Avem nevoie de un ceas fotonic

Lumina, care are o viteză constantă oriunde în univers, este utilă în construirea unui ceas de încredere. Einstein a făcut apel la lumină în nenumărate cazuri.

Să ne folosim acum de aceeași cabină telefonică pe care am amintit-o mai sus și să introducem în ea un ceas fotonic. Mecanismul este următorul: de pe peretele din dreapta se emite regulat un foton către peretele din stânga, paralel cu podeaua. Atunci când fotonul ajunge pe peretele din stânga este reflectat către peretele din dreapta, unde avem un detector de fotoni instalat în perete. Atunci când fotonul ajuns din nou pe peretele din dreapta atinge detectorul, ceasul măsoară o secundă și un nou foton este emis, reluând ciclul.

Așadar, după un ciclu complet al fotonului (perete dreapta - perete stânga - perete dreapta) ceasul contorizează o secundă.

Acest ceas îl vom folosi pentru a arăta că există o diferență între timpul de pe vârful muntelui și cel de la baza muntelui.

 

De ce timpul trece mai încet la baza decât pe vârful muntelui

Abia acum începem să vorbim despre dilatarea timpului. Acum avem nevoie de principiul echivalenței, pe care l-am explicat în prima parte. Adică avem nevoie să ne amintim că nu e nicio diferență între a accelera prin spațiu și a sta pe sol pe o planetă masivă cum e Terra.

Vom folosi ceasul fotonic „construit” mai sus pentru a măsura timpul. Dar să vedem ce se întâmplă cu fotonul care „călătorește” între cei doi pereți ai cabinei.

1. În situația în care cabina se află în spațiul interstelar, în repaus, lumina se va deplasa în linie dreaptă de la un perete la altul, paralel cu solul.

2. În situația în care cabina se află în spațiul interstelar, cu o accelerație de 9,81 m/s2, lumina se va „îndoi” un pic către podea, pentru că pe măsură ce lumina progresează către un perete sau altul, podeaua cabinei aflate în mișcare accelerată se apropie de ea. Prin urmare, așa cum vedeți și în imaginea de mai jos, traiectoria luminii în acest caz este diferită de traiectoria luminii în cazul 1, în care cabina e în repaus în spațiul interstelar.

3. În situația în care cabina se află pe solul terestru, lumina va urma aceeași traiectorie ca în cazul 2, pentru că... principiul echivalenței.

 

 

Așadar traiectoria luminii este diferită în situația în care avem de-a face cu accelerație / gravitație decât în situația în care cabina se află în repaus în spațiul interstelar.

Am ajuns la partea cea mai interesantă!

Observați, așadar, că traiectoria luminii în condiții de accelerație / gravitație este mai lungă decât în celălalt caz. Dacă e mai lungă, asta înseamnă că va dura mai mult ca fotonul să ajungă de pe peretele din dreapta, de unde este emis, pe peretele din stânga și înapoi. Asta înseamnă că ceasul din cabina aflată în condiții de accelerație / gravitație va număra mai rar secundele decât ceasul din cabina aflată în spațiul interstelar în repaus.

Exagerând un pic lucrurile, de dragul clarității, dacă punem ceasurile unul lângă altul după câteva zile de funcționat fiecare în mediul lui (accelerație/gravitație sau lipsa acestora), ceasul care a experimentat accelerația/gravitația va arăta mai puține secunde decât celălalt.

Cum ceasul este un indicator al timpului trecut în cele două medii, vedem că timpul trece mai greu în condiții de accelerație / gravitație.

De aceea timpul trece mai încet la baza unui munte decât pe vârful unui munte! Timpul trece mai încet la sol (într-un câmp gravitațional). Timpul trece mai încet atunci când accelerezi.

Dacă ai înțeles asta, ai înțeles ce 99,99 % din populația lumii nu știe!


A fost demonstrat experimental ori este doar teorie?
Experimentul Hafele–Keating


Da, a fost demonstrat experimental. S-a întâmplat în octombrie 1971.

Joseph C. Hafele, fizician, și Richard E. Keating, astronom, au luat patru ceasuri atomice pe bază de cesiu la bordul unor avioane comerciale. Au zburat de două ori în jurul lumii, mai întâi spre est, apoi spre vest și ulterior au comparat ceasurile cu altele care au rămas la Observatorul Naval al Statelor Unite. Când au pus ceasurile unul lângă altul și au comparat timpul indicat de fiecare, cercetătorii au observat că cele patru ceasuri aflate pe avioanele comerciale arătau timpi diferiți.

 


Extras din articolul cercetătorilor publicat în revista Science după finalizarea experimentului

 

Diferenţele sunt suficient de mari pentru ca, în cazul în care acestea nu ar fi luate în calcul de ingineri, sistemul GPS (sistemul global de poziţionare) să nu funcţioneze în mod corect.


• Paradoxul gemenilor
O consecință a dilatării timpului

O consecință a acestui fapt, că accelerația afectează trecerea timpului, este paradoxul gemenilor, care în fapt nu este un paradox, adică faptul că dacă unul dintre doi gemeni se deplasează către o stea îndepărtată (accelerând și decelerând la plecare, la ajungerea la steaua îndepărtată și la sosirea înapoi pe Terra), la revenirea pe Pământ va fi mai tânăr decât geamănul rămas aici. Pentru că timpul trece mai încet atunci când accelerezi, așa cum am văzut mai sus.

 

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.
  • Comentariul tău, publicat ca „vizitator”, va fi evaluat în scurt timp de către un moderator în vederea publicării. Utilizatorilor care au cont pe site ori care folosesc conturile de FB, Twitter ori Google li se publică în mod automat comentariile.
    Nelu · 22:45 25.06.2021
    Pe vîrful muntelui ești mai fericit! D aceia apliniștii se obosesc să se cațere în vîrful muntelui. Cu cît e mai înalt muntele, cu atît e mai fericit alpinistul, iar o oră pe vîrf i se pare o clipă.
Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Ar fi util dacă ne-ai sprijini cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro