φως που ξεγελάει τον χρόνο

The_Persistence_of_Memory

Σαλβαντόρ Νταλί «Η Εμμονή της Μνήμης»
Όταν ένα διαστημόπλοιο κινείται με ταχύτητα που προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, τα ρολόγια στο εσωτερικό του εννοείται πως δε λιώνουν όμως αρχίζουν να επιβραδύνονται. Παρ’ όλο που οι ίδιοι οι αστροναύτες δεν αντιλαμβάνονται καμία διαφορά, ο χρόνος μέσα στο διαστημόπλοιο πηγαίνει πιο αργά σε σχέση με τον χρόνο στη Γη.

Με το πείραμα των Μίκελσον – Μόρλεϊ αποδείχτηκε πως το φως, είτε κινείται στην ίδια κατεύθυνση με την κίνηση της Γης, είτε κινείται στην αντίθετη κατεύθυνση, διατηρεί πάντα σταθερή την ταχύτητά του.

Μετά το πείραμα των Μίκελσον – Μόρλεϊ και οι εξισώσεις του Μάξγουελ έδειξαν το ίδιο ότι δηλαδή η τιμή της ταχύτητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων -επομένως και του φωτός- παραμένει η ίδια χωρίς να έχει σημασία ποιος είναι ο παρατηρητής.

Βασιζόμενος σε αυτά ο Αϊνστάιν κατέληξε στο δεύτερο αξίωμα της θεωρίας της Σχετικότητας που λέει πως η ταχύτητα του φωτός έχει πάντα την ίδια τιμή ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής που το εκπέμπει ή την κίνηση του παρατηρητή. Δηλαδή η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και αναλλοίωτη υπό οποιεσδήποτε συνθήκες.

Το αξίωμα αυτό ακούγεται παράλογο. Σημαίνει ότι το φως από ένα άστρο -ακόμα και αν το άστρο απομακρύνεται από εμάς λόγω της διαστολής του Σύμπαντος- φτάνει στη Γη με την ίδια καθορισμένη πάντοτε ταχύτητα.

GR History - albert_einstein

http://www.tovima.gr/science/article/?aid=664171

Η διαστολή του χρόνου, όπως τη σκέφτηκε ο Αϊνστάιν, μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητή. Οι γνώσεις που απαιτούνται είναι το Πυθαγόρειο Θεώρημα και ο τύπος v=s/t όπου v η ταχύτητα ενός σώματος, s (ή d) η απόσταση που διανύει σε χρόνο t.

Σε ένα βαγόνι τρένου που κινείται, ένας παρατηρητής μέσα στο τρένο στέλνει με ένα φακό μια ακτίνα φωτός προς τα πάνω. Η ακτίνα φωτός χτυπάει σε έναν καθρέφτη και επιστρέφει πίσω (μπλε πορεία). Ο χρόνος που μετράει ο παρατηρητής μέχρι να χτυπήσει το φως στον καθρέφτη είναι t=d/v.

time_dilation

http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/FPS/week-2/week-2.html

Ας φανταστούμε τώρα έναν εξωτερικό παρατηρητή. Τι βλέπει αυτός; Βλέπει το φως να ακολουθεί την κίτρινη πορεία επειδή το τρένο κινείται. Με τη γνώση που μας δίνει το Πυθαγόρειο Θεώρημα μπορούμε να αντιληφθούμε ότι η κίτρινη πορεία από τον φακό μέχρι τον καθρέφτη είναι μεγαλύτερη από την μπλε πορεία (d), αφού η υποτείνουσα είναι μεγαλύτερη από την κάθετη πλευρά. Ας το δούμε και σε ένα άλλο σχήμα:

img29

http://hep.physics.uoc.gr/physics4/node4.html

Η κίτρινη ευθεία στον κόκκινο άξονα δεξιά είναι σίγουρα μεγαλύτερη από την κίτρινη ευθεία στον μπλε άξονα.

Αν μέχρι εδώ είμαστε κατανοητοί, ας πάμε ένα βήμα παραπάνω, προσπαθώντας να παρακολουθήσουμε το μυαλό του Αϊνστάιν. Γνώριζε, λοιπόν, ο Αϊνστάιν -όπως και οι φυσικοί της εποχής του- ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή ανεξάρτητα της κίνησης της πηγής. Άρα εφαρμόζοντας τον τύπο t=s/v ή t=d/v (αφού το d είναι διαφορετικό και το v σταθερό) βγαίνει το συμπέρασμα ότι διαφορετικό χρόνο μετράει ο παρατηρητής μέσα στο τρένο και διαφορετικό χρόνο (μεγαλύτερο) μετράει ο εξωτερικός παρατηρητής.

image012

Η διαστολή του χρόνου σε μικρές ταχύτητες είναι πολύ μικρή. Σε μεγάλες όμως ταχύτητες μπορεί να παρατηρηθεί με τη χρήση οργάνων μεγάλης ακριβείας.

183224.image0_

Το ίδιο νοητικό πείραμα, μόνο που αντί για βαγόνι τρένου έχουμε διαστημόπλοιο.

Γράφει ο Γιώργος Γραμματικάκης στην Αυτοβιογραφία του Φωτός:

Ακόμα και ο επιβάτης ενός αεροπλάνου παραμένει κατά τι νεότερος από εκείνον που στον αντίστοιχο χρόνο κάθεται στην αναπαυτική πολυθρόνα του σπιτιού του. Πριν όμως οι αναγνώστες και, κυρίως, οι αναγνώστριες του παρόντος βιβλίου σπεύσουν να επιβιβασθούν στο πρώτο αεροπλάνο είναι χρήσιμο να υπογραμμισθεί μια πικρή αλήθεια: ότι, επειδή η ταχύτητα ενός αεροπλάνου είναι πολύ μικρή σε σχέση με εκείνη του φωτός, το κέρδος σε χρόνο ή σε νεότητα, ακόμα και στα υπερατλαντικά ταξίδια, είναι απειροελάχιστο. Ισοδυναμεί το κέρδος αυτό με ένα δευτερόλεπτο, όταν το αεροπλάνο κάνει τον γύρο του κόσμου τετράκοσια εκατομμύρια φορές! Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του Ρώσου αστροναύτη Σεργκέι Κρικάλεφ που επέβαινε στον διαστημικό σταθμό Μιρ και επέστρεψε στη Γη ύστερα από 748 μέρες περιφοράς. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι ήταν κατά ένα πέμπτο του δευτερολέπτου νεότερος από όσο αν έμενε στο έδαφος!

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

laser1a

http://www.physics4u.gr/faq/special.html

laser2a

http://www.physics4u.gr/faq/special.html

Στα 1971 οι φυσικοί Τζον Χάφελε και Ρίτσαρντ Κίτινγκ τοποθέτησαν υψηλής ακρίβειας ατομικά ρολόγια μέσα σε αεροπλάνα τα οποία έκαναν τον γύρο του κόσμου και στη συνέχεια συνέκριναν τις ενδείξεις αυτών των ρολογιών με πανομοιότυπα ρολόγια στο έδαφος. Τα αποτελέσματα: ο χρόνος κύλησε πιο αργά στο αεροσκάφος από ό,τι στο εργαστήριο έτσι ώστε μετά τη λήξη του πειράματος τα ρολόγια του αεροπλάνου πήγαιναν κατά 59 νανοδευτερόλεπτα πίσω σε σχέση με τα επίγεια ρολόγια. Και αυτή η τιμή ήταν ακριβώς όσο προέβλεπε η θεωρία του Αϊνστάιν.  time-dilation (1)

http://physicsgg.me

Οι παραμορφώσεις του χρόνου που παράγονται όταν αντικείμενα κινούνται με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός έχουν παρατηρηθεί όταν μελετώνται κάποια σωματίδια των κοσμικών ακτίνων που ονομάζονται μιόνια. Αυτά παράγονται ψηλά στην ατμόσφαιρα και κινούνται προς τη Γη με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Η διάρκεια ζωής τους είναι μικρή. Έχουν χρόνο ημιζωής δύο μικροδευτερόλεπτα και εξαφανίζονται γρήγορα καθώς κατευθύνονται προς τη Γη.

mu5

http://physicsgg.me

Οι επιστήμονες που παρατηρούν τα μιόνια ανακαλύπτουν ότι αυτά δεν εξαφανίζονται τόσο γρήγορα, όσο υποδηλώνουν οι κανονικοί χρόνοι ημιζωής τους. Υπολογίζοντας τον αριθμό των μιονίων στην κορυφή ενός βουνού και στη συνέχεια σε μια κοιλάδα ανακαλύπτουν ότι έχουν επιζήσει και φτάνουν στην επιφάνειαα της Γης πολύ περισσότερα από τα αναμενόμενα με βάση τον κανονικό χρόνο ημιζωής τους. Η μόνη εξήγηση είναι ότι οι χρόνοι ημιζωής τους είναι μεγαλύτεροι σε υψηλές ταχύτητες.

Σε πείραμα του 1966, σε επιταχυντή σωματιδίων, μιόνια εκτοξεύθηκαν με ταχύτητα ίση με 99,7% της ταχύτητας του φωτός. Αυτό προκάλεσε μια επιμήκυνση του χρόνου των μιονίων κατά 12 φορές. Το 1978 μιόνια επιταχύνθηκαν ακόμη πλησιέστερα στην ταχύτητα του φωτός και ο χρόνος ζωής τους επεκτάθηκε κατά 29 φορές.

617CAB32746DC9D966CFB1CA3189F135

http://www.skai.gr/news/technology/article/251503/to-cern-shediazei-ishurotero-epitahudi/
O υπόγειος επιταχυντής σωματιδίων CERN με διάμετρο 27 χμ. είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής στον κόσμο.

Τέλος τα ηλεκτρόνια που παράγονται στο σύγχροτρο (κυκλικό επιταχυντή σωματιδίων) επιταχύνονται με ταχύτητα ίση με 99,99999% της ταχύτητας του φωτός και η διαστολή του χρόνου φτάνει τις μερικές χιλιάδες.

ΠΗΓΕΣ

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «Η ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

Paul Davies «ΠΕΡΙ ΧΡΟΝΟΥ»
Εκδόσεις ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ

Clifford A. Pickover «ΧΡΟΝΟΣ: ΟΔΗΓΟΣ ΓΙΑ ΤΑΞΙΔΙΩΤΕΣ»
Εκδόσεις ΚΕΔΡΟΣ

JEREMY BERNSTAIN «ΑΪΝΣΤΑΪΝ»
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ

http://www.christianity-science.gr/files/TimeDilation.htm

http://physicsgg.me

http://www.physics4u.gr/articles/2004/timedilation.html

Γιατί ισχύει Ε=mc2

Ειδική θεωρία της σχετικότητας (ελληνικοί υπότιτλοι)

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s


Αρέσει σε %d bloggers: