Înțelegerea efectelor de dilatare a timpului în fizică

Dilatarea timpului este fenomenul în care două obiecte care se mișcă unele față de altele (sau chiar doar o intensitate diferită a câmpului gravitațional unul de celălalt) experimentează rate diferite ale fluxului de timp.

Dilatarea relativă a vitezei

Dilatația de timp văzută datorită vitezei relative provine din relativitatea specială. Dacă doi observatori, Janet și Jim, se mișcă în direcții opuse și, pe măsură ce trec unul lângă celălalt, observă că ceasul celuilalt este bătut mai lent decât al lor. Dacă Judy ar alerga alături de Janet cu aceeași viteză în aceeași direcție, ceasurile lor ar bifa în același ritm, în timp ce Jim, mergând în direcția opusă, îi vede pe amândoi să aibă ceasuri cu încetinire. Timpul pare să treacă mai lent pentru persoana observată decât pentru observator.

Dilatarea timpului gravitațional

Dilatarea timpului datorită faptului că se află la distanțe diferite de o masă gravitațională este descrisă în teoria generală a relativității. Cu cât ești mai aproape de o masă gravitațională, cu atât ceasul tău este mai lent, bifează către un observator mai îndepărtat de masă. Când o navă spațială se apropie de o gaură neagră de masă extremă, observatorii văd timpul încetinindu-se pentru a se târâ pentru ei.

Aceste două forme de dilatare a timpului se combină pentru un satelit orbitând pe o planetă. Pe de o parte, viteza lor relativă față de observatorii de la sol reduce timpul pentru satelit. Dar distanța mai îndepărtată de planetă înseamnă că timpul trece mai repede pe satelit decât pe suprafața planetei. Aceste efecte se pot anula reciproc, dar pot însemna, de asemenea, că un satelit inferior are ceasuri cu rulare mai lentă în raport cu suprafața, în timp ce sateliții cu orbită superioară au ceasuri care rulează mai repede față de suprafață.

Exemple de dilatare în timp

Efectele dilatării timpului sunt folosite adesea în poveștile de ficțiune științifică, datând cel puțin din anii '30. Unul dintre cele mai timpurii și mai cunoscute experimente de gândire pentru a prezenta dilatarea timpului este celebrul Twin Paradox, care demonstrează efectele curioase ale dilatării timpului la cele mai extreme.

Dilatarea timpului devine cea mai evidentă atunci când unul dintre obiecte se mișcă aproape la viteza luminii, dar se manifestă cu viteze și mai lente. Iată doar câteva modalități prin care știm că efectiv are loc dilatarea timpului:

• Ceasurile din avioane fac clic la diferite rate de ceasurile de pe sol.
• Așeza un ceas pe un munte (ridicându-l, dar păstrându-l în funcție de ceasul de la sol) duce la rate ușor diferite.
• Sistemul de poziționare globală (GPS) trebuie să se ajusteze pentru dilatarea timpului. Dispozitivele de la sol trebuie să comunice cu sateliții. Pentru a lucra, acestea trebuie să fie programate pentru a compensa diferențele de timp în funcție de viteza și influențele lor gravitaționale.
• Anumite particule instabile există pentru o perioadă foarte scurtă de timp înainte de descompunere, dar oamenii de știință le pot observa ca durează mai mult, deoarece se mișcă atât de repede încât dilatarea timpului înseamnă timpul în care particulele „experimentează” înainte de a se descompune este diferit de timpul experimentat în laborator de repaus care face observațiile.
• În 2014, o echipă de cercetare a anunțat cea mai precisă confirmare experimentală a acestui efect încă concepută, așa cum este descrisă în alin Științific american articol. Au folosit un accelerator de particule pentru a confirma că timpul se mișcă mai lent pentru un ceas în mișcare decât pentru unul staționar.