Zaman genişlemesi: Yerçekimi neden zamanın akışını yavaşlatır?
1905 baharında, İsviçre'de, Bern'deki ünlü saat kulesinden çok uzak olmayan bir yerde, aptal Einstein eve giden bir tramvaya bindi. Einstein sadece bir memurdu, evrenin gerçeği üzerine düşünmeye vakti olduğunda, işine başladı. Einstein'ın dehanın mutlak avantajı, kendi hayal gücümüze güldüğümüzde sadece boş bir rüya, onun fikirlerini düşünüyoruz. Düşünce deneylerinden biri, tramvayla fiziği tamamen değiştirmekti.
Resim: Kramm Caddesi'ndeki Saat Kulesi (Bakkal Sokağı), Bern, İsviçre
Einstein'ın ikilemi
İki çok büyük fizikçi Einstein'ı derinden etkiledi. İlki onun idolü: Hareket yasalarını keşfeden Newton, ikincisi elektromanyetik yasalarını öneren Maxwell. Ancak bu iki teori çelişkilidir. Maxwell, saniyede 186.000 metreye kadar çok yüksek hızlarda hareket eden ışıklar gibi elektromanyetik dalgaların hızının sabit olduğunu varsayar. Bunun evrendeki en temel gerçek olduğunu iddia etti.
Örnek: Hiçbir nesne ışık hızından daha hızlı hareket edemez.
Newton'un hareket yasasına göre hız göreceli. Sabit bir gözlemciye göre, saatte 40 mil hızla hareket eden bir arabanın hızı saatte 40 mildir; saatte 20 mil hızla giden bir arabaya göre, bu arabanın hızı saatte 20 mildir; ve saatte 60 mil hıza göre Araba ters yönde gidiyor. Işık hızı için, göreli hız kavramı Maxwell'in sezgisel temel tezi ile çelişir. Bu, Einstein'ı son derece acı verici bir ikileme soktu.
Bu çelişki, Einstein'ın fizik tarihindeki çığır açan cevaplardan birini açıklamasına neden oldu ve bu aynı zamanda inanılmaz bir cevap - her iki tarafı da dikkate alan bir görüş, ancak çok da şok edici görünmüyor. Bu çatışmayı ve bu durumda zamanın neden bu kadar yavaş gittiğini anlamak için, başka bir ince düşünce deneyini düşünün - Einstein'ın en iyi deneylerinden biri. Einstein, her iki yanında bir elektrik direği olan bir istasyon platformunda duran bir kişinin resmini hayal etti. Sağ tarafta durmasına izin verin ve aynı anda her iki taraftaki lamba direklerinden parlayan ışıkları gözlemleyin.
Ancak trende başka bir kişi oturup ışık hızında geçerken durum tuhaflaşır. Hareket kanununa göre trene yakın olan elektrik direğinden gelen ışık önce kişiye çarparken, trenden uzaktaki elektrik direğinden gelen ışık daha yavaş olacaktır. Onların bakış açısına göre, iki kişi ışık hızının farklı ölçümlerine sahip. Ancak Maxwell'in söylediğine göre, gözlemcinin hareketinden bağımsız olarak ışık hızının sürekli olması gerektiğine inanıyoruz, ancak bu nasıl mümkün olabilir? -Sözde "temel" bir evrendeki bir gerçek.
Bu farkı telafi etmek için Einstein, tıpkı ışık hızının devam etmesi gibi, zamanın da aktif olarak yavaşladığına inanıyordu! Trendeki insanlar için zaman yavaşlar; platformdaki insanlar için daha hızlıdır. Einstein bu fenomeni zaman genişlemesi olarak adlandırdı.
Yerçekimi zaman genişlemesi
Einstein, teorisine özel görelilik adını verdi. Bu teori özeldir çünkü sabit hız sorununu çözer. Bu sorunu gerçekten çözmek için, yani nesnenin hangi noktada hızlandığı veya yavaşladığı, ivme söz konusu olduğunda teorisinin etkisini araştırması gerekiyor. Tüm evrensel fenomenleri genelleme ve açıklama çalışması onu zaman ve yerçekimi arasındaki ilişkiye götürdü; yeni keşfedilen bu yerçekimi teorisini "özel görelilik" olarak adlandırdı.
Newton, zamanın akışının bir ok gibi olduğunu düşündü; sadece ileriye doğru hareket etti. Einstein varsayımına göre: Zamanın ve hızın değişmesi tersidir. Ve uzay gibi esnekliği nedeniyle zamanın da kendi boyutları vardır. Aslında, Einstein şunu iddia etti: Bu ikisi aslında bir tür şey ve aynı şey, evrendeki olayların katlanmadığı dört boyutlu yapılandırılmış bir uzay. Bu fenomeni filamentli bir yapı olarak adlandırdı. Einstein sonuçlarını açıkladığında - o kadar şaşırtıcı bir başarı ki, beklenen şüpheyle aynı yanıtı aldı.
Genel göreliliğe göre, nesnelerin uzaması veya sıkışması, tıpkı nesnelerin sebepsiz yere dünyanın merkezine doğru çekilmemesi, üstlerindeki bükülmüş boşluk tarafından aşağıya doğru itilmesi gibi ipliksi yapıyı sıkıştırır. Bir eğimi simüle etmek için, uzay ve zamanın eğriliği nesnenin aşağı doğru hareketini hızlandırır, ancak ivme her noktada aynı değildir. Yerçekimi çok güçlü bir kuvvettir ve her zaman yeryüzünün yüzeyine bakar ve bu konumda eğrilik, dış alana göre daha güçlüdür.
Örnek: Zıplamadaki ve zıplamadaki devasa bir nesne için teknoloji kusurlu olsa bile, uzay ve zamanın çarpıklığını açıklamak için çok basit bir örnek.
Düşerken yerçekimi artarsa, serbest düşen bir nesne masa topunun B yüzeyine yüksek irtifadan daha hızlı düşecektir. Özel görelilik teorisine göre, zaman B noktasında A noktasından daha yavaş ilerler çünkü nesnenin B noktasındaki hızı daha hızlıdır.
Saat kaç?
Peki en doğru saat kaçtır? Belki ikisi de değil. Einstein, mutlak bir zamanın olmadığını düşünüyordu. Zaman göreceli olarak güç sistemine bağlıdır ve bir referans çerçevesidir. Doğru zaman, zaman çerçevenizde akıyor. Egzersiz kriteri tüm gözlemciler için aynıysa, hareketlerinden bağımsız olarak zaman kesinlikle yavaşlayacaktır.Örneğin, ne kadar hızlı hareket ederseniz, saatiniz diğer saatlere göre daha yavaş gidecektir. Anne Hathaway, "Yıldızlararası Geçiş" te Matthew McConaughey'e söylediği şeydi. Uzaktaki bir gezegene vardıklarında, "Gökte bir an için, dünyada yedi yıl" dedi.
Örnek: Saat nedir?
Einstein'ın tramvayına tekrar bakın. Yavaş saatin ortaya çıkışı ilkel sinirlerimizin oluşumunu sınırlıyor mu? Yoksa zaman gerçekten yavaşlıyor mu? Peki yavaş zaman ne anlama geliyor? Zamanın öngörülemeyen değişimi bizi sorular sormaya zorluyor - zamanın kendisi nedir? Bu sadece sinir bozucu felsefe lisans öğrencilerinin partilerde birbirleriyle tartışmaları meselesi değil. Zaman kavramı, eski zamanlardan beri olağanüstü filozofları ve fizikçileri bile şaşırtmıştır.
Zamanın birincil işlevi olayları kronolojik sıraya göre düzenlemektir. Ancak, son 400 yıla kadar, insanların zamanla ilgili tahminleri şöyleydi: Yıldızlar etrafımızda hareket ediyor, biz yıldızların etrafında dönüyoruz. Çıkarım arka planı doğru olmasa da, "Zaman" hala iyi bir performans sergiliyor. Her zamanki gibi çalışır, çünkü zaman tahmin ettiğimiz gibi her gün, her yıl tekrar eder İçinizden bir şey tahmin ettiğiniz gibi tekrarladığında, bir dakiklik mekanizmanız olur.
İllüstrasyon: Astronomik Saat - Antik Türler
Galileo, hareketi hesaplamak için doğal döngülerin doğasını kullanır. Zamana herhangi bir atıfta bulunmadan sporu tarif etmenin neredeyse imkansız olduğunu söyledi. Ancak bu sefer mutlak değil. Newton zaman yasasını tanımlamış olsa da zaman kavramını kullanmış ve adım adım yürüyen mutlak olmayan iki saati ödünç almıştır, bağımsız zamanları vardır, ancak zamanları birbirinden farklıdır. Senkronizasyon, son derece sofistike ve doğru atomik saatler üretmemizin sebebidir.
Zaman kavramını, senkronizasyon, iki olayın senkronizasyonu veya bir trenin varışı ve tren istasyona vardığında saatin ellerinin benzersiz çakışması gibi önemli tesadüfler temelinde oluşturduk. Einstein'ın teorisi, bu tesadüflerin bir trenin nasıl hareket ettiğinden etkilenmesi gerektiğini öne sürüyor. Platformdaki ve trendeki iki gözlemci senkronizasyon konusunda anlaşamazlarsa, zamanın nasıl geçtiği konusunda anlaşamazlar!
Öngörülebilir koşullar altında, egzersizin etkisinin ideali, en basit zamanlama mekanizması hakkında düşünmemizi sağlar. Bir zamanlama cihazının bir foton ve iki aynadan oluştuğunu hayal edin: Bir foton, uzak olmayan iki ayna arasında ileri geri yansıtılır. Fotonun bir kez yansıdığını ve zamanın bir saniye geçtiğini varsayalım. Şimdi, iki saat yüksek A noktasına ve dünyanın B noktasına (daha önce tartışılmıştır) yerleştirilir ve serbest düşen bir nesnenin yanlarından düştüğü zamanı kaydedin. Serbest düşen nesne kendi referans çerçevesini kullanır ve benzer bir saat zamanı ölçer. Neyi ölçtüler?
İki ayna arasındaki bir fotonun yansımasını gözlemlemek, hareket eden bir tren arasındaki bir tenis topunun sekmesini gözlemlemek gibidir. Trendeki insanlar için bile top dikey olarak zıplıyor; trenin dışındaki hassas gözlemci için top üçgen şeklinde zıplıyor.
Foton bir tenis topu gibi ilk kez serbest bırakıldıktan sonra, cihaz ileri doğru hareket ettirildi ve yansımadan önce daha uzun bir mesafe hareket ettiği görüldü. Bu nedenle zaman ölçümümüz bozulmuştur! Ek olarak, cihaz ne kadar hızlı hareket ederse, fotonun o kadar uzun süre yansıtılması gerekir, bu da bir saniyelik süreyi uzatır! B noktasında zaman akışının A noktasından daha yavaş olmasının nedeni budur (nedenini hatırlayın, yerçekimi nedeniyle nesneler B noktasında A noktasına göre daha hızlı düşer). Bu programlanabilir çizim, fotonların üçgen hareketini ve sonuçta ortaya çıkan zaman geçişini canlı bir şekilde açıklar.
Elbette bu fark son derece küçük. Dağın tepesinde ve dünya yüzeyinde saatlerle ölçülen zamandaki fark nanosaniyedir. Ancak Einstein'ın keşfi bir dönüm noktasıydı. Yerçekimi gerçekten zamanın geçişini engeller, yani nesne ne kadar ağırsa çevresini geçmesi o kadar kısa sürer.
Bunu söyledikten sonra, foton saatinin seçimi bunun uygun göründüğünü kanıtlıyor ve makalenin tamamı ışığın yavaşlamasını tartışıyor. Bununla birlikte, zaman genişlemesi, ister en basit elektromanyetik olaylara, ister karmaşık elektromanyetik kuvvetlerin ve Newton'un hareket yasalarının birleşimine dayanıp dayanmamasına bakılmaksızın her saati etkiler. Genel görelilik teorisi bunu kanıtlıyor. Aslında biyolojik süreç ve neden olduğu zaman bile çok geniştir. Evet ... ellerin aslında ayaklarından biraz daha yaşlı!
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. Biber- Akash Peshin- sciabc
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
