תופעת התרחבות הזמן

התרחבות זמן לפי תורת היחסות היא ההבדל בזמן שחלף בין שני מאורעות נפרדות הנעות במקביל אחת לשנייה, בין אם בגלל ההבדל במיקום היחסי לשדה הכבידה או בהבדלי מהירות התנועה.

תופעת התרחבות הזמן מסבירה מדוע שני שעונים זהים מדווחים על זמן שונה לאחר שהואצו במהירויות שונות. לדוגמה: אסטרונאוטים ששוהים בתחנת החלל הבינלאומית מזדקנים במעט לאט יותר מאשר אילו היו שוהים על כדור הארץ.

ככל שהמערכת תנוע מהר יותר, (נניח חללית) כך שקצב הזמן בעיני המתבונן ינוע לאט יותר, אף על פי שבעיני הטייס של החללית הזמן ממשיך להתקדם בהתמדה.

כדי להוכיח את תיאורית התרחבות הזמן נניח ששני שעונים אטומיים מדויקים מאוד סונכרנו, אחד נלקח לטיסה על מטוס מהיר כאשר השני נשאר על הקרקע. לאחר חזרתו של המטוס, השעון שהיה עליו יהיה איטי יותר ויציג שעה אשר קטנה מהשעה שיציג השעון שנשאר על הקרקע.

היסטוריה

ב-1905 הראה אלברט איינשטיין כי התרחבות זמן נוגע לאופי זמן עצמו, לאחר מכן הרמן מינקובסקי (1907) הציג את המושג הנכון של הזמן ועוד הבהיר את המשמעות של התרחבות זמן.

מהירות התרחבות הזמן

ההבדל בין תנועת הזמן בשעונים בעת התרחבות זמן נגרמת כיוון שמהירות ה"טיקים" שונה בין השעון שנע לבין זה שלא.

ככל שגוף יזוז מהר יותר כך גם התרחבות הזמן תגדל.

תאורטית, התרחבות זמן מאפשרת לנוסעים ברכב שנע במהירות להתקדם הלאה אל העתיד ולהתקדם זמן קצר משלהם.

עבור מהירות גבוהה מספיק ההשפעה של התרחבות זמן יכולה להיות משמעותית.

לדוגמה יכול להיות שנסיעה במשך שנה יכולה להתאים לעשר שנים על כדור הארץ

הסבר ומשוואות

בדוגמה זו יבוצע רק החלק התארכות זמן כי השעון אור הוא מאונך ממוקם ב0 כיוון

שעון פשוט בנוי משתי מראות     BוA, ובניהם יש קרן אור אשר מקפצת מ A ל B . ההפרדה בין המראות נקראת  L ובכל פעם שקרן האור עוברת דרך L ד השעון מתקתק

כאשר השעון במנוחה האור עובר דרך נתיב L 2 וזמן המעבר מחולק במהירות האור: 

 

 מתוך הסתכלות של עצם נע במהירות v  שדד ביחס לשעון שלא דופק האור נראה כנע במסלול ארוך יותר כלומר השעון הנע ביחס שלאחד שלא נמצא בתנועה נראה שפועל לאט יותר יישום פשוט של משפט פיתגורס מוביל חיזוי ידוע של תורת היחסות הפרטית הזמן הכולל עבור דופק אור כדי לעקוב אחר נתיבו ניתן על ידי:    

אורך מחצית הדרך יכול להיות מחושב כפונקציה של כמויות ידועות כמו:

משולש המשוואות D וL גורם לכך:

אשר מבטא את העובדה שפרק זמן בשעון   t' יותר ארוך מאשר פרק הזמן בשעון t במסגרת השעון עצמו.

תופעות שנגרמות מהתרחבות הזמן

פרדוקס התאומים: אחת התופעות הידועות המכונה פרדוקס התאומים יכולה להיגרם מתוצאה של התרחבות זמן. נניח שאחד משני תאומים עם שעון יוצא עולה על חללית ועף אל החלל. לאחר זמן מסוים הם חוזרים ובהתאם לאפקט התרחבות הזמן, הזמן שחלף על השעון של התאום שטס לחלל יהיה קטן יותר מזה של התאום שנשאר כצופה. כלומר, התאום שטס הזדקן פחות מאשר התאום שנשאר כצופה.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תופעת התרחבות הזמן בוויקישיתוף

https://www.britannica.com/science/time-dilation

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/tdil.html

https://www.youtube.com/watch?v=yuD34tEpRFw