ความเร็วแสง การให้ความรู้พิสูจน์ทฤษฎีการขยายเวลานาฬิกาอะตอม

ความเร็วแสง การแปลงลอเรนซ์ช่วยให้เราสามารถคำนวณการหดตัวของความยาวได้ การหดตัวเกิดขึ้นมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ โดยคำนึงถึงผู้สังเกต เพียงใส่ตัวเลขลงไป สมมติว่าลูกฟุตบอลขนาด 12 นิ้วบินผ่านคุณไป และมันเคลื่อนที่ด้วยอัตรา 60% ของความเร็วแสง คุณจะวัดลูกฟุตบอลได้ยาว 9.6 นิ้ว ดังนั้นที่ 60% ของความเร็วแสง คุณวัดลูกฟุตบอลได้ 80% ของความยาวเดิม วัดขนาดเดิม 12 นิ้วโดยเทียบกับคุณ

โปรดทราบว่าการวัดทั้งหมดอยู่ในทิศทางของการเคลื่อนที่ เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลจะไม่เปลี่ยนแปลงโดยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของลูกบอล ต่อไปนี้เป็น 2 ประเด็นที่ควรทราบ ถ้าคุณวิ่งข้างลูกฟุตบอลด้วยความเร็วเท่ากัน คือ 60% ของความเร็วแสง คุณจะวัดความยาวได้เท่ากับ 12 นิ้วเสมอ มันไม่ต่างอะไรกับการที่คุณยืนเฉยๆ แล้ววัดลูกฟุตบอลในขณะที่ถือมันไว้ ถ้าผู้หญิงวิ่งพร้อมกับลูกฟุตบอล วัดไม้บรรทัดที่คุณถืออยู่ เธอจะวัดตัวคุณ และไม้บรรทัดของคุณให้ยาวเท่ากัน

จำไว้ว่าเธอมีสิทธิ์เท่าเทียมกัน ที่จะมองว่าคุณแสดงออกด้วยความเคารพเธอ ผลของการเคลื่อนที่ต่อเวลา ฉันพูดถึงว่าเวลายังเปลี่ยนไปตามกรอบอ้างอิง การเคลื่อนไหวที่แตกต่างกัน สิ่งนี้เรียกว่า การขยายเวลา เวลาเคลื่อนที่ช้าลงจริงๆ แต่จะเห็นได้ก็ต่อเมื่อมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงเท่านั้น คล้ายกับการหดตัวของความยาว หากความเร็วถึง ความเร็วแสง เวลาจะช้าลงจนหยุด มีเพียงผู้สังเกตการณ์ที่ไม่เคลื่อนไหวตามเวลาที่กำลังวัดเท่านั้นที่จะสังเกตเห็น

เช่นเดียวกับสายวัดในการหดตัวของความยาว นาฬิกาที่เคลื่อนไหว จะได้รับผลกระทบเช่นกัน ดังนั้น มันจึงไม่สามารถตรวจจับได้ว่าเวลากำลังเดินช้าลง เนื่องจากการเคลื่อนไหวในชีวิตประจำวันของเรา ไม่ได้เข้าใกล้สิ่งใดในระยะไกลที่ใกล้กับความเร็วแสง เราจึงไม่มีใครสังเกตเห็นการขยายตัวดังกล่าวโดยสิ้นเชิง การขยายเวลา เพื่อพยายามพิสูจน์ทฤษฎีของการขยายเวลานี้ นาฬิกาอะตอม 2 เรือนที่มีความแม่นยำสูงถูกซิงโครไนซ์ และเรือนหนึ่งถูกนำขึ้นเครื่องบินด้วยความเร็วสูง

เมื่อเครื่องบินกลับมา นาฬิกาที่ใช้เวลานั่งเครื่องบินก็เดินช้าลงตามจำนวนที่สมการของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ทำนายไว้ ดังนั้น นาฬิกาที่เคลื่อนที่จะเดินช้ากว่า เมื่อดูโดยกรอบอ้างอิงที่ไม่ได้เคลื่อนไหวด้วย โปรดทราบว่าเมื่อนาฬิกาเดินกลับมา นาฬิกาได้บันทึกเวลาน้อยกว่านาฬิกาภาคพื้นดิน เมื่อรวมเข้ากับนาฬิกาภาคพื้นดินอีกครั้ง นาฬิกาที่เดินช้าจะบันทึกเวลาอีกครั้งในอัตราเดียวกับนาฬิกาภาคพื้นดิน

เห็นได้ชัดว่านาฬิกาจะยังตามระยะเวลาที่ช้าลงในการเดินทาง เว้นแต่จะซิงโครไนซ์ใหม่ เฉพาะเมื่อนาฬิกาเดินด้วยความเคารพต่อนาฬิกาอื่นเท่านั้นที่การขยายเวลาจะเกิดขึ้น นาฬิกาแสงวัดเวลา โดยส่งลำแสงจากแผ่นด้านล่างไปยังแผ่นด้านบน จากนั้นจะสะท้อนกลับไปที่แผ่นด้านล่าง นาฬิกาแบบเบาดูเหมือนจะเป็นการวัดเวลาที่ดีที่สุด เนื่องจากความเร็วของนาฬิกาจะคงที่ โดยไม่คำนึงถึงการเคลื่อนไหว

เราเดินไปที่นาฬิกาแสง และพบว่าใช้เวลา 1 วินาที กว่าที่แสงจะเดินทางจากด้านล่างขึ้นด้านบน และกลับสู่ด้านล่างอีกครั้ง นาฬิกาแสงกำลังหมุนไปทางขวา แต่เรากำลังยืนอยู่กับที่ หากเรามองเห็นลำแสงในขณะที่นาฬิกาหมุนผ่านเราไป เราจะเห็นลำแสงเคลื่อนที่เป็นมุมไปยังแผ่นเปลือกโลก คุณจะเห็นว่าทั้งลำแสงที่ส่ง และลำแสงที่รับ เกิดขึ้นภายใต้ดวงอาทิตย์ ดังนั้น นาฬิกาจึงไม่เดิน ลำแสงที่ส่งเกิดขึ้นภายใต้ดวงอาทิตย์ แต่ลำแสงที่สะท้อนกลับมาเมื่อนาฬิกาอยู่ใต้สายฟ้า ดังนั้น นาฬิกาจึงหมุนไปทางขวา

สิ่งนี้กำลังบอกอะไรเรา เรารู้ว่านาฬิกายังคงส่ง และรับทุก 1 วินาที เรารู้ด้วยว่าความเร็วแสงคงที่ ไม่ว่าเราจะอยู่ที่ใด ให้มีความเร็วเท่ากันทุกประการ ดูเหมือนว่าแสงเดินทางไกลกว่าเพราะลูกศรยาวกว่า และเดาว่ามันทำอะไร แสงใช้เวลานานขึ้นในการส่ง และรับหนึ่งรอบอย่างสมบูรณ์ แต่ความเร็วของแสงไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากแสงเดินทางได้ไกลขึ้น และความเร็วไม่เปลี่ยนแปลง นี่อาจหมายถึงเวลาที่ใช้เวลานานขึ้นเท่านั้น จำความเร็วคือระยะทางและเวลา

ใช้การแปลงลอเรนซ์นำตัวเลขมาที่ตัวอย่างนี้ เดินไปทางขวาที่ 90% ของความเร็วแสง คุณยืนอยู่นิ่งๆ จะวัดเวลาของนาฬิกานั้นขณะที่หมุนไป 2.29 วินาที สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่า ใครก็ตามที่เคลื่อนไหวพร้อมกับนาฬิกา จะวัดเวลาได้เพียง 1 วินาทีเท่านั้น เพราะมันจะไม่ต่างไปจากคนที่ยืนอยู่ข้างนาฬิกา ดังนั้น ผู้ขับขี่ที่มีอายุเพิ่มขึ้น 1 วินาที แต่คุณมีอายุเพิ่มขึ้นตาม 2.29 วินาที นี่เป็นแนวคิดที่สำคัญมาก หากเรามองดูนาฬิกาอย่างใกล้ชิด

เราจะพบว่านาฬิกาไม่ได้วัดสิ่งที่เราคิดจริงๆ นาฬิกาบันทึกช่วงเวลาระหว่าง 2 เหตุการณ์เชิงพื้นที่ ช่วงเวลานี้ อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระบบพิกัดใดของนาฬิกา เช่น กรอบอ้างอิงใด หากความเร็วของแสงคงที่ มีค่าที่วัดได้เท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงกรอบอ้างอิง เวลาจะไม่ใช่เพียงเครื่องมือในการวัดการเคลื่อนที่ของอวกาศอีกต่อไป เป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการกำหนด และการมีอยู่ของเหตุการณ์ โปรดจำไว้ว่าก่อนหน้านี้ เหตุการณ์ใดๆ เป็นเหตุการณ์ของอวกาศและเวลา

นานาสาระ: การจาม การอธิบายและให้ความรู้เกี่ยวกับอาการจามของคนเกิดจากอะไร