Teoria sformułowana przez Alberta Einsteina w 1905 roku wykazała, że czas trwania zjawisk zależy od prędkości i grawitacji. Powody, dla których systemy nawigacyjne muszą być stale dostosowywane
Dylatacja czasu pokazuje, że czas płynie inaczej w zależności od prędkości i położenia
Podróżujący z prędkością zbliżoną do prędkości światła doświadcza czasu inaczej niż osoby pozostające w spoczynku: dla niego minuty i godziny mijają wolniej. Zjawisko to, zwane rozszerzaniem czasu, jest jedną z najbardziej zaskakujących przewidywań szczególnejteorii względności, opracowanej przez Alberta Einsteina w 1905 roku.
Choć może się to wydawać science fiction, dylatacja czasu została potwierdzona i ma wpływ na technologie codziennego użytku, jak wyjaśnia National Geographic. Szczególna teoria względności głosi, że czas nie jest wielkością absolutną. Podczas gdy w życiu codziennym sekunda wydaje się taka sama dla wszystkich, współczesna fizyka dowodzi, że czas zależy od prędkości obiektu i jego położenia.
Przestrzeń i czas tworzą jedną strukturę, czasoprzestrzeń, której zachowanie zmienia się, gdy obiekty osiągają ekstremalne prędkości. Tak więc prędkość światła — około 300 000 kilometrów na sekundę — pozostaje zawsze stała dla każdego obserwatora, co wymaga dostosowania przestrzeni i czasu, aby było to możliwe.
Przykład zsynchronizowanych zegarów: praktyczny dowód
Szczególna teoria względności Einsteina głosi, że czas nie jest absolutny i zależy od ruchu i położenia w przestrzeni
Aby wyjaśnić tę koncepcję, National Geographic proponuje następujący eksperyment myślowy: dwa identyczne i zsynchronizowane zegary atomowe, jeden na Ziemi, a drugi na pokładzie statku kosmicznego poruszającego się z dużą prędkością.
Po powrocie zegar, który podróżował, wskaże mniej czasu niż ten, który pozostał na Ziemi. Dla podróżnika wszystko wydaje się normalne i nie dostrzega on tego „opóźnienia”, ale po porównaniu obu zegarów pojawia się różnica: czas płynął wolniej dla osoby, która podróżowała z dużą prędkością.
Przyczyna tego zjawiska leży w naturze czasoprzestrzeni. Kiedy obiekt porusza się z bardzo dużą prędkością, przestrzeń i czas przeplatają się i zmieniają, aby zachować stałą prędkość światła. W codziennym życiu różnice te są niezauważalne, ponieważ nasze prędkości są znikome w porównaniu z prędkością światła, ale dylatacja czasu jest rzeczywista i mierzalna.
Zjawisko to zostało potwierdzone w 1971 roku. Fizycy Joseph Hafele i Richard Keating przeprowadzili słynny eksperyment: zabrali zegary atomowe na pokład samolotów, które okrążyły planetę, a następnie porównali je z identycznymi zegarami na ziemi.
Wyniki były zgodne z przewidywaniami Einsteina: zegary w ruchu odnotowały opóźnienie w stosunku do zegarów pozostających w spoczynku.
Technologia i fizyka cząstek elementarnych: rzeczywiste zastosowania
Obecnie dylatacja czasu nie jest tylko koncepcją teoretyczną lub laboratoryjną; ma ona fundamentalne znaczenie dla podstawowych technologii, takich jak system pozycjonowania globalnego (GPS). Satelity GPS krążą wokół Ziemi z dużą prędkością i w obszarach o mniejszej grawitacji.
Dylatacja czasu ma kluczowe znaczenie dla dokładności systemów GPS, które dostosowują swoje zegary, aby uniknąć błędów lokalizacji.
Oba te czynniki wpływają na działanie zegarów atomowych. Gdyby inżynierowie nie korygowali tych różnic, błędy w lokalizacji mogłyby wynieść kilka kilometrów w ciągu kilku minut.
Dlatego zegary satelitów są stale regulowane, aby skompensować skutki rozszerzalności czasowej i zapewnić dokładność systemu.
Zjawisko to ma również znaczenie w fizyce cząstek elementarnych. W akceleratorach niektóre cząstki subatomowe, które zwykle rozpadają się w ułamkach sekundy, mogą „żyć” znacznie dłużej, gdy poruszają się z prędkością zbliżoną do prędkości światła.
Dla zewnętrznego obserwatora ich istnienie wydłuża się, ponieważ ich wewnętrzny czas płynie wolniej. W ten sposób dylatacja czasu potwierdza, że nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach czas jest względny.
