204 obserwujących
951 notek
2046k odsłon
  2432   0

Dylatacja czasu we współczesnym eksperymencie

Teoria względności w dalszym ciągu jest kontestowana,zarówno szczególna (Special Relativity- SR), jak i ogólna (General Relativity-GR).Jednak , jak dowcipnie zauważyła Sabine Hossenfelder,nawet gdyby dowolnie powtarzany eksperyment obalający dowolne twierdzenie SR lub GR miał miejsce w światowej fizyce,to i tak nikt by w to nie uwierzył.

Jest to skutek nierozjaśnionej tajemnicy narodzin teorii względności , oraz jej obecności w kulturze przez 110 lat.Zawodowi fizycy stosują SR na codzień, natomiast miłośnicy fizyki -niespełnieni zawodowo za sprawą przeciwności losu- kontestują ją uporczywie.

Nie znaczy to wcale ,że ci wygrani zawodowo fizycy dogmatyzują,lub sakralizują teorię względności i nie poddają jej szczegółowych twierdzeń weryfikacji eksperymentalnej. Dynamika i postęp w tej dziedzinie zależą od postępu w technologii produkcji aparatury pomiarowej , czyli dokładniej pisząc : od wzrostu dokładności pomiarów czasu.

Przypomnę w tym miejscu czytelnikowi ,że szczegółowa teoria względności (SR) opiera się na fundamentalnym założeniu /aksjomacie o niezmienniczości prędkosci światła względem każdego, dowolnego inercjalnego układu odniesienia [1].

Założenie to,często zwane niezmienniczością Lorentza [albo symetrią Lorentza] może brzmieć tak:

we wszystkich układach inercjalnych , szybkość światła (w próżni) ma tę samą wartość[1].

 c = constans

( względem każdego układu inercjalnego)

Gdyby doświadczenie wykazało,że powyższe jest nieprawdą ,wówczas transformacje Lorentza wyznaczajace współrzędne dowolnego punktu ze stanowiska dowolnych obserwatorów związanych z różnymi układami inercjalnymi byłyby nieprawdziwe,łączenie ze wszystkimi tego konsekwencjami jak np. dylatacją sekundy,skróceniem Fitzgeralda- Lorentza,relatywistycznym pędem, relatywistycznym prawem składania prędkości ...itd,czyli całość struktury formalnej szczególnej teorii względności stałaby się nieprzydatna do opisu przyrody.

Transformacje Lorentza (przekształcenia Lorentza) są to – przekształcenia liniowe przestrzeni Minkowskiego umożliwiające obliczenie wielkości fizycznych w poruszającym się układzie odniesienia, jeśli wielkości te znane są w danym układzie.

Niezmiennikami [inwariantami]przekształceń Lorentza są wielkości fizyczne ,które w matematyce reprezentowane są jako 4-wektory,czyli są wektorami o czterech składowych.

Przykłady: 4-wektor położenia punktu materialnego w czasoprzestrzeni , 4-wektor prędkości,4-wektor przyspieszenia,4-wektor siły , 4-wektor energii-pędu, tensory pola elektrycznego i magnetycznego, itd.

Każda ze składowych dowolnego 4-wektora jest relatywistycznie współzmiennicza[nie jest inwariantem transformacji Lorentza] ,np. składowe 4-wektora położenia [x,y,z,t] dla różnych obserwatorów związanych z różnymi układami inercjalnymi [primowanym i nieprimowanym]są różne.Przy ruchu wzdłuż osi OX mają postać :


x(1) = gamma*(x0-v*t)

y(1) = y0

z(1) = z0

t(1) = gamma*(t0-v*x/c2)


gdzie gamma = 1/[1-(v/c)2]1/2


Jednak większość eksperymentów przeprowadzonych w ostatnim półwieczu nie weryfikuje niezmienniczosci Lorentza bezpośrednio, lecz wnioski formalnie z niej wynikające,np.dylatację czasu.

Jeśli eksperymentalnie wykażemy ,że formuła dylatacji czasu jest fałszywa, to tym samym niezmienniczosć Lorentza nie może  być  załozeniem prawdziwym.

Czas trwania jakiegoś zjawiska[ czyli jedna ze składowych 4-wektora położenia ciała], mierzony przez obserwatorów w różnych układach odniesienia inercjalnych - jest różny.

Jeżeli obserwator związany z początkiem układu U(0) zmierzył ten czas jako t(0), to obserwator U(1) [poruszający się z prędkością v względem U(o)] uzyska inny wynik, a mianowicie t(1).Zachodzi związek:


t(1)= gamma*t(0)

gdzie gamma= 1/[1-(v/c)2]1/2

Właśnie ukazał się raport [4] z niezwykłego eksperymentu według bardzo wyrafinowanego pomysłu i bardzo wyrafinowanej aparatury.Eksperyment przeprowadziły trzy współpracujące ze sobą zespoły międzynarodowe:

National Physical Laboratory[NPL] w Teddington(UK).

Sytèmes de Référence Temps Espace(SYRTE)- należące do Paryskiego Obserwatorium (Francja)

Physikalisch-Technische Bundesanstalt ( PTB) wBrunszwiku (Niemcy).

Przez dwie ostatnie dekady, porównywanie zegarów atomowych na pokładzie satelitów GPS oraz tych na Ziemi, pozwoliło przetestować efekt dylatacji czasu z wynikiem pozytywnym,ale w granicach błędu zależnego od klasy dokładności użytych chronometrów.

Wszelkie odchylenia od formuły dylatacji czasu były bardzo subtelne, trudno mierzalne,potrzeba było więc bardziej precyzyjnych zegarów.

Większość zegarów atomowych ,użytych w eksperymentach w systemie satelitarnym GPS, pracuje na zasadzie stałej częstotliwości emitowanego promieniowania mikrofalowego, gdy elektrony w atomach cezu-133 przeskakują z wyższych poziomów energetycznych na niższe.

Lubię to! Skomentuj107 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie