Scientia

Suntem obişnuiţi să gândim că timpul este absolut şi universal, aşa că este tulburător să aflăm că de fapt acesta "curge" în feluri diferite pentru observatori din sisteme de referinţă diferite. Dacă nu sunteţi încă lămuriţi asupra subiectului deformării timpului şi a spaţiului din seria video dedicată relativităţii, citiţi acest articol.

Observaţi situaţia din figura de mai jos. Într-o navetă spaţială există un tub cu oglinzi la capete. Dacă emitem un fascicul de lumină în partea de jos a tubului, acesta se va reflecta înainte şi înapoi între extremităţile tubului. Acest mecanism poate fi folosit ca un ceas; prin numărarea mişcărilor jos-sus-jos a fasciculului de lumină avem o indicaţie clară asupra timpului trecut (Acest mecanism poate să nu pară foarte practic, dar un ceas atomic funcţionează în esenţă după acest principiu. Citiţi mai multe aici).

Imaginaţi-vă că naveta spaţială se deplasează cu o viteză foarte mare faţă de Pământ. Mişcarea este relativă, aşa că pentru o persoană care se află în naveta spaţială nimic neobişnuit nu se întâmplă cu ceasul (figura 1); de asemenea, pentru o persoană care se joacă în interiorul navetei cu o minge, aruncând-o în sus şi prinzând-o, mişcarea mingii este cea aşteptată, sus-jos, neinfluenţată de mişcarea navetei. Dar pentru un observator din sistemul de referinţă al Pământului (care stă pe o bancă şi observă ce se întâmplă pe naveta spaţială), fasciculul de lumină va apărea ca având o traiectorie în zig-zag prin spaţiu (figura 2), mărind astfel distanţa pe care lumina trebuie să o parcurgă (comparaţi distanţa între cele două figuri, care reprezintă perspectivele călătorului din navetă (1) şi a observatorului de pe Pământ (2)).

Dacă nu am crede în principiul relativităţii, am putea să afirmăm că lumina se mişcă mai repede, conform observatorului de pe Pământ. Într-adevăr, acest lucru ar fi corect dacă vitezele ar fi mult mai mici decât cea a luminii şi dacă în locul fasciculului de lumină ar fi o minge de ping-pong. Dar conform principiului relativităţii viteza luminii trebuie să fie aceeaşi în toate sistemele de referinţă.  În felul acesta suntem forţaţi să concluzionăm că timpul este deformat şi că ceasul nostru funcţionează mai încet pentru observatorul de pe Pământ, decât al călătorului din naveta spaţială. În genere, un ceas va părea că funcţionează mai rapid pentru observatorul care este în aceeaşi stare de mişcare cu ceasul şi va apărea că funcţionează mai încet pentru observatorul care se deplasează relativ la ceas.

Putem calcula cu uşurinţă valoarea deformării timpului, folosind formula de mai jos, unde gama este simbolul ce desemnează deformarea timpului.

Noi suntem obişnuiţi să gândim că timpul este absolut şi universal, aşa că este tulburător să aflăm că de fapt acesta "curge" în feluri diferite pentru observatori din sisteme de referinţă diferite. Observaţi figura de mai jos pentru a înţelege mai bine care este relaţia dintre vitezele foarte mari (apropiate de viteza luminii) şi deformarea timpului: cu cât viteza relativă se apropie de viteza luminii, cu atât gama, valoarea deformării, este mai mare. În viaţa de zi cu zi nu experimentăm niciodată viteze mari care să se apropie de viteza luminii; prin urmare efectele relativiste asupra timpului sunt extrem de mici. Legile lui Newton au fost testate prin experimente la vitezele mici cu care ne întâlnim în mod obişnuit şi s-au dovedit precise. Prin urmare o nouă teorie, ca relativitatea, trebuie să se pună de acord cu teoria veche. Această cerinţă de compatibilitate dintre noua şi veche teorie poartă numele de principiul corespondenţei.

DEFORMAREA SPAŢIULUI

Viteza luminii este aceeaşi în toate sistemele de referinţă şi viteza este distanţa împărţită la timp. Nu putem modifica timpul fără a modifica spaţiul, pentru că viteza nu ar mai avea valoarea corectă. Dacă timpul este deformat cu o valoare gama, atunci distanţele trebuie să fie deformate în aceeaşi proporţie. Un obiect în mişcare va apărea mai lung unui observator care este în repaus relativ la acesta şi va apărea mai scurt, în direcţia de mişcare a acestuia, pentru un alt observator din alt sistem de referinţă.

Puteţi citi AICI un articol dedicat relativităţii speciale şi generale pe site-ul partener ŞtiintaAzi.ro.

Citiţi toate articole din această serie AICI.

Articolul de mai sus este parte din cartea Conceptual Physics (rev. 27.12.2009) scrisă de Benjamin Crowell şi aflată sub licenţa Creative Commons.