Scientia

Una dintre particulele exotice ce iau naştere la coliziunea dintre razele cosmice şi moleculele din atmosfera terestră este miuonul. Acesta i-a ajutat pe fizicieni să găsească o dovadă a fenomenului dilatării timpului. Recent s-a demonstrat faptul că dilatarea timpului există la scară macroscopică, studiind stelele.

Miuonii proveniţi din razele cosmice şi relativitatea

Un experiment clasic cu ajutorul căruia este confirmat experimental efectul de dilatare a timpului face uz de razele cosmice. Razele cosmice constau din protoni şi alte nuclee atomice provenite din spaţiul cosmic. Atunci când o rază cosmică se deplasează spre suprafaţa planetei noastre, în primă instanţă aceasta întâlneşte materie sub forma moleculelor de aer din atmosfera superioară a Pământului. Se produce o coliziune în urma căreia iau naştere o serie de particule (de mare energie, deci care, asemenea razelor cosmice, se deplasează cu viteze relativiste - n.n.) care îşi continuă deplasarea spre suprafaţa terestră şi care pot fi deseori detectate la nivelul solului.

Una dintre cele mai exotice particule astfel produse este miuonul, care este radioactiv, cu o durată medie de viaţă de 2,2 microsecunde, timp după care se transformă într-un electron şi 2 neutrini. Astfel că un miuon poate fi folosit pe post de pseudo-ceas, unul care funcţionează însă oarecum aleatoriu şi doar până la momentul descompunerii în alte particule. Imaginile k şi l ilustrează rata medie de descompunere a unei mostre de miuoni, prima în cazul miuonilor creaţi în repaus şi cea de-a doua corespunzătoare cazului miuonilor creaţi în atmosfera superioară (şi care se deplasează cu viteze relativiste de ordinul 0,995c - n.n.). S-a constatat pe cale experimentală că al doilea grafic relevă un procentaj de miuoni rămaşi nedescompuşi de 10 ori mai mare decât în cazul primului grafic, în concordanţă cu predicţiile matematice ale teoriei relativităţii.

Din moment ce durata călătoriei unui miuon prin atmosferă este de câteva microsecunde, rezultatul manifestării efectului de dilatare a timpului este mărirea numărului de miuoni care ajung şi sunt detectaţi la suprafaţa pământului.

Dilatarea timpului pentru obiecte de dimensiuni macroscopice şi cosmice

Lumea noastră nu este, din fericire, populată cu obiecte care să se deplaseze cu viteze semnificative prin comparaţie cu viteza luminii. Din această cauză a durat mai bine de 80 de ani de la publicarea teoriilor lui Einstein până când cineva a putut oferi un exemplu concludent de dilatare a timpului într-un cadru macroscopic, care să nu presupună detectarea razelor cosmice ori al particulelor exotice produse în cadrul acceleratoarelor de particule.

Însă, recent, astronomii au descoperit dovezi irefutabile că stelele însele se supun fenomenului de dilatare a timpului. Ulterior Big Bang-ului, Universul s-a aflat şi se află încă într-o stare de expansiune accelerată, una dintre caracteristicile definitorii ale sale fiind că orice zonă a spaţiului cosmic se depărtează de orice altă regiune a acestuia. Trebuia doar localizat un proces astronomic cu durată standard şi ulterior observat cât durează un asemenea proces într-o zonă a Universului care se depărtează foarte rapid de zona în care se află sistemul nostru solar. Un asemenea proces este reprezentat de supernovele de tip Ia, iar tehnologiile disponibile în prezent permit astronomilor să le detecteze chiar şi când aceste explozii stelare au loc la depărtări foarte mari de Terra. Graficul m confirmă manifestarea efectului de dilatare a timpului în cazul creşterii luminozităţii, respectiv "stingerii" a două supernove aflate în regiuni ale spaţiului care se depărtează de zona sistemului nostru solar cu viteze relativiste.

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.