Zaman Kayması Nedir? Nasıl Kanıtlayabiliriz?

Zaman Kayması (Genişlemesi , Uzaması) Nedir?

Bu makalenin konusu olacak bir çıkarım, zamanın kayması, söz konusu saat üzerindeki zamanın geliştiği koşullara bağlı olarak iki saatin ölçeceği geçen zaman farkıdır.

Einstein‘ın 1905’te geliştirilen özel görelilik teorisi, sabit bir hızda düz bir çizgide hareket eden nesneler için uzay ve zaman arasında bir ilişki kurar. Kısacası, bir cisim ışık hızına yaklaştıkça kütlesinin sonsuzluğa doğru hareket ettiği ve sonuçta ışığın hareket ettiği hızı geçmesini engellediği durumlarda.

Bir nesne göreli hızlara ulaştığında veya başka bir deyişle, istenen etkinin önemli bir şekilde gözlemlenebilmesi için yeterince yüksek hızlara ulaştığında, bir gözlemci ikinci saatin kendi referans çerçevesinden daha yavaş ilerlediğini görür. Bu nedenle, mutlak bir kavram olmaktan çok göreceli bir kavram olduğu için hiçbir zamanın yanlış olduğu söylenemez.

Bununla birlikte, zaman kayması, görelilik teorisi içinde, zamanın bu göreceli uzamasını açıklayan iki farklı neden bulur. Keşfedilecek olan ilki hız zaman genişlemesi ve ikincisi yerçekimsel zaman genişlemesi olarak bilinir.

Zaman Kaymasının Hızı

Saatlerin birbirine göre bir hıza sahip olduğu durumda, sistemlerden birini, üzerine sıfır net kuvvet etki eden eylemsiz bir referans çerçevesi olarak sınırlarsak, herhangi bir saat, başlangıç ​​referans çerçevesinde durandan daha hızlı hareket eder. , referans saatten daha yavaş çalıştığı görülecektir. Hız aralığı büyüdükçe ve büyüdükçe, her iki sistem arasındaki zaman genişlemesi de artar.

Neredeyse, bir nesnenin hızı ışık hızına yaklaştıkça, zaman hızı sıfıra yaklaşır. Bununla birlikte, kütlesiz parçacıklar ışık hızında hareket ettikçe, kütleleri tanım gereği etkilenmemiş ve boş kalır; bunun anlamı, zamanın geçişinden etkilenmemeleridir.

Zaman Genişlemesinin Hızının Deneysel Doğrulaması

Bu spekülasyonları doğrulamak için, fizikçiler göreceli hızda hareket eden iki saati karşılaştıran bir deney yapacaklardı: biri sabit, diğeri sabit hızda hareket ediyor. Ancak, mevcut bilimsel kapasitelerimiz dahilinde nispeten kolay bir şekilde hızlandırılabilecek bir referans mekanizması olan bir ‘saat’ yaratmaları gerekiyordu.

Bu, Almanya’daki GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezi‘ndeki dairesel bir parçacık hızlandırıcı olan Deneysel Depolama Halkası kullanılarak gerçekleştirildi . Saatin tik takını, lityum iyonları içindeki farklı enerji seviyeleri arasındaki elektron geçişleri olarak ayarlarlar. Bazılarını dinlendirirken, ışık hızının bir kısmını üçte bir oranında hızlandırdılar. Bu geçişlerin sıklığının, iyonun hızına, kendi iç saatine, kendi göreceli zaman algısına göre değiştiği görüldü.

Bu deney ilk değildi, ancak bugüne kadar laboratuvarda gerçekleştirilen en hassas deneylerden biridir. Ancak GPS uyduları sayesinde artık zaman uzaması pratikte de kanıtlanmıştır.

Günümüz teknolojisi, hız zaman genişlemesi açısından deneyimleyebildiklerimiz açısından bizi ciddi şekilde kısıtlıyor. Bununla birlikte, ISS’ye yeterince uzun süre giren astronotlar hala çok küçük ama ölçülebilir zaman genişlemesine maruz kalıyorlar. Saniyede 7700 metreye varan hızlarda seyahat ederken, bir yılı yukarıda geçiren her insan, Dünya’da kalacak olan ortalama insandan 0.01 saniye daha genç olacaktır.

Yerçekimi Zaman Kayması

İki saat şimdi yerçekimi potansiyelindeki bir farkla ayrılmış iki konuma yerleştirilirse, aynı olay meydana gelecektir. Geçen sürenin farkı, farklı kütlelerin yerçekimi yapan cisimlerinin yanında bulunan iki gözlemci veya sistemden veya tek bir kütleçekim kütlesinden basitçe eşit olmayan mesafelerden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, büyük bir cisme (daha düşük yerçekimi potansiyeli) daha yakın konumlandırılmış bir saat, daha uzakta bulunan bir saatten (daha büyük yerçekimi potansiyeli) daha yavaş çalışacaktır.

Hız Zaman Kayması’nın Deneysel Doğrulaması

Yerçekimsel zaman genişlemesinin spekülasyonları, iki atom saati (elektron geçiş frekansına dayalı son derece hassas bir zaman tutma cihazı) arasında irtifa ve dolayısıyla yerçekimi potansiyeli arasında basit bir fark oluşturarak doğrulanmıştır. Bu prosedürün sonucu, beklendiği gibi, geçen sürede küçük bir fark oldu. Bununla birlikte, deneyler Dünya’ya bağlı olduğunda sonuçlar önemsiz kalır, çünkü daha büyük tutarsızlıkları gözlemlemek için çok daha büyük mesafeler gerekir.

Bu, özel görelilik varsayımıyla birleştiğinde kara deliklerdeki zaman kavramını açıklar. Belirtildiği gibi, bir nesne tekillikte teorik olarak sonsuz kütleli kara deliğe yaklaştıkça, yerçekimi daha da güçlenir. Bu nedenle, tekillikte zamanın bozulması, tekillikte yerçekimi potansiyelinin neredeyse sıfır olacağı gerçeğiyle açıklanır. Bununla birlikte, olay ufkunun ötesinde meydana gelen fenomenler, herhangi bir dış gözlemci tarafından algılanamadığından, bu tahminler teorik kalır.