مهروماه

در بحث مربوط به نسبیت خاص انیشتین به پدیده تأخیر زمانی اشاره شد. در این قسمت می خواهیم با این خاصیت بیش تر آشنا شویم.

حال باریکه ای از نور را مانند آن چه در شکل زیر نشان داده شده و ناظری در بیرون یا درون سفینه در نظر بگیرید:

نور با همان سرعت c در هر چارچوبی مشاهده می شود. ناظر داخل سفینه و ناظر ساکن بیرون سفینه، ساعت های یکسانی دارند؛ اما فاصله زمانی متفاوتی برای این اتفاق اندازه می گیرند.

برای فهم بهتر مطلب به این انیمیشن دقت کنید:

یک ساعت نوری خیالی را مانند تصویرروبرو در نظر بگیرید. این ساعت با نوری که بین دو آینه منعکس می شود، کار می کند.

زمان بین تیک و تاک این ساعت (که همان زمان بین انعکاس نور از دو آینه است) با اندازه گیری یک ساعت ثابت خواهد بود:

حال اگر همان ساعت نوری با سرعت v حرکت کند:

زمان بین تیک و تاک ساعت نوری با اندازه گیری مسافت طی شده پالس نوری قرمز تقسیم بر c به دست می آید:

اگر طرفین را به توان دو برسانیم و جملات شامل t را به یک سمت بیاوریم، خواهیم داشت:

گذشت زمان برای ناظر ساکن، زمانی که نور مسافت زیادی را طی می کند، طولانی تر از ناظر متحرک است. انگار ساعت ساکن در مقایسه با ساعت متحرک، سریع تر تیک و تاک می کند!

یک مثال دیگر:

ساعت های آبی و قرمز مشابهی را در شکل زیر می بینید. تا وقتی این دو ساعت نسبت به هم ساکن هستند، تیک – تاک های مشابهی را ثبت خواهند کرد.

اما وقتی ساعت آبی با سرعت v نسبت به ساعت قرمز در جهت عمود بر مسیر آینه (که با رنگ سبز نشان داده شده) حرکت می کند، در ساعت قرمز اگر چه فاصله بین ساعت آبی و آینه همچنان مثل فبل ثابت می ماند، اما نور مسافت طولانی تری طی می کند؛ از آن جایی که سرعت نور ثابت است، ساعت قرمز زمان طولانی تری برای ساعت آبی و تیک – تاک آن ثبت می کند.

ولی ساعت آبی به همان صورت قبل کار خواهد کرد.

معمای دوقلوها: یک تناقض واضح!

آیا فکر نمی کنید گذشت زمان برای دو برادر دوقلو که یکی با سفینه به فضا می رود و دیگری روی زمین می ماند، متفاوت باشد؟

دوقلویی که به فضا می رود، فکر می کند زمان با سرعت می گذرد؟ به نظر شما وقتی به زمین بازگشت، کدام یک پیرتر می شود؟

با استفاده از مطلبی که در بالا به آن اشاره شد، نباید در پاسخ دادن به این سؤال دچار ابهام شوید!

به دلیل این که چارچوب دوقلویی که به فضا رفته، ساکن نیست، زمان برای او سریع تر خواهد بود و وقتی برگشت، برادر خود را پیرتر از خود خواهد دید!

اگر داخل محفظه ای باشید که با سرعت بالا می چرخد و بعد از آن بیرون بیایید، می بینید که دوقلوی شما که بیرون محفظه نشسته بود، بیش تر از شما سن دارد!

یک ذره بنیادی (مانند نوترون، میون) که تجزیه می شود، زمانی که با سرعت بالا در شتاب دهنده حرکت می کند، عمر طولانی تری دارد (یعنی نسبت به ذره ای که با سرعت کم حرکت می کند یا ساکن است، دیرتر تجزیه می شود).

نوری از مرکز کهکشان راه شیری در زمان 25,000 سال به منظومه شمسی می رسد، اما فردی که با سرعت نور حرکت می کند، همان زمان را صفر ثانیه اندازه می گیرد!

وقتی با سرعت 500 کیلومتر در ساعت، سفر رفت و برگشتی به ژاپن داشته باشید، قطعا با سرعت کم تری عمرتان می گذرد؛ اما افسوس که مدت خیلی کمی است! برای 20 ساعت سفر رفت و برگشت، مدت: 

ثانیه کم تر پیر می شوید!!!!