Tiden i relativitetsteorien – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Tiden i relativitetste...

08. december 2012

Tiden i relativitetsteorien

Hej Spørg om Fysik
Mit spørgsmål vedrører lysets hastighed under forskellige omstændigheder. I hurtige rumskibe og overlydsfly går tiden langsommere, og der sker en rejse frem i tiden. Hvis denne hastighed tænkes placeret i en ring med en diameter på f.eks 1 kilometer, ville der da også ske en rejse frem i tiden?

Og hvis et objekt som f.eks en snurretop tænkes at accelerere til lysets hastighed, ville der så ske en rejse frem i tiden? Eller ville det tidspunkt dens atomer repræsenterer, rykkes frem i tiden ligesom på et rumskib i verdensrummet?

Med venlig hilsen
R.J

Først må vi lige genopfriske, hvad det er der sker med tiden, når to iagttagere bevæger sig indbyrdes.

Tvillinger mødes efter tur med relativistiske hastigheder

Lad os betragte de to tvillinger Anna og Berit. Hvis Anna bevæger sig med en konstant meget høj hastighed i forhold til Berit (og Berit dermed bevæger sig med en konstant meget høj hastighed i forhold til Anna), så vil Anna se, at Berits ur går langsomt. Og tilsvarende vil Berit se, at Annas ur går langsomt. De to tvillinger er her fuldstændigt ækvivalente, og begge vil se den anden ældes langsommere end dem selv. Effekten går (selvfølgelig) begge veje.

Men tænker vi os nu, at Anna bliver her på Jorden, mens Berit rejser op til en fjern stjerne og derfra tilbage igen, så vil Anna under hele Berits rejse se Berits ur gå langsomt. (Situationen set fra Berits synspunkt er lidt mere kompliceret, og vil ikke blive diskuteret her) Berit vil dermed være yngre end Anna ved genforeningen. Rejser Berit langt nok væk med tilstrækkelig høj hastighed, vil Anna faktisk kunne være ældedes så meget, at det ikke er hende møder ved hjemkomsten, men måske hendes børnebørn eller hendes børnebørns børnebørn. Så ja, Berit er rejst ud i fremtiden. Det burde måske her påpeges, at Berit ikke selv føler hun har levet længere end normalt. Blot er alle hendes venner tilbage på jorden ældedes meget hurtigere end hende selv.

Dette eksperiment lader sig næppe udføre i virkeligheden. Men faktisk hver søndag morgen, hvis man cykler ned til bageren efter morgenbrød, mens familien bliver hjemme, så er man faktisk ældedes cirka én milliarddel af et sekund mindre end familien når man kommer hjem. Desværre ikke målbart.

Del af lagerring

Derimod kender vi effekten fra subatomate partikler; f.eks. såkaldte muoner. I ét eksperiment lader man meget hurtige muoner bevæge sig i en cirkelformet "lagerring" med en radius på 7 m. Muoner har en levetid på 2,2 milliontedele af et sekund og ville uden relativistiske effekter kun kunne bevæge sig 15 gange rundt i ringen i løbet af levetiden. Men på grund af den relativistiske tidsforlængelse lever de i dette eksempel 30 gange længere målt på laboratorieuret: Det observeres, at de bevæger sig 30*15=450 gange rundt i ringen i løbet af dets levetid. Målt på laboratorieuret lever disse muoner længere, og bevæger sig dermed på samme måde som Berit ud i fremtiden.

For en god ordens skyld bør det lige siges, at har man først bevæget sig ud i fremtiden, så findes der ingen måde at komme tilbage på.

Med venlig hilsen
Mogens Dam