प्रकाश की गति पर समय धीमा क्यों हो जाता है?

 समय के फैलाव बताते हैं कि दो काम करने वाली घड़ियां अलग-अलग त्वरण के बाद अलग-अलग समय की रिपोर्ट क्यों करेंगी। उदाहरण के लिए, आईएसएस के समय में धीमी गति से चला जाता है, हर 12 पृथ्वी महीनों के लिए लगभग 0.01 सेकंड पीछे रह जाता है। जीपीएस उपग्रहों को काम करने के लिए, उन्हें पृथ्वी पर सिस्टम के साथ ठीक से समन्वय करने के लिए स्पेसटाइम के समान झुकने के लिए समायोजित करना होगा। [१]

समय का फैलाव दो घड़ियों द्वारा मापे गए बीते हुए समय में अंतर है, या तो एक दूसरे के सापेक्ष वेग होने के कारण, या उनके स्थानों के बीच एक गुरुत्वाकर्षण संभावित अंतर होने के कारण। एक पर्यवेक्षक और एक चलती हुई घड़ी (यानी डॉपलर प्रभाव) के बीच बदलती दूरी के कारण अलग-अलग सिग्नल देरी की भरपाई करने के बाद, पर्यवेक्षक चलती घड़ी को एक घड़ी की तुलना में धीमी गति से मापेगा, जो पर्यवेक्षक के स्वयं के संदर्भ फ्रेम में आराम से है। एक घड़ी जो एक विशाल शरीर के करीब है (और जो कि निम्न गुरुत्वाकर्षण क्षमता पर है) उक्त विशाल शरीर (और जो एक उच्च गुरुत्वाकर्षण क्षमता पर है) से आगे स्थित घड़ी की तुलना में कम बीता हुआ समय रिकॉर्ड करेगा।

सापेक्षता के सिद्धांत की इन भविष्यवाणियों की बार-बार प्रयोग द्वारा पुष्टि की गई है, और वे व्यावहारिक चिंता के हैं, उदाहरण के लिए जीपीएस और गैलीलियो जैसे उपग्रह नेविगेशन सिस्टम के संचालन में। [१] समय का फैलाव भी विज्ञान कथा के कामों का विषय रहा है, क्योंकि यह तकनीकी रूप से आगे के समय की यात्रा के लिए साधन प्रदान करता है। [२]

नीले रंग की घड़ी के संदर्भ में स्थानीय फ्रेम से, लाल घड़ी, गति में होने के कारण, इसे धीमा धीमा [9] (अतिरंजित) माना जाता है।

विशेष सापेक्षता इंगित करती है कि, संदर्भ के एक जड़त्वीय फ्रेम में एक पर्यवेक्षक के लिए, एक घड़ी जो उनके सापेक्ष बढ़ रही है, धीमी गति से टिक करने के लिए मापा जाएगा, जो कि संदर्भ के अपने फ्रेम में आराम से है। इस मामले को कभी-कभी विशेष सापेक्षतावादी समय फैलाव कहा जाता है। सापेक्ष वेग जितना तेज़ होता है, एक दूसरे के बीच समय का फैलाव उतना ही अधिक होता है, जबकि समय की दर शून्य तक पहुँचती है क्योंकि एक प्रकाश की गति (299,792,458 m / s) तक पहुँच जाती है। यह द्रव्यमान रहित कणों का कारण बनता है जो समय बीतने के साथ प्रकाश की गति से अप्रभावित रहते हैं।

सैद्धांतिक रूप से, समय का फैलाव एक तेज गति वाले वाहन में यात्रियों को अपने समय की छोटी अवधि में भविष्य में आगे बढ़ने के लिए संभव बनाता है। पर्याप्त रूप से उच्च गति के लिए, प्रभाव नाटकीय है। उदाहरण के लिए, एक वर्ष की यात्रा पृथ्वी पर दस वर्ष के अनुरूप हो सकती है। वास्तव में, एक निरंतर 1 जी त्वरण मानव को पूरे मानव जीवन में एक ज्ञात ब्रह्मांड के माध्यम से यात्रा करने की अनुमति देगा। [१०]

वर्तमान प्रौद्योगिकी के साथ, अंतरिक्ष यात्रा के वेग को गंभीर रूप से सीमित कर दिया गया है, हालांकि, अभ्यास में अनुभव किए गए मतभेद माइनसक्यूल हैं: अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) पर 6 महीने के बाद, लगभग 7,700 मीटर / सेकंड की गति से पृथ्वी की परिक्रमा करना, एक अंतरिक्ष यात्री की आयु होगी पृथ्वी पर उन लोगों की तुलना में लगभग 0.005 सेकंड कम है। [११] कॉस्मोनॉट्स सर्गेई क्रिकेलेव और सर्गेई अवदेयेव दोनों ने पृथ्वी पर गुजरे समय की तुलना में लगभग 20 मिलीसेकंड के समय के फैलाव का अनुभव किया। [१२] [१३]

वेग समय फैलाव के सरल इंजेक्शन

वाम: पर्यवेक्षक, A पर आने वाले प्रकाश संकेत पीढ़ी के सह-स्थानीय घटनाओं और A पर आगमन के बीच आराम के उपायों के समय 2L / c को मापता है।

अधिकार: सेटअप के बाईं ओर जाने वाले प्रेक्षक के अनुसार घटनाएँ: नीचे दर्पण A जब संकेत समय t '= 0 पर उत्पन्न होता है, शीर्ष दर्पण B जब संकेत समय t' = D / c, नीचे दर्पण पर परिलक्षित होता है, जब संकेत मिलता है समय पर रिटर्न t '= 2D / c

विशेष सापेक्षतावाद के दूसरे सूत्रीकरण द्वारा निर्धारित सभी संदर्भ फ़्रेमों में प्रकाश की गति के देखे गए निरंतरता से समय के फैलाव का अनुमान लगाया जा सकता है। [१४] [१५] [१६] [१ infer]

प्रकाश की गति की इस कमी का अर्थ है कि, अंतर्ज्ञान के लिए काउंटर, भौतिक वस्तुओं और प्रकाश की गति एडिटिव नहीं हैं। प्रकाश स्रोत की ओर बढ़ने या दूर जाने से प्रकाश की गति को अधिक प्रकट करना संभव नहीं है।

फिर विचार करें, एक साधारण घड़ी जिसमें दो दर्पण A और B शामिल हैं, जिसके बीच एक हल्की नाड़ी उछल रही है। दर्पणों का पृथक्करण L होता है और घड़ी हर बार एक बार टिक जाती है जब प्रकाश नाड़ी दर्पणों से टकराती है।

जिस फ्रेम में घड़ी आराम से होती है (बाईं ओर आरेख), प्रकाश नाड़ी 2L की लंबाई के रास्ते का पता लगाती है और घड़ी की अवधि 2L प्रकाश की गति से विभाजित होती है:

{# दृश्यशास्त्र \ डेल्टा t = {\ frac {2L} {c}}।} \ Delta t = {\ frac {2L} {c}}।

गति वी के सापेक्ष गतिमान गतिमान घड़ी के विश्राम फ्रेम (दाईं ओर आरेख) पर यात्रा करते हुए प्रकाश नाड़ी के संदर्भ से, प्रकाश नाड़ी को एक लंबे, कोण वाले मार्ग का पता लगाने के रूप में देखा जाता है। सभी जड़त्वीय पर्यवेक्षकों के लिए प्रकाश की गति को स्थिर रखते हुए, इस घड़ी की अवधि को आगे बढ़ने वाले पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से लंबा करने की आवश्यकता होती है। यह कहना है, स्थानीय घड़ी के सापेक्ष एक फ्रेम में, यह घड़ी अधिक धीमी गति से चलती दिखाई देगी। पाइथागोरस प्रमेय का सीधा अनुप्रयोग विशेष सापेक्षता के सुविख्यात पूर्वानुमान की ओर जाता है:

प्रकाश पल्स के लिए इसका पथ ट्रेस करने के लिए कुल समय द्वारा दिया गया है

{# दृश्यशास्त्र \ डेल्टा टी '= = \ _ फ़्रेक {२ डी} {सी}}।} \ डेल्टा टी ’= {\ फ्रैक {२ डी} {सी}}।

आधे रास्ते की लंबाई के रूप में जाना जाता मात्रा के एक समारोह के रूप में गणना की जा सकती है

{{मेरा प्रदर्शन काल D = {\ sqrt {\ left ({\ frac {1} {2}} v \ Delta t '\ right) ^ {2} + L ^ {2}}}।} {\ displaystyle D = {। \ sqrt {\ बाएँ ({\ frac {1} {2}} v \ Delta t '\ right) ^ {2} + L ^ {2}}}}।

इन तीन समीकरणों से चर डी और एल का उन्मूलन होता है

{{का दृश्यशास्त्र \ डेल्टा टी ’= {\ frac {\ Delta t} {\ sqrt {१ - {\ _ frac {v ^ {२}} {c ^ {२}}}}}},} {\ displaystyle / Delta t '= {\ frac {\ Delta t} {\ sqrt {1 - {\ frac {v ^ {2}} {c ^ {2}}}}}},}

जो इस तथ्य को व्यक्त करता है कि घड़ी की चलती पर्यवेक्षक की अवधि {\ displaystyle \ Delta t '} \ Delta t', घड़ी के फ्रेम में {\ displaystyle \ Delta t} \ Delta t की अवधि से अधिक है।

तालमेल संपादित करें

S में एक घड़ी का समय UV, S and में Ux to की तुलना में कम है और S compared में एक घड़ी का UW Ux की तुलना में कम है।

ट्रांसवर्सल समय फैलाव। नीले बिंदु प्रकाश की एक नाड़ी का प्रतिनिधित्व करते हैं। उनके बीच प्रकाश "उछल" के साथ डॉट्स की प्रत्येक जोड़ी एक घड़ी है। घड़ियों के प्रत्येक समूह के लिए, दूसरा समूह अधिक धीरे-धीरे टिकता हुआ दिखाई देता है, क्योंकि चलती हुई घड़ी की प्रकाश नाड़ी को स्थिर घड़ी की प्रकाश नाड़ी से अधिक दूरी तय करनी पड़ती है। ऐसा है, भले ही घड़ियों समान हैं और उनकी सापेक्ष गति पूरी तरह से पारस्परिक है।

संदर्भ के एक निश्चित फ्रेम को देखते हुए, और "स्थिर" पर्यवेक्षक को पहले वर्णित किया जाता है, अगर एक दूसरा पर्यवेक्षक "चलती" घड़ी के साथ, पर्यवेक्षकों में से प्रत्येक को लगता है

ई दूसरे की घड़ी को अपनी स्थानीय घड़ी की तुलना में धीमी दर पर टिक करने के रूप में, इन दोनों के कारण दूसरे को एक ऐसा माना जाता है जो गति के संदर्भ में अपने स्वयं के स्थिर फ्रेम के सापेक्ष होता है।

सामान्य ज्ञान यह तय करता है कि, यदि किसी गतिशील वस्तु के लिए समय बीत चुका है, तो वस्तु बाहरी दुनिया के समय को इसी तरह से देखेगी। प्रतिवाद, विशेष सापेक्षता विपरीत की भविष्यवाणी करती है। जब दो पर्यवेक्षक एक-दूसरे के सापेक्ष गति में होते हैं, तो प्रत्येक पर्यवेक्षक के संदर्भ के फ्रेम के सापेक्ष गति में होने के साथ, एक-दूसरे की घड़ी को धीमा कर देगा।

जबकि यह आत्म-विरोधाभासी लगता है, एक समान विषमता रोजमर्रा की जिंदगी में होती है। यदि दो व्यक्ति A और B एक दूसरे को दूर से देखते हैं, तो B, A से छोटा दिखाई देगा, लेकिन साथ ही A, B से छोटा दिखाई देगा। परिप्रेक्ष्य के प्रभावों से परिचित होने के नाते, इस स्थिति में कोई विरोधाभास या विरोधाभास नहीं है। [18]

घटना की पारस्परिकता भी तथाकथित जुड़वां विरोधाभास की ओर ले जाती है जहां जुड़वा बच्चों की उम्र बढ़ने, एक पृथ्वी पर रहने और दूसरा अंतरिक्ष यात्रा पर निकलता है, की तुलना की जाती है, और जहां पारस्परिकता से पता चलता है कि दोनों व्यक्तियों की एक ही उम्र होनी चाहिए जब वे फिर से मिले। इसके विपरीत, गोल-यात्रा के अंत में, यात्रा करने वाला जुड़वां पृथ्वी पर अपने भाई-बहन से छोटा होगा। विरोधाभास द्वारा उत्पन्न दुविधा, हालांकि, इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि यात्रा जुड़वां को यात्रा के कम से कम तीन चरणों (शुरुआत, दिशा परिवर्तन और अंत) में तेजी से बढ़ना चाहिए, जबकि दूसरा केवल नगण्य त्वरण का अनुभव करेगा, कारण पृथ्वी की परिक्रमा और क्रांति के लिए। अंतरिक्ष यात्रा के त्वरण चरणों के दौरान, समय का फैलाव सममित नहीं होता है।