دانشنامهمفهوم
اتساع زمان Time dilation
اتساع زمان پدیده‌ای در نسبیت است که در آن گذر زمان برای دو ناظر متفاوت، به‌دلیل سرعت نسبی یا تفاوت در میدان گرانشی، با آهنگ‌های متفاوتی اندازه‌گیری میشود.
در فیزیک پیش از اینشتین، زمان برای همهٔ ناظران یکسان و مطلق بود. نسبیت این تصور را کنار گذاشت: ساعتی که نسبت به ناظر حرکت می‌کند کندتر از ساعت خود او می‌تپد، و ساعتی که در گرانش قوی‌تر است نیز کندتر کار می‌کند. به این پدیده اتساع زمان می‌گویند. این اثر نه خطای ساعت، بلکه ویژگی خود زمان است و با آزمایش‌های بی‌شمار تأیید شده است.
اتساع زمان سرعتی چیست؟
بر پایهٔ نسبیت خاص، اگر ساعتی با سرعت v نسبت به ناظری حرکت کند، فاصلهٔ زمانی میان دو تیک آن برای آن ناظر بزرگ‌تر اندازه‌گیری میشود:
در این رابطه $\Delta t_0$ زمان اندازه‌گیری‌شده توسط ساعت متحرک و $c$ سرعت نور است. در سرعت‌های روزمره این اثر بسیار ناچیز است؛ ولی در سرعت‌های نزدیک به نور بزرگ میشود. مثال مشهور آن مئون‌ها هستند؛ ذره‌هایی ناپایدار که در جو بالا ساخته می‌شوند و عمرشان چند میکروثانیه است، اما بهعلت اتساع زمان تا سطح زمین می‌رسند.
اتساع زمان گرانشی
بر پایهٔ نسبیت عام، زمان در نزدیکی جرم‌های بزرگ کندتر می‌گذرد. جزئیات این بخش در مدخل اتساع زمان گرانشی آمده است. هر دو اثر در سامانه‌های ماهواره‌ای ناوبری مانند GPS باید به‌حساب بیایند: ساعتهای ماهواره بهعلت سرعت حدود ۷ میکروثانیه در روز عقب می‌مانند و به‌دلیل گرانش کمتر حدود ۴۵ میکروثانیه در روز جلو می‌افتند. حاصل، حدود ۳۸ میکروثانیه در روز است و بدون تصحیح، خطای موقعیت در یک روز به حدود ۱۰ کیلومتر می‌رسید.
آزمایش‌ها
در سال ۱۹۷۱، آزمایش هافل–کیتینگ ساعتهای اتمی را با هواپیما دور زمین گرداند و اختلاف زمانی پیش‌بینی‌شده را دید. شتاب‌دهنده‌های ذره، ساعتهای نوری و پرتوهای کیهانی نیز همین اثر را بارها تأیید کرده‌اند. «پارادوکس دوقلوها» هم به همین موضوع برمی‌گردد: دوقلویی که با سرعت زیاد سفر کند و برگردد، جوان‌تر از برادرش است، چون مسیر او شتاب داشته است.
پرسش‌های رایج
### اتساع زمان یعنی چه؟
اتساع زمان یعنی دو ناظر با حرکت یا گرانش متفاوت، گذر زمان را با آهنگ‌های متفاوت اندازه می‌گیرند. زمان برای ساعتی که سریع‌تر می‌رود یا در گرانش قوی‌تر است، کندتر می‌گذرد.
### آیا اتساع زمان آزمایش شده است؟
بله، اتساع زمان بارها با ساعتهای اتمی، ذرههای ناپایدار و سامانهٔ GPS آزمایش و تأیید شده است. هیچ آزمایشی تا امروز با آن در تضاد نبوده است.
### آیا می‌توان با اتساع زمان به آینده سفر کرد؟
در اصل بله: مسافری که با سرعت نزدیک نور سفر کند، زمان کمتری را تجربه می‌کند و در بازگشت، زمین زمان بیشتری گذرانده است. اما این سفر یک‌طرفه به آینده است و بازگشت به گذشته ممکن نمی‌کند.
### چرا ساعتهای GPS باید اصلاح شوند؟
ساعتهای ماهوارهٔ GPS بهعلت سرعت و گرانش کمتر، با ساعتهای زمین فرق دارند. اگر این اختلاف حدود ۳۸ میکروثانیه در روز تصحیح نشود، خطای موقعیت سریع زیاد میشود.
فکت علمی
دانستنی‌ها
- ۲۹ دی ۱۴۰۳کندی زمان در سرعت نزدیک به نوراتساع زمان تفاوت زمان سپریشده میان دو ساعت است که یکی از دلیلهایش سرعت نسبی است و از نسبیت خاص میآید؛ آزمایش‌ها بارها آن را تأیید کرده‌اند و در راهبری ماهواره‌ای مثل جیپیاس اهمیت عملی دارد.
- ۱۷ مهر ۱۴۰۳کندی زمان در سرعت زیاددر نسبیت خاص، ساعت مسافری که با سرعتی نزدیک به نور سفر می‌کند کندتر می‌گذرد؛ در «پارادوکس دوقلوها» دوقلوی مسافر که برمی‌گردد، میبیند برادرش که روی زمین مانده پیرتر شده است.
- ۱۴ مرداد ۱۴۰۳اتساع زمان در سفر پرسرعتدر نسبیت خاص، برای مسافری که با سرعتی نزدیک به نور سفر می‌کند زمان کندتر می‌گذرد و پس از بازگشت از دوستان خود کمسنتر است؛ به این پدیده اتساع زمان می‌گویند.
- ۱۸ فروردین ۱۴۰۳اتساع زمانطبق نسبیت خاص، ساعتی که نسبت به ناظر با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند از دید او کندتر می‌تپد. این پیشبینی نسبیت بارها با آزمایش تأیید شده و در ناوبری ماهواره‌ای مثل جیپیاس هم به حساب میآید.
- ۲۷ آذر ۱۴۰۲سفر به آینده با اتساع زماننسبیت خاص میگوید ساعتِ جسمی که با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کند، از دید ناظر دیگر کندتر می‌تپد. این پیشبینی نسبیت بارها با آزمایش تأیید شده و در سامانه‌های ماهواره‌ای مثل جیپیاس هم به کار میآید.
- ۷ آذر ۱۴۰۲اتساع زمان گرانشی و GPSنسبیت عام پیشبینی می‌کند زمان در میدان گرانش قوی‌تر کندتر می‌گذرد؛ پس ساعت بالای کوه اندکی تندتر از ساعت سطح دریا می‌تپد. ساعتهای اتمی دقیق این را تأیید کرده‌اند و سامانهٔ GPS برای دقت خود آن را به حساب میآورد.
- ۱۷ آبان ۱۴۰۲زمان در سرعت‌های بالاطبق نسبیت خاص، هرچه سرعت جسمی به سرعت نور نزدیکتر شود، زمان برای آن کندتر می‌گذرد. به این ترتیب سفر به آینده در اصل ممکن است، به شرط آنکه بتوان شتاب را به سرعتی نزدیک نور رساند؛ ولی با فناوری امروز مسافر فقط میتواند چ…
- ۵ آبان ۱۴۰۲اتساع زماناتساع زمان تفاوت زمان سپریشدهای است که دو ساعت نشان میدهند، یا به سبب سرعت نسبی (پیامد نسبیت خاص) یا به سبب اختلاف پتانسیل گرانشی میان جای آنها. در «پارادوکس دوقلوها» دوقلویی که با سرعتی نسبیتی سفر کرده، هنگام بازگش…
- ۱۳ تیر ۱۴۰۲زمان و سرعت حرکتطبق نسبیت خاص، ساعتی که نسبت به ناظر در حرکت است کندتر از ساعت ناظر می‌تپد؛ این اتساع زمان است. آزمایشهایی مثل پرواز دادن ساعتهای اتمی دقیق با هواپیما آن را تأیید کرده‌اند.
- ۱۰ خرداد ۱۴۰۲اتساع زمان در نسبیتطبق نسبیت خاص، ساعتی که نسبت به ناظر با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند کندتر می‌تپد. در «پارادوکس دوقلوها» دوقلویی که سفر سریع کرده باشد، در بازگشت از برادرش جوان‌تر است.