TED Ed are o multe cursuri unite în seria Before and After Einstein din care aflăm ce semnifică teoriile din fizică și cum ne ajută acestea să cunoaștem mai bine universul ce se înconjoară. Unul dintre cele mai interesante subiecte este cel al spațiu-timpului, deoarece spațiul a apărut odată cu timpul și sunt parte integrantă a unui univers quadridimensional, cu trei dimensiuni în spațiu și cu 1 dimensiune temporală.
În prima parte din cursul Fundamentele spațiu-timpului, cea din filmul de mai sus, Andrew Pontzen și Tom Whyntie ne învață că spațiul și timpul sunt parte a aceleiași entități.
La fel, mai învățăm și să aceleași legi ale fizicii trebuie să se aplice în orice punct de referință. Dacă noi suntem punctul de referință, atunci putem vedea cum totul merge pe lângă noi cu 1 m/s, dar dacă o casă este centru de referință, atunci putem vedea că noi suntem cei ce trece pe lăngă acea casă, nu invers. Mai multe detalii afli de aici.
În partea a doua, prezentată în filmul de mai jos, aflăm că de oriunde măsori și cu orice viteză te deplasezi lumina are exact aceeași viteză.
Folosindu-te de diagrama pomenită în primul film, cel de la început, vei vedea că cine este în deplasare ar trebui să obțină valori diferite ale vitezei luminii. Numai că spațiu-timpul nu este reprezentat ca un set de cărți cu tine în poziții diferite la timpi diferiți, ci este considerat un tot unitar, ca un corp solid.
Astfel că, pentru cine este în deplasare, faptul că obține exact aceeași viteză pentru lumină înseamă că spațiu-timpul se alungește pe direcția timpului și se comprimă pe direcția spațiului.
Cu alte cuvinte, dacă tu călătorești la viteze aproape de viteza luminii, atunci vei vedea că timpul trece mai greu și că spațiul se comprimă. Același lucru este valabil și la viteze mai mici, dar efectele sunt neglijabile.
Cum aflăm treaba aceasta? Ei bine, ne folosim de celebra formulă obținută în urma unei transformări Lorentz (dilatarea timpului):
iar gamma este:
Ok, acum t este timpul care trece pentru cel care stă în repaus iar t’ este timpul celui care este în deplasare. Dacă cineva aboară cu avionul cu viteza Mach 1, adică a sunetului, adică 340 m/s, timp de o oră, sau 3600 de secunde, atunci vom descoperi că pentru cel ce a zburat timpul a trecut mai greu.
Dacă luăm un timp de referință de 3600 secunde iar cel care călătorește zboară cu 340 m/s, cât este viteza sunetului, atunci timpul pentu cel în zbor va fi egal cu 0,99999999999935777777777757155309 din timpul celui care stă în repus, adică cel în zbor trăiește cu 0,0000000023120000000022272267 secunde mai mult. Adică un om care călătorește cu viteza luminii timp de o oră trăiește mai mult cu 2,31 nanosecunde decât unul care stă.
Cum secunda are 1 miliard de nanosecunde îți dai seama că efectul este neglijabil la nivel de viață umană, dar nu pentru sistemele GPS. În schimb, dacă zbori la jumătate din viteza luminii atunci timpul va trece cu 25% mai încet pentru tine, adică pentru cele 3600 de secunde care trec pentru cel ce stă, pentru tine vor trece 45 de minute.
Citește aici mai multe despre lumină și viteza luminii.
Bonus: adevărul despre lumină și electroni!