ידענים: זמן | פיסיקה קלאסית

מאת 14 במרץ 2011 68 תגובות

להוציא אל הפועל ניסוי ציבורי גדול של האטת זמנים; כלומר ניסוי שישווה בין שני שעונים – האחד על גבי תחנת החלל הבינלאומית והשני שמצוי על פני כדור הארץ.

נחשו מי זה

אלברט איינשטיין. תמונה חופשית - הספריה הלאומית האמריקנית

ב-14 למרץ חל יום הולדתו של אינשטיין וגם החג הלאומי של המדע.

כידוע לכם מתורת היחסות, הזמן חולף בקצבים שונים בפוטנציאלים כבידתיים שונים ובמהירויות שונות. כלומר, הזמן יחלוף מהר יותר בחלל מאשר כאן למטה על פני כדור הארץ. אבל שעון המצוי על רקטה הנעה מאוד מהר יראה כנע לאט יותר בהשוואה לשעון במנוחה. אפקט זה ידוע בשם "התארכות זמנים" ואלברט אינשטיין ניבא אותו בתורת היחסות הפרטית והכללית כמעט לפני מאה שנים.

התארכות הזמנים מאז הוכחה בניסויים ומערכות ה-GPS צריכות לפצות על כל חוסר התאמה בזמן בין הלוויינים של מערכת המיקום הגלובאלית למקלטים בקרקע.

למרות שהתארכות הזמנים נחשבת לתוצאה פיסיקאלית ידועה, חשבו בפסטיבל שנקרא IdeaFestifal שיתקיים בספטמבר 2011 , יחד עם דיסקוברי צ'נל

שיהיה זה רעיון מקורי ומרגש להוציא אל הפועל ניסוי ציבורי גדול של האטת זמנים; כלומר ניסוי שישווה בין שני שעונים – האחד על גבי תחנת החלל הבינלאומית והשני שמצוי על פני כדור הארץ.

המצבע של הניסוי הוא ארגון החלל ללא מטרת רווח הידוע "קנטקי ספייס", שלו תהיה גישה לתחנת החלל הבינלאומית. http://www.kentuckyspace.com/

הארגון מתכנן אירוע התארכות זמנים יחודי שיתן אפשרות לאנשים לחוות את הרעיון הגדול של אינשטיין. אנחנו מכירים את הפיסיקה אבל איננו מכירים עדיין את התחושה, וזה בדיוק הרעיון. ולכן התארכות הזמנים צריכה להיות עניין של חוויה.

בוצעו ניסויים מאז טיסות הייפלי-קיטינג בשנת 1971 – כאשר ארבעה שעוני צזיום אטומיים הוטסו על טיסות סילון סדירות סביב העולם – והם כולם אישרו את אפקט התארכות הזמנים, תלוי במהירות הטיסה.

אבל במקום פשוט להוכיח בעוד ניסוי שכזה את התופעות של תורת היחסות הפרטית והכללית ולהדגים שוב את התכונות של החלל והזמן, קנטקי ספייס רוצים ליצור חיבור של אהבה בין הציבור לחלל, בין הפיסיקה שעומדת מאחורי היקום לחוויות שלנו.

המכשיר שימדוד את הזמן ובו ישתמשו קנטקי יחד עם השותפה שלה שקרויה חברת "ננו ראקס", יהיה מכשיר שמשלב שעון אטומי מסוג רובידיום עם יחידת מודולוס שקרויה CubeLab, שמיוצרת על ידי החברה. http://www.nanoracksllc.com/

שתי החברות ידאגו לבנות את הממשק הניסויי ואת מערכות הטיפול בנתונים, לשלב הכל במטען כדי שהשעון שימוקם בתחנת החלל יתאים לטיסה אליה ויעבוד בהתאמה עם המערכת של "ננורוקס".

שעון זהה לזה שיטוס על תחנת החלל ישמר במרכז החלל אשר באוניברסיטת המדינה של מורהד. http://www2.moreheadstate.edu/ssc/

תוצג שעת הזמן המנובאת של השעון במסלול – אבל מדידת שעת הזמן של השעון על גבי תחנת החלל במסלול תיאסר. לשם השוואה מדידה זו של הזמן המנובא של השעון במסלול תוצג לצד קריאת הזמן של השעון במרכז החלל. ואז, כך כותבים בדיסקוברי צ'אנל, אנשים יביטו ויביטו… והמסך יראה שהשעון על תחנת החלל מפגר אחרי השעון שמצוי על כדור הארץ. בעודו מאיץ יחסית לשעון על הקרקע ועדיין חווה פחות כבידה, השעון על גבי תחנת החלל יתחיל להאט את קצבו יחסית לשעון על הקרקע.

בעוד שההכרעה הסופית לגבי משך שהותו של השעון בתחנת החלל עדיין לא נתקבלה, אין כל סיבה שהשעון במסלול לא יישאר בתחנה זמן ממושך בטרם ישוב ארצה לבדיקה הסופית ועד אשר יאמתו את הפרש הזמנים המעשי.

וכאן קוראים לכם לעזרה באשר אתם תושבי העולם ומזמינים אתכם לצייץ בטוויטר או להיכנס לפייסבוק ולעזור להפוך את אפקט התארכות הזמנים לנגיש לעולם.

http://www.facebook.com/pages/Kentucky-Space/358521859592

http://twitter.com/kyspace

 

 

68 תגובות ל “יום הולדת שמח אינשטיין: האם ניתן לחוש את התארכות הזמנים מתורת היחסות של אינשטיין?”

  1. ישראל שפירא

    למעשה, ממה שקראתי והבנתי (ותודה על הקישורים) לא נמדוד באמצעות מדחום טמפרטורות נמוכות יותר מזו של CMB אפילו בתאים סגורים, ועל אחת כמה וכמה בקרונות והמעליות של איינשטין. כך שמכל הבחינות הפרקטיות, באיזורים מסוימים בחלל, בעיקר בערבות הנצחיות שמשתרעות בתחום הדמדומים שבין הסופי לאינסוף, הנוסחה ב27 ישימה לחלל עצמו.
    נחזור ליחסות. ב55 אתה אומר "שעוני צסיום וטמפ' מסכימים אך ורק במערכת אינרציאלית אחת – מע' המנוחה של ה CMB." אם המכונית שלנו במנוחה יחסית לCMB, שעוני הצסיום והטמפ שבה יסכימו תמיד. אם הצלחנו להביא את המכונית לשעון 1 בכביש כאשר כל השעונים, בכביש ובמכונית, מראים אותו הזמן בדיוק, הרי בשעונים הבאים בכביש יראו שעוני הטמפ במכונית ובכביש אותו הזמן, (הם תמיד מראים אותו זמן) ולכן גם שעון הצסיום במכונית.
    אם, כדבריך ב12, יראו המצלמות ששעון הצסיום במכונית מפגר אחרי שעון הצסיום בכביש, יוצא ששעון הצסיום בכביש מאיץ יחסית לשעון הטמפ, וזאת בניגוד ליחסות ודבריך בסוף 55 "הם לא מסכימים, וזה נראה מתוכן כאילו הטמפרטורה יורדת מהר מדי." (אני מפרש משפט זה כך: שעון הצסיום נע לאט משעון הטמפ).
    אם הארכתי, זה בגלל הצורך להיות בהיר ומדויק. כמו כל ישראל, עוד מתקופת האבות, משאת הנפש שלי היא רחל בתך הקטנה. (לא שלך, עדי).

  2. עדי

    ישראל,

    מה זה החלל עצמו? החלקיקים בחלל? בכל מקום בחלל הטמפרטורה שונה. גם כדה"א בחלל, ויש לו טמפרטורה שונה מהשמש, שגם היא בחלל. לגז בענני הגז יש טמפרטורה שנעה על פני טווח ערכים עצום, שתלוי בהרכבו, במיקומו (לווא דווקא קרוב/רחוק מכוכב, ישנם עוד שיקולים רבים).
    ובקיצור – לא.

    מיכאל,

    זו מערכת אינרציאלית שבה קרינת הרקע הקוסמית היא אנאיזוטרופית (זהה בכל כוון), כלומר כזאת שלא נעה דרך אותה קרינה.

  3. ישראל שפירא

    חוץ מקרינת רקע, האם לחלל עצמו אין טמפרטורה אותה ניתן למדוד באמצעות מדחום קלוין פשוט? והאם אין טמפרטורה זו פונקציה רציפה של הזמן שחלף מן המפץ הגדול?

  4. עדי

    ישראל,

    כשאתה רוצה למדוד את טמפרטורת קרינת הרקע הקוסמית, אתה מודד בעקרון את זה:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body_radiation

    אם אין לך כוח לקרוא, הגרף הראשון מראה הכל – זהו ספקטרום קרינה, כאשר אורך הגל הנפלט הכי הרבה מתאים לטמפרטורה שיש לאותו "גוף שחור". כך מודדים טמפרטורה.

  5. ישראל שפירא

    אינני מחפש "סתירות". יתכן מאוד שלא הבנתי משהו. הנה אני בחדר, אינני מודד שום קרינה, והמדחום מראה 25 מעלות צלסיוס. מדחום קלוין יראה כ298K. מה הטמפרטורה (בערך) שיראה עכשיו אותו מדחום קלוין בתא מוצל בחלל? ולפני 10 מיליארד שנה?

  6. עדי

    ישראל,
    (58) לא. לא די במדחום. אתה צריך להציץ החוצה, למדוד את קרינת הרקע הקוסמית (הקרינה האלקטרומגנטית לא נמצאת איתך בקרון אלא באה ממרחק רב), ולראות לפי הספקטרום שלה לאיזו טמפרטורה של קרינת גוף שחור היא מתאימה. זו אותה טמפרטורה מבוקשת.

    (59) "ואם המכונית במנוחה, שעוני הכביש יפגרו" אחרי שעון המכונית? לא. בעבר התייחסתי כבר לעניין הבו-מקומיות של הארועים. שעון שלא נמצא מול המכונית, מבחינתו הזמן שעל שעון המכונית, והזמן בנקודה שכן נמצאת מולו במערכת המכונית (שאותו מייצגת טמפ' ה CMB באותה נקודה כי מע' מכונית = מע' CMB) איננו אותו זמן, כי הארועים האלה אינם בו זמניים במערכת הכביש! יש ביניהם מרחק, ולכן יש ביניהם גם הפרש זמן. באמת שזה עניין לא פשוט שאתה מנסה להבין על רגל אחת. אז הנה, הראיתי לך שאתה טועה במקרה הזה, אבל לא יקשה עליך, מפאת חוסר הבנה למצוא עוד "סתירות" אחרות בעניין כל כך מנוגד לאינטואיציה שלנו.

  7. ישראל שפירא

    יוצא גם, שאם הכביש במנוחה יחסית למערכת של ה CMB, אז שעוני המכונית יפגרו אחרי שעוני הכביש, ואם המכונית במנוחה, שעוני הכביש יפגרו.

  8. ישראל שפירא

    האם זה לא סותר את עקרון יחסות מס 1:

    עקרון היחסות:
    "חוקי הפיזיקה אינם משתנים כאשר עוברים ממערכת ייחוס אינרציאלית אחת למערכת ייחוס אינרציאלית אחרת. כך לדוגמה, אדם הנמצא בקרון רכבת אטום לא יכול באמצעות שום ניסוי או מדידה פיזיקלית לקבוע האם הקרון נע במהירות קבועה או ניצב במנוחה".

    הרי אפשר בקלות, בלי "להציץ החוצה" (53) לדעת את ההבדל בין המערכות. כל מה שצריך זה שעון ומדחום.

  9. עדי

    ישראל,

    הכל כבר נכתב, אני לא יודע איך להסביר את זה יותר טוב.

  10. עדי

    ישראל,

    מצטער, אני משום מה חשבתי שאתה מבלבל מושגים וקורא למערכת של ה CMB מערכת לא מואצת ולמערכת המכונית הנעה יחסית אליה במהירות קבועה מערכת מואצת.
    אז בוא לא נערב תאוצות בכלל ונדבר על יחסות פרטית בלבד (למה החלטת פתאום להכניס תאוצות?). התגובה 52 ארוכה מדי לכן אסכם:
    שעוני צסיום וטמפ' מסכימים אך ורק במערכת אינרציאלית אחת – מע' המנוחה של ה CMB. בכל שאר המערכות האינרציאליות (נעות במהירות קבועה יחסית אליה) הם לא מסכימים, וזה נראה מתוכן כאילו הטמפרטורה יורדת מהר מדי.

  11. ישראל שפירא

    עדי
    אם כדבריך "כל החלק הראשון נכון" הרי החלק הראשון כולל את המשפט: " אם נשים זה לצד זה "שעון טמפרטורה" ושעון צסיום, ונכייל אותם לזמן מוסכם במערכת שאינה מואצת, גם אחרי מיליון שנה צילום של שניהם יראה בדיוק את אותו הזמן בשניהם". (52)
    איך זה מתישב עם: " במהלך נסיעת המכונית, אכן, "שעוני הטמפרטורה" יהיו זהים בפנים ובחוץ, אבל, שעון צסיום בתוך המכונית לא יסכים עם "שעון הטמפרטורה" בתוך המכונית, ויפגר אחריו" (53)?
    הרי המכונית אינה מערכת מואצת.

  12. עדי

    ישראל,

    כל החלק הראשון נכון. בחלק האחרון יש בעיה:
    במהלך נסיעת המכונית, אכן, "שעוני הטמפרטורה" יהיו זהים בפנים ובחוץ, אבל, שעון צסיום בתוך המכונית לא יסכים עם "שעון הטמפרטורה" בתוך המכונית, ויפגר אחריו.

    לפני שאתה קופץ ואומר "אההה! אז יש דרך להבחין בין מערכות אינרציאליות ולגלות מהירות אבסולוטית בניגוד למה שאיינשטיין אמר על עקרון היחסות!", אני מזכיר שה CMB איננה חלק מהמערכת הסגורה. עקרון היחסות אומר שחוקי הפיסיקה זהים בכל מע' אינרציאלית. גליליי הגה את עקרון היחסות הראשון והסביר אותו לחברו כך:"תאר לך שאתה בבטן אוניה הנעה במהירות קבועה בצורה חלקה. לא משנה איזה ניסוי פיזיקלי תעשה לא תוכל לגלות שאתה בתנועה". כמובן, שכל מה שעל אותו נוסע לעשות הוא להציץ מחוץ לחלון על הגלים, והוא יווכח שהוא בתנועה. כנ"ל גם במקרה היחסותי, רק שפה מדובר בגלים אלקטרומגנטיים הסובבים אותנו (לא סתם נתתי דוגמאות של אוקיינוסים ושחיינים 🙂 )

    אגב, הניתוח שלי ב 51 לא נכון, כי התייחסתי לטמפ' = זמן במיקום התאום וזו כמובן טעות, אבל מה שחשוב זה הרעיון – הטמפ' והזמן לא מסכימים.

  13. ישראל שפירא

    תודה עדי. אתה עוזר לי מאוד, ואני מצטער אם אני מבלבל לך את השכל יותר מדי. אבל זה חשוב מאוד, לפעולה סדירה ותקינה של היקום, שנגיע לפתרון מוסכם. מישהו חייב הרי לתת את הדעת על בעיות הרות גורל אילו, ומה לעשות שאנחנו המבוגרים האחראים היחידים בשטח? לפקודה תמיד אנחנו.
    ולכן ניגש מיד לעבודה. כמו מאיר, פרדוקס התאומים מעסיק אותי פחות מהבעיה של התארכות הזמנים במערכת שאינה מואצת, יחסות פרטית.
    אני טוען ש"שעוני טמפרטורה" יראו תמיד את אותו הזמן ברגע נתון ובמקום נתון ביקום. הם אינם מצריכים כל סינכרון בינהם ואם נשלוף כמה מהם מן האריזה, הם יראו מיד, ללא כל כיונון, את אותו הזמן בדיוק: הזמן שחלף מאז המפץ הגדול.
    בניגוד לשעונים רגילים, כולל שעוני צסיום, שעוני טמפרטורה אינם מושפעים מתאוצות. אם נשים זה לצד זה "שעון טמפרטורה" ושעון צסיום, ונכייל אותם לזמן מוסכם במערכת שאינה מואצת, גם אחרי מיליון שנה צילום של שניהם יראה בדיוק את אותו הזמן בשניהם. לעומת זאת, אם המערכת מואצת, יפגר שעון הצסיום אחרי "שעון הטמפרטורה", ומכיוון שמנגנון החיים עובד כמו שעון צסיום, כל מי שנמצא באותה מערכת יזדקן לאט יותר. זה עובד במיוחד עם תאומים.
    שעוני טמפרטורה הם התגשמות חזונו של איינשטיין על שעונים במרחב, כי כאמור שניים מהם תמיד יראו אותו הזמן באותה נקודה במרחב. שעונים רגילים לעומת זאת, יכולים להראות זמנים שונים, אולם זמנים אילו אינם אמיתיים, וטובים רק למערכת בה הם נמצאים, ואפשרי ששניים מהם יראו זמנים שונים לגמרי באותה נקודה במרחב ברגע נתון. באותה המידה, אם נפריד שני גזרים צעירים ונכניס אחד מהם למקרר, נראה שהוא מזדקן לאט יותר מאחיו, ועימו כל מערכת הייחוס שלו (הירקות האחרים במקרר). למרות זאת אין הדבר מהווה "פרדוקס תאומי הגזר". פשוט הזמן של הירקות במקרר אינו נכון, וזאת יוכיח להם כל שעון שנמצא איתם ביחד.
    עד כאן הטיעון שלי. אם אתה מסכים איתו, תראה שנוצרת בעיה בתגובה (6).
    כי אם במערכת זו, שאינה מואצת, נוסיף לשעונים הרגילים שעוני טמפרטורה, הרי שאם שעון הטמפרטורה במכונית מראה אותו הזמן כשהוא חולף על פני שעון הטמפרטורה מס 1 בכביש , הוא יראה גם אותו הזמן בשאר שעוני הטמפרטורה בכביש. ואם צמוד אליו שעון צסיום, וגם הוא מראה אותו הזמן בשעון 1 בכביש, הוא יראה את אותו הזמן במכונית כמו שעון הטמפרטורה במכונית במשך כל הנסיעה (מערכת שאינה מואצת) ולכן גם את אותו הזמן של כל השעונים על פניהם חולפת המכונית, טמפרטורה וצסיום, שבכביש.
    וזאת בניגוד לצפוי לפי תןרת היחסות, כפי שהיא באה לביטוי בתגובה 12 (שלך).

  14. עדי

    ישראל,

    הבנתי מה הפריע לך. מכיוון שלא הגדרת תנאי ניסוי בצורה טובה, בוא נבחן את אפקט התאומים שוב. אתה נשאר ואני יוצא בחללית וחוזר. במהלך נסיעתי, אני מבחין שהטמפ' יורדת יותר לאט ממה שאני מצפה, אח"כ בבת אחת היא פתאום יורדת הרבה (כשאני מסתובב) ואז שוב יורדת יותר לאט ממה שאני מצפה. כשאני חוזר היא ירדה יותר ממה שציפיתי.

הוספת תגובה

  • (will not be published)