Kosmiskie miūoni: laika dilatācija kļūst redzama

1 · Prognozē

Miūoni, radušies no kosmiskajiem stariem augstu atmosfērā, ir īstais mūža ilgums tikai aptuveni 2.2 mikrosekundes — nepietiekami daudz laika, gandrīz gaismas ātrumā, lai sasniegtu zemi bez palīdzības. Tomēr miūoni tiek atklāti jūras līmenī lielā skaitā. Vai laika dilatācija to izskaidro?

• Nē — miūoni, visticamāk, tiek radīti tuvāk zemei nekā gaidīts.
• TAM nav nekā kopīga ar relativitāti.
• Jā — ātri kustoša miūona sabrukšanas pulkstenis iet lēnāk no Zemes sistēmas, pagarinot tā novēroto mūža ilgumu pietiekami, lai sasniegtu zemi.

2 · Iestati

1. Atver miūona laika dilatācijas eksperimentu un nospied Atiestatīt. Miūona īstais mūža ilgums ir fiksēts 2.2 µs, ātrums β = 0.995.
2. Ieslēdz Lorenca faktora un dilatētā mūža ilguma rādījumus.
3. Iestati miūona ātrumu katram mēģinājumam un ieraksti tā dilatēto (Zemes sistēmas) mūža ilgumu.

3 · Vāc datus

Zīmē dilatēto mūža ilgumu Δt (y ass) pret γ (x ass) saviem trim mēģinājumiem. Vai līnija ir taisna caur sākumpunktu?

4 · Analizē

1. Vienam mēģinājumam izrēķini γ = 1/√(1 − β²), tad Δt = γ·(2.2 µs). Salīdzini ar tabulu. Apstiprini, ka β = 0.995 dod aptuveni desmitkārīgu mūža ilguma pagarinājumu.
2. Bez laika dilatācijas pat gandrīz gaismas ātrumā 2.2 µs īstais mūža ilgums ļauj miūonam ceļot tikai aptuveni 660 m — tālu īsāk nekā ~15 km atmosfēras augstums, kur vairums tiek radīti. Izskaidro, kā izrēķinātais dilatētais mūža ilgums maina šo ainu.

5 · Paplašina

1. No miūona paša atskaites sistēmas tā mūža ilgums joprojām ir tikai 2.2 µs — bet miūons „redz” atmosfēru garuma sarukušu, tāpēc tam nav jāceļo tik tālu. Izskaidro, kāpēc abi skaidrojumi (Zemes sistēmas laika dilatācija vai miūona sistēmas garuma sarukšana) prognozē tieši to pašu eksperimentālo iznākumu: miūons sasniedz zemi.
2. 1941. gada Rosi—Holla eksperiments, salīdzinot miūonu skaitu kalna virsotnē pret jūras līmeni, bija viens no pirmajiem tiešajiem eksperimentālajiem speciālās relativitātes laika dilatācijas apstiprinājumiem. Kāpēc skaitu salīdzināšana divos dažādos augstumos var būt gudrs veids, kā testēt šo prognozi?

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas