14. การยืดขยายเวลา   

      เพื่อที่จะพยายามพิสูจน์ทฤษฏี การยืดขยายเวลา ได้มีการทดลองใช้ นาฬิกาอะตอม (Atomic clocks) สองตัว ที่มีความแม่นยำมาก

      โดยการนำนาฬิกาอะตอมมาตั้งเวลา และตั้งข้อมูลให้ตรงกัน นาฬิกาตัวหนึ่งนำไปทดลองในเครื่องบิน ที่บินด้วยความเร็วสูง และอีกเครื่องติดตั้งหนึ่งอยู่บนพื้นโลก

รูปตัวอย่างนาฬิกาอะตอมของนาซ่า

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปแสดงการอธิบายการขยายตัวของเวลา

วิดีโอนาฬิกาอะตอมคืออะไร

เมื่อเครื่องบินบินกลับมา นาฬิกาที่อยู่บนเครื่องบินจะช้าลง ตรงตามที่ไอน์สไตน์ทำนายไว้ ดังนั้น นาฬิกาเคลื่อนที่ช้ากว่า เมื่อมองจากกรอบอ้างอิงที่ไม่ได้เคลื่อนที่ (อยู่บนโลก) ไปด้วย

      เมื่อนาฬิกากลับมา ค่าของเวลาจะมีน้อยกว่าเวลาที่อยู่บนพื้นโลก แล้วเมื่อนำมาเทียบกับนาฬิกาบนพื้นโลก นาฬิกาบนโลกจะช้ากว่า

      ก่อนออกเดินทางจะทำการบันทึกเวลาในอัตราเดียวกันกับนาฬิกาพื้นโลก (เวลายังคงช้ากว่า เมื่อเทียบกับนาฬิกาที่อยู่บนเครื่องบินโดยเวลาเกิดการชะลอตัวในขณะที่เครื่องบินเดินทาง หากทำซ้ำ ความแตกต่างกันจะขึ้นอยู่กับความเร็ว และระยะทาง) เมื่อนาฬิกาอยู่ในการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง แล้วนำมาเทียบกับเวลาอื่น ๆ เวลาจะเกิดการขยายตัว ดูได้ที่รูป 4 และ 5 

รูปเรื่องการขยายเวลา

      มาดูคำอธิบายกัน ในรูปที่ 4 สมมติว่ามีล้อเลื่อนตัวหนึ่ง วางอยู่ใต้ดวงอาทิตย์ มีการใช้ นาฬิกาแสงติดล้อ (Light clock on wheels)  วางไว้บนรถเลื่อน นาฬิกาแสงวัดเวลาโดยการส่งลำแสงจากแผ่นเพลทติดล้อด้านล่าง (ที่ตัวรถเลื่อน) ถึงแผ่นด้านบน ยิงแสงไปที่แผ่นด้านบนแล้วให้มันทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนกลับถึงแผ่นด้านล่าง

      นาฬิกาแสงติดล้อ ดูเหมือนจะเป็นตัวชี้วัดเวลาที่ดีที่สุด เนื่องจากความเร็วของมันคงที่ตลอดเวลา มันอยู่กับที่จึงไม่คำนึงถึงการเคลื่อนที่ ดังนั้นในรูปที่ 4 ที่นาฬิกาแสง และพบว่ามันใช้เวลา 1 วินาทีสำหรับแสงที่จะเดินทางจากแผ่นด้านล่างไปแผ่นด้านบน และกลับไปที่แผ่นด้านล่างอีกครั้ง

      ตอนนี้มาดูที่รูป 5 ในตัวอย่างนี้ นาฬิกาแสงติดล้อ ทำให้เลื่อนไปทางด้านขวา แต่เราคนวัดยังคงยืนอยู่กับที่ แล้วเราสามารถมองเห็นลำแสงซึ่งผ่านเราไปได้ เราจะเห็นการเดินทางของแสงที่มีลักษณะทำมุมถึงแผ่นเพลท

      หากยังสับสนไม่เข้าใจ ให้กลับไปมองรูปที่ 4  และคุณจะเห็นทั้งลำแสงส่ง และการรับแสงเกิดขึ้นภายใต้ดวงอาทิตย์ เนื่องจากในรูปที่ 4 นาฬิกาไม่เคลื่อนที่ (สรุปง่าย ๆ ก็คือรูปที่ 4 นาฬิกาอยู่กับที่ ส่วนรูปที่ 5 นาฬิกาเคลื่อนที่ไปทางขวา ดูที่รูปด้านล่างจะเข้าใจมากขึ้น)

รูปตัวอย่างนาฬิกาแสง

      ตอนนี้กลับไปมองรูปที่ 5 ลำแสงที่เกิดขึ้นภายใต้ดวงอาทิตย์ แต่ลำแสงสะท้อนกับเมื่อนาฬิกาอยู่ภายใต้รูปสายฟ้า ดังนั้น จะเห็นนาฬิกาเคลื่อนที่ไปทางด้านขวา

รูปจำลองนาฬิกาแสงบนล้อ

      การทดลองนี้ มันบอกอะไรเรา? เรารู้ว่านาฬิกายังคงส่ง และรับที่ช่วงเวลา 1 วินาที แล้วเรารู้อีกด้วยว่าความเร็วของแสงมีค่าคงที่ ไม่ว่าเราจะอยู่ที่ไหน เราจะวัดลำแสงในรูปที่ 4 และ 5 เป็นเวลาเดียวกันแน่นอน

      แต่รูปที่ 5 มองคล้ายกับแสงเดินทางเร็วกว่า เพราะว่า ลูกศรยาวกว่า และเดาว่า มันใช้เวลาที่ทำให้แสงเดินทางนานขึ้น ทั้งการส่ง และรับ แต่ความเร็วของแสงไม่เปลี่ยนแปลง เพราะว่า การเดินทางของแสงเร็วกว่า และความเร็วไม่เปลี่ยนแปลง

      นี้อาจหมายถึงว่า เราได้เวลาที่นานกว่า จำได้ไหมว่าความเร็ว มาจากระยะทาง / เวลา ดังนั้น วิธีทางเดียวที่จะทำให้ความเร็วไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น นั่นก็คือเวลาก็จะเพิ่มขึ้นแทน

วิดีโอแอนิเมทชันอธิบายเรื่องนาฬิกาแสง

ในหัวข้อต่อไป เราจะไปดูในเรื่องของ ช่วงของเวลา

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ไม่มีสิ่งที่ยิ่งใหญ่

สิ่งไหน

ที่จะสำเร็จได้ โดยปราศจาก

ความกระตือรือร้น

Nothing great was ever achieved without enthusiasm.”

Ralph Waldo Emerson

<หน้าที่แล้ว                                 สารบัญ                    หน้าต่อไป>