Czym jest teoria względności dla opornych

Specjalna Teoria Względności dosłownie zrewolucjonizowała świat fizyki i całkowicie zmieniła ogólnie przyjęte wyobrażenia o otaczającym nas świecie.

Wielu fizyków wciąż jest zaangażowanych w gorące dyskusje związane z teorią względności. W tym materiale postaram się jak najdokładniej wyjaśnić, czym jest ta teoria względności.

Specjalna i ogólna teoria względności

Już w 1905 roku wielki fizyk Albert Einstein opublikował swoją pracę zatytułowaną Special Theory of Relativity (zwaną dalej SRT), w której wyjaśnienie, jak opisać ruch między różnymi inercyjnymi układami odniesienia lub, prościej, obiektami, które poruszają się względem siebie z określonym prędkość.

W swojej pracy naukowiec powiedział, że podczas ruchu dwóch obiektów ze stałą prędkością potrzebujesz badać ich ruchy względem siebie i nie przyjmować żadnego z obiektów jako systemu absolutnego odliczanie.

Mówiąc najprościej, jeśli konwencjonalni astronauci latają na jednym statku kosmicznym, a ty i twój partner na innym, to za aby porównać swoje obserwacje, jedyne, co musisz wiedzieć, to prędkość względem siebie. przyjaciel.

Szczególna teoria względności

Jest to wyjątkowy podrozdział zajmujący się wyłącznie szczególnym przypadkiem (dlatego tak się nazywa), w którym ruch jest jednostajny i prostoliniowy.

W przypadku, gdy obiekt materialny jest przyspieszany lub porusza się po łuku STO nie dotyczy. W tym przypadku jest już używany Ogólna teoria względności (Ogólna teoria względności), opis ruchu ciał we wszystkich innych przypadkach.

Cała teoria Einsteina opiera się na następujących głównych postulatach:

1. Zasada względności. Według niego wszystkie prawa fizyczne działają nawet na obiekty, które są inercyjnymi układami odniesienia (poruszają się względem siebie ze stałą prędkością).
2. Zasada prędkości światła. Prędkość światła jest taka sama dla absolutnie wszystkich obiektów i nie ma znaczenia, z jaką prędkością obiekty materialne poruszają się względem źródła światła.

Poszukiwania eteru i dane eksperymentalne

Pod koniec XIX wieku ówcześni naukowcy aktywnie poszukiwali tzw. Eteru - ośrodka, w którym zgodnie z ich pomysłami miały się rozchodzić fale świetlne. Jednocześnie rozważono analogię z falami dźwiękowymi, które potrzebują pewnego ośrodka do propagacji.

W rezultacie powstało przekonanie, że prędkość światła będzie się zmieniać w zależności od prędkości obserwatora względem eteru.

Einstein, w przeciwieństwie do swoich kolegów, postanowił zaufać wynikom eksperymentów i odrzucił teorię eteru jako nie do utrzymania i przedstawił swoje założenie oparte na doświadczeniu dane.

I doszedł do wniosku, że wszystkie prawa fizyczne, takie jak prędkość światła, są stałe i w żaden sposób nie zależą od własnej prędkości obserwatora.

Jednorodność przestrzeni i czasu

Tak więc, według SRT, istnieje niezmienny związek między przestrzenią a czasem. Wszyscy doskonale wiemy, że nasz Wszechświat ma trzy wymiary przestrzenne:

W dół i w górę, w lewo i w prawo, w przód iw tył. Do tego niezmiennego trio dodaje się również tak zwany wymiar czasu, a teraz te cztery wymiary są podstawą naszego kontinuum czasoprzestrzennego.

Więc jeśli poruszasz się z dużą prędkością, to konkretnie twoje obserwacje dotyczące czasu i przestrzeń będzie się znacznie różnić od obserwacji innych obserwatorów, którzy poruszają się znacznie mniej prędkość. Trudno, teraz wyjaśnię to na prostym przykładzie.

Więc wyobraź sobie dwa statki kosmiczne. Na jednym jesteś ty i trzymasz wskaźnik laserowy. Włączasz go i kierujesz pod kątem prostym w lustro umieszczone na suficie i obserwujesz, jak (promień lasera), odbity pionowo w dół, pada na podłogę.

Teraz wyobraź sobie, że to twój statek porusza się z ogromną prędkością, równą połowie prędkości światła. Tak więc, zgodnie ze specjalną teorią Einsteina, ta prędkość będzie dla ciebie absolutnie niewidoczna.

Ale dla obserwatorów na drugim statku kosmicznym, który jest w spoczynku, obserwując twój eksperyment z laserem, zobaczą zupełnie inny obraz, a mianowicie:

Zewnętrzny obserwator zobaczy, że promień, który emitujesz, przesunie się po przekątnej w kierunku lustra (a nie pod bezpośrednim kąt jak w twoim przypadku), a następnie odbity od jego powierzchni, również spadnie ukośnie do podłogi i spadnie mu.

Innymi słowy, trajektoria promienia lasera będzie inna dla Ciebie i dla obserwatora z zewnątrz. Oznacza to, że czas potrzebny na pokonanie promienia na różnych odległościach również będzie różny.

Zjawisko to jest określane jako dylatacja czasu, to znaczy, że czas na twoim statku kosmicznym poruszającym się z dużą prędkością będzie płynął znacznie wolniej niż w przypadku obserwatorów z zewnątrz.

Ten eksperyment myślowy pokazuje, że istnieje nierozerwalny związek między przestrzenią a czasem. To powiązanie widać wyraźnie tylko przy prędkościach bliskich prędkości światła.

Połączenie masy i energii

Ponadto wielki naukowiec wyprowadził wzór, zgodnie z którym masa i energia mają nierozerwalny związek:

Tak więc, zgodnie z teorią wielkiego fizyka, gdy prędkość obiektu zbudowanego z materii zbliża się do prędkości światła, wówczas jego masa wzrasta. Innymi słowy, im większa prędkość obiektu, tym większa jego waga, co oznacza, że ​​coraz trudniej jest go rozproszyć.

Kiedy więc obiekt materialny osiągnie prędkość światła, wówczas jego masa będzie równa nieskończoności.

Dlatego im cięższe ciało, tym więcej energii potrzeba, aby je przyspieszyć, a do przyspieszenia ciała o nieskończonej masie potrzebna jest nieskończona ilość energii.

Wynika z tego, że prędkość światła jest w zasadzie nieosiągalna dla obiektów materialnych.

Przed tą teorią nikt nie widział oczywistego związku między energią a masą i to Einstein to udowodnił prawo zachowania energii i prawo zachowania masy są częściami jednego ogólnego prawa energia-masa.

Podobał Ci się materiał? Następnie lubimy, subskrybujemy i komentujemy. Dziękuję za przeczytanie do końca!