Den specielle relativitetsteori, som i begyndelsen af det forrige århundrede væltede almindeligt accepterede ideer om verden, fortsætter med at begejstre menneskers sind og hjerter. I dag vil vi forsøge at finde ud af, hvad det er.
I 1905 udgav Albert Einstein Special Theory of Relativity (STR), der forklarede, hvordan man fortolker bevægelse mellem forskellige inertielle referencerammer - ganske enkelt satte genstande, der bevæger sig med en konstant hastighed i forhold til hinanden.
Einstein forklarede, at når to objekter bevæger sig med en konstant hastighed, skal man overveje deres bevægelse i forhold til hinanden i stedet for at acceptere en af dem som en absolut referenceramme.
Så hvis to astronauter, du og, siger, Herman, flyver på to rumskibe og vil sammenligne dine observationer, er det eneste, du har brug for at vide, din hastighed i forhold til hinanden.
Speciel relativitet overvejer kun et specielt tilfælde (deraf navnet), når bevægelsen er retlinet og ensartet. Hvis et materielt legeme accelererer eller vender sig til side, fungerer SRT-lovene ikke længere. Så træder den generelle relativitetsteori (GTR) i kraft, hvilket forklarer de materielle legems bevægelser i det store tilfælde.
Einsteins teori er baseret på to grundlæggende principper:
1. Relativitetsprincippet: fysiske love bevares, også for organer, der er treghedsreferencesystemer, dvs. bevæger sig med en konstant hastighed i forhold til hinanden …
2. Princippet om lysets hastighed: lysets hastighed forbliver uændret for alle observatører, uanset deres hastighed i forhold til lyskilden. (Fysikere angiver lysets hastighed med bogstavet c).
Salgsfremmende video:
En af grundene til Albert Einsteins succes er, at han satte eksperimentelle data over teoretiske. Når en række eksperimenter afslørede resultater, der modsatte den generelt accepterede teori, besluttede mange fysikere, at disse eksperimenter var forkerte.
Albert Einstein var en af de første, der besluttede at opbygge en ny teori baseret på nye eksperimentelle data.
I slutningen af det 9. århundrede var fysikere på jagt efter en mystisk ether - et medium, hvor lybølger ifølge almindeligt accepterede antagelser skulle have forplantet sig, som akustiske bølger, som luft er nødvendig for at udbrede sig eller et andet medium - fast, flydende eller luftformigt. Troen på etherens eksistens har ført til troen på, at lysets hastighed skal ændres afhængigt af observatørens hastighed i forhold til eteren.
Albert Einstein opgav begrebet eter og foreslog, at alle fysiske love, herunder lysets hastighed, forbliver uændrede uanset observatørens hastighed - som eksperimenter har vist.
Homogenitet mellem rum og tid
Einsteins SRT postulerer et grundlæggende forhold mellem rum og tid. Det materielle univers har som bekendt tre rumlige dimensioner: op-ned, højre-venstre og fremad-bagud. Der tilføjes endnu en dimension - midlertidig. Tilsammen udgør disse fire dimensioner rum-tid kontinuum.
Hvis du bevæger dig i høj hastighed, vil dine observationer i forhold til rum og tid afvige fra dem fra andre mennesker, der bevæger sig med en langsommere hastighed.
Billedet herunder viser et tankeeksperiment for at hjælpe dig med at forstå denne idé. Forestil dig, at du er i et rumskib og holder en laser i dine hænder ved hjælp af hvilken du sender lysstråler til det loft, hvorpå et spejl er fastgjort. Lys, reflekteret, falder på detektoren, der registrerer dem.
Over - du sendte en lysstråle ind i loftet, blev den reflekteret og faldt lodret på detektoren. Nedenfor - for Herman, bevæger din lysstråle sig diagonalt mod loftet og derefter diagonalt mod detektoren.
Over - du sendte en lysstråle ind i loftet, blev den reflekteret og faldt lodret på detektoren. Nedenfor - for Herman, bevæger din lysstråle sig diagonalt mod loftet og derefter diagonalt mod detektoren.
Lad os sige, at dit skib bevæger sig i en konstant hastighed svarende til halvdelen af lysets hastighed (0,5c). I henhold til Einsteins SRT betyder det ikke noget for dig, du bemærker ikke engang din bevægelse.
Imidlertid ser Herman, når du ser dig fra et hvilende stjerneskib, et helt andet billede. Fra hans synspunkt rejser lysstrålen diagonalt til spejlet i loftet, reflekteres fra det og falder diagonalt på detektoren.
Med andre ord, lysstrålens bane ser anderledes ud for dig og for Herman, og dens længde vil være anderledes. Derfor vil den tid, det tager for laserstrålen at rejse afstanden til spejlet og til detektoren, virke anderledes for dig.
Dette fænomen kaldes tidsudvidelse: tid på et stjerneskib, der bevæger sig i høj hastighed, set fra en observatørs synspunkt på Jorden, flyder meget langsommere.
Dette eksempel, som mange andre, viser klart den uløselige forbindelse mellem rum og tid. Denne forbindelse manifesteres tydeligvis kun for observatøren, når det kommer til høje hastigheder, tæt på lysets hastighed.
Eksperimenter, siden Einstein offentliggjorde sin store teori, har bekræftet, at rum og tid faktisk opfattes forskelligt afhængigt af genstands bevægelseshastighed.
Kombination af masse og energi
I sin berømte artikel, der blev offentliggjort i 1905, kombinerede Einstein masse og energi i en simpel formel, der har været kendt for enhver studerende siden: E = mc².
I henhold til teorien fra den store fysiker, når hastigheden af et materielt legeme øges, når det nærmer sig lysets hastighed, stiger dens masse også. De der. jo hurtigere objektet bevæger sig, jo tungere bliver det. I tilfælde af at nå lysets hastighed bliver kroppens masse såvel som dens energi uendelig. Jo tungere kroppen er, desto vanskeligere er det at øge dens hastighed; det tager en uendelig mængde energi for at accelerere en krop med uendelig masse, så det er umuligt for materielle genstande at nå lysets hastighed.
Før Einstein blev begreberne masse og energi i fysik betragtet separat. Den strålende videnskabsmand beviste, at loven om bevarelse af masse, ligesom loven om bevarelse af energi, er dele af en mere generel lov om masseenergi.
På grund af den grundlæggende forbindelse mellem disse to begreber, kan materie omdannes til energi og vice versa - energi til stof.