A relativitáselmélet speciális elmélete, amely a múlt század elején megdöntötték a világról általánosan elfogadott elképzeléseket, továbbra is izgatja az emberek elméjét és szívét. Ma megpróbáljuk együtt kitalálni, mi az.
1905-ben Albert Einstein közzétette a speciális relativitáselméletet (SRT), amely elmagyarázta, hogyan lehet értelmezni a mozgást a különféle tehetetlenségi referenciakeretek között - egyszerűen fogalmazva, az objektumokat, amelyek állandó sebességgel mozognak egymással szemben.
Einstein kifejtette, hogy amikor két objektum állandó sebességgel mozog, az egyiknek abszolút referenciakeretként történő elfogadása helyett figyelembe kell venni egymáshoz viszonyított mozgását.
Tehát ha két űrhajós - te és mondjuk Herman - két űrhajóban repülsz, és szeretnék összehasonlítani a megfigyeléseidet, akkor az egyetlen dolog, amit tudnod kell, a sebességük egymáshoz viszonyítva.
A speciális relativitáselmélet csak egy különleges esetet (így a nevet) tekint, amikor a mozgás egyenes és egyenletes. Ha egy anyagi test felgyorsul vagy félrefordul, az SRT-törvények már nem működnek. Ezután hatályba lép az általános relativitáselmélet (GTR), amely az anyagi testek mozgását általános esetben magyarázza.
Einstein elmélete két alapelvre épül:
1. A relativitás elve: a fizikai törvényeket meg kell őrizni még olyan test esetén is, amely inerciális referenciakeret, vagyis állandó sebességgel mozog egymáshoz képest.
2. A fénysebesség elve: a fénysebesség minden megfigyelőnél változatlan marad, függetlenül a fényforráshoz viszonyított sebességüktől. (A fizikusok a fénysebességet c betűvel jelölik).
Promóciós videó:
Albert Einstein sikerének egyik oka az, hogy a kísérleti adatokat az elméleti adatok fölé helyezte. Amikor egy kísérletsorozat olyan eredményeket tárt fel, amelyek ellentmondtak az általánosan elfogadott elméletnek, sok fizikus úgy döntött, hogy ezek a kísérletek tévesek.
Albert Einstein volt az egyik első, aki úgy döntött, hogy új kísérleti adatok alapján új elméletet épít.
A 9. század végén a fizikusok rejtélyes étert kerestek - olyan közeget, amelyben az általánosan elfogadott feltételezések szerint a fényhullámok terjedjenek, mint akusztikus hullámok, amelyek terjedéséhez levegő szükséges, vagy más közeg - szilárd, folyékony vagy gáznemű. Az éter létezéséhez fűződő hit ahhoz vezetett, hogy a fénysebességnek meg kell változnia a megfigyelő éterhez viszonyított sebességétől függően.
Albert Einstein elhagyta az éter fogalmát, és azt javasolta, hogy minden fizikai törvény, beleértve a fény sebességét is, változatlan maradjon, függetlenül a megfigyelő sebességétől - amint a kísérletek azt mutatták.
A tér és az idő homogenitása
Einstein SRT posztulál egy alapvető kapcsolatot a tér és az idő között. Az Anyagi Univerzum, amint tudod, három térbeli dimenzióval rendelkezik: felfelé, lefelé, balra és előre-hátra. Még egy dimenzióval egészül ki - ideiglenes. Ez a négy dimenzió együtt alkotja a tér-idő folytonosságot.
Ha nagy sebességgel halad, akkor a térben és az időben tapasztalható megfigyelései különböznek a többi lassabb mozgású emberekétől.
Az alábbi kép egy gondolati kísérletet mutat be, amely segít megérteni ezt az ötletet. Képzelje el, hogy egy űrhajón van, és lézert tart a kezében, amelynek segítségével fénysugarakat küld a mennyezetre, amelyre egy tükör van rögzítve. A visszatükröződő fény a detektorra esik, amely ezeket regisztrálja.
Fent - fénysugarat küldött a mennyezetbe, amely visszaverődött és függőlegesen esett az érzékelőre. Alább - Herman esetében a fénysugár átlósan a mennyezet felé mozog, majd átlósan az érzékelő felé.
Fent - fénysugarat küldött a mennyezetbe, amely visszaverődött és függőlegesen esett az érzékelőre. Alább - Herman esetében a fénysugár átlósan a mennyezet felé mozog, majd átlósan az érzékelő felé.
Tegyük fel, hogy a hajója állandó sebességgel mozog, amely megegyezik a fénysebesség felének (0,5c) felével. Einstein SRT szerint nem számít számodra, még a mozgását sem veszi észre.
Herman azonban, amikor pihenő csillaghajóból figyel téged, teljesen más képet fog látni. Az ő szempontjából a fénysugár átlósan halad át a mennyezet tükörén, visszatükröződik belőle és átlósan esik az érzékelőre.
Más szavakkal: a fénysugár pályája eltérő lesz Önnek és Hermannek, és hossza más lesz. Ezért az a hosszú idő, amíg a lézernyaláb eljut a távolságra a tükörhöz és az érzékelőhöz, számít önnek.
Ezt a jelenséget időbeli dilatációnak hívják: a nagy sebességgel haladó csillaghajón az idő a Földön lévő megfigyelő szempontjából sokkal lassabban áramlik.
Ez a példa, akárcsak sok más, világosan bemutatja a tér és az idő közötti elválaszthatatlan kapcsolatot. Ez a kapcsolat egyértelműen csak a megfigyelő számára nyilvánul meg, amikor nagy sebességről van szó, közel a fénysebességhez.
Azóta, hogy Einstein nagyszerű elméletét közzétette, a kísérletek megerősítették, hogy a teret és az időt a tárgyak mozgásának sebességétől függően eltérően érzékelik.
A tömeg és az energia kombinálása
Az 1905-ben közzétett híres cikkében Einstein egy egyszerű képlettel ötvözte a tömeget és az energiát, amelyet azóta minden hallgató ismert: E = mc².
A nagy fizikus elmélete szerint, amikor egy anyagi test sebessége növekszik, a fénysebességhez közeledve, annak tömege is növekszik. Azok. minél gyorsabban mozog a tárgy, annál nehezebbé válik. A fénysebesség elérése esetén a test tömege és energiája végtelenné válik. Minél nehezebb a test, annál nehezebb megnövelni a sebességét; végtelen mennyiségű energiát igényel a végtelen tömegű test felgyorsításához, tehát az anyagi tárgyak nem érik el a fénysebességet.
Einstein előtt a tömeg és az energia fogalmait a fizikában külön vizsgálták. A ragyogó tudós bebizonyította, hogy a tömegmegőrzési törvény, akárcsak az energiamegőrzési törvény, a tömeg-energia általánosabb törvényének részei.
A két fogalom közötti alapvető kapcsolat miatt az anyag energiává válhat, és fordítva - az energiát anyaggá lehet alakítani.