Īpašā relativitātes teorija, kas pagājušā gadsimta sākumā apgāza vispārpieņemtās idejas par pasauli, joprojām turpina satraukt cilvēku prātus un sirdis. Šodien mēs centīsimies kopā izdomāt, kas tas ir.
1905. gadā Alberts Einšteins publicēja īpašo relativitātes teoriju (SRT), kurā tika izskaidrots, kā interpretēt kustību starp dažādiem inerciāliem atskaites rāmjiem - vienkārši sakot, objektus, kas pārvietojas nemainīgā ātrumā viens pret otru.
Einšteins paskaidroja, ka tad, kad divi objekti pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, vajadzētu apsvērt to kustību attiecībā pret otru, tā vietā, lai pieņemtu vienu no tiem kā absolūtu atskaites ietvaru.
Tātad, ja divi astronauti, jūs un, teiksim, Hermans, lidojat uz diviem kosmosa kuģiem un vēlaties salīdzināt savus novērojumus, vienīgais, kas jums jāzina, ir ātrums attiecībā pret otru.
Īpašā relativitāte attiecas tikai uz vienu īpašu gadījumu (tātad arī uz nosaukumu), kad kustība ir taisna un vienmērīga. Ja materiāls ķermenis paātrinās vai pagriežas malā, SRT likumi vairs nedarbojas. Tad stājas spēkā vispārējā relativitātes teorija (GTR), kas vispārējā gadījumā izskaidro materiālo ķermeņu kustības.
Einšteina teorija balstās uz diviem pamatprincipiem:
1. Relativitātes princips: fizikālie likumi tiek saglabāti pat tiem ķermeņiem, kuriem ir inerti atskaites rāmji, tas ir, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu attiecībā pret otru.
2. Gaismas ātruma princips: Gaismas ātrums paliek nemainīgs visiem novērotājiem neatkarīgi no viņu ātruma attiecībā pret gaismas avotu. (Fiziķi apzīmē gaismas ātrumu ar burtu c).
Reklāmas video:
Viens no Alberta Einšteina panākumu iemesliem ir tas, ka viņš eksperimentālos datus izvirzīja augstāk par teorētiskajiem. Kad eksperimentu sērija atklāja rezultātus, kas bija pretrunā ar vispārpieņemto teoriju, daudzi fiziķi nolēma, ka šie eksperimenti bija nepareizi.
Alberts Einšteins bija viens no pirmajiem, kurš nolēma izveidot jaunu teoriju, kuras pamatā bija jauni eksperimentālie dati.
9. gadsimta beigās fiziķi meklēja noslēpumainu ēteri - vidi, kurā saskaņā ar vispārpieņemtiem pieņēmumiem vajadzētu izplatīties gaismas viļņiem, līdzīgi kā akustiskajiem viļņiem, kuriem izplatīties nepieciešams gaiss, vai citam barotnei - cietam, šķidram vai gāzveida. Ticība ētera esamībai ir radījusi pārliecību, ka gaismas ātrumam ir jāmainās atkarībā no novērotāja ātruma attiecībā pret ēteri.
Alberts Einšteins atteicās no ētera jēdziena un ierosināja, ka visi fizikālie likumi, ieskaitot gaismas ātrumu, paliek nemainīgi neatkarīgi no novērotāja ātruma - kā parādīja eksperimenti.
Telpas un laika viendabīgums
Einšteina SRT postulē būtiskas attiecības starp telpu un laiku. Materiālajam visumam, kā jūs zināt, ir trīs telpiskās dimensijas: augšup uz leju, pa labi un pa kreisi un uz priekšu un atpakaļ. Tam tiek pievienota vēl viena dimensija - pagaidu. Šīs četras dimensijas kopā veido telpas-laika kontinuitāti.
Ja pārvietojaties lielā ātrumā, jūsu novērojumi attiecībā uz telpu un laiku atšķirsies no citu cilvēku novērojumiem, kas pārvietojas ar mazāku ātrumu.
Zemāk redzamajā attēlā parādīts domas eksperiments, kas palīdzēs jums izprast šo ideju. Iedomājieties, ka jūs atrodaties uz kosmosa kuģa, turot rokās lāzeru, ar kura palīdzību jūs nosūtāt gaismas starus uz griestiem, uz kuriem ir piestiprināts spogulis. Gaisma, atstarota, krīt uz detektora, kurš tos reģistrē.
Virs - jūs iesūtījāt gaismas staru griestos, tas atstarojās un vertikāli nokrita uz detektora. Zemāk - Hermanam - jūsu gaismas stars pārvietojas pa diagonāli griestu virzienā un pēc tam pa diagonāli detektora virzienā.
Virs - jūs iesūtījāt gaismas staru griestos, tas atstarojās un vertikāli nokrita uz detektora. Zemāk - Hermanam - jūsu gaismas stars pārvietojas pa diagonāli griestu virzienā un pēc tam pa diagonāli detektora virzienā.
Pieņemsim, ka jūsu kuģis pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, kas vienāds ar pusi no gaismas ātruma (0,5c). Saskaņā ar Einšteina SRT, jums tas nav svarīgi, jūs pat nepamanāt savu kustību.
Tomēr Hermanis, vērojot jūs no atpūtas zvaigznes, redzēs pavisam citu ainu. Pēc viņa domām, gaismas stars virzās pa diagonāli līdz spogulim uz griestiem, atstarojas no tā un nokrīt pa diagonāli uz detektoru.
Citiem vārdiem sakot, gaismas staru trajektorija gan jums, gan Hermanim izskatīsies atšķirīgi, un tā garums būs atšķirīgs. Tādēļ jums šķitīs atšķirīgs laiks, kas nepieciešams, lai lāzera stars novirzītu attālumu līdz spogulim un detektoram.
Šo parādību sauc par laika dilatāciju: laiks uz zvaigžņu kuģa, kas pārvietojas ar lielu ātrumu, no Zemes novērotāja viedokļa, plūst daudz lēnāk.
Šis piemērs, tāpat kā daudzi citi, skaidri parāda nesaraujamo saikni starp telpu un laiku. Šis savienojums novērotājam skaidri izpaužas tikai tad, kad runa ir par lielu ātrumu, tuvu gaismas ātrumam.
Eksperimenti, kopš Einšteins publicēja savu lielisko teoriju, ir apstiprinājuši, ka telpu un laiku faktiski uztver atšķirīgi atkarībā no priekšmetu kustības ātruma.
Masas un enerģijas apvienošana
Savā slavenajā rakstā, kas publicēts 1905. gadā, Einšteins apvienoja masu un enerģiju vienkāršā formulā, kas kopš tā laika ir zināma ikvienam studentam: E = mc².
Saskaņā ar lielā fiziķa teoriju, kad palielinās materiāla ķermeņa ātrums, tuvojoties gaismas ātrumam, palielinās arī tā masa. Tie. jo ātrāk objekts pārvietojas, jo smagāks tas kļūst. Gaismas ātruma sasniegšanas gadījumā ķermeņa masa, kā arī tās enerģija kļūst bezgalīga. Jo smagāks ir ķermenis, jo grūtāk ir palielināt tā ātrumu; tas prasa bezgalīgu enerģijas daudzumu, lai paātrinātu ķermeni ar bezgalīgu masu, tāpēc materiālajiem objektiem nav iespējams sasniegt gaismas ātrumu.
Pirms Einšteina masas un enerģijas jēdzieni fizikā tika apskatīti atsevišķi. Lieliskais zinātnieks pierādīja, ka masas saglabāšanas likums, tāpat kā enerģijas saglabāšanas likums, ir daļa no vispārīgāka masu enerģijas likuma.
Sakarā ar šo divu jēdzienu būtisko saikni, matēriju var pārvērst enerģijā, un otrādi - enerģiju matērijā.