Ypatinga reliatyvumo teorija, praėjusio amžiaus pradžioje panaikinusi visuotinai priimtas idėjas apie pasaulį, vis dar jaudina žmonių protus ir širdis. Šiandien bandysime kartu išsiaiškinti, kas tai yra.
1905 m. Albertas Einšteinas išleido Specialiąją reliatyvumo teoriją (STR), kurioje paaiškinta, kaip interpretuoti judesį tarp skirtingų inercinių atskaitos rėmų - paprasčiau tariant, objektus, kurie juda pastoviu greičiu vienas kito atžvilgiu.
- „Salik.biz“
Einšteinas paaiškino, kad kai du objektai juda pastoviu greičiu, reikėtų atsižvelgti į jų judesį vienas kito atžvilgiu, užuot priėmus vieną iš jų absoliučiu atskaitos tašku.
Taigi, jei du astronautai, jūs ir, tarkime, Hermanas, skraidote dviem erdvėlaiviais ir norite palyginti savo pastebėjimus, vienintelis dalykas, kurį turite žinoti, yra jūsų greitis vienas kito atžvilgiu.
Ypatingas reliatyvumas apima tik vieną ypatingą atvejį (taigi ir pavadinimą), kai judesys yra tiesiškas ir tolygus. Jei materialus kūnas įsibėgėja ar pasislenka, SRT įstatymai nebeveikia. Tuomet įsigalioja bendroji reliatyvumo teorija (GTR), kuri paaiškina materialiųjų kūnų judesius bendruoju atveju.
Einšteino teorija remiasi dviem pagrindiniais principais:
1. Reliatyvumo principas: fizikiniai dėsniai išsaugomi net ir kūnams, kurie yra inerciniai atskaitos rėmai, tai yra, judantys pastoviu greičiu vienas kito atžvilgiu.
2. Šviesos greičio principas: visiems stebėtojams šviesos greitis išlieka nepakitęs, neatsižvelgiant į jų greitį šviesos šaltinio atžvilgiu. (Fizikai šviesos greitį žymi raide c).
Reklaminis vaizdo įrašas:
Viena iš Alberto Einšteino sėkmės priežasčių yra ta, kad eksperimentinius duomenis jis pateikė aukščiau teorinių. Kai eksperimentų serija atskleidė rezultatus, kurie prieštaravo visuotinai priimtai teorijai, daugelis fizikų nusprendė, kad šie eksperimentai buvo klaidingi.
Albertas Einšteinas buvo vienas iš pirmųjų, nusprendusių sukurti naują teoriją, paremtą naujais eksperimentiniais duomenimis.
9 amžiaus pabaigoje fizikai ieškojo paslaptingo eterio - terpės, kurioje pagal visuotinai priimtas prielaidas turėtų sklisti šviesos bangos, kaip ir akustinės bangos, kurioms skleisti reikalingas oras, arba kita terpė - kieta, skysta ar dujinė. Tikėjimas eterio egzistavimu lėmė įsitikinimą, kad šviesos greitis turi keistis priklausomai nuo stebėtojo greičio eterio atžvilgiu.
Albertas Einšteinas atsisakė eterio sąvokos ir pasiūlė, kad visi fiziniai dėsniai, įskaitant šviesos greitį, liktų nepakitę, nepaisant stebėtojo greičio - kaip parodė eksperimentai.
Erdvės ir laiko homogeniškumas
Einšteino SRT postuluoja esminį erdvės ir laiko santykį. Materialioji visata, kaip žinote, turi tris erdvinius matmenis: aukštyn žemyn, į dešinę-kairę ir pirmyn-atgal. Prie jo pridedama dar viena dimensija - laikina. Kartu šios keturios dimensijos sudaro erdvės ir laiko tęstinumą.
Jei judate dideliu greičiu, jūsų pastebėjimai erdvės ir laiko atžvilgiu skirsis nuo kitų žmonių, judančių lėtesniu greičiu.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas minčių eksperimentas, padėsiantis jums suprasti šią idėją. Įsivaizduokite, kad esate kosminiame laive, rankose laikydami lazerį, kurio pagalba į lubas, ant kurių tvirtinamas veidrodis, siunčiate šviesos pluoštus. Šviesa, atspindėta, patenka ant detektoriaus, kuris juos registruoja.
Viršuje - jūs perdavėte šviesos spindulį į lubas, jis atsispindėjo ir krito vertikaliai ant detektoriaus. Žemiau - Hermanui jūsų šviesos spindulys juda įstrižai link lubų, o tada įstrižai link detektoriaus.
Viršuje - jūs perdavėte šviesos spindulį į lubas, jis atsispindėjo ir krito vertikaliai ant detektoriaus. Žemiau - Hermanui jūsų šviesos spindulys juda įstrižai link lubų, o tada įstrižai link detektoriaus.
Tarkime, kad jūsų laivas juda pastoviu greičiu, lygiu pusei šviesos greičio (0,5c). Anot Einšteino SRT, jums tai nesvarbu, net nepastebite savo judesio.
Tačiau Hermanas, stebėdamas jus iš poilsio žvaigždžių, pamatys visiškai kitokį vaizdą. Jo požiūriu, šviesos spindulys judės įstrižai į veidrodį ant lubų, atsispindės nuo jo ir nukris įstrižai į detektorių.
Kitaip tariant, šviesos spindulio trajektorija atrodys skirtinga tiek jums, tiek Hermanui, o jo ilgis bus skirtingas. Todėl laikas, per kurį lazerio spindulys nuvažiuoja atstumą iki veidrodžio ir detektoriaus, jums atrodys skirtingas.
Šis reiškinys vadinamas laiko išsiplėtimu: dideliu greičiu judančiame žvaigždėlaike laikas, stebėtojo Žemėje požiūriu, teka daug lėčiau.
Šis pavyzdys, kaip ir daugelis kitų, aiškiai parodo neatsiejamą ryšį tarp erdvės ir laiko. Šis ryšys stebėtojui aiškiai pasireiškia tik esant dideliam greičiui, arti šviesos greičio.
Nuo tada, kai Einsteinas paskelbė savo puikią teoriją, atlikti eksperimentai patvirtino, kad erdvė ir laikas iš tikrųjų suvokiami skirtingai, priklausomai nuo objektų judėjimo greičio.
Masės ir energijos derinimas
Savo garsiajame 1905 m. Paskelbtame straipsnyje Einšteinas sujungė masę ir energiją pagal paprastą formulę, kuri nuo šiol buvo žinoma visiems studentams: E = mc².
Remiantis didžiojo fiziko teorija, didėjant materialaus kūno greičiui, artėjant prie šviesos greičio, didėja ir jo masė. Tie. kuo greičiau objektas juda, tuo sunkesnis jis tampa. Pasiekus šviesos greitį, kūno masė, taip pat ir jo energija, tampa begalinė. Kuo sunkesnis kūnas, tuo sunkiau padidinti jo greitį; kūnui, turinčiam begalinę masę, pagreitinti reikia be galo daug energijos, todėl materialiems objektams neįmanoma pasiekti šviesos greičio.
Prieš Einšteiną masės ir energijos sąvokos fizikoje buvo nagrinėjamos atskirai. Puikus mokslininkas įrodė, kad masės išsaugojimo įstatymas, kaip ir energijos taupymo įstatymas, yra bendro masės energijos įstatymo dalys.
Dėl esminio šių dviejų sąvokų ryšio, materija gali būti paversta energija, ir atvirkščiai - energija paversta materija.