Teoria specială a relativității, care la începutul secolului trecut a răsturnat ideile general acceptate despre lume, continuă să excite mintea și inimile oamenilor. Astăzi vom încerca să ne dăm seama împreună despre ce este vorba.
În 1905, Albert Einstein a publicat Special Theory of Relativity (SRT), care a explicat cum să interpreteze mișcarea între diferite cadre inerțiale de referință - pur și simplu pus, obiecte care se mișcă cu o viteză constantă unul față de celălalt.
Einstein a explicat că atunci când două obiecte se mișcă la o viteză constantă, unul ar trebui să ia în considerare mișcarea lor una față de cealaltă, în loc să o accepte pe una dintre ele ca un cadru de referință absolut.
Așadar, dacă doi astronauți, voi și, spuneți, Herman, zburați în două nave spațiale și doriți să vă comparați observațiile, singurul lucru pe care trebuie să-l știți este viteza dvs. una față de cealaltă.
Relativitatea specială consideră un singur caz special (de unde și numele), când mișcarea este rectilinie și uniformă. Dacă un corp material se accelerează sau se abate, legile SRT nu mai funcționează. Atunci intră în vigoare teoria generală a relativității (GTR), care explică mișcările corpurilor materiale în cazul general.
Teoria lui Einstein se bazează pe două principii de bază:
1. Principiul relativității: legile fizice se păstrează chiar și pentru corpurile care sunt cadre inerțiale de referință, adică se mișcă cu o viteză constantă una față de cealaltă.
2. Principiul vitezei luminii: viteza luminii rămâne neschimbată pentru toți observatorii, indiferent de viteza lor în raport cu sursa de lumină. (Fizicienii indică viteza luminii cu litera c).
Video promotional:
Unul dintre motivele succesului lui Albert Einstein este că a pus datele experimentale mai presus de cele teoretice. Când o serie de experimente au dezvăluit rezultate care au contrazis teoria general acceptată, mulți fizicieni au decis că aceste experimente au greșit.
Albert Einstein a fost unul dintre primii care a decis să construiască o nouă teorie bazată pe noi date experimentale.
La sfârșitul secolului al IX-lea, fizicienii căutau un eter misterios - un mediu în care, conform presupunerilor general acceptate, undele de lumină ar trebui să se propage, ca și undele acustice, pentru care este nevoie de aer pentru a se propaga sau un alt mediu - solid, lichid sau gazos. Credința în existența eterului a dus la convingerea că viteza luminii trebuie să se schimbe în funcție de viteza observatorului în raport cu eterul.
Albert Einstein a abandonat conceptul de eter și a sugerat ca toate legile fizice, inclusiv viteza luminii, să rămână neschimbate indiferent de viteza observatorului - așa cum au arătat experimentele.
Omogenitatea spațiului și a timpului
SRT al lui Einstein postulează o relație fundamentală între spațiu și timp. Universul Material, după cum știți, are trei dimensiuni spațiale: sus, jos, dreapta-stânga și înainte-înapoi. I se adaugă încă o dimensiune - temporară. Împreună, aceste patru dimensiuni alcătuiesc continuul spațiu-timp.
Dacă vă deplasați cu viteză mare, observațiile dvs. în raport cu spațiul și timpul vor diferi de cele ale altor persoane care se mișcă cu o viteză mai lentă.
Imaginea de mai jos arată un experiment de gândire care să vă ajute să înțelegeți această idee. Imaginați-vă că vă aflați pe o navă spațială, ținând un laser în mâini, cu ajutorul căruia trimiteți fascicule de lumină la tavanul pe care este fixată o oglindă. Lumina, reflectată, cade pe detectorul, care le înregistrează.
Deasupra - ai trimis un fascicul de lumină în tavan, s-a reflectat și a căzut vertical pe detector. Mai jos - pentru Herman, raza de lumină se deplasează în diagonală spre tavan și apoi în diagonală spre detector.
Deasupra - ai trimis un fascicul de lumină în tavan, s-a reflectat și a căzut vertical pe detector. Mai jos - pentru Herman, raza de lumină se deplasează în diagonală spre tavan și apoi în diagonală spre detector.
Să zicem că nava dvs. se mișcă la o viteză constantă egală cu jumătate din viteza luminii (0,5c). Conform SRT-ului Einstein, nu contează pentru tine, nici măcar nu îți observi mișcarea.
Totuși, Herman, urmărindu-te dintr-o navă de zbor odihnitoare, va vedea o imagine complet diferită. Din punctul său de vedere, fasciculul de lumină se va deplasa în diagonală către oglinda de pe tavan, se va reflecta din ea și va cădea în diagonală pe detector.
Cu alte cuvinte, traiectoria fasciculului de lumină va arăta diferit pentru tine și pentru Herman, iar lungimea sa va fi diferită. Prin urmare, durata necesară pentru ca fasciculul laser să parcurgă distanța până la oglindă și către detector vă va părea diferit.
Acest fenomen se numește dilatarea timpului: timpul pe o navă de stele care se mișcă cu viteză mare, din punctul de vedere al unui observator pe Pământ, curge mult mai lent.
Acest exemplu, la fel ca mulți alții, demonstrează clar legătura inextricabilă dintre spațiu și timp. Această conexiune se manifestă în mod clar observatorului doar atunci când vine vorba de viteze mari, apropiate de viteza luminii.
Experimentele de când Einstein a publicat marea sa teorie au confirmat că spațiul și timpul sunt percepute în mod diferit în funcție de viteza de mișcare a obiectelor.
Combinând masa și energia
În faimosul său articol publicat în 1905, Einstein a combinat masa și energia într-o formulă simplă cunoscută de fiecare student de atunci: E = mc².
Conform teoriei marelui fizician, când viteza unui corp material crește, apropiindu-se de viteza luminii, crește și masa sa. Acestea. cu cât obiectul se mișcă mai repede, cu atât devine mai greu. În cazul atingerii vitezei luminii, masa corpului, precum și energia acestuia, devin infinite. Cu cât este mai greu corpul, cu atât este mai dificil să-i crești viteza; este nevoie de o cantitate infinită de energie pentru a accelera un corp cu masă infinită, astfel încât este imposibil ca obiectele materiale să atingă viteza luminii.
Înainte de Einstein, conceptele de masă și energie în fizică erau considerate separat. Omul de știință genial a dovedit că legea conservării masei, precum legea conservării energiei, sunt părți ale unei legi mai generale a energiei în masă.
Datorită conexiunii fundamentale dintre aceste două concepte, materia poate fi transformată în energie, și invers - energie în materie.
