Die spesiale relatiwiteitsteorie, gepubliseer in 1905 deur Einstein en 'n belangrike veralgemening van 'n aantal vroeëre hipoteses, is een van die mees resonante en bespreek in fisika.
Inderdaad, dit is moeilik om te dink dat wanneer 'n voorwerp teen 'n naby-lig-spoed beweeg, fisiese prosesse vir hom op 'n heeltemal ongewone manier begin voortgaan: sy lengte neem af, sy massa neem toe en tyd vertraag. Onmiddellik na die publikasie het pogings begin om die teorie te diskrediteer, wat vandag voortduur, hoewel meer as honderd jaar verby is. Dit is nie verbasend nie, want die vraag oor hoe laat is die mensdom al lank bekommerd en almal se aandag getrek.
Wat is relativisme
Die essensie van relativistiese meganika (dit is ook die spesiale relatiwiteitsteorie, hierna verwys as SRT) en die verskil daarvan met klassieke meganika word duidelik uitgedruk deur die direkte vertaling van sy naam: Latyn relativus beteken "relatief". SRT postuleer die onvermydelikheid van tydverwydering vir 'n voorwerp terwyl dit relatief tot 'n waarnemer beweeg.
Die verskilvan hierdie teorie, voorgestel deur Albert Einstein, uit Newtoniaanse meganika en lê daarin dat alle voortgaande prosesse slegs relatief tot mekaar of tot een of ander buite-waarnemer beskou kan word. Voordat daar beskryf word wat relativistiese tydverwydering is, is dit nodig om 'n bietjie in die vraag na die vorming van die teorie te delf en vas te stel waarom die formulering daarvan moontlik en selfs verpligtend geword het.
The Origins of Relativity
Teen die einde van die 19de eeu het wetenskaplikes besef dat sommige eksperimentele data nie inpas by die prentjie van die wêreld wat op klassieke meganika gebaseer is nie.
Fundamentele teenstrydighede het gelei tot pogings om Newton se meganika te kombineer met Maxwell se vergelykings wat die beweging van elektromagnetiese golwe in vakuum en deurlopende media beskryf. Dit was reeds bekend dat lig net so 'n golf is, en dit moet binne die raamwerk van elektrodinamika oorweeg word, maar dit was uiters problematies om met visuele en, bowenal, tyd-getoetsde meganika te redeneer.
Die teenstrydigheid was egter duidelik. Gestel dat 'n lantern vasgemaak is voor 'n bewegende trein, wat vorentoe skyn. Volgens Newton moet die spoed van die trein en die lig wat van die lantern kom optel. Maxwell se vergelykings in hierdie hipotetiese situasie het eenvoudig “gebreek”. 'n Heeltemal nuwe benadering was nodig.
Spesiale Relatiwiteit
Dit sal verkeerd wees om te glo dat Einstein die relatiwiteitsteorie uitgevind het. Trouens, hy het hom gewend tot die werke en hipoteses van wetenskaplikes wat voor hom gewerk het. Die skrywer het egter genadervraag aan die ander kant en in plaas van Newton se meganika het Maxwell se vergelykings erken as "a priori korrek".
Benewens die bekende relatiwiteitsbeginsel (trouens, geformuleer deur Galileo egter binne die raamwerk van klassieke meganika), het hierdie benadering Einstein tot 'n interessante stelling gelei: die spoed van lig is konstant in alle rame van verwysing. En dit is hierdie gevolgtrekking wat ons toelaat om te praat oor die moontlikheid om die tydstandaarde te verander wanneer die voorwerp beweeg.
Konstantheid van die spoed van lig
Dit wil voorkom asof die stelling "die spoed van lig is konstant" nie verbasend is nie. Maar probeer jou voorstel dat jy stilstaan en kyk hoe die lig teen 'n vaste spoed van jou wegbeweeg. Jy volg die balk, maar dit bly teen presies dieselfde spoed van jou wegbeweeg. Verder, as jy omdraai en in die teenoorgestelde rigting van die balk vlieg, sal jy op geen manier die spoed van jou afstand van mekaar verander nie!
Hoe is dit moontlik? Hier begin die gesprek oor die relativistiese effek van tydverwydering. Interessant? Lees dan verder!
Relativistiese tydverwyding volgens Einstein
Wanneer 'n voorwerp se spoed die spoed van lig nader, word die voorwerp se interne tyd bereken om stadiger te word. As ons aanneem dat 'n persoon parallel met die sonstraal met 'n soortgelyke spoed beweeg, sal tyd vir hom hoegenaamd ophou hardloop. Daar is 'n formule vir relativistiese tydverwydering, wat die verband daarvan met die spoed van 'n voorwerp weerspieël.
Wanneer hierdie kwessie egter bestudeer word, moet onthou word dat geen liggaam met massa selfs teoreties die spoed van lig kan bereik nie.
Paradokse wat met teorie verband hou
Spesiale relatiwiteit is 'n wetenskaplike werk en nie maklik om te verstaan nie. Openbare belangstelling in die vraag wat tyd is gee egter gereeld aanleiding tot idees wat op alledaagse vlak na onoplosbare paradokse blyk te wees. Byvoorbeeld, die volgende voorbeeld verstom die meeste mense wat aan SRT bekendgestel word sonder enige kennis van fisika.
Daar is twee vliegtuie, waarvan een reguit vlieg, en die tweede opstyg en, nadat hy 'n boog beskryf het teen 'n spoed naby aan die spoed van lig, haal die eerste in. Voorspelbaar blyk dit dat die tyd vir die tweede apparaat (wat teen ligspoed gevlieg het) stadiger verloop het as vir die eerste. In ooreenstemming met die SRT-postulaat is die verwysingsraamwerke vir beide vliegtuie egter gelyk. Dit beteken dat die tyd stadiger kan verbygaan vir beide die een en die ander toestel. Dit wil voorkom asof dit 'n doodloopstraat is. Maar …
Oplossing van paradokse
Trouens, die bron van hierdie soort paradokse is 'n wanbegrip van die meganisme van die teorie. Hierdie teenstrydigheid kan opgelos word deur 'n bekende spekulatiewe eksperiment te gebruik.
Ons het 'n skuur met twee deure wat 'n deurgang vorm en 'n paal effens langer as die lengte van die skuur. As ons die paal van deur tot deur rek, sal hulle nie kan toemaak nie of hulle breek bloot ons paal. As die paal in die skuur vlieg,sal 'n spoed naby aan die spoed van lig hê, sy lengte sal afneem (onthou: 'n voorwerp wat teen die spoed van lig beweeg, sal 'n lengte van nul hê), en op die oomblik dat dit binne die skuur is, kan ons die deure sonder om ons rekwisiete te breek.
Aan die ander kant, soos in die voorbeeld met die vliegtuig, is dit die skuur wat relatief tot die paal moet afneem. Die paradoks word herhaal, en dit wil voorkom asof daar geen uitweg is nie - beide voorwerpe word sinchronies in lengte verklein. Onthou egter dat alles relatief is, en los die probleem op deur die tyd te verander.
Relatiwiteit van gelyktydigheid
Wanneer die voorste rand van die paal binne is, voor die voordeur, kan ons dit toemaak en oopmaak, en op die oomblik wanneer die paal heeltemal in die skuur invlieg, sal ons dieselfde doen met die agterkant. deur. Dit wil voorkom asof ons dit nie op dieselfde tyd doen nie, en die eksperiment het misluk, maar hier blyk die belangrikste: in ooreenstemming met die spesiale relatiwiteitsteorie, is die sluitingsmomente van beide deure op dieselfde punt op die tyd-as.
Dit gebeur omdat gebeurtenisse wat gelyktydig in een verwysingsraamwerk plaasvind nie gelyktydig in 'n ander sal wees nie. Relativistiese tydverwydering word gemanifesteer in die verhouding van objekte, en ons keer terug na die absoluut alledaagse veralgemening van Einstein se teorie: alles is relatief.
Daar is nog een detail: die gelykheid van verwysingstelsels is relevant in SRT, wanneer beide voorwerpe eenvormig en reglynig beweeg. Sodra een van die liggame begin versnel of vertraag, word sy verwysingsraamwerk uniekmoontlik.
Twin Paradox
Die bekendste paradoks wat relativistiese tydverwydering "op 'n eenvoudige manier" verduidelik, is 'n gedagte-eksperiment met twee tweelingbroers. Een van hulle vlieg weg in 'n ruimteskip teen 'n spoed naby aan die spoed van lig, terwyl die ander op die grond bly. Met sy terugkeer ontdek die ruimtevaarder-broer dat hy self 10 jaar oud is, en sy broer, wat by die huis gebly het, het soveel as 20 jaar oud geword.
Die geheelbeeld behoort reeds vir die leser duidelik te wees uit die vorige verduidelikings: vir die broer op die ruimteskip vertraag die tyd omdat sy spoed naby die spoed van lig is; ons kan nie die verwysingsraamwerk met betrekking tot die broer-op-grond aanvaar nie, aangesien dit nie-traagheid sal blyk te wees nie (slegs een broer ervaar oorladings).
Ek wil nog iets opmerk: maak nie saak watter graad die opponente in die dispuut bereik nie, die feit bly staan: tyd in sy absolute waarde bly konstant. Maak nie saak hoeveel jaar 'n broer op 'n ruimteskip vlieg nie, hy sal in sy verwysingsraamwerk bly verouder presies teen dieselfde tempo soos wat die tyd verbygaan, en die tweede broer sal teen presies dieselfde tempo verouder - die verskil sal eers geopenbaar word wanneer hulle ontmoet, en nie in enige ander geval nie.
Swaartekragtydverwyding
Ten slotte moet daarop gelet word dat daar 'n tweede tipe tydverwydering is, wat reeds met die algemene relatiwiteitsteorie geassosieer word.
Selfs in die 18de eeu het Mitchell die bestaan van die rooi voorspelverplasing, wat beteken dat wanneer 'n voorwerp tussen areas met sterk en swak swaartekrag beweeg, die tyd daarvoor sal verander. Ten spyte van pogings om die kwessie deur Laplace en Zoldner te bestudeer, het slegs Einstein 'n volwaardige werk oor hierdie onderwerp in 1911 aangebied.
Hierdie effek is nie minder interessant as die relativistiese tydsverwydering nie, maar dit vereis 'n aparte studie. En dit, soos hulle sê, is 'n heel ander storie.
