Zvláštní teorie relativity, která na začátku minulého století převrátila obecně přijímané představy o světě, stále vzrušuje mysli a srdce lidí. Dnes se pokusíme společně zjistit, co to je.
V roce 1905 Albert Einstein publikoval Zvláštní teorii relativity (SRT), která vysvětlila, jak interpretovat pohyb mezi různými inerciálními referenčními rámci - jednoduše řečeno, objekty, které se pohybují konstantní rychlostí ve vztahu k sobě navzájem.
Einstein vysvětlil, že když se dva objekty pohybují konstantní rychlostí, jeden by měl uvažovat o jejich vzájemném pohybu namísto přijetí jednoho z nich jako absolutního referenčního rámce.
Takže pokud dva astronauti, vy a, řekněme, Hermane, létají ve dvou kosmických lodích a chcete porovnat svá pozorování, jediná věc, kterou potřebujete vědět, je vaše vzájemná rychlost.
Zvláštní relativita zvažuje pouze jeden zvláštní případ (odtud název), když je pohyb přímočarý a jednotný. Pokud se hmotné tělo zrychlí nebo otočí stranou, zákony SRT již nefungují. Poté vstoupí v platnost obecná teorie relativity (GTR), která vysvětluje pohyby hmotných těl v obecném případě.
Einsteinova teorie je založena na dvou základních principech:
1. Princip relativity: fyzikální zákony jsou zachovány i pro těla, která jsou inerciálními referenčními rámci, tj. Pohybující se konstantní rychlostí vůči sobě navzájem.
2. Princip rychlosti světla: rychlost světla zůstává nezměněna pro všechny pozorovatele bez ohledu na jejich rychlost ve vztahu ke světelnému zdroji. (Fyzici označují rychlost světla písmenem c).
Propagační video:
Jedním z důvodů úspěchu Alberta Einsteina je to, že dal experimentální data nad teoretická. Když řada experimentů odhalila výsledky, které byly v rozporu s obecně přijímanou teorií, mnoho fyziků se rozhodlo, že tyto experimenty byly špatné.
Albert Einstein byl jedním z prvních, kdo se rozhodl postavit novou teorii založenou na nových experimentálních datech.
Na konci 9. století hledali fyzici záhadný éter - médium, ve kterém by se podle obecně uznávaných předpokladů měly šířit světelné vlny, jako jsou akustické vlny, pro které je třeba šířit vzduch, nebo jiné médium - pevné, kapalné nebo plynné. Víra v existenci éteru vedla k víře, že rychlost světla se musí měnit v závislosti na rychlosti pozorovatele ve vztahu k éteru.
Albert Einstein opustil koncept éteru a navrhl, aby všechny fyzikální zákony, včetně rychlosti světla, zůstaly nezměněny bez ohledu na rychlost pozorovatele - jak ukazují experimenty.
Homogenita prostoru a času
Einsteinovo SRT předpokládá základní vztah mezi prostorem a časem. Hmotný vesmír, jak víte, má tři prostorové rozměry: nahoru-dolů, vpravo-vlevo a dopředu-dozadu. K tomu je přidána ještě jedna dimenze - dočasná. Tyto čtyři dimenze společně tvoří časoprostorové kontinuum.
Pokud se pohybujete vysokou rychlostí, vaše pozorování ve vztahu k prostoru a času se budou lišit od pozorování ostatních lidí, kteří se pohybují pomaleji.
Na následujícím obrázku je myšlenkový experiment, který vám pomůže tento nápad pochopit. Představte si, že jste na vesmírné lodi, držíte v rukou laser, pomocí kterého posíláte paprsky světla ke stropu, na kterém je upevněno zrcadlo. Světlo, odražené, dopadá na detektor, který je registruje.
Nahoře - do stropu jste vyslali paprsek světla, který se odrazil a dopadl svisle na detektor. Níže - u Hermana se váš světelný paprsek pohybuje diagonálně směrem ke stropu a pak diagonálně směrem k detektoru.
Nahoře - do stropu jste vyslali paprsek světla, který se odrazil a dopadl svisle na detektor. Níže - u Hermana se váš světelný paprsek pohybuje diagonálně směrem ke stropu a pak diagonálně směrem k detektoru.
Řekněme, že se vaše loď pohybuje konstantní rychlostí rovnající se polovině rychlosti světla (0,5c). Podle Einsteinova SRT na vás nezáleží, ani si nevšimnete svého pohybu.
Herman, který tě sleduje z odpočívající lodi, však uvidí úplně jiný obrázek. Z jeho pohledu se paprsek světla pohybuje diagonálně do zrcadla na stropě, odráží se od něj a dopadá diagonálně na detektor.
Jinými slovy, trajektorie světelného paprsku bude vypadat jinak pro vás a pro Hermana a jeho délka se bude lišit. Proto se vám bude zdát jiná doba, než laserový paprsek ujede vzdálenost do zrcadla a k detektoru.
Tento jev se nazývá dilatace času: čas na hvězdné lodi pohybující se vysokou rychlostí, z pohledu pozorovatele na Zemi, teče mnohem pomaleji.
Tento příklad, stejně jako mnoho jiných, jasně ukazuje neoddělitelné spojení mezi prostorem a časem. Toto spojení se pozorovateli jasně projevuje, pouze pokud jde o vysoké rychlosti, blízké rychlosti světla.
Experimenty od doby, kdy Einstein publikoval svou velkou teorii, potvrdily, že prostor a čas jsou ve skutečnosti vnímány odlišně v závislosti na rychlosti pohybu objektů.
Kombinace hmoty a energie
Ve svém slavném článku publikovaném v roce 1905 Einstein kombinoval hmotu a energii v jednoduchém vzorci, který je od té doby všem studentům znám: E = mc².
Podle teorie velkého fyzika, když se rychlost hmotného těla zvyšuje, přibližuje se rychlosti světla, zvyšuje se také jeho hmotnost. Ty. čím rychleji se objekt pohybuje, tím těžší je. V případě dosažení rychlosti světla je hmota těla i jeho energie nekonečná. Čím těžší je tělo, tím obtížnější je zvýšit jeho rychlost; to potřebuje nekonečné množství energie, aby zrychlilo tělo s nekonečnou hmotou, takže je nemožné, aby hmotné předměty dosáhly rychlosti světla.
Před Einsteinem byly koncepce hmoty a energie ve fyzice posuzovány odděleně. Brilantní vědec dokázal, že zákon zachování hmoty, stejně jako zákon zachování energie, je součástí obecného zákona o hromadné energii.
V důsledku základního spojení mezi těmito dvěma koncepty může být hmota přeměněna na energii a naopak - energie na hmotu.