A speciális relativitáselmélet, amelyet Einstein 1905-ben tett közzé, és számos korábbi hipotézis fontos általánosítása, a fizikában az egyik legvisszhangosabb és legvitatottabb.
Valóban nehéz elképzelni, hogy amikor egy tárgy fényhez közeli sebességgel mozog, a fizikai folyamatok egészen szokatlan módon kezdenek lezajlani: hossza csökken, tömege nő, az idő pedig lelassul. Közvetlenül a megjelenés után megindultak a kísérletek az elmélet hiteltelenítésére, amelyek ma is folytatódnak, bár több mint száz év telt el. Ez nem meglepő, mert az idő kérdése régóta foglalkoztatja az emberiséget, és mindenki figyelmét felkeltette.
Mi az a relativizmus
A relativisztikus mechanika (egyben a speciális relativitáselmélet, a továbbiakban SRT) lényegét és a klasszikus mechanikától való eltérését elevenen fejezi ki nevének közvetlen fordítása: a latin relativus jelentése "relatív". Az SRT feltételezi az idődilatáció elkerülhetetlenségét egy objektum esetében, amikor az a megfigyelőhöz képest mozog.
A különbségEnnek az Albert Einstein által javasolt elméletnek a newtoni mechanikából való értelmezése, és abban a tényben rejlik, hogy minden folyamatban lévő folyamat csak egymáshoz vagy valamilyen külső szemlélőhöz viszonyítva tekinthető. Mielőtt leírnánk, mi a relativisztikus idődilatáció, egy kicsit elmélyülnünk kell az elmélet kialakulásának kérdésében, és meg kell határoznunk, miért vált egyáltalán lehetségessé, sőt egyáltalán kötelezővé annak megfogalmazása.
A relativitáselmélet eredete
A 19. század végére a tudósok megértették, hogy egyes kísérleti adatok nem illeszkednek a klasszikus mechanika alapján kialakult világképbe.
Alapvető ellentmondások eredményezték a Newton-féle mechanika és az elektromágneses hullámok vákuumban és folytonos közegben történő mozgását leíró Maxwell-egyenletekkel való kombinálását. Az már korábban is ismert volt, hogy a fény csak egy ilyen hullám, és az elektrodinamika keretein belül kell ezt figyelembe venni, de rendkívül problematikus volt vitatkozni a vizuális és legfőképpen az időtálló mechanikával.
Az ellentmondás azonban nyilvánvaló volt. Tegyük fel, hogy egy lámpást rögzítenek egy mozgó vonat elé, amely előre világít. Newton szerint a vonat sebességének és a lámpásból érkező fénynek össze kell adni. A Maxwell-egyenletek ebben a hipotetikus helyzetben egyszerűen „összetörtek”. Teljesen új megközelítésre volt szükség.
Speciális relativitáselmélet
Helytelen lenne azt hinni, hogy Einstein találta fel a relativitáselméletet. Valójában az előtte dolgozó tudósok munkáihoz és hipotéziseihez fordult. A szerző azonban megkerestekérdés, másrészt, és a Newton-féle mechanika helyett a Maxwell-egyenleteket "eleve helyesnek" ismerte fel.
A híres (valójában Galilei által megfogalmazott, de a klasszikus mechanika keretein belül megfogalmazott) relativitáselv mellett ez a megközelítés egy érdekes megállapításhoz vezette Einsteint: a fénysebesség a fénysebesség minden keretében állandó. referencia. És ez az a következtetés, amely lehetővé teszi számunkra, hogy beszéljünk az időszabványok megváltoztatásának lehetőségéről, amikor az objektum mozog.
A fénysebesség állandósága
Úgy tűnik, hogy a „fénysebesség állandó” állítás nem meglepő. De próbáld meg elképzelni, hogy egy helyben állsz, és nézed, ahogy a fény meghatározott sebességgel távolodik tőled. Követed a sugarat, de az továbbra is pontosan ugyanolyan sebességgel távolodik tőled. Sőt, megfordulva és a sugárral ellenkező irányba repülve semmilyen módon nem változtatjátok meg az egymástól való távolságotok sebességét!
Hogy lehetséges ez? Itt kezdődik a beszélgetés az idődilatáció relativisztikus hatásáról. Érdekes? Akkor olvass tovább!
Relativisztikus idődilatáció Einstein szerint
Ha egy objektum sebessége megközelíti a fénysebességet, az objektum belső ideje lelassul. Ha feltételezzük, hogy egy személy a napsugárral párhuzamosan, hasonló sebességgel mozog, akkor számára az idő egyáltalán nem fut. Van egy képlet a relativisztikus idődilatációra, amely tükrözi annak kapcsolatát egy objektum sebességével.
A kérdés tanulmányozásakor azonban emlékezni kell arra, hogy egyetlen tömegű test sem érheti el elméletileg a fénysebességet.
Elmélettel kapcsolatos paradoxonok
A speciális relativitáselmélet tudományos munka, és nem könnyű megérteni. Az idő rendszeres mivoltának kérdése iránti közérdeklődés azonban olyan gondolatokat szül, amelyek hétköznapi szinten feloldhatatlan paradoxonnak tűnnek. Például a következő példa zavarba ejti a legtöbb embert, aki fizikaismeret nélkül ismerkedik meg az SRT-vel.
Két sík van, amelyek közül az egyik egyenesen repül, a második felszáll, és miután fénysebességgel közeli ívet írt le, utoléri az elsőt. Előreláthatóan kiderül, hogy a második készülék (amely közel fénysebességgel repült) lassabban telt, mint az elsőnél. Az SRT posztulátum szerint azonban mindkét repülőgép referenciakerete egyenlő. Ez azt jelenti, hogy az idő lassabban telik el mind az egyik, mind a másik eszköznél. Úgy tűnik, ez egy zsákutca. De…
Paradoxonok feloldása
Valójában az effajta paradoxonok forrása az elmélet mechanizmusának félreértése. Ez az ellentmondás feloldható egy jól ismert spekulatív kísérlettel.
Van egy fészerünk, amelynek két ajtója átjárót képez, és egy oszlopa valamivel hosszabb, mint a fészer. Ha az oszlopot ajtóról ajtóra feszítjük, akkor nem tudnak becsukódni, vagy egyszerűen eltörik az oszlopunkat. Ha a rúd berepül az istállóba,fénysebességhez közeli sebessége lesz, a hossza csökken (ne feledjük: a fénysebességgel mozgó tárgy hossza nulla), és abban a pillanatban, hogy az istállóban van, bezárhatjuk és kinyithatjuk a ajtókat anélkül, hogy összetörnénk a kellékeinket.
Másrészt, mint a sík példájában, az istállónak kell csökkennie a pólushoz képest. A paradoxon megismétlődik, és úgy tűnik, nincs kiút - mindkét objektum szinkronban csökken. Ne feledje azonban, hogy minden relatív, és oldja meg a problémát az idő megváltoztatásával.
Az egyidejűség relativitása
Amikor az oszlop elülső éle bent van, a bejárati ajtó előtt, akkor zárhatjuk és kinyithatjuk, és abban a pillanatban, amikor az oszlop teljesen berepül a fészerbe, ugyanezt tesszük a hátsóval ajtó. Úgy tűnik, nem egyszerre csináljuk, és a kísérlet kudarcot vallott, de itt kiderül a lényeg: a speciális relativitáselméletnek megfelelően mindkét ajtó zárási momentumai ugyanazon a ponton találhatók az ajtón. időtengely.
Ez azért történik, mert az egyik vonatkoztatási rendszerben egyidejűleg előforduló események nem lesznek egyidejűek a másikban. A relativisztikus idődilatáció a tárgyak viszonyában nyilvánul meg, és visszatérünk Einstein elméletének abszolút mindennapi általánosításához: minden relatív.
Van még egy részlet: a referenciarendszerek egyenlősége lényeges az SRT-ben, amikor mindkét objektum egyenletesen és egyenesen mozog. Amint az egyik test gyorsulni vagy lassulni kezd, a vonatkoztatási rendszere egyedivé váliklehetséges.
Ikerparadoxon
A leghíresebb paradoxon, amely "egyszerű módon" magyarázza a relativisztikus idődilatációt, egy gondolatkísérlet két ikertestvérrel. Egyikük fénysebességgel közeli sebességgel repül el egy űrhajóban, míg a másik a földön marad. Visszatérve az űrhajós testvér felfedezi, hogy ő maga 10 éves, az otthon maradt testvére pedig már 20 éves.
Az összképnek már az előző fejtegetésekből világosnak kell lennie az olvasó számára: az űrhajón tartózkodó testvér számára lelassul az idő, mert sebessége közel áll a fénysebességhez; nem tudjuk elfogadni a földi testvér viszonyítási rendszerét, mivel kiderül, hogy nem tehetetlen (csak egy testvér tapasztal túlterhelést).
Még valamit megjegyeznék: bármennyire is jutnak el az ellenfelek a vitában, tény marad: az idő abszolút értékében állandó marad. Nem számít, hány évet repül egy testvér egy űrhajón, pontosan ugyanolyan ütemben öregszik tovább, ahogyan az idő telik a vonatkoztatási rendszerében, és a második testvér pontosan ugyanilyen ütemben fog öregedni - a különbség csak akkor derül ki, ha találkoznak, és nem minden más esetben.
Gravitációs idő dilatáció
Befejezésül meg kell jegyezni, hogy létezik egy második típusú idődilatáció, amely már az általános relativitáselmélethez kapcsolódik.
Még a 18. században Mitchell megjósolta a vörös létezésételmozdulás, ami azt jelenti, hogy amikor egy tárgy az erős és gyenge gravitációjú területek között mozog, megváltozik annak ideje. Annak ellenére, hogy Laplace és Zoldner megpróbálta tanulmányozni a kérdést, egyedül Einstein mutatott be teljes értékű munkát erről a témáról 1911-ben.
Ez a hatás nem kevésbé érdekes, mint a relativisztikus idődilatáció, de külön vizsgálatot igényel. És ez, ahogy mondják, egy teljesen más történet.
