cs.llcitycouncil.org
Fyzika

Zjednodušený úvod do Einsteinovy ​​teorie relativity

Zjednodušený úvod do Einsteinovy ​​teorie relativity



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.


Nebojte se, tak složitá, jak se zdá být teorie relativity; je to překvapivě jednoduché. V tomto krátkém článku se pokusíme vysvětlit, co Einstein navrhuje, aby vám poskytl nějaký vhled. Takže bez dalších okolků je zde naše zjednodušené vysvětlení teorie relativity.

Technicky vzato

Když mluvíme o „Teorii relativity“, máme na mysli obecně relativitu. Speciální relativita je „speciální případ“ obecné relativity. Kombinace těchto dvou principů pomáhá vysvětlit mnoho předmětů, které se liší od pohybu planet, vlivu gravitace na světlo až po existenci černých děr.

Speciální relativita uvádí, že zákony fyziky, a tedy i vesmír, jsou stejné pro všechny stejně „rychlé“ pozorovatele. Ve vesmírném vakuu je rychlost světla konstantní nezávisle na jakémkoli pozorovateli.

Ale co zrychlení a gravitace? Einstein o tom strávil desetiletí přemýšlením. V roce 1915 triumfálně vytvořil svoji obecnou teorii relativity. Zjistil, že masivní objekty ve vesmíru způsobí deformaci nebo zkreslení časoprostoru, které všichni „cítíme“ jako gravitaci.

Myšlení mimo krabici

Einstein svým neobvyklým způsobem myšlení předpokládal, že experimentální pozorování jsou správná. To byl úplný opak myšlenek jeho současníků. Na konci 19. století všichni fyzici hledali něco, čemu se říká „éter“. Ether byl považován za médium, kterým prošlo světlo. Stalo se to v podstatě hledáním svatého grálu. Einstein si uvědomil, že posedlost jeho vrstevníků tímto úkolem brání pokroku. Jeho řešením bylo jednoduše to z rovnice odstranit. Předpokládal, že fyzikální zákony budou fungovat bez ohledu na to, jak se věci pohybují. Strategie, která nebyla v rozporu s tím, co odhalily experimentální a matematické údaje.

V roce 1905 vyvinul Albert Einstein svoji speciální teorii relativity. Jeho průkopnická práce zneplatnila staletí přijímaného vědeckého myšlení a změnila způsob, jakým vnímáme svět kolem nás.

Jak název napovídá, tato teorie je použitelná pouze pro speciální případy, tj. Když se oba objekty pohybují konstantní nebo rovnoměrnou rychlostí.

Einstein vysvětlil, že relativní pohyb dvou objektů by měl být spíše referenčním rámcem než vnějším, esoterickým „éterickým“ referenčním systémem. Například řekněme, že jste astronaut v kosmické lodi a pozorujete na dálku jinou kosmickou loď. Jediná věc, na které záleží, je, jak rychle se vy a váš pozorovaný cíl pohybujete vůči sobě. Jeden zádrhel však platí, že speciální relativita platí pouze v případě, že cestujete přímočaře a ne akcelerujete. Pokud dojde k zrychlení, je třeba použít obecnou relativitu.

Tato teorie je založena na dvou základních principech:

Relativita - Fyzikální zákony se nemění. Dokonce i pro objekty pohybující se v setrvačných referenčních rámcích s konstantní rychlostí.

Rychlost světla - Je to stejné pro všechny pozorovatele bez ohledu na jejich relativní pohyb ke zdroji světla.

Einsteinova práce vytváří základní spojení mezi časem a prostorem. Vesmír si intuitivně představujeme jako trojrozměrný (nahoru a dolů, vlevo a vpravo, vpřed a vzad), ale také s časovou složkou nebo dimenzí. Jejich kombinací je prostředí 4-D, které zažíváme.

Pokud byste se měli pohybovat dostatečně rychle vesmírem, jakákoli vaše pozorování o prostoru a čase by se lišila od kohokoli jiného pohybujícího se jinou rychlostí než vy. Jak se zvyšoval rozdíl mezi rychlostmi, rostly i pozorované rozdíly.

Je to všechno relativní

Nyní si představte, že jste v kosmické lodi s laserem v ruce. Laserový paprsek střílí přímo až ke stropu, naráží do zrcadla a odráží se zpět do podlahy do detektoru. Pamatujte si, že loď je v pohybu, řekněme zhruba poloviční rychlostí světla. Relativnost uvádí, že tento pohyb pro vás nemá žádný rozdíl, nemůžete jej „cítit“ (stejně jako na Zemi, když se točí kolem své osy a vrhá se prostorem kolem slunce).

Ale tady přichází zvrat:

Externí pozorovatel by však byl svědkem něčeho úplně jiného. Pokud by mohli „vidět“ do vaší lodi, všimli by si, že laserový paprsek se pohybuje „nahoru“ pod určitým úhlem, zasáhne zrcadlo a poté se opět pohybuje dolů v jiném úhlu, aby zasáhl detektor. Pozorovatel by si všiml, že světelná dráha bude delší a ve výraznějším úhlu, než byste pozorovali na své lodi. Ještě důležitější je, že doba potřebná k tomu, aby se laser dostal k detektoru, by byla jiná. Vzhledem k tomu, že rychlost světla je konstantní, jak můžete oba dospět ke stejnému závěru, který tuto teorii dokazuje? Je zřejmé, že plynutí času musí být pro vás a externího pozorovatele odlišné.

Co to k čertu? Tento jev se nazývá dilatace času. Ve výše uvedeném příkladu se čas pro vás musí „pohybovat“ rychleji ve srovnání s časem pomalejšího pozorovatele. Tento jednoduchý příklad nám umožňuje vizualizovat Einsteinovu teorii relativity, přičemž prostor a čas jsou úzce propojeny.

Jak si dokážete představit, taková extrémní odchylka v průběhu času by byla znatelně zaznamenána pouze při velmi vysokých rychlostech, obzvláště blízko rychlosti světla. Experimenty prováděné od Einsteinových odhalení potvrdily jeho teorii. Čas a prostor jsou vnímány odlišně pro objekty pohybující se rychlostí světla.

Hmotnost, energie a rychlost světla

Einstein rozhodně nezůstal na vavřínech. Také v roce 1905 použil své principy relativity k vytvoření slavné rovnice e = mc2. Tato neškodně jednoduchá rovnice vyjadřuje základní vztah mezi hmotou (m) a energií (e). Docela úhledné.

Tato malá rovnice zjistila, že když se blížíme rychlosti světla, c, objekty hromadí balóny. Cestujete tedy opravdu rychle, ale vaše hmotnost se zvyšuje v závislosti na vaší rychlosti. Bummer. V krajním případě, kdybyste cestovali rychlostí světla, byla by vaše energie i hmota nekonečná. Jak již víte, čím těžší předmět, tím těžší; proto je potřeba více energie, aby se to urychlilo. Tímto tokenem je tedy nemožné překročit rychlost světla.

Einsteinovo dědictví

Až do Einsteina byla hmota a energie vnímána jako zcela oddělené věci. Jeho práce prokázala, že principy zachování hmoty a energie jsou součástí větší a jednotnější ochrany hmoty-energie. Hmota proto může být přeměněna na energii a naopak díky základnímu spojení mezi nimi. To je, upřímně řečeno, úžasné.

Abych to shrnul, zaprvé neexistuje žádný „absolutní“ referenční rámec, proto se používá výraz „relativita“. Zadruhé, rychlost světla je konstantní pro toho, kdo ji měří, ať už v pohybu nebo ne - vím bláznivě, že? Konečně nelze překročit rychlost světla, jedná se o univerzální „rychlostní limit“.

Mám to? Skvělý. Ne? Nebojte se, pokud jste to neudělali, je to ze své podstaty kontraproduktivní. Největší objevy vědy se často nacházejí v říších mimo náš „zdravý rozum“.

Přes dummies.com


Podívejte se na video: Teorie relativity pro ty, kdo si myslí, že ji nikdy nepochopí Belgie