'N Vereenvoudigde inleiding tot Einstein se relatiwiteitsteorie - Fisika
Moenie bang wees nie, so kompleks soos wat die teorie van relatiwiteit blyk te wees; dit is verbasend eenvoudig. In hierdie kort artikel sal ons probeer verduidelik wat Einstein voorstel om u insig te gee. So, sonder meer, is hier ons vereenvoudigde uiteensetting van die Relativiteitsteorie.
As ons na die "Relatiwiteitsteorie" verwys, bedoel ons algemene relatiwiteit. Spesiale relatiwiteit is 'n "spesiale geval" van algemene relatiwiteit. Die kombinasie van hierdie twee beginsels help om baie onderwerpe te verduidelik, wat wissel van die beweging van die planete, die effek van swaartekrag op lig tot die bestaan ​​van swart gate.
Spesiale relatiwiteit sê dat die wette van fisika, en dus die heelal, dieselfde is vir alle ewe "vinnige" waarnemers. In die lugruimte is die spoed van die lig konstant, onafhanklik van enige waarnemer.
Maar wat van versnelling en swaartekrag? Einstein het 'n dekade hieraan besin. In 1915 lewer hy sy Algemene Relatiwiteitsteorie triomfantelik op. Hy het vasgestel dat massiewe voorwerpe in die ruimte 'n skewe of verdraaiing van die ruimtetyd sal veroorsaak, wat ons almal 'ervaar' as swaartekrag.
Einstein, met sy ongewone manier van dink, het aangeneem dat eksperimentele waarnemings korrek was. Dit was die teenoorgestelde van sy tydgenote se gedagtes. In die laat 19de eeu het fisici almal gesoek na iets wat die 'eter' genoem word. Ether is glo die medium waardeur lig gereis het. Dit het in wese die soeke na die heilige graal geword. Einstein besef dat die obsessie van sy eweknieë oor die taak die vordering in die wiele ry. Sy oplossing was om dit eenvoudig uit die vergelyking te verwyder. Hy het aangeneem die fisiese wette sou werk ongeag hoe dinge beweeg. 'N Strategie wat nie bots met die eksperimentele en wiskundige data nie.
In 1905 ontwikkel Albert Einstein sy spesiale relatiwiteitsteorie. Sy baanbrekerswerk het eeue van aanvaarde wetenskaplike denke ongeldig gemaak, asook die manier waarop ons die wêreld rondom ons ervaar, verander.
Soos die naam aandui, is hierdie teorie slegs van toepassing op spesiale gevalle, dit wil sê wanneer albei voorwerpe met konstante of eenvormige snelheid beweeg.
Einstein het verduidelik dat die relatiewe beweging van twee voorwerpe eerder die verwysingsraamwerk as 'n eksterne, esoteriese 'eteriese' verwysingstelsel moet wees. Sê byvoorbeeld dat jy 'n ruimtevaarder in 'n ruimteskip was en 'n ander ruimteskip op 'n afstand waargeneem het. Die enigste ding wat saak maak, is hoe vinnig u en u waargenome teiken ten opsigte van mekaar beweeg. Een probleem is egter dat spesiale relatiwiteit slegs van toepassing is as u reguit ry en nie versnel nie. As versnelling plaasvind, moet algemene relatiwiteit toegepas word.
Die teorie is gebaseer op twee fundamentele beginsels:
Relatiwiteit - Die fisiese wette verander nie. Selfs vir voorwerpe wat met traagheid, konstante spoed verwysingsraamwerke beweeg.
Die spoed van lig - Dit is dieselfde vir alle waarnemers, ongeag hul relatiewe beweging tot die bron van die lig.
Einstein se werk skep 'n fundamentele skakel tussen tyd en ruimte. Ons beskou die heelal intuïtief as driedimensioneel (op en af, links en regs, vorentoe en agtertoe), maar ook met 'n tydkomponent of dimensie. Die kombinasie hiervan maak die 4-D-omgewing wat ons ervaar.
As u vinnig genoeg deur die ruimte sou beweeg, sou die waarnemings wat u oor ruimte en tyd gemaak het, verskil van enigiemand anders wat teen 'n ander snelheid beweeg as u. Soos die verskil tussen snelhede toegeneem het, sou die waargenome verskille ook toeneem.
Stel jou nou voor dat jy in 'n ruimteskip is met 'n laser in jou hand. Die laserstraal skiet direk tot by die plafon, slaan 'n spieël en word weer in die detektor op die vloer weerkaats. Onthou nou dat die skip in beweging is, kom ons sê teen ongeveer die helfte van die ligspoed. Relatiwiteit stel dat hierdie skuif vir u geen verskil maak nie; u kan dit nie "voel" nie (net soos op die aarde terwyl dit op sy as draai en deur die ruimte om die son draai).
Maar hier kom die draai:
'N Eksterne waarnemer sou egter iets heel anders aanskou. As hulle na u skip kon "sien", sou hulle sien dat die laserstraal skuins "op" beweeg, die spieël tref en dan weer afwaarts beweeg in 'n ander hoek om die detektor te tref. Die waarnemer sou sien dat die ligpad langer en met 'n meer uitgesproke hoek sou wees as wat u in u skip sou waarneem. Belangriker nog, die tyd wat die laser benodig om die detektor te bereik, sal anders wees. Aangesien die snelheid van die lig konstant is, hoe kan u albei tot dieselfde gevolgtrekking kom wat hierdie teorie bewys? Dit is duidelik dat die tydsverloop vir u en die eksterne waarnemer anders moet wees.
Wat de hel? Hierdie verskynsel staan ​​bekend as tyddilatasie. In die voorbeeld hierbo moet die tyd vinniger vir u 'beweeg' in vergelyking met die van die stadiger waarnemer. Hierdie eenvoudige voorbeeld stel ons in staat om Einstein se relatiwiteitsteorie te visualiseer, wat ruimte en tyd ten nouste verbind.
Soos u kan dink, sou 'n ekstreme afwyking in die verloop van tyd slegs opmerklik opgemerk word met baie groot snelhede, veral naby aan die ligspoed. Eksperimentering sedert Einstein se onthullings het sy teorie bekragtig. Tyd en ruimte word verskillend waargeneem vir voorwerpe wat naby die snelheid van die lig beweeg.
Massa, energie en die snelheid van die lig
Einstein het beslis nie op sy louere gerus nie. Ook in 1905 het hy sy relatiwiteitsbeginsels toegepas om die beroemde vergelyking e = mc2 te produseer. Hierdie onskuldig eenvoudige vergelyking verwoord die fundamentele verband tussen massa (m) en energie (e). Redelik netjies.
Hierdie klein vergelyking het bevind dat die voorwerpe ballonne masseer wanneer ons die spoed van lig nader, c. U kan dus baie vinnig reis, maar u massa neem toe in verhouding tot u spoed. Bummer. Op die uiterste, sou u energie en massa oneindig wees as u met die snelheid van die lig gereis het. Soos u reeds weet, hoe swaarder die voorwerp, hoe moeiliker is dit; dus meer energie benodig om dit te bespoedig. Dit is dus onmoontlik om die snelheid van die lig te oorskry.
Einstein se nalatenskap
Tot Einstein is massa en energie gesien as heeltemal afsonderlike dinge. Sy werk het bewys dat die beginsels van die behoud van massa en energie deel uitmaak van 'n groter, meer eenheidsbewaring van massa-energie. Materie kan dus in energie verander word en andersom as gevolg van die fundamentele verband tussen hulle. Dit is eerlikwaar ongelooflik.
Om op te som, daar is eerstens geen "absolute" verwysingsraamwerk nie, vandaar die gebruik van die term "relatiwiteit". Tweedens, die snelheid van die lig is konstant vir wie dit meet, of dit nou in beweging is of nie - ek weet gek, of hoe? Laastens kan die snelheid van die lig nie oorskry word nie, dit is die universele "snelheidsperk".
Het dit? Groot. Geen? Moenie bekommerd wees as jy dit nie gedoen het nie, dit is uiteraard teenintuïtief. Die grootste ontdekkings in die wetenskap kom dikwels voor in die koninkryke buite ons 'gesonde verstand'.