Den speciella relativitetsteorin, som i början av förra seklet välter allmänt accepterade idéer om världen, fortsätter fortfarande att locka människors sinnen och hjärtan. Idag kommer vi att försöka ta reda på vad det är.
År 1905 publicerade Albert Einstein Special Theory of Relativity (SRT), som förklarade hur man kan tolka rörelse mellan olika tröghetsramar - helt enkelt sätta, objekt som rör sig med konstant hastighet i förhållande till varandra.
Einstein förklarade att när två objekt rör sig med en konstant hastighet bör man beakta deras rörelse relativt varandra istället för att acceptera en av dem som en absolut referensram.
Så om två astronauter, du och, säger, Herman, flyger i två rymdskepp och vill jämföra dina observationer, är det enda du behöver veta din hastighet relativt varandra.
Speciell relativitet beaktar endast ett specialfall (därav namnet), när rörelsen är rätlinjig och enhetlig. Om en materiell kropp accelererar eller vänder åt sidan fungerar inte SRT-lagarna. Sedan träder den allmänna relativitetsteorin (GTR) i kraft, vilket förklarar materiella kroppers rörelser i allmänhet.
Einsteins teori bygger på två grundläggande principer:
1. Relativitetsprincipen: fysiska lagar bevaras även för kroppar som är tröghetsramar, det vill säga som rör sig med en konstant hastighet relativt varandra.
2. Principen för ljusets hastighet: ljusets hastighet förblir oförändrad för alla observatörer, oavsett hastighet i förhållande till ljuskällan. (Fysiker anger ljusets hastighet med bokstaven c).
Kampanjvideo:
En av orsakerna till Albert Einsteins framgång är att han satte experimentella data ovanför teoretiska. När en serie experiment avslöjade resultat som strider mot den allmänt accepterade teorin, bestämde många fysiker att dessa experiment var fel.
Albert Einstein var en av de första som bestämde sig för att bygga en ny teori baserad på nya experimentella data.
I slutet av 900-talet var fysiker på jakt efter en mystisk eter - ett medium där, enligt allmänt accepterade antaganden, ljusvågor skulle föröka sig, som akustiska vågor, för vilken luft behövs för att sprida sig, eller ett annat medium - fast, flytande eller gasformigt. Tron på eterns existens har lett till tron att ljusets hastighet måste ändras beroende på observatörens hastighet i förhållande till etern.
Albert Einstein övergav begreppet eter och föreslog att alla fysiska lagar, inklusive ljusets hastighet, förblir oförändrade oavsett observatörens hastighet - som experiment har visat.
Homogenitet mellan rum och tid
Einsteins SRT postulerar ett grundläggande förhållande mellan rum och tid. Materialuniverset har, som ni vet, tre rumsliga dimensioner: upp-ner, höger-vänster och framåt-bakåt. En ytterligare dimension läggs till den - tillfällig. Tillsammans utgör dessa fyra dimensioner rummet-kontinuum.
Om du rör dig med hög hastighet kommer dina observationer i förhållande till rymd och tid att skilja sig från andra människors rörelse med en långsammare hastighet.
Bilden nedan visar ett tankeexperiment som hjälper dig att förstå denna idé. Föreställ dig att du är på ett rymdskepp och håller en laser i dina händer med hjälp av vilken du skickar ljusstrålar till taket som en spegel är fixerad på. Ljus, reflekterad, faller på detektorn, som registrerar dem.
Ovanför - du skickade en ljusstråle i taket reflekterades den och föll vertikalt på detektorn. Nedanför - för Herman, rör sig din ljusstråle diagonalt mot taket och sedan diagonalt mot detektorn.
Ovanför - du skickade en ljusstråle i taket reflekterades den och föll vertikalt på detektorn. Nedanför - för Herman, rör sig din ljusstråle diagonalt mot taket och sedan diagonalt mot detektorn.
Låt oss säga att ditt fartyg rör sig med en konstant hastighet som är lika med halva ljusets hastighet (0,5c). Enligt Einsteins SRT spelar det ingen roll för dig, du märker inte ens din rörelse.
Emellertid kommer Herman att titta på dig från ett vilande rymdskepp se en helt annan bild. Från hans synvinkel kommer ljusstrålen att gå diagonalt till spegeln i taket, reflektera från den och falla diagonalt på detektorn.
Med andra ord, ljusstrålens bana ser annorlunda ut för dig och för Herman och dess längd kommer att vara annorlunda. Därför kommer den tid det tar för laserstrålen att resa avståndet till spegeln och till detektorn verkar annorlunda för dig.
Detta fenomen kallas tidsutvidgning: tid på ett rymdskepp som rör sig i hög hastighet, från en observatörs synvinkel på jorden, flyter mycket långsammare.
Detta exempel, som många andra, visar tydligt den ofördelbara kopplingen mellan rum och tid. Denna anslutning manifesteras tydligt för observatören endast när det gäller höga hastigheter, nära ljusets hastighet.
Experiment sedan Einstein publicerade sin stora teori har bekräftat att utrymme och tid faktiskt uppfattas på olika sätt beroende på föremålets rörelsehastighet.
Kombinera massa och energi
I sin berömda artikel publicerad 1905 kombinerade Einstein massa och energi i en enkel formel som har varit känd för alla studenter sedan dess: E = mc².
Enligt teorin om den stora fysikern, när hastigheten för en materiell kropp ökar, närmar sig ljusets hastighet, ökar dess massa också. De där. ju snabbare objektet rör sig, desto tyngre blir det. När det gäller ljusets hastighet blir kroppens massa såväl som dess energi oändlig. Ju tyngre kroppen är, desto svårare är det att öka hastigheten. det tar en oändlig mängd energi för att påskynda en kropp med oändlig massa, så det är omöjligt för materiella föremål att nå ljusets hastighet.
Innan Einstein betraktades begreppen massa och energi i fysik separat. Den lysande forskaren bevisade att lagen om bevarande av massa, liksom lagen om bevarande av energi, är delar av en mer allmän lag om massenergi.
På grund av den grundläggande kopplingen mellan dessa två begrepp kan materie förvandlas till energi och vice versa - energi till materia.
