Den spesielle relativitetsteorien, publisert i 1905 av Einstein og en viktig generalisering av en rekke tidligere hypoteser, er en av de mest resonante og diskuterte i fysikk.
Det er faktisk vanskelig å forestille seg at når et objekt beveger seg med en nær-lys-hastighet, begynner fysiske prosesser å forløpe for det på en helt uvanlig måte: lengden avtar, massen øker og tiden går langsommere. Umiddelbart etter publiseringen begynte forsøk på å diskreditere teorien, som fortsetter i dag, selv om det har gått mer enn hundre år. Dette er ikke overraskende, for spørsmålet om hva klokken er har lenge bekymret menneskeheten og tiltrukket alles oppmerksomhet.
Hva er relativisme
Essensen av relativistisk mekanikk (det er også den spesielle relativitetsteorien, heretter referert til som SRT) og dens forskjell fra klassisk mekanikk er levende uttrykt av den direkte oversettelsen av navnet: Latin relativus betyr "relativ". SRT postulerer det uunngåelige av tidsutvidelse for et objekt når det beveger seg i forhold til en observatør.
Forskjellenav denne teorien, foreslått av Albert Einstein, fra Newtonsk mekanikk og ligger i det faktum at alle pågående prosesser kun kan betraktes i forhold til hverandre eller til en utenforstående observatør. Før vi beskriver hva relativistisk tidsutvidelse er, er det nødvendig å fordype seg litt i spørsmålet om dannelsen av teorien og finne ut hvorfor dens formulering ble mulig og til og med obligatorisk i det hele tatt.
The Origins of Relativity
På slutten av 1800-tallet forstod forskere at noen eksperimentelle data ikke passer inn i verdensbildet basert på klassisk mekanikk.
Fundamentelle motsetninger resulterte i forsøk på å kombinere Newtons mekanikk med Maxwells ligninger som beskriver bevegelsen til elektromagnetiske bølger i vakuum og kontinuerlige medier. Det var allerede kjent at lys nettopp er en slik bølge, og det bør vurderes innenfor rammen av elektrodynamikk, men det var ekstremt problematisk å argumentere med visuell og, viktigst av alt, tidtestet mekanikk.
Motsigelsen var imidlertid åpenbar. Anta at en lanterne er festet foran et tog i bevegelse, som lyser fremover. Ifølge Newton må hastighetene til toget og lyset som kommer fra lykten gå opp. Maxwells ligninger i denne hypotetiske situasjonen "brøt ganske enkelt". En helt ny tilnærming var nødvendig.
spesiell relativitet
Det ville være feil å tro at Einstein oppfant relativitetsteorien. Faktisk vendte han seg til verkene og hypotesene til forskere som jobbet før ham. Imidlertid henvendte forfatteren segspørsmål på den annen side, og i stedet for Newtons mekanikk anerkjente Maxwells ligninger som "a priori korrekte".
I tillegg til det berømte relativitetsprinsippet (faktisk formulert av Galileo, men innenfor rammen av klassisk mekanikk), førte denne tilnærmingen Einstein til et interessant utsagn: lysets hastighet er konstant i alle rammer av referanse. Og det er denne konklusjonen som lar oss snakke om muligheten for å endre tidsstandardene når objektet beveger seg.
Konstans i lysets hastighet
Det ser ut til at utsagnet "lysets hastighet er konstant" ikke er overraskende. Men prøv å se for deg at du står stille og ser lyset bevege seg bort fra deg med en fast hastighet. Du følger strålen, men den fortsetter å bevege seg bort fra deg i nøyaktig samme hastighet. Dessuten, hvis du snur deg rundt og flyr i motsatt retning fra strålen, vil du ikke endre hastigheten på avstanden din fra hverandre på noen måte!
Hvordan er dette mulig? Her starter samtalen om den relativistiske effekten av tidsutvidelse. Interessant? Så les videre!
Relativistisk tidsutvidelse ifølge Einstein
Når et objekts hastighet nærmer seg lysets hastighet, beregnes objektets interne tid til å bremse. Hvis vi antar at en person beveger seg parallelt med solstrålen med en lignende hastighet, vil tiden for ham slutte å løpe i det hele tatt. Det er en formel for relativistisk tidsutvidelse, som gjenspeiler forholdet til et objekts hastighet.
Når man studerer dette problemet, bør man imidlertid huske på at ingen kropp med masse teoretisk kan nå lysets hastighet.
paradokser relatert til teori
Spesiell relativitetsteori er et vitenskapelig arbeid og ikke lett å forstå. Men offentlig interesse for spørsmålet om hva klokken er gir jevnlig opphav til ideer som på hverdagsnivå ser ut til å være uløselige paradokser. Følgende eksempel forvirrer for eksempel de fleste som blir introdusert for SRT uten noen kunnskap om fysikk.
Det er to fly, hvorav det ene flyr rett, og det andre tar av og, etter å ha beskrevet en bue med en hastighet nær lysets hastighet, innhenter det det første. Forutsigbart viser det seg at tiden for det andre apparatet (som fløy i nærlyshastighet) gikk langsommere enn for det første. Imidlertid, i samsvar med SRT-postulatet, er referanserammene for begge flyene like. Dette betyr at tiden kan gå langsommere for både den ene og den andre enheten. Det ser ut til at dette er en blindvei. Men…
Løse paradokser
Kilden til denne typen paradokser er faktisk en misforståelse av teoriens mekanisme. Denne motsetningen kan løses ved hjelp av et velkjent spekulativt eksperiment.
Vi har en bod med to dører som danner en gjennomgang og en stolpe som er litt lengre enn lengden på skuret. Hvis vi strekker stangen fra dør til dør, vil de ikke kunne lukkes eller de vil rett og slett knekke stangen vår. Hvis stangen, flyr inn i låven,vil ha en hastighet nær lysets hastighet, lengden vil avta (husk: et objekt som beveger seg med lysets hastighet vil ha en lengde på null), og i øyeblikket det er inne i låven, kan vi lukke og åpne dører uten å ødelegge rekvisittene våre.
På den annen side, som i eksempelet med flyet, er det låven som skal avta i forhold til stolpen. Paradokset gjentas, og det ser ut til at det ikke er noen vei utenom - begge objektene er synkront redusert i lengde. Husk imidlertid at alt er relativt, og løs problemet ved å endre tiden.
Relativity of Simultaneity
Når forkanten av stolpen er innenfor, foran inngangsdøren, kan vi lukke og åpne den, og i det øyeblikket stolpen flyr helt inn i boden, vil vi gjøre det samme med baksiden dør. Det ser ut til at vi ikke gjør det samtidig, og eksperimentet mislyktes, men her viser det viktigste: i samsvar med den spesielle relativitetsteorien, er lukkemomentene til begge dørene plassert på samme punkt på tidsakse.
Dette skjer fordi hendelser som skjer samtidig i en referanseramme, ikke vil være samtidig i en annen. Relativistisk tidsutvidelse manifesteres i forholdet mellom objekter, og vi vender tilbake til den absolutt dagligdagse generaliseringen av Einsteins teori: alt er relativt.
Det er en detalj til: likheten mellom referansesystemer er relevant i SRT, når begge objektene beveger seg jevnt og rettlinjet. Så snart en av kroppene begynner å akselerere eller bremse, blir dens referanseramme unikmulig.
Tvillingparadoks
Det mest kjente paradokset som forklarer relativistisk tidsutvidelse «på en enkel måte» er et tankeeksperiment med to tvillingbrødre. En av dem flyr bort i et romskip med en hastighet nær lysets hastighet, mens den andre blir liggende på bakken. Ved retur oppdager astronautbroren at han selv har blitt 10 år gammel, og broren hans, som ble hjemme, har blitt så mye som 20 år gammel.
Helhetsbildet bør allerede være klart for leseren fra de tidligere forklaringene: for broren på romskipet går tiden ned fordi hastigheten hans er nær lysets hastighet; vi kan ikke akseptere referanserammen i forhold til bror-på-bakken, siden den vil vise seg å være ikke-treg (kun én bror opplever overbelastning).
Jeg vil gjerne bemerke noe annet: uansett hvilken grad motstanderne når i tvisten, gjenstår faktum: tiden i sin absolutte verdi forblir konstant. Uansett hvor mange år en bror flyr på et romskip, vil han fortsette å eldes nøyaktig i samme hastighet som tiden går i hans referanseramme, og den andre broren vil eldes med nøyaktig samme hastighet - forskjellen vil først avsløres når de møtes, og ikke i noen andre tilfeller.
Gravity-tidsutvidelse
Avslutningsvis bør det bemerkes at det er en annen type tidsutvidelse, allerede assosiert med den generelle relativitetsteorien.
Selv på 1700-tallet spådde Mitchell eksistensen av det rødeforskyvning, som betyr at når et objekt beveger seg mellom områder med sterk og svak gravitasjon, vil tidspunktet for det endres. Til tross for forsøk på å studere problemet fra Laplace og Zoldner, var det bare Einstein som presenterte et fullverdig arbeid om dette emnet i 1911.
Denne effekten er ikke mindre interessant enn den relativistiske tidsutvidelsen, men den krever en egen undersøkelse. Og det er, som de sier, en helt annen historie.
