Hoe de relativiteitstheorie te begrijpen
Vormende / / December 19, 2019
Zoals u weet, het hele materiële universum heeft drie dimensies: op en neer, links en rechts, heen en weer. De vierde dimensie - tijd. Samen vormen zij de ruimte-tijd continuüm. Maar de moeilijkheid is dat onze begrippen van ruimte en tijd is direct afhankelijk van de snelheid waarmee we op weg zijn.
Het is de relatie tussen tijd, ruimte en een bewegend object wordt de speciale relativiteitstheorie (SRT) van Albert Einstein ontwikkeld in 1905. Later basis de grote natuurkundige en algemene relativiteitstheorie (GR), die naast tijd en ruimte, en houdt rekening met andere factoren zoals de zwaartekracht. Daarop zullen we niet spreken - het zou een aparte verhandeling nodig. Dus, gaan we verder met de studie van de speciale relativiteitstheorie!
De belangrijkste uitgangspunten van de relativiteitstheorie
Het eerste ding om te begrijpen voor de ontwikkeling van de relativiteitstheorie: relatieve beweging.
Dit betekent dat de aanwezigheid of afwezigheid van beweging altijd gedefinieerd met betrekking tot andere objecten. De beweging en de snelheid is afhankelijk van de waarnemer (degene die kijkt naar het object) en referentiekader (die waar het lijkt).
Stel je voor dat een passagier op de trein en het lezen van een boek. Voor hem is het boek nog steeds zo onbeweeglijk en zitplaatsen op de trein, en de andere passagiers (als ze zitten in hun stoelen en niet het maken van hun weg naar de restauratiewagen, natuurlijk). De snelheid van alle vaste voorwerpen in de trein, vanuit het standpunt van onze eigen, zal zero-reader passagier bedragen.
Op dit moment, het platform moet de andere persoon, die floot langs de vliegende trein. Voor hem, en de passagier met een boek en beweegt met zetel snelheid van de trein - laten we zeggen, 200 km / h. Maar de passagiers op de weg naar de restauratiewagen, gelegen in de kop van het konvooi zal nog sneller verplaatsen: hun snelheid zal ontwikkelen met de snelheid van de trein.
Dit is het geval met enige toevoeging van snelheid, maar er is één uitzondering: de snelheid van het licht. Het licht van de projector op de neus van onze trein zal altijd bewegen met dezelfde snelheid - 300 000 km / s.
Hier komen we in de buurt van de fundamentele beginselen waarop de relativiteitstheorie:
- Het principe van relativiteit: Voor lichamen die ten opzichte van elkaar bewegen met een constante snelheid of vaan (passagiers- en zijn boek), fysische processen zijn gelijk.
- Het principe van de constantheid van de snelheid van het lichtDe lichtsnelheid is constant voor alle waarnemers ongeacht hun snelheid ten opzichte van de lichtbron. Dat wil zeggen, het licht van de lamp op de neus van de trein of het licht van de projector op het ruimtevaartuig hebben dezelfde snelheid.
Licht reist zo snel dat de verspreiding ervan lijkt onmiddellijk. Maar het ziet er heel verschillende afstanden in de ruimte. Bijvoorbeeld, de afstand van de zon naar de aarde waaruit 150 miljoen kilometer, het licht gaat in ongeveer 8 minuten. Dit betekent dat als de zon ooit uitgedoofdeWe zullen het zien in slechts 8 minuten.
Gevolgen van de relativiteitstheorie
Wat volgt uit het bovenstaande principes en hoe ze gerelateerd zijn met de tijd en ruimte? De relativiteitstheorie heeft drie belangrijke gevolgen: ruimte uitzet, time contracten, massa toeneemt. We zullen begrijpen bij elke bestelling.
tijd gecomprimeerd
Einstein was de eerste om te beseffen dat tijd Het is niet absoluut en afhankelijk van het referentiekader waarin we waarnemen. Aarde en verre sterrenstelsels aan de andere kant van het universum zijn op verschillende locaties niet alleen ruimte, maar de tijd.
Relatief bewegende objecten tijd gaat langzamer. Dit feit is geverifieerdRond-de-Wereld atoomklokken: Voorspelde Relativistische tijdwinst gebruik van twee identieke atoomklokken: een apparaat links op aarde, en de andere naar de supersonische vlak rond de planeet. Wanneer planten, werd opgemerkt dat de klok die gevlogen enkele duizendsten van een seconde achter de klok in rust.
Hoe dichter de snelheid van het object wordt de snelheid van het licht, de langzamere tijd stroomt voor hem. In theorie, als een astronaut zal gaan op een reis op een ruimteschip met een snelheid dicht bij de snelheid van het licht, zal hij in de toekomst te krijgen. Voor het enkele weken zal duren, en in de wereld - voor decennia. Dit is de relativiteit van tijd.
ruimte krimpt
Een andere verrassende consequentie van relativiteit: wanneer we een object te zien in beweging is, kunnen we constateren dat het wordt korter met toenemende snelheid. Vanuit het gezichtspunt van een waarnemer bij het naderen van de lichtsnelheid het voorwerp wordt korter in de bewegingsrichting en loodrecht daarop blijft in oude afmetingen.
Stel dat we planten astronaut in een ruimteschip dat kan reizen met de snelheid van het licht, en zich gaan in een gezellige observatorium observeren zijn reis. Als je de snelheid van het licht te benaderen met het schip begint om iets vreemd. We stellen vast dat het wordt steeds korter. Maar veranderingen plaats enkel ten opzichte van de rijrichting, blijft voertuigbreedte constant. Het bereiken van de lichtsnelheid, zal het vrijwel niet te onderscheiden lang geworden.
Waarschijnlijk onze astronaut is niet veel plezier? Maak je geen zorgen over hem voor de astronaut zal geen verandering zijn. Hij is gewoon vreugde rent richting van de uitgestrektheid van de ruimte en heeft niets te merken. De ruimte wordt alleen gecomprimeerd ten opzichte van de waarnemer.
massa toeneemt
Een ander opmerkelijk gevolg van relativiteit is dat de snelheid van het object, de massa neemt ook toe.
Massa en energie zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Het wordt uitgedrukt in Einsteins beroemde vergelijking E = mc². Deze formule laat zien dat de energie van het lichaam is evenredig met de massa. Bij het overbrengen energie aan het lichaam (dat wil zeggen, de versnelling) en gewichtstoename. Het blijkt dat een deel van de energie gaat om de snelheid te verhogen, en het andere deel het gewicht verhoogt.
Recall onze astronauten die de snelheid benadert van het licht in zijn schip. Het observeren van de aarde, zien we dat de voertuigsnelheid moeilijker te versnellen, zijn er steeds meer energie nodig te duwen. Er komt een moment dat het schip een gewicht dat geen macht in het heelal niet meer kan bewegen het bereikt. Dat is de reden waarom, in de praktijk, tijdreizen nog niet mogelijk.
kort
Dus, bij het naderen van de snelheid van het licht wordt uitgebreid, de ruimte krimpt. Maar dit alles gebeurt alleen in de ogen van de waarnemer, die de beweging van het object ten opzichte van zichzelf ziet. Voor astronauten in het ruimteschip veranderde niet (behalve voor het verhogen van de massa). Maar terwijl beide opvattingen waar zijn. Daarom is de relativiteitstheorie, en zijn naam ontleent.
Nog steeds niet erg duidelijk? Het is niet verwonderlijk, want Einstein zelf duurde 10 jaar om de grondbeginselen van de relativiteitstheorie te vormen. Er is een boek dat u zal helpen om opnieuw deze principes in het achterhoofd en uitleggen alles letterlijk op je tenen, met heldere beelden en de beschikbare schema's. "Relativiteitstheorie" redactie "Avanta" uitgeverij AST gericht de studenten van de middenklasse, maar van belang zijn voor elke volwassene die wil om de mysteries van het universum te dringen zal zijn. Na wat lijkt wonderen, in feite, een realiteit!
Koop het boek
zie ook⭐️
- 12 mensen die verliefd worden op je in de wetenschap
- 10 dingen die je moet leren van Albert Einstein
- 7 van de coolste boeken van Stephen Hawking