Spetsiaalne relatiivsusteooria, mille Einstein avaldas 1905. aastal ja mis on paljude varasemate hüpoteeside oluline üldistus, on füüsikas üks kõlavamaid ja arutletumaid.
Tõepoolest, on raske ette kujutada, et kui objekt liigub valguselähedasel kiirusel, hakkavad füüsikalised protsessid tema jaoks kulgema täiesti ebatavaliselt: selle pikkus väheneb, mass suureneb ja aeg aeglustub. Kohe pärast avaldamist hakati teooriat diskrediteerima, mis jätkub tänapäevalgi, kuigi sellest on möödas üle saja aasta. See pole üllatav, sest küsimus, mis on aeg, on inimkonda pikka aega murelikuks teinud ja kõigi tähelepanu köitnud.
Mis on relativism
Relativistliku mehaanika (see on ka erirelatiivsusteooria, edaspidi SRT) olemust ja selle erinevust klassikalisest mehaanikast väljendab ilmek alt selle nime otsetõlge: ladina relativus tähendab "sugulast". SRT postuleerib objekti aja dilatatsiooni vältimatuse, kui see liigub vaatleja suhtes.
ErinevusSelle teooria, mille Albert Einstein välja pakkus, Newtoni mehaanikast ja seisneb selles, et kõiki käimasolevaid protsesse saab käsitleda ainult üksteise või mõne välise vaatleja suhtes. Enne kui kirjeldada, mis on relativistlik ajadilatatsioon, tuleb veidi süveneda teooria kujunemise küsimusesse ja teha kindlaks, miks selle sõnastamine üldse võimalikuks ja isegi kohustuslikuks sai.
Relatiivsusteooria päritolu
19. sajandi lõpuks jõudsid teadlased arusaamisele, et mõned katseandmed ei sobi klassikalisel mehaanikal põhinevasse maailmapilti.
Fundamentaalsed vastuolud viisid katseteni ühendada Newtoni mehaanikat Maxwelli võrranditega, mis kirjeldavad elektromagnetlainete liikumist vaakumis ja pidevas keskkonnas. Juba varem oli teada, et valgus on just selline laine ja seda tuleks käsitleda elektrodünaamika raames, kuid visuaalse ja, mis kõige tähtsam, ajaproovitud mehaanikaga vaielda oli äärmiselt problemaatiline.
Vastuolu oli aga ilmne. Oletame, et liikuva rongi ette on fikseeritud latern, mis paistab edasi. Newtoni sõnul peavad rongi kiirused ja laternast tulev valgus kokku saama. Maxwelli võrrandid selles hüpoteetilises olukorras lihts alt "katki läksid". Vaja oli täiesti uut lähenemist.
Erirelatiivsusteooria
Oleks vale arvata, et Einstein leiutas relatiivsusteooria. Tegelikult pöördus ta enne teda töötanud teadlaste tööde ja hüpoteeside poole. Autor siiski lähenesTeisest küljest tunnistas Newtoni mehaanika Maxwelli võrrandid "a priori õigeks".
Lisaks kuulsale relatiivsusprintsiibile (mille sõnastas tegelikult Galileo aga klassikalise mehaanika raames) viis see lähenemine Einsteini huvitava väiteni: valguse kiirus on konstantne kõigis raamides. viide. Ja just see järeldus võimaldab meil rääkida võimalusest muuta ajastandardeid objekti liikumisel.
Valguse kiiruse püsivus
Tundub, et väide "valguse kiirus on konstantne" pole üllatav. Kuid proovige ette kujutada, et seisate paigal ja vaatate, kuidas valgus kindla kiirusega teist eemaldub. Sa järgid kiirt, kuid see jätkab sinust eemaldumist täpselt sama kiirusega. Pealegi ei muuda te ümberpööramisel ja valgusvihust vastassuunas lennates üksteisest kauguse kiirust mitte mingil moel!
Kuidas see võimalik on? Siit algab vestlus aja dilatatsiooni relativistlikust mõjust. Huvitav? Seejärel lugege edasi!
Relativistlik aja dilatatsioon Einsteini järgi
Kui objekti kiirus läheneb valguse kiirusele, arvutatakse objekti sisemine aeg aeglustuma. Kui eeldada, et inimene liigub päikesekiirega paralleelselt sarnase kiirusega, lakkab aeg tema jaoks üldse jooksmast. Relativistliku aja dilatatsiooni jaoks on olemas valem, mis peegeldab selle seost objekti kiirusega.
Samas seda teemat uurides tuleb meeles pidada, et ükski massiga keha ei suuda isegi teoreetiliselt saavutada valguse kiirust.
Teooriaga seotud paradoksid
Erirelatiivsusteooria on teaduslik töö ja seda pole lihtne mõista. Üldsuse huvi selle vastu, mis aeg on korrapäraselt, tekitab aga ideid, mis igapäevasel tasandil tunduvad olevat lahendamatud paradoksid. Näiteks tekitab järgnev näide hämmingut enamikule inimestele, kes tutvuvad SRT-ga ilma füüsikateadmisteta.
On kaks lennukit, millest üks lendab otse ja teine tõuseb õhku ning, kirjeldades valguse kiirusele lähedase kiirusega kaare, jõuab esimesele järele. Etteruttav alt võib öelda, et teise aparaadi (mis lendas peaaegu valguskiirusel) aeg möödus aeglasem alt kui esimese jaoks. Kuid vastav alt SRT postulaadile on mõlema lennuki tugiraamistikud võrdsed. See tähendab, et aeg võib nii ühe kui ka teise seadme puhul kulgeda aeglasem alt. Näib, et see on ummiktee. Aga…
Paradokside lahendamine
Tegelikult on sedalaadi paradokside allikas teooria mehhanismi valesti mõistmine. Selle vastuolu saab lahendada tuntud spekulatiivse katse abil.
Meil on kuur, millel on kaks ust, mis moodustavad läbikäigu ja mille varras on veidi pikem kui kuuri pikkus. Kui venitame posti uksest ukseni, siis ei saa nad kinni või murravad meie posti lihts alt ära. Kui teivas lendab lauta,on valguse kiirusele lähedane kiirus, selle pikkus väheneb (pidage meeles: valguse kiirusel liikuva objekti pikkus on null) ja hetkel, kui see on aida sees, saame sulgeda ja avada uksed ilma meie rekvisiite lõhkumata.
Teisest küljest, nagu tasapinna näites, peaks ait pooluse suhtes vähenema. Paradoks kordub ja näib, et väljapääsu pole - mõlema objekti pikkus on sünkroonselt vähenenud. Pidage siiski meeles, et kõik on suhteline, ja lahendage probleem kellaaega muutes.
Samaaegsuse suhtelisus
Kui varda esiserv on sees, välisukse ees, saame selle kinni-avada ja sel hetkel, kui stange lendab täielikult kuuri, teeme sama ka tagaküljega uks. Näib, et me ei tee seda samal ajal ja katse ebaõnnestus, kuid siin selgub peamine: vastav alt erirelatiivsusteooriale asuvad mõlema ukse sulgumismomendid uksel samas punktis. ajatelg.
See juhtub seetõttu, et ühes võrdlusraamistikus samaaegselt esinevad sündmused ei ole samaaegsed teises. Relativistlik ajadilatatsioon avaldub objektide suhetes ja pöördume tagasi Einsteini teooria absoluutselt igapäevase üldistuse juurde: kõik on suhteline.
On veel üks detail: võrdlussüsteemide võrdsus on oluline SRT-s, kui mõlemad objektid liiguvad ühtlaselt ja sirgjooneliselt. Niipea, kui üks kehadest hakkab kiirendama või aeglustuma, muutub selle tugiraamistik kordumatuksvõimalik.
Kaksikparadoks
Kõige kuulsam paradoks, mis seletab relativistlikku aja dilatatsiooni "lihtsal moel", on mõtteeksperiment kahe kaksikvennaga. Üks neist lendab kosmoselaevas valguse kiirusele lähedase kiirusega minema, teine aga jääb maapinnale. Naastes avastab astronaudist vend, et ta ise on vananenud 10 aastat ja tema koju jäänud vend koguni 20.
Üldpilt peaks lugejale selge olema juba eelnevatest selgitustest: kosmoselaeva venna jaoks aeglustub aeg, sest tema kiirus on valguse kiirusele lähedane; me ei saa aktsepteerida maapealse venna võrdlusraamistikku, kuna see osutub mitteinertsiaalseks (ainult üks vend kogeb ülekoormust).
Tahaks märkida veel üht: ükskõik, millise kraadini vastased vaidluses jõuavad, jääb faktiks: aeg oma absoluutväärtuses jääb muutumatuks. Ükskõik kui mitu aastat vend kosmoselaeval lendab, jätkab ta vananemist täpselt sama kiirusega, kui aeg tema võrdlusraamistikus edasi läheb, ja teine vend vananeb täpselt sama kiirusega – erinevus selgub alles siis, kui nad kohtuvad ja mitte mingil muul juhul.
Gravitatsiooniaja dilatatsioon
Kokkuvõttes tuleb märkida, et on olemas teist tüüpi aja dilatatsioon, mis on juba seotud üldise relatiivsusteooriaga.
Isegi 18. sajandil ennustas Mitchell punase olemasolunihe, mis tähendab, et kui objekt liigub tugeva ja nõrga raskusjõuga alade vahel, muutub selle aeg. Vaatamata Laplace'i ja Zoldneri katsetele seda küsimust uurida, esitas ainult Einstein 1911. aastal selleteemalise täiemahulise töö.
See efekt pole vähem huvitav kui relativistlik aja dilatatsioon, kuid see nõuab eraldi uuringut. Ja see, nagu öeldakse, on hoopis teine lugu.
