Posebna teorija relativnosti, koja je početkom prošlog stoljeća poništila općeprihvaćene ideje o svijetu, još uvijek uzbuđuje um i srce ljudi. Danas ćemo pokušati zajedno shvatiti što je to.
Godine 1905. Albert Einstein objavio je Specijalnu teoriju relativnosti (SRT), koja je objasnila kako protumačiti kretanje između različitih inercijalnih referentnih okvira - jednostavno rečeno, objekata koji se kreću konstantnom brzinom u odnosu jedan na drugog.
Einstein je objasnio da kada se dva objekta kreću konstantnom brzinom, jedan bi trebao smatrati njihovo gibanje u odnosu jedan na drugog, umjesto da jedan od njih prihvati kao apsolutni referentni okvir.
Dakle, ako dva astronauta, vi i recimo Herman, letite na dva svemirska broda i želite usporediti svoja opažanja, jedino što trebate znati je vaša brzina u odnosu jedan na drugog.
Specijalna relativnost razmatra samo jedan poseban slučaj (otuda i naziv), kada je gibanje pravocrtno i ujednačeno. Ako se materijalno tijelo ubrza ili odmakne, zakoni o SRT više ne djeluju. Tada stupa na snagu opća teorija relativnosti (GTR) koja objašnjava kretanja materijalnih tijela u općem slučaju.
Einsteinova teorija temelji se na dva osnovna principa:
1. Princip relativnosti: fizikalni zakoni su sačuvani čak i za tijela koja su inercijalni referentni okviri, odnosno koji se kreću konstantnom brzinom u odnosu jedno na drugo.
2. Načelo brzine svjetlosti: brzina svjetlosti ostaje nepromijenjena za sve promatrače, bez obzira na njihovu brzinu u odnosu na izvor svjetlosti. (Fizičari označavaju brzinu svjetlosti slovom c).
Promotivni video:
Jedan od razloga uspjeha Alberta Einsteina je taj što je eksperimentalne podatke stavio iznad teorijskih. Kad je niz eksperimenata otkrio rezultate koji su bili u suprotnosti s općenito prihvaćenom teorijom, mnogi su fizičari zaključili da ti eksperimenti nisu u pravu.
Albert Einstein bio je jedan od prvih koji je odlučio izgraditi novu teoriju na temelju novih eksperimentalnih podataka.
Krajem 9. stoljeća fizičari su bili u potrazi za tajanstvenim eterom - medijem u kojem bi se, prema općeprihvaćenim pretpostavkama, trebali širiti svjetlosni valovi, poput akustičnih valova, kojima je potreban zrak za širenje, ili drugog medija - čvrstog, tekućeg ili plinovitog. Vjera u postojanje etera dovela je do vjerovanja da se brzina svjetlosti mora mijenjati ovisno o brzini promatrača u odnosu na eter.
Albert Einstein odustao je od koncepta etera i predložio je da svi fizički zakoni, uključujući brzinu svjetlosti, ostaju nepromijenjeni bez obzira na brzinu promatrača - kao što su pokazali eksperimenti.
Homogenost prostora i vremena
Einsteinov SRT postulira temeljni odnos prostora i vremena. Kao što znate, Materijalni svemir ima tri prostorne dimenzije: gore-dolje, desno-lijevo i naprijed-natrag. Njima se dodaje još jedna dimenzija - privremena. Ove četiri dimenzije zajedno čine prostorno-vremenski kontinuum.
Ako se krećete velikom brzinom, vaša će se opažanja u odnosu na prostor i vrijeme razlikovati od onih drugih koji se kreću sporijom brzinom.
Slika ispod pokazuje misaoni eksperiment koji će vam pomoći razumjeti ovu ideju. Zamislite da se nalazite na svemirskom brodu, u rukama držite laser, uz pomoć kojeg šaljete zrake svjetlosti na strop na koji je fiksirano ogledalo. Svjetlost, odražena, pada na detektor, koji ih registrira.
Iznad - poslali ste snop svjetlosti u strop, ona se odražavala i pala vertikalno na detektor. Ispod - za Hermana, vaš svjetlosni snop kreće se dijagonalno prema stropu, a zatim dijagonalno prema detektoru.
Iznad - poslali ste snop svjetlosti u strop, ona se odražavala i pala vertikalno na detektor. Ispod - za Hermana, vaš svjetlosni snop kreće se dijagonalno prema stropu, a zatim dijagonalno prema detektoru.
Recimo da se vaš brod kreće konstantnom brzinom jednakom pola brzine svjetlosti (0,5c). Prema Einsteinovoj SRT, to vam nije važno, čak ne primijetite vaše kretanje.
Međutim, Herman, gledajući vas s odmarajućeg zvjezdanog broda, vidjet će potpuno drugačiju sliku. S njegovog gledišta, snop svjetlosti će dijagonalno putovati do zrcala na stropu, reflektirati se od njega i dijagonalno pasti na detektor.
Drugim riječima, putanja snopa svjetlosti izgledat će drugačije za vas i za Hermana, a njegova duljina bit će različita. Stoga će vam se činiti duljina vremena koje će laserskom snopu prijeći udaljenost do zrcala i do detektora.
Taj se fenomen naziva vremenskim dilatacijama: vrijeme na zvjezdanom brodu koji se kreće velikom brzinom, sa stanovišta promatrača na Zemlji, teče mnogo sporije.
Ovaj primjer, kao i mnogi drugi, jasno pokazuje neraskidivu vezu prostora i vremena. Ta se veza promatraču jasno očituje samo kad su u pitanju velike brzine, bliske brzini svjetlosti.
Eksperimenti otkako je Einstein objavio njegovu veliku teoriju potvrdili su da se prostor i vrijeme zapravo percipiraju različito, ovisno o brzini kretanja predmeta.
Kombinacija mase i energije
U svom čuvenom članku objavljenom 1905. Einstein je kombinirao masu i energiju u jednostavnoj formuli koja je poznata svakom studentu još od vremena: E = mc².
Prema teoriji velikog fizičara, kada se brzina materijalnog tijela povećava, približavajući se brzini svjetlosti, povećava se i njegova masa. Oni. što se brže objekt pomiče, postaje teži. U slučaju postizanja brzine svjetlosti, masa tijela, kao i njegova energija, postaju beskonačni. Što je tijelo teže, to je teže povećati brzinu; potrebna je beskonačna količina energije da bi se tijelo ubrzalo s beskonačnom masom, tako da je nemoguće da materijalni predmeti dostignu brzinu svjetlosti.
Prije Einsteina, koncepti mase i energije u fizici razmatrani su odvojeno. Sjajni znanstvenik je dokazao da su zakon očuvanja mase, poput zakona očuvanja energije, dijelovi općenitijeg zakona mase-energije.
Zbog temeljne povezanosti ta dva koncepta, materija se može pretvoriti u energiju i obrnuto - energiju u materiju.