كيف نفهم نظرية النسبية
تشكيل / / December 19, 2019
وكما تعلمون، فإن الكون المادي كله له ثلاثة أبعاد: صعودا وهبوطا، اليسار واليمين، ذهابا وإيابا. البعد الرابع - الوقت. معا أنها تشكل استمرارية الزمكان. ولكن تكمن المشكلة هو أن لدينا مفاهيم المكان والزمان تعتمد اعتمادا مباشرا على السرعة التي كنا نتحرك.
وهذه هي العلاقة بين الزمان والمكان وجسم متحرك يصف نظرية النسبية الخاصة (SRT) التي وضعتها ألبرت أينشتاين في عام 1905. في وقت لاحق على أساسها الفيزيائي الكبير ونظرية النسبية العامة (GR)، والتي، بالإضافة إلى الزمان والمكان، ويأخذ في الاعتبار عوامل أخرى مثل الجاذبية. على ذلك، فإننا لن أتكلم - أنه يحتاج إلى مقال منفصل. لذلك، أن نشرع في دراسة النظرية النسبية الخاصة!
المبادئ الأساسية لنظرية النسبية
أول شيء يجب أن يفهم لتطوير نظرية النسبية: الحركة النسبية.
وهذا يعني أن وجود أو عدم وجود حركة ويعرف دائما فيما يتعلق غيرها من الأشياء. الحركة وسرعتها تعتمد على المراقب (واحد الذي ينظر في وجوه) والإطار المرجعي (واحد حيث يبدو).
تخيل أن أحد الركاب المسافرين على متن القطار و قراءة كتاب. بالنسبة له، والكتاب لا يزال كما متحرك والمقاعد على متن القطار، والركاب الآخرين (إذا كانوا يجلسون في مقاعدهم ولا يشقون طريقهم إلى السيارة لتناول الطعام، وبطبيعة الحال). سرعة جميع الأجسام الثابتة في القطار، من وجهة نظر خاصة بنا، وسوف يكون صفرا قارئ الركاب.
في هذا الوقت، ومنصة ينبغي الشخص الآخر، الذي الصفير الماضي القطار الطيران. بالنسبة له، والراكب مع كتاب ويتحرك مع سرعة القطار مقعد - أقول، 200 كلم / ساعة. لكن الركاب على الطريق إلى السيارة لتناول الطعام، وتقع في رأس القافلة ستتحرك بشكل أسرع: وسرعتهم تطوير مع سرعة القطار.
هذا هو الحال مع أي إضافة بسرعة، ولكن هناك استثناء واحد: سرعة الضوء. وعلى ضوء من الإسقاط على الأنف من القطار لدينا تتحرك دائما بنفس السرعة - 300 000 كم / ثانية.
هنا نأتي على مقربة من المبادئ الأساسية التي قام عليها نظرية النسبية:
- مبدأ النسبية: للحصول على تلك الهيئات التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض بسرعة أو ريشة (سواء للركاب وكتابه) ثابتة، العمليات الفيزيائية هي نفسها.
- مبدأ ثبات سرعة الضوء: إن سرعة الضوء هي ثابتة لجميع المراقبين بغض النظر عن سرعتهم بالنسبة لمصدر الضوء. وهذا يعني أن الضوء الصادر من المصباح على الأنف من القطار أو ضوء من العرض على متن سفينة الفضاء له نفس السرعة.
ضوء يسافر بسرعة أن انتشاره يبدو لحظية. ولكن يبدو مسافات مختلفة جدا في الفضاء. على سبيل المثال، والمسافة من الشمس إلى الأرض التي تشكل 150 مليون كيلومتر، ويمر الضوء في حوالي 8 دقائق. وهذا يعني أنه إذا كانت الشمس من أي وقت مضى انطفأتوسوف نرى ذلك في 8 دقائق فقط.
الآثار المترتبة على نظرية النسبية
ما يلي من المبادئ المذكورة أعلاه، وكيف أنها ذات الصلة مع الزمان والمكان؟ نظرية النسبية لها ثلاث نتائج رئيسية هي: توسع الفضاء، والعقود الوقت، ويزيد من كتلة. سوف نفهم مع كل أمر.
يتم ضغط الوقت
آينشتاين كان أول من أدرك أن وقت انها ليست مطلقة ويعتمد على الإطار المرجعي الذي نلاحظ فيه. الأرض والمجرات البعيدة في الطرف الآخر من الكون هي في مواقع مختلفة الفضاء ليس فقط، ولكن الوقت.
نسبيا تتحرك الأجسام الوقت يذهب أبطأ. وقد تم التحقق من هذه الحقيقةحول الحركة والعالمية الساعات الذرية: توقع المكاسب النسبية الوقت باستخدام اثنين من الساعات الذرية متطابقة: جهاز واحد لليسار على الأرض، وإرسالها إلى الآخرين الطائرة الأسرع من الصوت في جميع أنحاء الكوكب. عندما زرع، لوحظ أن الساعة التي حلقت لبضع الألف من الثانية وراء مدار الساعة في بقية.
كلما اقتربت سرعة الجسم تصبح سرعة الضوء، تدفقات الوقت أبطأ بالنسبة له. من الناحية النظرية، إذا كان رائد الفضاء سوف تذهب في رحلة على سفينة الفضاء في وثيقة السرعة إلى سرعة الضوء، سوف يحصل في المستقبل. لذلك سوف يستغرق بضعة أسابيع، وفي العالم - على مدى عقود. هذه هي نسبية الزمن.
ينكمش الفضاء
آخر نتيجة مفاجئة النسبية: عندما نرى كائن في الحركة، ويمكن أن نلاحظ أن يصبح أقصر مع زيادة السرعة. من وجهة نظر مراقب عندما تقترب من سرعة الضوء يصبح الكائن أقصر وأقصر في اتجاه الحركة وعمودي على أنها لا تزال في أبعادها السابقة.
مصنع نحن نفترض رائد فضاء في سفينة الفضاء التي يمكن السفر في سرعة الضوء، وأنفسهم الخوض في مرصد دافئ مراقبة رحلته. عندما تقترب من سرعة الضوء مع السفينة وتبدأ لتكون شيئا غريبا. ونلاحظ أنه أصبح أقصر. ولكن التغييرات التي تجري إلا فيما يتعلق اتجاه السفر، لا يزال عرض السيارة ثابتة. الوصول إلى سرعة الضوء، وسوف تصبح تمييزه تقريبا في الطول.
ربما، لدينا رائد فضاء ليس هناك الكثير من المرح؟ لا تقلق عليه لرواد الفضاء لن يكون هناك تغيير. انه مجرد يندفع نحو الفرح مساحات الفضاء ولا تلاحظ أي شيء. يتم ضغط الفضاء فقط النسبي للمراقب.
زيادة كتلة
نتيجة ملحوظة أخرى النسبية هو حقيقة أنه مع سرعة الجسم، ويزيد من كتلته أيضا.
ترتبط ارتباطا وثيقا الكتلة والطاقة. يتم التعبير عن ذلك في آينشتاين الشهيرة المعادلة E = mc². هذه الصيغة تبين أن طاقة الجسم يتناسب مع كتلته. عند نقل الطاقة في الجسم (أي تسارعها) وزيادة الوزن. وتبين أن بعض من الطاقة يذهب لزيادة السرعة، والجزء الآخر يزيد من الوزن.
يذكر رواد الفضاء لدينا الذين تقترب من سرعة الضوء في سفينته. مراقبة من الأرض، ونحن نرى أن ما تصبح سرعة السيارة أكثر صعوبة لتسريع ذلك، هناك المزيد ومطلوب المزيد من الطاقة لدفعها. هناك يأتي وقت عندما كانت السفينة تصل إلى الوزن الذي لا قوة في الكون لم تعد قادرة على تحريكه. هذا هو السبب، في الممارسة العملية، السفر عبر الزمن ليس من الممكن بعد.
موجز
لذلك، عندما تقترب من سرعة الضوء يجري توسيعها، وينكمش الفضاء. ولكن كل هذا لا يحدث إلا في نظر المراقب، الذي يرى حركة الكائن بالنسبة لنفسها. لرواد الفضاء في المركبة الفضائية لم يتغير (باستثناء لزيادة الكتلة). ولكن في حين تحققت كل من وجهات النظر. ولذلك، فإن نظرية النسبية، وتأخذ اسمها.
لا يزال غير واضح جدا؟ فإنه ليس من المستغرب، لأن آينشتاين نفسه استغرق 10 عاما لتشكيل المبادئ الأساسية للنظرية النسبية. هناك كتاب من شأنها أن تساعدك على وضع مرة أخرى هذه المبادئ في الاعتبار، وشرح كل شيء حرفيا على أصابع قدميك، مع صور مشرقة والجداول الزمنية المتاحة. تناول "نظرية النسبية" التحرير "AVANTA" AST دار نشر الطلاب من الطبقات الوسطى، ولكن سوف يكون من مصلحة أي شخص بالغ الذي يرغب في اختراق أسرار عالمنا. بعد ما يبدو مثل المعجزات، في الواقع، وهو واقع!
شراء الكتاب
انظر أيضا⭐️
- 12 الناس الذين يقعون في الحب معك في العلوم
- 10 أشياء يجب أن نتعلم من ألبرت أينشتاين
- 7 من أروع الكتب التي كتبها ستيفن هوكينج