Kaip Veikia Ypatingas Reliatyvumas

{h1}

Įspūdingas straipsnis, padedantis suprasti specialiojo reliatyvumo pagrindus! Sužinokite viską apie specialų reliatyvumą „WordsSideKick.com“.

Jei esate mokslinės fantastikos gerbėjas, tuomet žinote, kad „reliatyvumas“ yra gana dažna žanro dalis. Pavyzdžiui, „Star Trek“ žmonės visada kalba apie erdvės-laiko tęstinumą, sliekų skyles, laiko išsiplėtimą ir visokius kitus dalykus, kurie vienaip ar kitaip pagrįsti reliatyvumo principu. Jei esate mokslo gerbėjas, žinote, kad reliatyvumas taip pat vaidina didelę reikšmę, ypač kai kalbame apie tokius dalykus kaip juodosios skylės ir astrofizika.

Jei kada nors norėjote suprasti reliatyvumo pagrindus, tada šis „How Stuff Works“ leidimas jums bus be galo įdomus. Šiame leidinyje pagrindiniai teorijos principai aptariami prieinamu būdu, kad galėtumėte suprasti kalbų kalbą ir susijusias teorijas. Kai suprasite šias sąvokas, pamatysite, kad moksliniai naujienų straipsniai ir mokslinės fantastikos istorijos yra daug įdomesnės! Nuorodų skyriuje pateikiami trys papildomi informacijos šaltiniai, į kuriuos galite kreiptis, jei norite sužinoti daugiau.-

1.0 - Pagrindinės Visatos savybės

Jei norite apibūdinti visatą taip, kaip ją žinome pačiais paprasčiausiais terminais, galėtumėte pasakyti, kad ją sudaro sauja savybių. Mes visi esame susipažinę su šiomis savybėmis - iš tikrųjų esame tokie pažįstami, kad mes jas priimame kaip savaime suprantamą dalyką. Tačiau esant ypatingam reliatyvumui, daugelis šių savybių elgiasi labai netikėtai! Peržiūrėkime pagrindines visatos savybes, kad mums būtų aišku.

Erdvė

Erdvė yra trijų aspektų vaizdavimas visko, ką mes stebime, ir visko, kas vyksta. Tarpas leidžia objektams būti ilgiais į kairę / dešinę, aukštyn / žemyn ir pirmyn / atgal.

Laikas

Laikas yra ketvirta dimensija. Normaliame gyvenime laikas yra įrankis, kurį naudojame erdvės įvykių procesui įvertinti. Bet laikas yra kažkas daugiau. Taip, mes naudojame laiką kaip „įrankį“, tačiau laikas yra būtinas mūsų fizinei egzistencijai. Erdvė ir laikas, naudojami aprašyti įvykius, negali būti aiškiai atskirti. Todėl erdvė ir laikas yra austi kartu simbiotiniu būdu. Turėjimas vienas be kito neturi jokios prasmės mūsų fiziniame pasaulyje. Būtų nereikalingas, be vietos, laikas mums būtų nenaudingas, o be laiko - erdvė mums būtų nenaudinga. Ši abipusė priklausomybė yra žinoma kaip „Spacetime Continuum“. Tai reiškia, kad bet koks įvykis mūsų visatoje yra erdvės ir laiko įvykis. Esant specialiajam reliatyvumui, erdvės laikas nereikalauja universalaus laiko komponento sąvokos. Laikų, skirtų įvykiams, į kuriuos žmonės žiūri judantys vienas kito atžvilgiu, laiko komponentai bus skirtingi. Kaip pamatysite vėliau, erdvėlaikis yra vienalaikiškumo sampratos mirtis.

Medžiaga

Svarbiausias apibrėžimas yra tai, kas užima vietą. Bet koks objektas, kurį galite pamatyti, paliesti ar perkelti jėgos dėka, yra nesvarbus. Daugelis žmonių turbūt prisimena iš mokyklos, kad reikalas yra sudarytas iš milijonų milijardų sandariai supakuotų atomų. Pvz., Vanduo yra junginys H2O, reiškiantis, kad du vandenilio atomai, sujungti su vienu deguonies atomu, sudaro vieną vandens molekulę.

Norėdami visiškai suprasti materiją, pažvelkime į atomą. Dabar visuotinai priimta, kad atomai yra sudaryti iš trijų dalelių, vadinamų neutronais, protonais ir elektronais. Neutronai ir protonai randami atomo branduolyje (centre), o elektronai yra apvalkale, supančiame branduolį. Neutronai yra sunkiosios dalelės, tačiau jie neturi krūvio - jie yra neutralūs. Protonai taip pat yra sunkiosios dalelės ir turi teigiamą krūvį. Elektronai yra šviesos dalelės ir jie yra neigiamai įkrauti. Atsižvelgiant į šių dalelių skaičių kiekviename atome, atsiranda daug svarbių savybių. Pavyzdžiui, protonų skaičius, kurį turi atomas, nulems atomo vietą periodinėje lentelėje ir nustatys, kaip atomas elgiasi fizinėje visatoje. (Norėdami sužinoti daugiau apie atomus ir subatomines daleles, skaitykite HSW straipsnį „Kaip veikia branduolinė radiacija“.)

Judesys

Sakoma, kad viskas, kas keičia savo vietą erdvėje, yra judama. Kaip pamatysite vėliau, „judesio“ svarstymas leidžia arba sukelia labai įdomias sąvokas.

Kitame skyriuje apžvelgsime masę ir energiją.

Mišios ir energija

Mišios turi du vienodai svarbius apibrėžimus. Vienas iš jų yra bendras apibrėžimas, pagal kurį mokoma dauguma vidurinių mokyklų studentų, o kitas yra labiau techninis apibrėžimas, naudojamas fizikoje.

Paprastai masė yra apibrėžiama kaip daikto ar kūno kiekis medžiagos - bendras subatominių dalelių (elektronų, protonų ir neutronų) kiekis objekte. Padauginę savo masę iš žemės gravitacijos, jūs gausite svoris. Taigi, jei jūsų kūno svoris svyruoja, valgydami ar sportuodami, iš tikrųjų keičiasi jūsų masė. Svarbu suprasti, kad masė nepriklauso nuo jūsų padėties erdvėje. Jūsų kūno masė Mėnulyje yra tokia pati kaip jo masė žemėje. Kita vertus, žemės gravitacinis traukimas mažėja tolstant nuo žemės. Todėl galite numesti svorio pakeisdami aukštį, tačiau jūsų masė išlieka ta pati. Taip pat galite numesti svorio, gyvendami mėnulyje, bet vėlgi jūsų masė tokia pati.

Fizikoje masė apibrėžiama kaip jėgos, reikalingos kūnui pagreitinti, kiekis. Mišios yra labai glaudžiai susijusios su energija fizikoje. Masė priklauso nuo kūno judesio, palyginti su stebėtojo judesiu. Jei judantis kūnas išmatavo savo masę, ji visada būtų ta pati. Tačiau jei su kūnu nejudantis stebėtojas matuoja kūno masę, stebėtojas pastebės padidėjusią masę, kai objektas pagreitėja. Tai vadinama relativistinė masė. Reikėtų pažymėti, kad fizika iš tikrųjų nustojo naudoti šią masės sąvoką ir dabar užsiima daugiausia energija (žr. Skyrių apie masės ir energijos suvienijimą). Šiame etape šis masės apibrėžimas gali būti šiek tiek drumstas, tačiau svarbu žinoti sąvoką. Tai turėtų paaiškėti specialioje reliatyvumo diskusijoje. Svarbu čia suprasti, kad yra ryšys tarp masės ir energijos.

Energija

Energija yra sistemos sugebėjimo atlikti „darbą“ matas. Ji egzistuoja įvairiomis formomis... potencialia, kinetine ir kt. Energijos išsaugojimo įstatymas mums sako, kad energijos negalima nei kurti, nei sunaikinti; ją galima konvertuoti tik iš vienos formos į kitą. Šios atskiros energijos formos nėra taupomos, tačiau yra išsaugomas bendras energijos kiekis. Nukritus beisbolui nuo savo stogo, kamuolys turi kinetinę energiją, kai tik jis pradeda judėti. Prieš pat numesdamas kamuolį, jame buvo tik potencialios energijos. Kamuoliui judant, potenciali energija virsta kinetine energija. Panašiai, kai rutulys atsitrenkia į žemę, dalis jo energijos virsta šiluma (kartais vadinama šilumos energija arba šilumos kinetine energija). Jei pereisite kiekvieną šio scenarijaus etapą ir sukaupsite visos sistemos energiją, pamatysite, kad sistemos energijos kiekis visą laiką yra vienodas.

Kitame skyriuje apžvelgsime šviesos savybes.

Šviesa

Šviesa yra energijos forma, egzistuoja dviejuose konceptualiuose rėmuose: šviesa pasižymi savybėmis, turinčiomis atskirų dalelių savybes (pvz., energija yra nešiojama „gabalėliais“) ir bangų savybes (pvz., difrakcija). Šis susiskaldymas yra žinomas kaip dvilypumas. Svarbu suprasti, kad tai nėra „nei (arba) ne“ padėtis. Dualumas reiškia, kad bangų ir dalelių savybės yra tuo pačiu metu. Tas pats šviesos pluoštas priklausys nuo eksperimento kaip dalelė ir (arba) banga. Be to, dalelių karkasas (gabaliukai) gali turėti sąveiką, kurią galima apibūdinti pagal bangos charakteristikas, o bangos karkasas gali turėti sąveiką, kurią galima apibūdinti dalelių charakteristikomis. Dalelių forma yra žinoma kaip fotonas, o bangos forma - kaip elektromagnetinė radiacija. Pirmiausia fotonas...

Fotonas yra šviesa, kurią matome, kai atomas skleidžia energiją. Atomo modelyje elektronai skrieja aplink branduolį, sudarytą iš protonų ir neutronų. Yra atskiri elektronų lygiai, kai elektronai skrieja aplink branduolį. Pavaizduokite krepšinį su kelių dydžių žiediniais lankais. Krepšinis būtų branduolys, o hula-langai - galimi elektronų lygiai. Šie aplinkiniai lygiai gali būti vadinami orbitalės. Kiekvienas iš šių orbitų gali priimti tik atskirą energijos kiekį. Jei atomas sugeria tam tikrą energiją, arti branduolio esančioje orbitoje esantis elektronas (žemesnis energijos lygis) peršoks į orbitą, esančią toliau nuo branduolio (aukštesnį energijos lygį). Sakoma, kad atomas yra susijaudinęs. Šis susijaudinimas paprastai truks neilgai, o elektronas vėl kris į apatinį apvalkalą. Bus išleistas energijos paketas, vadinamas fotonu arba kvantomis. Ši skleidžiama energija yra lygi skirtumui tarp aukštos ir žemos energijos lygių ir gali būti vertinama kaip šviesa, atsižvelgiant į jos bangos dažnį, aptarta toliau.

Šviesos bangos forma iš tikrųjų yra energijos forma, kurią sukuria svyruojantis krūvis. Šį krūvį sudaro svyruojantis elektrinis laukas ir svyruojantis magnetinis laukas, taigi ir elektromagnetinė spinduliuotė. Turėtume atkreipti dėmesį, kad abu laukai svyruoja statmenai vienas kitam. Šviesa yra tik viena elektromagnetinės spinduliuotės forma. Visos formos yra klasifikuojamos elektromagnetiniame spektre pagal pilnų virpesių per sekundę, kuriuos patiria elektrinis ir magnetinis laukai, skaičių, vadinamą dažnis. Matomos šviesos dažnių diapazonas yra tik nedidelė spektro dalis, violetinė ir raudona spalvos yra atitinkamai aukščiausi ir žemiausi. Kadangi violetinės šviesos dažnis yra didesnis nei raudonos, sakome, kad ji turi daugiau energijos. Jei išeisite visą elektromagnetinį spektrą, pamatysite, kad gama spinduliai yra patys energingiausi. Tai neturėtų nustebinti, nes paprastai žinoma, kad gama spinduliai turi pakankamai energijos, kad prasiskverbtų į daugelį medžiagų. Šie spinduliai yra labai pavojingi dėl žalos, kurią jie gali padaryti jums biologiškai (žr. HSW straipsnį pavadinimu „Kaip veikia branduolinė radiacija“, jei norite daugiau aptarti gama spinduliuotę.). Energijos kiekis priklauso nuo radiacijos dažnio. Matoma elektromagnetinė spinduliuotė yra tai, ką mes paprastai vadiname šviesa, kurią taip pat galima suskaidyti į atskirus dažnius su atitinkamais kiekvienos spalvos energijos lygiais.

Šviesos savybės

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: ypatingas

Kai šviesa keliauja per kosmosą, ji vienaip ar kitaip susiduria su materija. Mes visi turėtume būti susipažinę su atspindžiu, nes matome ryškius atspindžius, kai šviesa atsitrenkia į lygų blizgantį paviršių kaip veidrodis. Tai yra šviesos tam tikru būdu sąveikaujančios su materija pavyzdys. Kai šviesa keliauja iš vienos terpės į kitą, šviesa lenkiasi. Tai vadinama refrakcija. Jei terpė šviesos kelyje lenkia šviesą arba blokuoja tam tikrus jos dažnius, galime pamatyti atskiras spalvas. Pvz., Vaivorykštė atsiranda tada, kai saulės šviesą atskiria oro drėgmė. Drėgmė sulenkia šviesą, taip atskirdama dažnius ir leisdama pamatyti unikalias šviesos spektro spalvas. Prizmės taip pat suteikia šį efektą. Kai šviesa tam tikrais kampais pataikys į prizmę, šviesa lūžta (sulenks), todėl ją reikia atskirti pagal individualius dažnius. Šis efektas atsiranda dėl prizmės formos ir šviesos kampo.

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: valandų

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: ypatingas

Jei atidžiai pažvelgsite į tai, kas nutinka, kai šviesos banga patenka į prizmę antroje diagramoje, pastebėsite, kad ji pasilenkia. Šis lenkimas įvyksta todėl, kad šviesa oru sklinda greičiau nei per prizmę. Kai apatinė bangos dalis patenka į prizmę, ji sulėtėja. Kadangi viršutinė bangos dalis (vis dar ore) juda greičiau nei apatinė dalis, banga lenkiasi. Panašiai, kai banga išeina iš prizmės, viršutinė dalis išlenda pirmiausia ir pradeda judėti greičiau nei apatinė dalis, kuri vis dar yra prizmėje. Šis greičio skirtumas priverčia bangą dar kartą pasilenkti. Pagalvokite apie riedlenčių motociklininką, einantį važiuojamąja kelio dalimi. Jei motociklininkas apsisuka ir patenka į žolę, jo kūnas pasilenks į priekį ir iš tikrųjų nuskris nuo lentos, jei iš pradžių važiuoja pakankamai greitai. Tai yra analogiška šviesos lenkimui, nes ji eina per skirtingas terpes. Riedlentė ir motociklininkas juda tuo pačiu greičiu, kol ratai trenkėsi į žolę. Dabar staiga riedlentė važiuoja lėčiau, nei yra motociklininkas, todėl motociklininkas pradeda lenktis į priekį (motociklininkas bando toliau keliauti tokiu pat greičiu, koks buvo prieš tai, kai ratai pataikė į žolę).

Dabar, kai šiek tiek suprantame šviesos sudėtį, galime pradėti spręsti dažnai paaiškintą „šviesos greičio“ sąvoką. Kadangi pati šviesa yra tik elektromagnetinės spinduliuotės forma, šviesos greitis yra tik lengvas būdas kalbėti apie elektromagnetinės radiacijos greitį apskritai. Jei pagalvosite apie tai, šviesos greitis yra „informacijos greitis“. Negalime pripažinti, kad įvyko įvykis, kol informacija apie tą įvykį nepasieks mūsų. Informacija yra įvykio elektromagnetinėje spinduliuotėje per radijo signalą, šviesos blyksnį ir pan. Bet koks įvykis yra tik erdvės ir laiko atsiradimas, o visa informacija, kurią galima perduoti apie įvykį, yra skleidžiama į išorę kaip kai kurių radiacija. rūšiuoti. Informacija (elektromagnetinė spinduliuotė) iš įvykio vakuume važiuoja 186 000 mylių per sekundę greičiu. Jei vaizduojate ilgą traukinį, kuris pradeda judėti pirmyn iš sustojusios padėties, nesitikite, kad paskutinis automobilis pradės judėti akimirksniu. Praeina nemažai laiko, kol paskutinis automobilis pradeda traukti. Taigi laukiama, kad paskutinis automobilis „gaus“ informaciją, kad pirmasis automobilis juda ir traukiasi. Šis delsimas yra analogiškas informacijos perdavimui esant ypatingam reliatyvumui, tačiau SR nustato tik viršutinę informacijos greičio ribą; šviesos greitį. Galite padaryti traukinio pavyzdį kuo išsamesnį, tačiau, nepaisant to, visada pastebėsite, kad negali būti jokios reakcijos, neatidėliojant bent šviesos greičiui tarp veiksmo ir reakcijos. Specialiame reliatyvumo skyriuje toliau aptarsime šio greičio svarbą.

2.0 - ypatingas reliatyvumas

Dabar jūs esate susipažinę su pagrindiniais visatos žaidėjais: erdve, laiku, materija, judesiu, mase, gravitacija, energija ir šviesa. Ypatingas santykinio reliatyvumo dalykas yra tas, kad daugelis 1 skyriuje aptartų paprastų savybių tam tikrose specifinėse „reliatyvistinėse“ situacijose elgiasi labai netikėtai. Ypatingas reliatyvumo suvokimo raktas yra supratimas, kokį reliatyvumą turi kiekviena savybė.

Pagrindų rėmai

Speciali Einšteino reliatyvumo teorija remiasi idėja atskaitos rėmai. Orientacinis rėmas yra tiesiog „ten, kur žmogus (ar kitas stebėtojas) atsistoja“. Jūs šiuo metu tikriausiai sėdite prie savo kompiuterio. Tai yra jūsų dabartinis atskaitos rėmas. Jaučiatės kaip nejudantis, net jei žinote, kad žemė sukasi apie savo ašį ir sukasi aplink saulę. Čia yra svarbus faktas apie atskaitos rėmus: Mūsų visatoje nėra tokio dalyko kaip absoliutus atskaitos taškas. Pasakydama absoliutus, iš tikrųjų turima galvoje tai, kad visatoje nėra visiškai nejudančios vietos. Šis teiginys sako, kad kadangi viskas juda, visas judesys yra santykinis. Pagalvokite apie tai - pati žemė juda, taigi, nors ir stovite, jūs judate. Jūs visą laiką judate per erdvę ir laiką. Kadangi Visatoje nėra vietos ar objekto, kuris būtų nejudamas, nėra nei vienos vietos ar objekto, kuriuo būtų galima paremti visus kitus judesius. Todėl, jei Jonas bėga link Hunterio, tai galima teisingai įvertinti dviem būdais. Hunterio požiūriu, Johnas juda link Hunterio. Džono požiūriu, Hunteris juda Jono link. John ir Hunter turi teisę stebėti veiksmą iš savo atitinkamų principų. Visas judesys yra susijęs su jūsų atskaitos rėmais. Kitas pavyzdys: Jei mestate kamuolį, kamuolys turi teisę į save žiūrėti kaip į ramybės būseną. Kamuoliukas gali matyti jus tolstant nuo jo, net jei žiūrite, kad kamuolys tolsta nuo jūsų. Atminkite, kad net jei jūs nejudate žemės paviršiaus atžvilgiu, jūs judate kartu su žeme.

Kitame skyriuje apžvelgsime pirmąjį ypatingo reliatyvumo postulatą.

Lorenco transformacijos

Lorenco transformacijos yra matematinės lygtys, leidžiančios mums transformuotis iš vienos koordinačių sistemos į kitą. Kodėl mes norėtume tai padaryti? Nes ypatingas reliatyvumas susijęs su atskaitos rėmais. Analizuodami savybes iš vieno kadro į kitą, pirmiausia reikia transformuoti iš vienos koordinačių sistemos į kitą. Taigi Lorentzo transformacijas galime panaudoti ilgio ir laiko konvertavimui iš vieno atskaitos rėmo į kitą. Pvz., Jei skrendate lėktuvu ir aš vis dar stoviu ant žemės, galėtumėte pritaikyti transformacijas, kad mano orientacinis rėmas būtų paverčiamas jūsų orientaciniu rėmu, ir aš galėčiau tą patį padaryti ir jums jūsų orientaciniame rėmelyje. Ankstesni teiginiai suponuoja, kad objektų, judančių vienas kito atžvilgiu, ilgis ir laikas nesutampa. Kaip neįtikėtina, kaip tai gali pasirodyti, tai yra SR rezultatas. Einšteinas pasinaudojo transformacijomis, nes jos suteikia savybių perkėlimo iš vieno etaloninio kadro į kitą, kai šviesos greitis palaikomas pastovus abiejuose, metodą.

Pirmasis ypatingo reliatyvumo postulatas

Pirmąjį specialiojo reliatyvumo teorijos postulatą ne per sunku nuryti: Fizikos dėsniai galioja visiems pamatiniams rėmams. Tai yra paprasčiausia suvokti visas reliatyvistines sąvokas. Fiziniai įstatymai mums padeda suprasti, kaip ir kodėl mūsų aplinka reaguoja taip, kaip ji daro. Jie taip pat leidžia mums numatyti įvykius ir jų rezultatus. Apsvarstykite kriterijų ir cemento bloką. Jei išmatuosite ilgį ant bloko, gausite tą patį rezultatą, nepriklausomai nuo to, ar jūs stovite ant žemės ar važiuojate autobusu. Tada išmatuokite laiką, per kurį švytuoklė užfiksuos 10 pilnų sūpuoklių iš pradinio 12 colių aukščio virš jo poilsio taško. Vėlgi, jūs gausite tuos pačius rezultatus tiek stovėdami ant žemės, tiek važiuodami autobusu. Atkreipkite dėmesį, kad darome prielaidą, kad autobusas nespartėja, o važiuoja pastoviu greičiu lygiu keliu. Jei imsimės tų pačių pavyzdžių, kaip aukščiau, bet šį kartą išmatuosime bloko ir švytuoklės svyravimo laiką, kai jie važiuoja pro mus autobuse, gausime kitokius rezultatus nei ankstesni. Mūsų eksperimentų rezultatų skirtumas atsiranda todėl, kad fizikos dėsniai išlieka vienodi visiems pamatiniams rėmams.Antrojo postulato aptarimas tai paaiškins išsamiau. Svarbu pažymėti, kad vien todėl, kad fizikos dėsniai yra pastovūs, dar nereiškia, kad gausime tuos pačius eksperimentinius rezultatus skirtinguose rėmuose. Tai priklauso nuo eksperimento pobūdžio. Pvz., Jei suduosime du automobilius vienas į kitą, pamatysime, kad susidūrimui energija buvo sutaupyta, nepriklausomai nuo to, ar sėdime viename iš automobilių, ar stovime ant šaligatvio. Energijos taupymas yra fizinis dėsnis, todėl turi būti vienodas visuose atskaitos rėmuose.

Antrasis specialiosios reliatyvumo teorijos postulatas

Antrasis specialiosios reliatyvumo teorijos postulatas yra gana įdomus ir netikėtas dėl to, ką jis sako apie atskaitos rėmus. Postulatas yra: Šviesos greitis matuojamas kaip pastovus visuose pamatiniuose kadruose. Tai tikrai galima apibūdinti kaip pirmąjį skirtingų drabužių postulatą. Jei fizikos įstatymai vienodai taikomi visiems atskaitos kadrams, tada šviesa (elektromagnetinė spinduliuotė) turi judėti tuo pačiu greičiu, nepriklausomai nuo rėmo. Tai reikalinga tam, kad elektrodinamikos dėsniai būtų vienodai taikomi visiems rėmams.

Atidžiau pažvelgsime į antrą postulatą kitame skyriuje.

Antrasis reliatyvumo postulatas

Šis postulatas yra labai keistas, jei akimirką apie tai pagalvojate. Štai vienas iš postulato išplaukiančių faktų: Nepriklausomai nuo to, ar skraidote lėktuvu, ar sėdite ant sofos, šviesos greitis abiem atvejais būtų toks pats. Netikėta priežastis yra ta, kad dauguma fizinių objektų, su kuriais susiduriame pasaulyje, prideda savo greitį. Apsvarstykite kabrioletą, artėjantį prie jūsų 50 mylių per valandą greičiu. Keleivis ištraukia stropą ir 20 mylių per valandą tave šaudo į uolą. Jei išmatuotumėte uolos greitį, jūs tikėtumėte, kad ji važiuoja 70 mylių per valandą greičiu (automobilio greitis plius uolos greitis nuo šliaužtinuko). Būtent taip atsitinka. Jei vairuotojas išmatuotų uolos greitį, jis išmatuotų tik 20 mylių / val., Nes jis jau automobiliu juda 50 mylių per valandą greičiu. Jei tas pats automobilis artėja prie jūsų 50 mylių per valandą greičiu ir vairuotojas įjungia priekinius žibintus, atsitinka kažkas kita? Kadangi žinoma, kad šviesos greitis yra 669 600 000 mylių per valandą, sveikas protas mums sako, kad automobilio greitis kartu su priekinių žibintų šviesos greičiu iš viso sudaro 669 600,050 mylių / valandą (50 mylių / val. + 669 600 000 mylių / val.). Faktinis greitis būtų 669 600,000 mylių / valandą, tiksliai šviesos greičiu. Norėdami suprasti, kodėl taip atsitinka, turime peržvelgti savo greičio sampratą.

Greitis yra per tam tikrą laiką nuvažiuotas atstumas. Pavyzdžiui, jei jūs nuvažiuojate 60 mylių per valandą, jūsų greitis yra 60 mylių per valandą. Greitį ir greitį galime lengvai pakeisti greitį ir lėtėdami. Kad šviesos greitis būtų pastovus, net jei šviesa „paleista“ iš judančio objekto, gali įvykti tik du dalykai. Arba kažkas apie mūsų atstumo sampratą ir (arba) kažkas apie mūsų laiko sampratą turi būti iškreiptas. Kaip paaiškėja, abu yra iškreipti. Atminkite, kad greitis yra atstumas, padalytas iš laiko.

Atidžiau pažvelgsime į poslinkį kitame skyriuje.

Kramtymas

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: valandų

Priekinių žibintų pavyzdyje atstumas, kurį naudojate matuojant, nėra tas pats, kurį atstumas naudoja. Tai labai sunku suvokti, tačiau ji yra tiesa. Kai objektas (su mase) juda, jo išmatuotas ilgis traukiasi judesio kryptimi. Jei objektas pasiekia šviesos greitį, jo išmatuotas ilgis sumažėja iki nieko. Tik asmuo, esantis kitokiame atskaitos taške nei objektas, sugebėtų aptikti traukimąsi - objekto atžvilgiu jo atskaitos rėme jo dydis išlieka tas pats. Šis reiškinys vadinamas „ilgio susitraukimu“. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, automobiliui artėjant prie šviesos greičio, nejudančio stebėtojo išmatuotas automobilio ilgis būtų mažesnis nei tuo atveju, jei automobilis būtų matuojamas stovint. Pažvelkite į 2 ir 3 pav.

2 pav. Automobilis sustabdytas ties stotelės ženklu. 3 pav. Tas pats automobilis važiuoja pro jus. Jūs lengvai pastebėsite, kad figūroje judantis automobilis yra trumpesnis nei sustabdytas automobilis. Atminkite, kad automobilis važiuojančia kryptimi būtų tik trumpesnis, tai neturi įtakos jo aukščiui ir pločiui - tik jo ilgiui. Ilgio susitraukimas veikia tik ilgį važiavimo kryptimi. Įsivaizduokite, kad labai greitai bėgate link atvirų durų. Jūsų požiūriu, atstumas nuo durų angos priekio iki durų angos sumažės. Žiūrint iš durų, jūsų kūno plotis - atstumas nuo krūtinės iki nugaros - sumažėtų.

Mokslininkai mano, kad jie iš tikrųjų įrodė šią ilgio susitraukimo sampratą. Todėl iš tikrųjų visi objektai suprantami sutrumpėję važiavimo kryptimi, jei juos mato kažkas, kas su jais nejuda. Jei esate judančiame automobilyje ir matuojate porankio ilgį, niekada nepastebėsite pakeitimo, nepaisant to, kaip greitai einate, nes jūsų juosta taip pat sutrumpės nuo judesio.

Gyvenime mes niekada nejaučiame ilgio susitraukimo, nes judame greičiu, kuris yra labai mažas atsižvelgiant į šviesos greitį. Pokytis yra per mažas, kad galėtume pastebėti. Atminkite, kad šviesos greitis yra 669 600 000 mylių per valandą arba 186 400 mylių per sekundę, todėl lengva suprasti, kodėl mūsų kasdienis greitis yra nereikšmingas.

Mes apžvelgsime ilgio susitraukimą kitame skyriuje.

Ilgio susitraukimas

Lorentzo transformacijos leidžia apskaičiuoti ilgio susitraukimą. Tai, kiek susitraukia, priklauso nuo to, kiek greitai objektas važiuoja stebėtojo atžvilgiu. Tiesiog pridėkite keletą skaičių, tarkime, kad 12 colių futbolas skrieja pro jus ir juda 60% šviesos greičiu. Jūs pamatytumėte, kad futbolas yra 9,6 colio ilgio. Taigi, kai šviesos greitis yra 60%, jūs išmatuojate futbolo 80% jo pradinio ilgio (originalus 12 colių matavimas buvo atliktas jūsų ramybės būsenoje). Atminkite, kad visi matavimai vyksta judesio kryptimi - rutulio skersmuo nekinta rutulio judėjimu į priekį. Reikia atsiminti du dalykus:

  1. jei bėgtumėte šalia futbolo tuo pačiu greičiu, 60% šviesos greičio, visada išmatuotumėte 12 colių ilgį. Tai niekuo nesiskiria nuo to, kaip jūs stovite vietoje ir matuojate futbolą laikydami jį.
  2. Jei moteris, bėgiojanti su futbolu, išmatuotų jūsų laikomą liniuotę, ji išmatuotų ir jūsų, ir jūsų valdovo ilgį. Atminkite, kad ji turi lygias teises į jus žiūrėti kaip į judesius.

Judesio poveikis laikui

Aš minėjau, kad laikas taip pat keičiasi atsižvelgiant į skirtingus atskaitos (judesio) rėmus. Tai vadinama „laiko išsiplėtimu“. Laikas iš tikrųjų sulėtėja judant, bet jis paaiškėja tik greičiu, artimu šviesos greičiui. Panašus į ilgio susitraukimą, jei greitis pasiekia šviesos greitį, laikas lėtėja iki sustojimo. Vėlgi, tai tik stebėtojas nejudant su laiku tai matuojama pastebėtų. Kaip ir juostos matmenys, susitraukiantys ilgio metu, taip pat bus paveiktas judantis laikrodis, taigi jis niekada negalėtų nustatyti, kad laikas lėtėja (atsiminkite švytuoklę). Kadangi mūsų kasdienis judesys artėja prie nieko, kas arti šviesos greičio, išsiplėtimas mums visiškai nepastebimas, tačiau jis yra.

Kitame skyriuje apžvelgsime laiko išplėtimą.

Laiko išsiplėtimas

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: kaip

Norint įrodyti šią laiko išsiplėtimo teoriją, buvo sinchronizuoti du labai tikslūs atominiai laikrodžiai, o vienas buvo leistas į greitą kelionę lėktuvu. Kai lėktuvas grįžo, lėktuvo važiavimo laikrodis buvo lėtesnis tiek, kiek numatė Einšteino lygtys. Taigi judantis laikrodis veikia lėčiau, kai žiūrima į atskaitos rėmą, kuris su juo nejuda. Atminkite, kad grįžus laikrodžiui, jis užfiksavo mažiau laiko nei žemės laikrodis. Vėl sujungus su antžeminiu laikrodžiu, lėtasis laikrodis vėl fiksuos laiką tokiu pačiu greičiu kaip ir antžeminis laikrodis (aišku, jis liks tiek laiko, kiek sulėtėjo kelionėje, nebent pakartotinai sinchronizuotas). Laiko išsiplėtimas atsiranda tik tada, kai laikrodis juda kito laikrodžio atžvilgiu. Pažvelkite į 4 ir 5 paveikslus žemiau.

Tarkime, kad objektas po saule 4 pav. Yra šviesos laikrodis ant ratų. Šviesos laikrodis matuoja laiką perduodant šviesos pluoštą iš apatinės plokštės į viršutinę plokštę, kur jis tada atsispindi atgal į apatinę plokštę. Šviesos laikrodis atrodo geriausias laiko matas, nes jo greitis išlieka pastovus nepriklausomai nuo judesio. Taigi, 4 pav., Mes einame prie šviesaus laikrodžio ir pastebime, kad reikia 1 sek., Kol šviesa keliaus iš apačios į viršų ir vėl į apačią. Dabar pažiūrėkite į 5 pav. Šiame pavyzdyje šviesos laikrodis ritasi į dešinę, bet mes vis dar stovime. Jei laikrodžio rodyklę paskui mus pamatytų šviesos pluoštą, pamatytume spindulio judėjimą kampu į plokštes. Jei esate sumišęs, pažiūrėkite į 4 pav. Ir pamatysite, kad tiek siunčiamas, tiek gaunamas spindulys yra po saule, taigi laikrodis nejuda. Dabar pažiūrėkite į 5 pav., Išsiųstasis spindulys atsiranda po saule, tačiau atspindėtasis spindulys grįžta, kai laikrodis yra po žaibolaidžiu, taigi laikrodis ritasi į dešinę. Ką tai mums sako? Mes žinome, kad stovintis laikrodis vis tiek siunčia ir priima 1 sekundės intervalais. Mes taip pat žinome, kad šviesos greitis yra pastovus. Nepriklausomai nuo to, kur esame, mes išmatuotume šviesos pluoštą 4 pav. Ir 5 pav., Kad būtų tiksliai tas pats greitis. Tačiau 5 pav. Atrodo, kad šviesa sklinda toliau, nes strėlės yra ilgesnės. Ir atspėk, ką jis padarė. Vienam išsamiam siuntimo ir gavimo ciklui šviesa užtruko ilgiau, tačiau šviesos greitis nepakito. Kadangi šviesa važiavo toliau, o greitis nesikeitė, tai galėjo reikšti tik tiek, kad laikas užtruko ilgiau. Atminkite, kad greitis yra atstumas / laikas, todėl vienintelis būdas, kai greitis nekinta, kai atstumas didėja, yra ir laikas.

Mes žiūrėsime laiko intervalus kitame skyriuje.

Laiko intervalai

Kaip veikia ypatingas reliatyvumas: valandų

Naudodamiesi Lorenco transformacija, pateiksime skaičius šiame pavyzdyje. Tarkime, k


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Vaizdo Galerija: Iškastinis Miškas Kanados Arktyje
Vaizdo Galerija: Iškastinis Miškas Kanados Arktyje

Ką 2016 M. Laiko Paslaptingu Fizikos Pasauliu
Ką 2016 M. Laiko Paslaptingu Fizikos Pasauliu

Mokslas Naujienos


Kodėl Ekstravertai Mėgsta Vakarėlius Ir Intravertai Vengia Minios
Kodėl Ekstravertai Mėgsta Vakarėlius Ir Intravertai Vengia Minios

Koks „Deepwater Horizon“ Naftos Išsiliejimo Poveikis Aplinkai?
Koks „Deepwater Horizon“ Naftos Išsiliejimo Poveikis Aplinkai?

Nuotraukose: Meksikos Naujasis Vandenyno Draustinis Saugo Stulbinančią Biologinę Įvairovę
Nuotraukose: Meksikos Naujasis Vandenyno Draustinis Saugo Stulbinančią Biologinę Įvairovę

Žiauriai Nužudyto Prakeikto Žmogaus Veidas Buvo Skaitmeniškai Atkurtas
Žiauriai Nužudyto Prakeikto Žmogaus Veidas Buvo Skaitmeniškai Atkurtas

Nuotraukose: Kapų Tapyba Aptikta Netoli Didžiosios Gizos Piramidės
Nuotraukose: Kapų Tapyba Aptikta Netoli Didžiosios Gizos Piramidės


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com