Teori relativiti khas, yang pada awal abad yang lalu membalikkan idea yang diterima umum tentang dunia, masih terus menggairahkan minda dan hati orang. Hari ini kita akan berusaha bersama-sama mengetahui apa itu.
Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativiti Khas (STR), yang menerangkan bagaimana menafsirkan gerakan antara kerangka acuan inersia yang berbeza - secara sederhana, objek yang bergerak dengan kelajuan tetap relatif satu sama lain.
Einstein menjelaskan bahawa apabila dua objek bergerak dengan kelajuan tetap, seseorang harus mempertimbangkan gerakannya satu sama lain, bukannya menerima salah satu daripadanya sebagai kerangka rujukan mutlak.
Oleh itu, jika dua angkasawan, anda dan, katakanlah, Herman, terbang dengan dua kapal angkasa dan ingin membandingkan pemerhatian anda, satu-satunya perkara yang perlu anda ketahui ialah kelajuan anda berbanding antara satu sama lain.
Relativiti khas hanya mempertimbangkan satu kes khas (maka namanya), ketika gerakannya berbentuk lurus dan seragam. Sekiranya badan material mempercepat atau berpaling, undang-undang SRT tidak lagi berfungsi. Kemudian teori relativiti umum (GTR) mula berlaku, yang menerangkan pergerakan badan material dalam kes umum.
Teori Einstein didasarkan pada dua prinsip asas:
1. Prinsip relativiti: undang-undang fizikal dipelihara bahkan untuk badan yang merupakan kerangka rujukan inersia, iaitu, bergerak pada kelajuan tetap yang saling berkaitan.
2. Prinsip kelajuan cahaya: kelajuan cahaya tetap tidak berubah untuk semua pemerhati, tanpa mengira kelajuannya berkaitan dengan sumber cahaya. (Ahli fizik menunjukkan kepantasan cahaya dengan huruf c).
Video promosi:
Salah satu sebab kejayaan Albert Einstein adalah kerana dia meletakkan data eksperimen di atas teori. Ketika satu siri eksperimen menunjukkan hasil yang bertentangan dengan teori yang diterima umum, banyak ahli fizik memutuskan bahawa eksperimen ini salah.
Albert Einstein adalah salah satu yang pertama yang memutuskan untuk membina teori baru berdasarkan data eksperimen baru.
Pada akhir abad ke-9, ahli fizik sedang mencari eter misterius - medium di mana, menurut andaian yang diterima umum, gelombang cahaya harus menyebarkan, seperti gelombang akustik, yang mana udara diperlukan untuk menyebarkan, atau medium lain - pepejal, cair atau gas. Kepercayaan akan kewujudan eter telah menyebabkan kepercayaan bahawa kelajuan cahaya mesti berubah bergantung pada kelajuan pemerhati berkaitan dengan eter.
Albert Einstein meninggalkan konsep eter dan menyarankan agar semua undang-undang fizikal, termasuk kelajuan cahaya, tidak berubah tanpa mengira kelajuan pemerhati - seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen.
Keseragaman ruang dan masa
ERT Einstein mendalilkan hubungan asas antara ruang dan masa. Alam Semesta Bahan, seperti yang anda ketahui, mempunyai tiga dimensi ruang: atas, bawah, kanan-kiri dan ke depan-ke belakang. Satu lagi dimensi ditambahkan - sementara. Bersama-sama, keempat dimensi ini membentuk kontinum ruang-waktu.
Sekiranya anda bergerak dengan kelajuan tinggi, pemerhatian anda berkaitan dengan ruang dan masa akan berbeza dengan pandangan orang lain yang bergerak pada kelajuan yang lebih perlahan.
Gambar di bawah menunjukkan eksperimen pemikiran untuk membantu anda memahami idea ini. Bayangkan bahawa anda berada di kapal angkasa, memegang laser di tangan anda, dengan bantuan yang mana anda menghantar pancaran cahaya ke siling di mana cermin dipasang. Cahaya, terpantul, jatuh pada pengesan, yang mendaftarkannya.
Di atas - anda menghantar seberkas cahaya ke siling, lampu itu terpantul dan jatuh secara menegak pada alat pengesan. Di bawah - untuk Herman, pancaran cahaya anda bergerak secara menyerong ke siling dan kemudian menyerong ke arah pengesan.
Di atas - anda menghantar seberkas cahaya ke siling, lampu itu terpantul dan jatuh secara menegak pada alat pengesan. Di bawah - untuk Herman, pancaran cahaya anda bergerak secara menyerong ke siling dan kemudian menyerong ke arah pengesan.
Katakan kapal anda bergerak dengan kelajuan tetap sama dengan separuh kelajuan cahaya (0.5c). Menurut Einstein SRT, itu tidak menjadi masalah bagi anda, anda bahkan tidak menyedari pergerakan anda.
Namun, Herman, memerhatikan anda dari kapal angkasa yang sedang berehat, akan melihat gambaran yang sama sekali berbeza. Dari sudut pandangannya, pancaran cahaya akan bergerak secara menyerong ke cermin di siling, memantulkannya dan jatuh secara menyerong ke pengesan.
Dengan kata lain, lintasan pancaran cahaya akan kelihatan berbeza untuk anda dan bagi Herman dan panjangnya akan berbeza. Oleh itu, jangka masa yang diperlukan untuk pancaran laser jarak perjalanan ke cermin dan pengesan akan kelihatan berbeza bagi anda.
Fenomena ini disebut pelebaran masa: waktu di kapal angkasa bergerak dengan kelajuan tinggi, dari sudut pandang pemerhati di Bumi, mengalir jauh lebih perlahan.
Contoh ini, seperti banyak yang lain, jelas menunjukkan hubungan yang tidak dapat dipisahkan antara ruang dan masa. Sambungan ini jelas ditunjukkan kepada pemerhati hanya apabila menggunakan kelajuan tinggi, hampir dengan kelajuan cahaya.
Eksperimen sejak Einstein menerbitkan teorinya yang hebat telah mengesahkan bahawa ruang dan waktu sebenarnya dirasakan berbeza bergantung pada kepantasan pergerakan objek.
Menggabungkan jisim dan tenaga
Dalam artikelnya yang terkenal yang diterbitkan pada tahun 1905, Einstein menggabungkan jisim dan tenaga dalam formula sederhana yang telah diketahui oleh setiap pelajar sejak: E = mc².
Menurut teori ahli fizik yang hebat, apabila kelajuan badan material meningkat, menghampiri kelajuan cahaya, jisimnya juga meningkat. Mereka. semakin cepat objek bergerak, semakin berat. Sekiranya mencapai kecepatan cahaya, jisim badan, dan juga tenaganya, menjadi tidak terbatas. Lebih berat badan, semakin sukar untuk meningkatkan kelajuannya; memerlukan tenaga yang tidak terhingga untuk mempercepat badan dengan jisim tak terhingga, jadi mustahil objek material dapat mencapai kecepatan cahaya.
Sebelum Einstein, konsep jisim dan tenaga dalam fizik dipertimbangkan secara berasingan. Saintis yang cemerlang membuktikan bahawa undang-undang pemuliharaan jisim, seperti undang-undang pemuliharaan tenaga, adalah bahagian dari undang-undang tenaga massa yang lebih umum.
Oleh kerana hubungan asas antara dua konsep ini, jirim dapat berubah menjadi tenaga, dan sebaliknya - tenaga menjadi jirim.
