Teori relativiti khas, yang diterbitkan pada tahun 1905 oleh Einstein dan generalisasi penting beberapa hipotesis terdahulu, adalah salah satu yang paling bergema dan dibincangkan dalam fizik.
Sememangnya, sukar untuk membayangkan bahawa apabila objek bergerak pada kelajuan hampir cahaya, proses fizikal mula meneruskannya dengan cara yang luar biasa: panjangnya berkurangan, jisimnya bertambah dan masa menjadi perlahan. Sejurus selepas penerbitan, percubaan mula memburukkan teori, yang berterusan hari ini, walaupun lebih daripada seratus tahun telah berlalu. Ini tidak menghairankan, kerana persoalan jam berapa telah lama membimbangkan manusia dan menarik perhatian semua orang.
Apakah itu relativisme
Intipati mekanik relativistik (ia juga merupakan teori relativiti khas, selepas ini dirujuk sebagai SRT) dan perbezaannya daripada mekanik klasik dinyatakan dengan jelas melalui terjemahan langsung namanya: Latin relativus bermaksud "relatif". SRT membuat postulat tidak dapat dielakkan pelebaran masa untuk objek apabila ia bergerak secara relatif kepada pemerhati.
Perbezaannyateori ini, yang dicadangkan oleh Albert Einstein, dari mekanik Newton dan terletak pada fakta bahawa semua proses yang sedang berjalan hanya boleh dianggap relatif antara satu sama lain atau kepada beberapa pemerhati luar. Sebelum menerangkan apa itu dilatasi masa relativistik, adalah perlu untuk menyelidiki sedikit tentang persoalan pembentukan teori dan menentukan mengapa perumusannya menjadi mungkin dan bahkan wajib sama sekali.
Asal-usul Relativiti
Menjelang akhir abad ke-19, saintis mula memahami bahawa beberapa data eksperimen tidak sesuai dengan gambaran dunia berdasarkan mekanik klasik.
Percanggahan asas mengakibatkan percubaan untuk menggabungkan mekanik Newton dengan persamaan Maxwell yang menerangkan gerakan gelombang elektromagnet dalam vakum dan media berterusan. Telah diketahui bahawa cahaya hanyalah gelombang sedemikian, dan ia harus dipertimbangkan dalam rangka kerja elektrodinamik, tetapi adalah sangat bermasalah untuk berhujah dengan visual dan, yang paling penting, mekanik yang diuji masa.
Percanggahan, bagaimanapun, adalah jelas. Katakan tanglung dipasang di hadapan kereta api yang sedang bergerak, yang bersinar ke hadapan. Menurut Newton, kelajuan kereta api dan cahaya yang datang dari tanglung mesti ditambah. Persamaan Maxwell dalam situasi hipotesis ini hanya "pecah". Pendekatan yang sama sekali baharu diperlukan.
Relativiti Istimewa
Adalah tidak betul untuk mempercayai bahawa Einstein mencipta teori relativiti. Malah, dia beralih kepada karya dan hipotesis saintis yang bekerja sebelumnya. Namun, penulis menghampirisoalan sebaliknya dan bukannya mekanik Newton mengiktiraf persamaan Maxwell sebagai "a priori betul".
Selain prinsip relativiti yang terkenal (sebenarnya, dirumuskan oleh Galileo, walau bagaimanapun, dalam rangka kerja mekanik klasik), pendekatan ini membawa Einstein kepada pernyataan yang menarik: kelajuan cahaya adalah tetap dalam semua bingkai rujukan. Dan kesimpulan inilah yang membolehkan kita bercakap tentang kemungkinan menukar piawaian masa apabila objek bergerak.
Ketekalan kelajuan cahaya
Nampaknya pernyataan "kelajuan cahaya adalah malar" tidaklah menghairankan. Tetapi cuba bayangkan bahawa anda berdiri diam dan melihat cahaya bergerak menjauhi anda pada kelajuan tetap. Anda mengikut rasuk, tetapi ia terus bergerak menjauhi anda pada kelajuan yang sama. Selain itu, berpusing dan terbang ke arah bertentangan dari pancaran, anda tidak akan mengubah kelajuan jarak antara satu sama lain dalam apa cara sekalipun!
Bagaimana ini boleh berlaku? Di sini bermula perbualan tentang kesan relativistik pelebaran masa. menarik? Kemudian baca terus!
Peluasan masa relativistik mengikut Einstein
Apabila kelajuan objek menghampiri kelajuan cahaya, masa dalaman objek dikira untuk perlahan. Jika kita mengandaikan bahawa seseorang bergerak selari dengan pancaran matahari dengan kelajuan yang sama, masa untuknya akan berhenti berlari sama sekali. Terdapat formula untuk pelebaran masa relativistik, mencerminkan hubungannya dengan kelajuan objek.
Namun, apabila mengkaji isu ini, perlu diingat bahawa tiada badan berjisim pun secara teorinya boleh mencapai kelajuan cahaya.
Paradoks yang berkaitan dengan teori
Relativiti khas ialah karya saintifik dan tidak mudah difahami. Walau bagaimanapun, minat orang ramai terhadap persoalan jam berapa kerap menimbulkan idea-idea yang pada peringkat harian seolah-olah menjadi paradoks yang tidak dapat diselesaikan. Contohnya, contoh berikut membingungkan kebanyakan orang yang diperkenalkan kepada SRT tanpa pengetahuan fizik.
Terdapat dua satah, satu daripadanya terbang lurus, dan yang kedua berlepas dan, setelah menggambarkan lengkok pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya, mengejar yang pertama. Secara jangkaan, ternyata masa untuk radas kedua (yang terbang pada kelajuan hampir cahaya) berlalu lebih perlahan daripada yang pertama. Walau bagaimanapun, mengikut postulat SRT, kerangka rujukan bagi kedua-dua pesawat adalah sama. Ini bermakna masa boleh berlalu dengan lebih perlahan untuk satu dan peranti yang lain. Nampaknya ini adalah jalan buntu. Tetapi…
Menyelesaikan paradoks
Sebenarnya, sumber paradoks seperti ini adalah salah faham tentang mekanisme teori. Percanggahan ini boleh diselesaikan menggunakan eksperimen spekulatif yang terkenal.
Kami mempunyai bangsal dengan dua pintu membentuk laluan masuk dan tiang lebih panjang sedikit daripada panjang bangsal. Jika kita meregangkan tiang dari pintu ke pintu, mereka tidak akan dapat menutup atau mereka hanya akan memecahkan tiang kita. Jika tiang, terbang ke dalam bangsal,akan mempunyai kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya, panjangnya akan berkurangan (ingat: objek yang bergerak pada kelajuan cahaya akan mempunyai panjang sifar), dan pada masa ia berada di dalam bangsal, kita boleh menutup dan membuka pintu tanpa merosakkan alat peraga kami.
Sebaliknya, seperti dalam contoh dengan pesawat, bangsal yang sepatutnya berkurangan berbanding tiang. Paradoks diulang, dan, nampaknya, tidak ada jalan keluar - kedua-dua objek dikurangkan secara serentak. Walau bagaimanapun, ingat bahawa semuanya adalah relatif, dan selesaikan masalah dengan menukar masa.
Relativiti Keselarasan
Apabila tepi hadapan tiang berada di dalam, di hadapan pintu depan, kita boleh menutup dan membukanya, dan pada masa apabila tiang itu terbang ke bangsal sepenuhnya, kita akan melakukan perkara yang sama dengan bahagian belakang pintu. Nampaknya kita tidak melakukannya pada masa yang sama, dan percubaan gagal, tetapi di sini perkara utama ternyata: selaras dengan teori relativiti khas, momen penutupan kedua-dua pintu terletak pada titik yang sama pada paksi masa.
Ini berlaku kerana peristiwa yang berlaku serentak dalam satu rangka rujukan tidak akan serentak dalam rangka rujukan yang lain. Pelebaran masa relativistik ditunjukkan dalam hubungan objek, dan kita kembali kepada generalisasi setiap hari teori Einstein: semuanya adalah relatif.
Terdapat satu lagi butiran: kesamaan sistem rujukan adalah relevan dalam SRT, apabila kedua-dua objek bergerak secara seragam dan lurus. Sebaik sahaja salah satu badan mula memecut atau berkurangan, rangka rujukannya menjadi unikmungkin.
Paradoks Berkembar
Paradoks paling terkenal yang menerangkan pelebaran masa relativistik "dengan cara yang mudah" ialah percubaan pemikiran dengan dua saudara kembar. Salah seorang daripada mereka terbang dengan kapal angkasa pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya, manakala yang lain kekal di atas tanah. Apabila kembali, abang angkasawan itu mendapati dia sendiri telah berumur 10 tahun, dan abangnya, yang tinggal di rumah, telah berumur sehingga 20 tahun.
Gambaran keseluruhan sepatutnya sudah jelas kepada pembaca daripada penjelasan sebelumnya: bagi saudara di kapal angkasa, masa menjadi perlahan kerana kelajuannya hampir dengan kelajuan cahaya; kami tidak boleh menerima rangka rujukan relatif kepada saudara di atas tanah, kerana ia akan menjadi bukan inersia (hanya seorang saudara mengalami lebihan beban).
Saya ingin ambil perhatian yang lain: tidak kira apa tahap yang dicapai pihak lawan dalam pertikaian itu, hakikatnya kekal: masa dalam nilai mutlaknya kekal tetap. Tidak kira berapa tahun seorang abang terbang di atas kapal angkasa, dia akan terus menua pada kadar yang sama apabila masa berlalu dalam kerangka rujukannya, dan abang kedua akan berumur pada kadar yang sama - perbezaannya hanya akan didedahkan apabila mereka bertemu, dan bukan dalam mana-mana kes lain.
Peluasan masa graviti
Sebagai kesimpulan, perlu diperhatikan bahawa terdapat jenis pelebaran masa kedua, sudah dikaitkan dengan teori relativiti umum.
Malah pada abad ke-18, Mitchell meramalkan kewujudan merahanjakan, yang bermaksud apabila objek bergerak di antara kawasan yang mempunyai graviti kuat dan lemah, masa untuknya akan berubah. Walaupun percubaan untuk mengkaji isu oleh Laplace dan Zoldner, hanya Einstein yang membentangkan karya lengkap mengenai topik ini pada tahun 1911.
Kesan ini tidak kurang menarik daripada pelebaran masa relativistik, tetapi ia memerlukan kajian yang berasingan. Dan itu, seperti yang mereka katakan, adalah cerita yang sama sekali berbeza.
