Kakšna je relativistična časovna zakasnitev? Kaj je čas v fiziki?

Posebna teorija relativnosti, ki jo je leta 1905 izdal Einstein in je postala pomembna generalizacija številnih prejšnjih hipotez, je ena od najbolj resonančnih in se razpravlja v fiziki.

Dejansko je težko predstavljati, da ko se objekt premika s skoraj svetlobno hitrostjo, fizični procesi začnejo teči na to na popolnoma nenavaden način: njegova dolžina se skrajša, masa se poveča, čas pa upočasni. Takoj po objavi so poskusi začeli diskreditirati teorijo, ki se nadaljuje danes, čeprav je minilo več kot sto let. To ni presenetljivo, saj je vprašanje, kdaj je čas, dolgo skrbelo človeštvo in pritegnilo univerzalno pozornost.

Kaj je relativizem?

Bistvo relativistični mehaniki (aka - posebna teorija relativnosti, potem - SRT) in njena razlika od klasične jasno izražen neposreden prevod njenega imena: relativus latinsko pomeni "relativno". V okviru SRT je predvidena neizogibnost časovne zakasnitve objekta, ko se premika glede na opazovalca.

Razlika med to teorijo, ki jo je predlagal Albert Einstein in z Newtonovo mehaniko, je, da se lahko vsi procesi, ki se odvijajo, obravnavajo samo glede na druge ali nekatere zunanje opazovalce. Pred opisom, kaj je relativistični čas dilatacije, je treba nekoliko bolj globlje v vprašanje oblikovanja teorije in ugotoviti, zakaj je njegova formulacija na splošno postala mogoča in celo obvezna.

Izvor teorije relativnosti

Do konca XIX. Stoletja so znanstveniki spoznali, da se nekateri eksperimentalni podatki ne ujemajo s sliko sveta, ki temelji na klasični mehaniki.

Temeljna protislovja se je končala s poskusi združitve Newtonove mehanike z Maxwellovi enačbami, ki opisujejo gibanje elektromagnetnih valov v vakuumih in kontinuiranih medijih. Že je bilo znano, da je svet le tak val in ga je treba upoštevati v okviru elektrodinamike, vendar je bilo zelo problematično, da se z vizualno in, kar je najpomembneje, časovno preizkušeno mehaniko razpravlja.

Vendar je bilo protislovje očitno. Recimo, da je pred premikanjem vlaka fiksna luč, ki sije naprej. Po Newtonu je treba dodati hitrost vlaka in svetlobe, ki izvirajo iz luči. Maxwellove enačbe v tej hipotetični situaciji so preprosto "zlomile". Potreben je popolnoma nov pristop.

Posebna teorija relativnosti

Če bi menili, da je Einstein prišel do teorije relativnosti, bi bil napačen. Dejansko se je obrnil na dela in hipoteze znanstvenikov, ki so delali pred njim. Vendar pa je avtor pristopil k vprašanju z druge strani in namesto mehanike Newton priznal "a priori pravilne" Maxwellove enačbe.

Poleg znanega načela relativnosti (v resnici, formuliran bolj Galileo, vendar v okviru klasične mehanike), ta pristop je privedel do zanimive izjave Einsteinove: hitrost svetlobe je stalnica v vseh referenčnih okvirov. In to je ta zaključek, ki nam omogoča, da govorimo o možnosti spreminjanja časovnih standardov za gibanje predmeta.

Neprekinjenost hitrosti svetlobe

Zdi se, da izjava "hitrost svetlobe je konstantna" ni presenetljiva. Toda poskusite si predstavljati: stojite nepremično in pazite, kako se luč oddaljuje od vas pri določeni hitrosti. Letite po žarku, vendar se še vedno premika od tebe točno z isto hitrostjo. Poleg tega, ko se obrnete in letite v nasprotni smeri od žarka, ne spremenite hitrosti odstranjevanja drug od drugega!

Kako je to mogoče? Tu se začne pogovor o relativistični učinek upočasnjuje čas. Zanimivo? Potem preberite!

Relativistični čas dilatacije Einsteina

Ko se hitrost predmeta približa hitrosti svetlobe, se notranji čas predmeta po izračunih upočasni. Če pa se na drugi strani domneva, da se oseba s podobno hitrostjo premika vzporedno s sončnim žarkom, čas za njega ne bo več. Obstaja formula za relativistično podaljšanje časa, ki odraža njeno razmerje s hitrostjo predmeta.

Vendar pri proučevanju tega vprašanja je treba opozoriti, da nobeno telo, ki ima maso, lahko celo teoretično doseže hitrost svetlobe.

Paradoksi, povezani s teorijo

Posebna teorija relativnosti je znanstveno delo in ni enostavno razumeti. Vendar pa je javni interes glede vprašanja, v kakšnem času, redno vzpodbuja ideje na vsakdanji ravni, ki se zdijo nerešljivi paradoksi. Na primer, naslednji primer zmede večino ljudi, ki poznajo SRT, ne da bi vedeli fizike.

Obstajata dve ravnini, od katerih ena direktno pluje, druga pa vzleti in opisuje lok pri hitrosti, ki je blizu hitrosti svetlobe, se ujame s prvim. Predvidljivo je, da se je čas za drugo napravo (ki je letel s hitrostjo skoraj svetlobe) tekla počasneje kot za prvo. Vendar pa so v skladu s pojem SRT referenčni okvirji za oba zrakoplova enaki. To pomeni, da lahko čas počasneje poteka za eno in drugo napravo. Zdi se, da gre za slepo ulico. Toda ...

Resolucija paradoksa

Dejansko je izvor te vrste paradoksa pomanjkanje razumevanja mehanizma dela teorije. Da bi rešili to protislovje, lahko uporabite znani špekulativni eksperiment.

Imamo skedenj z dvema vratoma, ki tvorita prehod, in drog, ki je nekoliko daljši od dolžine hleva. Če raztegnemo drog od vrat do vrat, ne moremo zapreti ali zgrabiti našega droga. Če pole, ki letijo v hlevu bo imela hitrost blizu hitrosti svetlobe, se bo njegova dolžina zmanjšala (odpoklic: predmet, ki se gibljejo s svetlobno hitrostjo, bo dolžina nič), in v času njegovega bivanja v hlevu, bomo lahko zapre in odpre vrata, ne razbija naših rekvizitov.

Po drugi strani pa, kot v primeru z letali, je lopa, ki se mora zmanjšati glede na pol. Paradoks se ponavlja in, očitno, ni nobenega izhoda - oba predmeta se sinhrono skrajšata po dolžini. Ne pozabite pa, da je vse relativno in problem bomo rešili s spremembo časa.

Relativnost istočasnosti

Ko je sprednji rob droga v notranjosti, pred vhodnimi vrati, ga lahko zapremo in odpremo, v trenutku, ko drog v celoti vstopi v skedenj, bomo to storili tudi z zadnjimi vrati. Zdi se, da tega ne delamo istočasno, eksperiment pa ni uspel, a tukaj je glavna stvar jasna: v skladu s posebno teorijo relativnosti se zaprti momenti obeh vrat nahajajo v eni točki na časovni osi.

To je zato, ker dogodki, ki se pojavljajo istočasno v istem referenčnem okviru, ne bodo istočasno v drugem. Relativistična dilatacija se kaže v medsebojni povezanosti predmetov in se vračamo k absolutni vsakdanji generalizaciji Einsteinove teorije: vse je relativno.

Obstaja še ena podrobnost: enakost referenčnih sistemov je pomembna v SRT, kadar se oba predmeta premikajo enakomerno in rectilinearly. Takoj, ko eno od teles preide na pospešek ali upočasnitev, postane njen referenčni okvir edini možen.

Twin Paradox

Najbolj znani paradoks, ki pojasnjuje relativistično časovno dilatacijo "na preprost način", je miselni eksperiment z dvema dvojčicama. Eden od njih leti na vesoljski ladji s hitrostjo blizu svetlobe, druga pa ostane na tleh. Vračajo se, brata-astronavt odkrije, da je sam staral 10 let, in njegov brat je zapustil doma - kar 20 let.

Celotna slika mora biti jasno, da bralec prejšnjih pojasnil: za brata na vesoljsko plovilo upočasni čas, zaradi svoje hitrosti blizu hitrosti svetlobe referenčnega sistema glede na zemlji brat-v-, ne moremo sprejeti, saj bi bilo brez inercije (testi preobremenitev samo en brat ).

Če želimo ugotoviti, da bi bilo zaželeno drugo: do katerekoli stopnje v polemiki, ki ga nasprotniki dosežejo, ostane dejstvo, da čas v svoji absolutni vrednosti ostane nespremenjen. Ne glede na to, koliko let brat ali plujejo na vesoljsko ladjo, starost, bo nadaljeval s točno hitrostjo, s katero se je čas v svoji referenčni okvir, drugi brat bo starost popolnoma enako mero - razlika se je pokazala šele na seji, in v kateri koli drug primera.

Gravitacijski čas dilatacije

Na koncu je treba opozoriti, da obstaja druga vrsta časovne zakasnitve, ki je že povezana s splošno teorijo relativnosti.

V 18. stoletju je Mitchell napovedal obstoj učinka rdečega pomika, ki ga sestavlja dejstvo, da se bo čas, ko se bo premikal med regijami z močno in šibko težo, čas za to spremenil. Kljub poskusom preučevanja problema s strani Laplacea in Soldnerja je samo Einstein leta 1911 predstavil obsežno delo na tej temi.

Ta učinek ni nič manj zanimljiv kot relativistični časovni dilat, vendar zahteva ločeno študijo. In to, kot pravijo, je popolnoma drugačna zgodba.