teoria relativității speciale explică modul în care spațiul și timpul sunt legate de obiecte care se deplasează la o viteză constantă în linie dreaptă. Unul dintre cele mai cunoscute aspecte se referă la obiectele care se mișcă cu viteza luminii. mai simplu spus, pe măsură ce un obiect se apropie de viteza luminii, masa sa devine infinită și nu poate merge mai repede decât călătoriile luminii., Această limită de viteză cosmică a fost un subiect de multă discuție în fizică și chiar în science fiction, deoarece oamenii se gândesc cum să călătorească pe distanțe mari.teoria relativității speciale a fost dezvoltată de Albert Einstein în 1905 și face parte din baza fizicii moderne. După ce și-a terminat lucrarea în relativitatea specială, Einstein a petrecut un deceniu gândindu-se la ce s-ar întâmpla dacă cineva ar introduce accelerația. Aceasta a stat la baza relativității sale generale, publicată în 1915.,înainte de Einstein, astronomii (în cea mai mare parte) au înțeles universul în Termenii a trei legi ale mișcării prezentate de Isaac Newton în 1686. Aceste trei legi sunt:
(1) obiectele în mișcare (sau în repaus) rămân în mișcare (sau în repaus), cu excepția cazului în care o forță externă impune schimbarea.
(2) Forța este egală cu schimbarea impulsului pe schimbarea timpului. Pentru o masă constantă, forța este egală cu masa ori accelerația.
(3) pentru fiecare acțiune, există o reacție egală și opusă.,
dar au existat fisuri în teorie timp de decenii înainte de sosirea lui Einstein pe scenă, potrivit Encyclopedia Britannica. În 1865, fizicianul scoțian James Clerk Maxwell a demonstrat că lumina este o undă cu componente electrice și magnetice și a stabilit viteza luminii (186.000 de mile pe secundă). Oamenii de știință au presupus că lumina trebuia transmisă printr-un mediu, pe care l-au numit eter. (Acum știm că nu este necesar un mediu de transmisie și că lumina din spațiu se mișcă în vid.,douăzeci de ani mai târziu, un rezultat neașteptat a aruncat acest lucru în discuție. Fizicianul A. A. Michelson și chimist Edward Morley (atât Americanii de la timpul) calculat cât de mișcare Pământului prin acest „eter” afectate cum viteza luminii este măsurată, și a constatat că viteza luminii este aceeași indiferent de ce Pământul se mișcă. Acest lucru a dus la meditații suplimentare asupra comportamentului luminii — și a incongruenței sale cu mecanica clasică — de către fizicianul austriac Ernst Mach și matematicianul francez Henri Poincare.Einstein a început să se gândească la comportamentul lui light când avea doar 16 ani, în 1895., A făcut un experiment de gândire, a spus enciclopedia, unde a călărit pe un val de lumină și s-a uitat la un alt val de lumină care se mișca paralel cu el. fizica clasică ar trebui să spună că unda de lumină la care se uita Einstein ar avea o viteză relativă de zero, dar acest lucru a contrazis ecuațiile lui Maxwell care arătau că lumina are întotdeauna aceeași viteză: 186.000 de mile pe secundă., O altă problemă cu vitezele relative este că ar arăta că legile electromagnetismului se schimbă în funcție de punctul dvs. de vedere, ceea ce contrazicea și fizica clasică (care spunea că legile fizicii erau aceleași pentru toată lumea.)
Acest lucru a dus la eventualele meditații ale lui Einstein asupra teoriei relativității speciale, pe care el a rupt-o în exemplul de zi cu zi al unei persoane care stă lângă un tren în mișcare, comparând observațiile cu o persoană din interiorul trenului. El și-a imaginat că trenul se află într-un punct al pistei în mod egal între doi copaci., Dacă un fulger a lovit ambii copaci în același timp, din cauza mișcării trenului, persoana din tren ar vedea șurubul lovit un copac înainte de celălalt copac. Dar persoana de lângă pista ar vedea greve simultane.”Einstein a concluzionat că simultaneitatea este relativă; evenimentele care sunt simultane pentru un observator nu pot fi pentru altul”, se arată în enciclopedie. „Acest lucru l-a dus la ideea contraintuitivă că timpul curge diferit în funcție de starea de mișcare și la concluzia că distanța este, de asemenea, relativă.,”
Famous equation
munca lui Einstein a dus la unele rezultate uimitoare, care astăzi încă par contraintuitive la prima vedere, chiar dacă fizica lui este de obicei introdusă la nivel de liceu.
Una dintre cele mai renumite ecuații la matematică vine de la relativitatea specială., Ecuația – E = mc2-înseamnă ” energia este egală cu masa ori viteza luminii pătrat.”Arată că energia (E) și masa (m) sunt interschimbabile; sunt forme diferite ale aceluiași lucru. Dacă masa este cumva transformată total în energie, ea arată, de asemenea, câtă energie ar locui în acea masă: destul de mult. (Această ecuație este una dintre demonstrațiile pentru motivul pentru care o bombă atomică este atât de puternică, odată ce masa sa este transformată într-o explozie.această ecuație arată, de asemenea, că masa crește odată cu viteza, ceea ce pune în mod eficient o limită de viteză pentru cât de repede se pot mișca lucrurile în univers., Mai simplu spus, viteza luminii (c) este cea mai rapidă viteză la care un obiect poate călători în vid. Pe măsură ce un obiect se mișcă, masa lui crește și ea. Aproape de viteza luminii, masa este atât de mare încât ajunge la infinit și ar necesita energie infinită pentru a o mișca, limitând astfel cât de repede se poate mișca un obiect. Singurul motiv pentru care lumina se mișcă cu viteza pe care o face este că fotonii, particulele cuantice care alcătuiesc lumina, au o masă de zero.,o situație specială în universul Micului, numită „entanglement cuantic”, este confuză, deoarece pare să implice particule cuantice care interacționează între ele la viteze mai rapide decât viteza luminii. Mai exact, măsurarea proprietății unei particule vă poate spune instantaneu proprietatea unei alte particule, indiferent cât de departe sunt. S-au scris multe despre acest fenomen, care încă nu este pe deplin explicat în ceea ce privește concluziile lui Einstein. o altă concluzie ciudată a lucrării lui Einstein vine din realizarea faptului că timpul se mișcă în raport cu Observatorul., Un obiect în mișcare experimentează dilatarea timpului, ceea ce înseamnă că timpul se mișcă mai lent atunci când unul se mișcă, decât atunci când unul stă nemișcat. Prin urmare, o persoană care se mișcă îmbătrânește mai încet decât o persoană în repaus. Deci, da, când astronautul Scott Kelly a petrecut aproape un an la bordul Stației Spațiale Internaționale în 2015-16, fratele său geamăn astronaut Mark Kelly a îmbătrânit puțin mai repede decât Scott.acest lucru devine extrem de evident la viteze care se apropie de viteza luminii. Imaginați-vă un copil de 15 ani care călătorește cu 99, 5 la sută viteza luminii timp de cinci ani (din perspectiva astronautului)., Când tânărul de 15 ani se va întoarce pe Pământ, potrivit NASA, ar avea doar 20 de ani. Cu toate acestea, colegii săi ar avea 65 de ani.deși această dilatare a timpului sună foarte teoretic, are și aplicații practice. Dacă aveți un receptor de satelit de poziționare globală (GPS) în mașină, receptorul încearcă să găsească semnale de la cel puțin trei sateliți pentru a vă coordona poziția. Sateliții GPS trimit semnale radio temporizate pe care receptorul le ascultă, triangulând (sau mai corect vorbind, trilaterând) poziția sa pe baza timpului de călătorie al semnalelor., Provocarea este că ceasurile atomice de pe GPS se mișcă și, prin urmare, ar rula mai repede decât ceasurile atomice de pe pământ, creând probleme de sincronizare. Așadar, inginerii trebuie să facă ceasurile pe o bifă GPS mai lent, potrivit lui Richard Pogge, astronom la Universitatea de Stat din Ohio.ceasurile din spațiu Bifează mai repede, potrivit Physics Central, deoarece sateliții GPS sunt deasupra pământului și experimentează o gravitație mai slabă., Deci, chiar dacă sateliții GPS se mișcă și experimentează o încetinire de șapte microsecunde în fiecare zi din cauza mișcării lor, rezultatul gravitației mai slabe face ca ceasurile să bifeze aproximativ 45 de microsecunde mai repede decât un ceas la sol. Adăugarea celor două rezultate împreună în GPS satelit ceas ticăie mai repede decât un ceas la sol, de aproximativ 38 microsecunde zilnic.
relativitatea specială și mecanica cuantică
pe măsură ce cunoștințele noastre de fizică au avansat, oamenii de știință s-au confruntat cu situații mai contraintuitive., Unul încearcă să reconcilieze relativitatea generală — care descrie bine ce se întâmplă cu obiectele mari — cu mecanica cuantică, care este cel mai bine folosită pentru lucruri foarte mici (cum ar fi dezintegrarea atomului de uraniu). Cele două domenii, care descriu excelent domeniile lor individuale, sunt incompatibile între ele — ceea ce l-a frustrat pe Einstein și generații de oameni de știință după el.
„relativitatea oferă răspunsuri fără sens atunci când încercați să o reduceți la dimensiunea cuantică, în cele din urmă coborând la valori infinite în descrierea gravitației., De asemenea, mecanica cuantică se confruntă cu probleme grave atunci când o arunci în aer până la dimensiuni cosmice”, a subliniat un articol din The Guardian în 2015.
„câmpurile cuantice transportă o anumită cantitate de energie, chiar și în spațiul aparent gol, iar cantitatea de energie devine mai mare pe măsură ce câmpurile devin mai mari. Potrivit lui Einstein, energia și masa sunt echivalente (acesta este mesajul lui E=mc2), astfel încât acumularea de energie este exact ca acumularea de masă. Ajunge destul de mare, iar cantitatea de energie din câmpurile cuantice devine atât de mare încât creează o gaură neagră care face ca universul să se plieze pe sine. Hopa.,există mai multe idei pentru a depăși acest lucru (care sunt dincolo de domeniul de aplicare al acestui articol), dar o abordare este să ne imaginăm o teorie cuantică a gravitației care ar avea o particulă fără masă (numită graviton) pentru a genera forța. Dar, după cum a subliniat fizicianul Dave Goldberg în io9 în 2013, există probleme cu asta. La cele mai mici scale, gravitonii ar avea o densitate infinită de energie, creând un câmp gravitațional inimaginabil de puternic. Vor fi necesare mai multe studii pentru a vedea dacă acest lucru este posibil.