Wat is de relativiteitstheorie voor dummies

De speciale relativiteitstheorie bracht letterlijk een revolutie teweeg in de wereld van de fysica en veranderde het algemeen aanvaarde begrip van de wereld om ons heen volledig.

Veel natuurkundigen zijn nog steeds verwikkeld in verhitte discussies over de relativiteitstheorie. In dit materiaal zal ik proberen zo duidelijk mogelijk uit te leggen wat deze relativiteitstheorie is.

Speciale en algemene relativiteitstheorie

Al in 1905 publiceerde de grote natuurkundige Albert Einstein zijn werk getiteld Special Theory of Relativity (hierna SRT genoemd), waarin een uitleg van hoe de beweging tussen verschillende traagheidsreferentieframes of, eenvoudiger, objecten die ten opzichte van elkaar bewegen met een bepaalde snelheid.

In zijn werk zei de wetenschapper dat je tijdens de beweging van twee objecten met een vaste snelheid nodig hebt bestudeer hun beweging ten opzichte van elkaar, en neem een ​​van de objecten niet als een absoluut systeem aftellen.

Simpel gezegd, als conventionele astronauten op het ene ruimtevaartuig vliegen en jij en je partner op een ander, dan voor Om uw waarnemingen te kunnen vergelijken, hoeft u alleen de snelheid ten opzichte van elkaar te weten vriend.

Speciale relativiteitstheorie

Dit is een unieke onderafdeling die een exclusief speciaal geval bestudeert (daarom wordt het zo genoemd), waarin de beweging uniform en rechtlijnig is.

In het geval dat een materieel object wordt versneld of in een boog beweegt, dan HONDERD is niet van toepassing. In dit geval wordt het al gebruikt Algemene relativiteitstheorie (Algemene relativiteitstheorie), het beschrijven van de beweging van lichamen in alle andere gevallen.

Alle theorie van Einstein is gebaseerd op de volgende hoofdpostulaten:

1. Het principe van relativiteit. Volgens hem werken alle natuurkundige wetten zelfs op objecten die traagheidsreferentieframes zijn (bewegen ten opzichte van elkaar met een vaste snelheid).
2. Het principe van de lichtsnelheid. De lichtsnelheid is voor absoluut alle objecten hetzelfde, en het maakt niet uit met welke snelheid materiële objecten bewegen ten opzichte van de lichtbron.

Ether-zoekopdrachten en experimentele gegevens

Aan het einde van de 19e eeuw waren wetenschappers van die tijd actief op zoek naar de zogenaamde ether - het medium waar, volgens hun ideeën, lichtgolven zich hadden moeten voortplanten. Tegelijkertijd werd een analogie met geluidsgolven overwogen, en ze hebben een bepaald medium nodig om zich voort te planten.

Als gevolg hiervan was er de overtuiging dat de lichtsnelheid zal veranderen afhankelijk van de snelheid van de waarnemer ten opzichte van de ether.

Einstein besloot, in tegenstelling tot zijn collega's, de resultaten van de experimenten te vertrouwen en verwierp de ethertheorie als onhoudbaar, en bracht zijn veronderstelling naar voren op basis van het experimenteel verkregen gegevens.

En hij concludeerde dat alle natuurkundige wetten, zoals de lichtsnelheid, constant zijn en op geen enkele manier afhankelijk zijn van de eigen snelheid van de waarnemer.

Homogeniteit van ruimte en tijd

Volgens SRT is er dus een onveranderlijk verband tussen ruimte en tijd. We weten allemaal heel goed dat ons universum drie ruimtelijke dimensies heeft:

Omlaag en omhoog, links en rechts en heen en weer. Aan dit onveranderlijke trio wordt ook de zogenaamde tijddimensie toegevoegd, en nu vormen deze vier dimensies de basis van ons ruimte-tijd continuüm.

Dus als je met grote snelheid beweegt, dan zijn specifiek je observaties met betrekking tot tijd en de ruimte zal aanzienlijk verschillen van de waarnemingen van andere waarnemers die aanzienlijk minder bewegen snelheid. Het is moeilijk, nu zal ik het uitleggen met een eenvoudig voorbeeld.

Stel je dus twee ruimtevaartuigen voor. Aan de ene ben jij en je houdt een laserpointer vast. Je zet hem aan en richt hem in een rechte hoek op een spiegel aan het plafond, en kijkt hoe hij (de laserstraal), verticaal naar beneden gereflecteerd, op de grond valt.

Stel je nu voor dat het jouw schip is dat beweegt met een enorme snelheid van de helft van de lichtsnelheid. Dus volgens de speciale theorie van Einstein is deze snelheid absoluut onzichtbaar voor jou.

Maar voor waarnemers op het tweede ruimtevaartuig, dat in rust is en je experiment met een laser observeert, zullen ze een heel ander beeld zien, namelijk:

Een externe waarnemer zal zien dat de straal die je uitzendt diagonaal naar de spiegel toe beweegt (en niet onder een directe hoek zoals in uw geval), dan weerkaatst door het oppervlak, zal het ook diagonaal naar de vloer gaan en erop vallen hem.

Met andere woorden, het traject van de laserstraal zal voor jou anders zijn dan voor een externe waarnemer. Dit betekent dat de tijd die de straal nodig heeft om op verschillende afstanden af ​​te leggen, ook zal verschillen.

Dit fenomeen wordt tijddilatatie genoemd, dat wil zeggen dat de tijd op je ruimteschip, bewegend met grote snelheid, veel langzamer zal stromen dan voor waarnemers van buitenaf.

Dit gedachte-experiment laat zien dat er een onlosmakelijk verband bestaat tussen ruimte en tijd. Deze verbinding is alleen duidelijk te zien als het gaat om snelheden die de snelheid van het licht benaderen.

Massa en energie combineren

Bovendien heeft de grote wetenschapper een formule afgeleid volgens welke massa en energie een onlosmakelijk verband hebben:

Dus, volgens de theorie van de grote fysicus, wanneer de snelheid van een object gemaakt van materie de snelheid van het licht nadert, dan neemt de massa toe. Met andere woorden, hoe hoger de snelheid van een object, hoe groter het gewicht, wat betekent dat het steeds moeilijker wordt om het te verspreiden.

Dus wanneer een materieel object de lichtsnelheid bereikt, is de massa gelijk aan oneindig.

Bijgevolg, hoe zwaarder het lichaam, hoe meer energie er nodig is om het te versnellen, en er is een oneindige hoeveelheid energie nodig om een ​​lichaam met een oneindige massa te versnellen.

Hieruit volgt dat voor materiële objecten de lichtsnelheid in principe onbereikbaar is.

Vóór deze theorie zag niemand een duidelijk verband tussen energie en massa en het was Einstein die dat bewees de wet van behoud van energie en de wet van behoud van massa zijn onderdelen van één algemene wet massa-energie.

Vond je het materiaal leuk? Dan liken we, abonneren we ons en reageren we. Bedankt voor het lezen tot het einde!