Care este întârzierea relativistă? Ce este timpul în fizică

Teoria specială a relativității, publicată în 1905 de Einstein și care a devenit o generalizare importantă a mai multor ipoteze anterioare, este una dintre cele mai rezonante și discutate în fizică.

Într-adevăr, este dificil să ne imaginăm că, atunci când obiectul se mișcă la o viteză apropiată de lumină, procesele fizice încep să curgă într-un mod absolut neobișnuit: lungimea sa este scurtată, masa crește și timpul încetinește. Imediat după publicare, încercările au început să discrediteze teoria, care continuă astăzi, deși au trecut mai mult de o sută de ani. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece întrebarea despre ce oră este, a îngrijorat de mult umanitatea și a atras atenția universală.

Ce este relativismul

Esența mecanicii relativistă (aka - teoria specială a relativității, apoi - SRT) și diferența de la clasic exprimat în mod clar o traducere directă a numelui său: relativus latină înseamnă „relativă“. În cadrul SRT, se estimează inevitabilitatea întârzierii în timp a obiectului atunci când se mișcă în raport cu observatorul.

Diferența dintre această teorie, propusă de Albert Einstein și mecanica newtoniană, este că toate procesele care au loc pot fi luate în considerare numai în relație cu un altul sau cu un observator din afară. Înainte de a descrie ceea ce dilatarea timpului relativistă, este necesar să se îngropa în unele întrebare teoria formării și pentru a determina de ce formularea sa generală a fost făcută posibilă și chiar necesară.

Originea teoriei relativității

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au ajuns la înțelegerea faptului că unele date experimentale nu se încadrează în tabloul lumii, pe baza mecanicii clasice.

Contradicțiile fundamentale s-au încheiat cu încercări de combinare a mecanicii newtoniene cu ecuațiile lui Maxwell care descriu mișcarea undelor electromagnetice în vid și în mediile continue. Se știa deja că lumina este doar o astfel de undă și ar trebui să fie luată în considerare în cadrul electrodinamicii, dar a fost extrem de problematic să se cerceteze mecanica vizuală și, cel mai important, testată în timp.

Dar contradicția era evidentă. Să presupunem că înainte de trenul în mișcare este fixat un felinar, care strălucește înainte. Potrivit lui Newton, viteza trenului și lumina provenind din lanternă ar trebui adăugate. Ecuațiile lui Maxwell în această situație ipotetică pur și simplu "au rupt". A fost nevoie de o abordare complet nouă.

Teoria specială a relativității

A considera că Einstein a venit cu teoria relativității ar fi incorectă. De fapt, el a apelat la lucrările și ipotezele oamenilor de știință care au lucrat înaintea lui. Cu toate acestea, autorul a abordat întrebarea din partea cealaltă și, în locul mecanicii, Newton a recunoscut ecuațiile lui Maxwell "a priori corecte".

În plus față de principiul bine cunoscut al relativității (de fapt, formulat mai Galileo, cu toate acestea, în cadrul mecanicii clasice), această abordare a condus la o declarație interesantă a lui Einstein: viteza luminii este constantă în toate cadrele de referință. Iar această concluzie ne permite să vorbim despre posibilitatea de a schimba standardele de timp pentru mișcarea unui obiect.

Constanța vitezei luminii

Se pare că afirmația "viteza luminii este constantă" nu este surprinzătoare. Încercați însă să vă imaginați: stați nemișcat și priviți cum se îndepărtează lumina de la tine la o viteză fixă. Vei zbura după rază, dar continuă să se îndepărteze de la tine exact la aceeași viteză. În plus, învârtindu-vă și zburând în direcția opusă fasciculului, nu vă schimbați viteza de îndepărtare unul de celălalt!

Cum este posibil acest lucru? Aici începe o conversație efect relativist încetinirea timpului. Interesat? Apoi citiți mai departe!

Dilaționarea relativistă a timpului de către Einstein

Când viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, timpul intern al obiectului, conform calculelor, încetinește. Dacă, pe de altă parte, se presupune că o persoană se mișcă paralel cu o rază de soare la o viteză similară, timpul pentru el va înceta deloc să meargă. Există o formulă pentru dilatarea relativistă a timpului, care reflectă relația sa cu viteza obiectului.

Cu toate acestea, atunci când studiem această problemă, trebuie să ne amintim că nici un organism care posedă masă nu poate atinge chiar teoretic viteza luminii.

Paradoxele legate de teorie

Teoria specială a relativității este o lucrare științifică și nu este ușor de înțeles. Cu toate acestea, interesul public în ceea ce privește timpul, în mod regulat, dă naștere ideilor la nivel de zi cu zi, care par paradoxuri de nerezolvat. De exemplu, exemplul următor confundă majoritatea persoanelor care cunosc SRT fără cunoștințe de fizică.

Există două planuri, dintre care una zboară direct, iar cea de-a doua decolează și descrie arcul la o viteză apropiată de viteza luminii, atinge cu prima. Este de așteptat ca timpul pentru al doilea dispozitiv (care zbura la o viteză aproape de lumină) să curgă mai lent decât pentru primul. Cu toate acestea, în conformitate cu postulatul SRT, cadrele de referință pentru ambele aeronave sunt egale. Aceasta înseamnă că timpul poate fi mai lent pentru unul și celălalt dispozitiv. S-ar părea că acesta este un punct mort. Dar ...

Rezoluția paradoxurilor

De fapt, sursa acestui tip de paradox este lipsa de înțelegere a mecanismului de lucru al teoriei. Pentru a rezolva această contradicție, se poate folosi experimentul speculativ binecunoscut.

Avem un hambar cu două uși care formează un pasaj și un pol, care este puțin mai lung decât lungimea magaziei. Dacă întindem polul de la ușă în ușă, nu se pot închide sau doar se poate sparge stâlpul. În cazul în care pol, care zboară în hambar va avea o viteză apropiată de viteza luminii, lungimea sa va scadea (rechemare: obiect, se deplasează cu viteza luminii, lungimea va fi zero), iar în momentul șederii sale în hambar, vom fi în măsură să închidă și să deschidă ușa, fără a ne rupe recuzita.

Pe de altă parte, ca și în exemplul cu avionul, vaporul trebuie să scadă în raport cu polul. Paradoxul este repetat și, aparent, nu există nici o cale de ieșire - ambele obiecte sunt scurtate în mod sincron pe lungime. Totuși, rețineți că totul este relativ, și vom rezolva problema schimbând timpul.

Relativitatea simultană

Atunci când marginea conducătoare a pol va fi amplasat în interiorul partea din față a ușii din față, putem închide și deschide-l, dar în momentul în care polul va zbura în vărsat complet, face același lucru cu ușa din spate. S-ar părea că noi nu facem în același timp, iar experimentul a eșuat, dar apoi se dovedește și mai important, în conformitate cu teoria specială a relativității, închiderea celor două uși sunt situate într-un singur punct pe axa timpului.

Acest lucru se datorează faptului că evenimentele care apar simultan în același cadru de referință nu vor fi simultane în cealaltă. Dilaționarea relativistă a timpului se manifestă în interrelația obiectelor și ne întoarcem la generalizarea absolut zilnică a teoriei lui Einstein: totul este relativ.

Există încă un detaliu: egalitatea sistemelor de referință este relevantă în SRT, atunci când ambele obiecte se mișcă uniform și rectiliniu. De îndată ce unul dintre corpuri trece la accelerare sau decelerare, cadrul său de referință devine singurul posibil.

Twin Paradox

Paradoxul cel mai faimos, explicând dilatarea relativistă a timpului "într-un mod simplu", este un experiment gândit cu doi frați gemeni. Unul zboară pe o navă spațială cu o viteză apropiată de lumină, iar cealaltă rămâne pe teren. Întorcându-se, astronautul fratele descoperă că el însuși îmbătrânește timp de 10 ani, iar fratele său, plecat acasă - timp de 20 de ani.

Imaginea de ansamblu trebuie să fie clar pentru cititor al explicațiilor anterioare: pentru frații de pe nava spatiala incetineste timp, din cauza vitezei sale aproape de viteza de sistem de referință de lumină în ceea ce privește un pământ frate-to-, nu putem accepta, deoarece ar fi un non-inerțial (teste de suprasarcină doar un frate ).

A se observa că ar fi de dorit un altul: în orice măsură în controversa pe care o au adversarii, rămâne faptul că timpul în valoarea sa absolută rămâne constant. Nu contează cât de mulți ani un frate sau de zbor pe o navă spațială, bătrânețe, el va continua cu exact viteza la care există un timp în cadrul său de referință, iar al doilea frate va îmbătrâni exact aceeași rată - diferența se găsește doar la întâlnirea lor, și în orice alt cazul.

Dilatarea timpului gravitațional

În concluzie, trebuie remarcat faptul că există un al doilea tip de întârziere, asociat deja cu teoria generală a relativității.

În secolul al XVIII-lea, Mitchell a prezis existența efectului roșu-schimbare este faptul că, atunci când un obiect este deplasat între regiunile cu gravitate puternic și slab se va schimba ora pentru ea. În ciuda încercărilor de a studia problema de Laplace și Soldner, numai Einstein a prezentat o lucrare de amploare pe această temă în 1911.

Acest efect nu este mai puțin interesant decât dilatarea timpului relativist, însă necesită un studiu separat. Și aceasta, după cum se spune, este o poveste complet diferită.