Ang espesyal na teorya ng relativity, na inilathala noong 1905 ni Einstein at isang mahalagang paglalahat ng bilang ng mga naunang hypotheses, ay isa sa pinakamatunog at tinalakay sa pisika.
Sa katunayan, mahirap isipin na kapag ang isang bagay ay gumagalaw sa halos liwanag na bilis, ang mga pisikal na proseso ay magsisimulang magpatuloy para dito sa isang ganap na hindi pangkaraniwang paraan: ang haba nito ay bumababa, ang kanyang masa ay tumataas, at ang oras ay bumagal. Kaagad pagkatapos ng publikasyon, ang mga pagtatangka ay nagsimulang siraan ang teorya, na nagpapatuloy ngayon, kahit na higit sa isang daang taon na ang lumipas. Hindi ito nakakagulat, dahil ang tanong kung anong oras ay matagal nang nag-aalala sa sangkatauhan at nakatawag ng atensyon ng lahat.
Ano ang relativism
Ang kakanyahan ng relativistic mechanics (ito rin ang espesyal na teorya ng relativity, pagkatapos ay tinutukoy bilang SRT) at ang pagkakaiba nito sa klasikal na mekanika ay malinaw na ipinahayag sa pamamagitan ng direktang pagsasalin ng pangalan nito: Latin na relativus ay nangangahulugang "kamag-anak". Pinopostulate ng SRT ang hindi maiiwasang paglawak ng oras para sa isang bagay habang gumagalaw ito kaugnay ng isang nagmamasid.
Ang pagkakaibang teoryang ito, na iminungkahi ni Albert Einstein, mula sa Newtonian mechanics at namamalagi sa katotohanan na ang lahat ng patuloy na proseso ay maaari lamang ituring na may kaugnayan sa isa't isa o sa ilang tagamasid sa labas. Bago ilarawan kung ano ang relativistic time dilation, kailangang suriing mabuti ang tanong ng pagbuo ng teorya at tukuyin kung bakit naging posible ang pagbabalangkas nito at sapilitan pa nga.
The Origins of Relativity
Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, naunawaan ng mga siyentipiko na ang ilang pang-eksperimentong data ay hindi akma sa larawan ng mundo batay sa klasikal na mekanika.
Ang mga pangunahing kontradiksyon ay nagresulta sa mga pagtatangka na pagsamahin ang mekanika ni Newton sa mga equation ni Maxwell na naglalarawan sa paggalaw ng mga electromagnetic wave sa vacuum at tuluy-tuloy na media. Nalaman na na ang liwanag ay tulad ng isang alon, at dapat itong isaalang-alang sa loob ng balangkas ng electrodynamics, ngunit napakahirap na makipagtalo sa visual at, higit sa lahat, nasubok sa oras na mga mekanika.
Ang kontradiksyon, gayunpaman, ay halata. Ipagpalagay na ang isang parol ay naayos sa harap ng isang gumagalaw na tren, na kumikinang pasulong. Ayon kay Newton, ang bilis ng tren at ang liwanag na nagmumula sa parol ay dapat magdagdag. Ang mga equation ni Maxwell sa hypothetical na sitwasyong ito ay "nasira". Kinailangan ang isang ganap na bagong diskarte.
Special Relativity
Mali ang paniwalaan na si Einstein ang nag-imbento ng teorya ng relativity. Sa katunayan, bumaling siya sa mga gawa at hypotheses ng mga siyentipiko na nauna sa kanya. Gayunpaman, lumapit ang may-akdatanong sa kabilang banda at sa halip na mga mekanika ni Newton ay kinilala ang mga equation ni Maxwell bilang "a priori correct".
Bilang karagdagan sa sikat na prinsipyo ng relativity (sa katunayan, binuo ni Galileo, gayunpaman, sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika), ang diskarteng ito ay humantong kay Einstein sa isang kawili-wiling pahayag: ang bilis ng liwanag ay pare-pareho sa lahat ng mga frame ng sanggunian. At ang konklusyong ito ang nagpapahintulot sa amin na pag-usapan ang posibilidad na baguhin ang mga pamantayan ng oras kapag gumagalaw ang bagay.
Constancy ng bilis ng liwanag
Mukhang hindi nakakagulat ang pahayag na "ang bilis ng liwanag ay pare-pareho." Ngunit subukang isipin na ikaw ay nakatayo pa rin at pinapanood ang liwanag na lumalayo sa iyo sa isang nakapirming bilis. Sinusundan mo ang sinag, ngunit patuloy itong lumalayo sa iyo sa eksaktong parehong bilis. Bukod dito, ang pag-ikot at paglipad sa kabilang direksyon mula sa sinag, hindi mo babaguhin ang bilis ng iyong distansya sa isa't isa sa anumang paraan!
Paano ito posible? Dito nagsisimula ang pag-uusap tungkol sa relativistic effect ng time dilation. Interesting? Pagkatapos ay basahin!
Relativistic time dilation ayon kay Einstein
Kapag ang bilis ng isang bagay ay lumalapit sa bilis ng liwanag, ang panloob na oras ng bagay ay kinakalkula upang bumagal. Kung ipagpalagay natin na ang isang tao ay gumagalaw nang kahanay sa sinag ng araw na may katulad na bilis, ang oras para sa kanya ay hihinto sa pagtakbo. Mayroong formula para sa relativistic time dilation, na nagpapakita ng kaugnayan nito sa bilis ng isang bagay.
Gayunpaman, kapag pinag-aaralan ang isyung ito, dapat tandaan na walang katawan na may masa ang makakaabot sa bilis ng liwanag.
Mga paradox na nauugnay sa teorya
Ang espesyal na relativity ay isang siyentipikong gawain at hindi madaling maunawaan. Gayunpaman, ang interes ng publiko sa tanong kung anong oras ang regular na nagbibigay ng mga ideya na sa pang-araw-araw na antas ay tila hindi malulutas na mga kabalintunaan. Halimbawa, ang sumusunod na halimbawa ay nalilito sa karamihan ng mga taong ipinakilala sa SRT nang walang anumang kaalaman sa pisika.
Mayroong dalawang eroplano, ang isa ay lumilipad nang diretso, at ang pangalawa ay lilipad at, nang inilarawan ang isang arko sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, naabutan ang una. Mahuhulaan, lumalabas na ang oras para sa pangalawang kagamitan (na lumipad sa bilis na malapit sa liwanag) ay lumipas nang mas mabagal kaysa sa una. Gayunpaman, alinsunod sa postulate ng SRT, ang mga frame ng sanggunian para sa parehong sasakyang panghimpapawid ay pantay. Nangangahulugan ito na maaaring lumipas ang oras nang mas mabagal para sa isa at sa isa pang device. Mukhang ito ay isang dead end. Ngunit…
Paglutas ng mga kabalintunaan
Sa katunayan, ang pinagmulan ng ganitong uri ng mga kabalintunaan ay isang hindi pagkakaunawaan sa mekanismo ng teorya. Maaaring malutas ang kontradiksyon na ito gamit ang isang kilalang speculative experiment.
Mayroon kaming isang shed na may dalawang pinto na bumubuo sa isang through passage at isang poste na bahagyang mas mahaba kaysa sa haba ng shed. Kung iuunat natin ang poste mula pinto hanggang pinto, hindi nila maisasara o basta na lang masira ang poste natin. Kung ang poste, lumilipad sa kamalig,magkakaroon ng bilis na malapit sa bilis ng liwanag, bababa ang haba nito (tandaan: ang isang bagay na gumagalaw sa bilis ng liwanag ay magkakaroon ng haba na zero), at sa sandaling ito ay nasa loob ng kamalig, maaari nating isara at buksan ang pinto nang hindi nasisira ang aming mga props.
Sa kabilang banda, tulad ng sa halimbawa sa eroplano, ang kamalig ang dapat bumaba kaugnay sa poste. Ang kabalintunaan ay paulit-ulit, at, tila, walang paraan - ang parehong mga bagay ay sabay-sabay na nabawasan ang haba. Gayunpaman, tandaan na ang lahat ay may kaugnayan, at lutasin ang problema sa pamamagitan ng pagpapalit ng oras.
Relativity of Simultaneity
Kapag ang harap na gilid ng poste ay nasa loob, sa harap ng pintuan sa harap, maaari nating isarado at buksan ito, at sa sandaling ang poste ay lumipad nang lubusan sa shed, gagawin natin ang parehong sa likod. pinto. Mukhang hindi namin ito ginagawa nang sabay, at nabigo ang eksperimento, ngunit narito ang pangunahing bagay: alinsunod sa espesyal na teorya ng relativity, ang mga pagsasara ng parehong mga pinto ay matatagpuan sa parehong punto sa axis ng oras.
Nangyayari ito dahil ang mga kaganapang nagaganap nang sabay-sabay sa isang frame of reference ay hindi magkakasabay sa isa pa. Ang relativistic time dilation ay ipinapakita sa relasyon ng mga bagay, at bumabalik tayo sa ganap na pang-araw-araw na generalization ng teorya ni Einstein: ang lahat ay relatibo.
May isa pang detalye: ang pagkakapantay-pantay ng mga sistema ng sanggunian ay may kaugnayan sa SRT, kapag ang parehong mga bagay ay gumagalaw nang pare-pareho at rectilinearly. Sa sandaling ang isa sa mga katawan ay nagsimulang bumilis o humina, ang frame of reference nito ay nagiging kakaibaposible.
Twin Paradox
Ang pinakasikat na kabalintunaan na nagpapaliwanag ng relativistic time dilation "sa simpleng paraan" ay isang thought experiment kasama ang dalawang kambal na kapatid. Ang isa sa kanila ay lumipad palayo sa isang sasakyang pangalangaang sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, habang ang isa ay nananatili sa lupa. Sa pagbabalik, natuklasan ng kapatid na astronaut na siya mismo ay may edad na 10 taon, at ang kanyang kapatid, na nanatili sa bahay, ay nasa edad na hanggang 20.
Ang kabuuang larawan ay dapat na malinaw na sa mambabasa mula sa mga naunang paliwanag: para sa kapatid na nasa spaceship, bumagal ang oras dahil ang kanyang bilis ay malapit sa bilis ng liwanag; hindi namin matatanggap ang frame of reference na nauugnay sa brother-on-ground, dahil magiging non-inertial ito (isang kapatid lang ang nakakaranas ng mga overload).
Gusto kong tandaan ang isa pa: kahit na anong antas ang maabot ng mga kalaban sa pagtatalo, nananatili ang katotohanan: ang oras sa ganap na halaga nito ay nananatiling pare-pareho. Kahit gaano karaming taon ang isang kapatid na lalaki ay lumipad sa isang sasakyang pangkalawakan, siya ay patuloy na tatanda nang eksakto sa parehong bilis habang lumilipas ang oras sa kanyang frame of reference, at ang pangalawang kapatid na lalaki ay tatanda sa eksaktong parehong bilis - ang pagkakaiba ay malalaman lamang kapag nagkikita sila, at hindi sa ibang pagkakataon.
Gravity time dilation
Sa konklusyon, dapat tandaan na mayroong pangalawang uri ng time dilation, na nauugnay na sa pangkalahatang teorya ng relativity.
Kahit noong ika-18 siglo, hinulaan ni Mitchell ang pagkakaroon ng puladisplacement, na nangangahulugan na kapag ang isang bagay ay gumagalaw sa pagitan ng mga lugar na may malakas at mahinang gravity, ang oras para dito ay magbabago. Sa kabila ng mga pagtatangka na pag-aralan ang isyu nina Laplace at Zoldner, si Einstein lamang ang nagpresenta ng ganap na gawain sa paksang ito noong 1911.
Ang epektong ito ay hindi gaanong kawili-wili kaysa sa relativistic time dilation, ngunit nangangailangan ito ng hiwalay na pag-aaral. At iyon, gaya ng sinasabi nila, ay isang ganap na kakaibang kuwento.
