Teoria relativității a lui Einstein

Teoria relativității a lui Einstein este o teorie faimoasă, dar este puțin înțeleasă. Teoria relativității se referă la două elemente diferite ale aceleiași teorii: relativitatea generală și relativitatea specială. Teoria relativității speciale a fost introdusă mai întâi și mai târziu a fost considerată un caz special al teoriei mai cuprinzătoare a relativității generale.

Relativitatea generală este o teorie a gravitației pe care Albert Einstein a dezvoltat-o ​​între 1907 și 1915, cu contribuții de la mulți alții după 1915.

Teoria conceptelor relativității

Teoria relativității a lui Einstein include interoperarea mai multor concepte diferite, care includ:

• Teoria relativității speciale a lui Einstein - comportamentul localizat al obiectelor în cadre de inerție de referință, în general relevante numai la viteze foarte aproape de viteza luminii
• Transformările Lorentz - ecuațiile de transformare utilizate pentru calcularea schimbărilor de coordonate sub relativitate specială
• Teoria relativității generale a lui Einstein - teoria mai cuprinzătoare, care tratează gravitația ca un fenomen geometric al unui sistem curb de coordonate spațetime, care include, de asemenea, cadre de referință neinertiale (adică accelerate).
• Principiile fundamentale ale relativității

Ce este Relativitatea?

Relativitatea clasică (definită inițial de Galileo Galilei și rafinată de Sir Isaac Newton) implică o simplă transformare între un obiect în mișcare și un observator într-un alt cadru de referință inerțial. Dacă mergeți într-un tren în mișcare și cineva staționat pe pământ urmărește, viteza dvs. în raport cu observatorul va fi suma vitezei dvs. în raport cu trenul și viteza trenului în raport cu observatorul. Te afli într-un cadru de referință inerțial, trenul în sine (și oricine stă încă pe el) se află într-un altul, iar observatorul este încă un alt.

Problema cu aceasta este că, în majoritatea anilor 1800, se credea că lumina se propagă ca undă printr-o substanță universală cunoscută sub numele de eter, care ar fi socotit ca un cadru separat de referință (similar cu trenul din exemplul de mai sus. ). Celebrul experiment Michelson-Morley nu reușise însă să detecteze mișcarea Pământului în raport cu eterul și nimeni nu putea explica de ce. Ceva nu era în regulă cu interpretarea clasică a relativității, așa cum se aplica la lumină ... și astfel câmpul era copt pentru o nouă interpretare atunci când Einstein a venit.

Introducere în Relativitatea Specială

În 1905, Albert Einstein a publicat (printre altele) o lucrare numită „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare” în jurnal Annalen der Physik. Lucrarea a prezentat teoria relativității speciale, bazată pe două postulate:

Postulatele lui Einstein

Principiul relativității (primul postulat): Legile fizicii sunt aceleași pentru toate cadrele de referință inerțiale.

Principiul de constanță al vitezei luminii (al doilea postulat): Lumina se propagă întotdeauna printr-un vid (adică spațiu gol sau „spațiu liber”) la o viteză determinată, c, care este independentă de starea de mișcare a corpului emitent.

De fapt, lucrarea prezintă o formulare mai formală, matematică a postulatelor. Frazarea postulatelor este ușor diferită de la manual pentru manual, din cauza problemelor de traducere, de la germana matematică la engleză inteligibilă.

Al doilea postulat este adesea scris greșit pentru a include că viteza luminii într-un vid este c în toate cadrele de referință. Acesta este de fapt un rezultat derivat al celor două postulate, mai degrabă decât o parte a celui de-al doilea postulat.

Primul postulat este de bun simț. Al doilea postulat a fost însă revoluția. Einstein a introdus deja teoria fotonului luminii în lucrarea sa cu privire la efectul fotoelectric (ceea ce a făcut eterul inutil). Prin urmare, al doilea postulat a fost o consecință a fotonilor fără masă care se deplasează cu viteza c în vid. Eterul nu mai avea un rol special ca „cadru” inerțial „absolut” de referință, așa că nu numai că era inutil, ci și inutil din punct de vedere calitativ sub o relativitate specială.

În ceea ce privește hârtia în sine, obiectivul a fost concilierea ecuațiilor lui Maxwell pentru electricitate și magnetism cu mișcarea electronilor în apropierea vitezei luminii. Rezultatul lucrării lui Einstein a fost să introducă noi transformări de coordonate, numite transformări Lorentz, între cadre de referință inerțiale. La viteze lente, aceste transformări au fost esențial identice cu modelul clasic, dar la viteze mari, aproape de viteza luminii, au produs rezultate radical diferite.

Efectele relativității speciale

Relativitatea specială produce mai multe consecințe din aplicarea transformărilor Lorentz la viteze mari (aproape de viteza luminii). Printre ele se numără: