Teoria Względności. Prekursorzy

Transkrypt

1 Teoria Względności Zbigniew Osiak Prekursorzy 07

2

3 Zbigniew Osiak (Tekst) TEORIA WZGLĘD OŚCI Prekursorzy Małgorzata Osiak (Ilustracje)

4 Copyright by Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations) Wszelkie prawa zastrzeżone. Rozpowszechnianie i kopiowanie całości lub części publikacji zabronione bez pisemnej zgody autora tekstu i autorki ilustracji. Portret autora zamieszczony na okładkach przedniej i tylnej Rafał Pudło Wydawnictwo: Self Publishing ISBN: zbigniew.osiak@live.com

5 Wstęp 05 W 2011 i 2012 wygłosiłem dla słuchaczy Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim cykl wykładów: 01. Teoria Względności Podstawy 02. Teoria Względności Wyniki 03. Teoria Względności Testy 04. Teoria Względności Zastosowania 05. Teoria Względności Problemy 06. Teoria Względności Błędne Interpretacje 07. Teoria Względności Prekursorzy 08. Teoria Względności Twórcy 09. Teoria Względności Kulisy 10. Teoria Względności Kosmologia Relatywistyczna 11. Teoria Względności Czarne Dziury 12. Teoria Względności Fale Grawitacyjne 13. Teoria Względności Antygrawitacja 14. Teoria Względności Kalendarium

6 Wstęp 06 Zapis tych wykładów zostanie zamieszczony w postaci ebooków na Platformie Dystrybucji Cyfrowej Virtualo. Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich ebookach: Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Virtualo Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Virtualo Z. Osiak: Antygrawitacja. Virtualo Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Virtualo Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. Virtualo Z. Osiak: Energy in Special Relativity. Virtualo Z. Osiak: Encyklopedia Fizyki. Virtualo 2012.

7 Wykład 7 TEORIA WZGLĘD OŚCI Prekursorzy dr Zbigniew Osiak Portrety wykonała Małgorzata Osiak

8 Plan wykładu 08 Mikołaj Kopernik ( ) 14 Giordano Bruno ( ) 15 Galileo Galilei [Galileusz] ( ) 16 Zasada bezwładności 18 Zasada względności 19 Johannes Kepler ( ) 20 Prawa Keplera 22 René du Perron Descartes [Kartezjusz] ( ) 23 Pierre de Fermat ( ) 25 Sir Isaac Newton ( ) 26 Ole (Olaus) Christiansen Römer ( ) 28 Giovanni Girolamo Saccheri ( ) 29 James Bradley ( ) 31 Aberracja światła gwiazd 33 Pierre-Louis Moreau de Maupertuis ( ) 34 Leonhard Euler ( ) 36

9 Plan wykładu 09 Jean Le Rond d Alembert ( ) 38 Joseph Louis de Lagrange ( ) 40 Marquise Pierre Simon de Laplace ( ) 42 Adrien Marie Legendre ( ) 46 Heinrich Wilhelm Mathias Olbers ( ) 48 Tomas Young ( ) 50 Carl Friedrich Gauss ( ) 52 Twierdzenie Gaussa 54 Elektryczne prawo Gaussa 55 Grawitacyjne prawo Gaussa 56 Siméon Denis Poisson ( ) 57 Dominique François Jean Arago ( ) 59 Augustin Jean Fresnel ( ) 60 Baron Augustin Louis Cauchy ( ) 62 Michael Faraday ( ) 64 Gaspard Gustave de Coriolis ( ) 66

10 Plan wykładu 10 Siła Coriolisa 68 George Green ( ) 69 Twierdzenie Greena 71 Nikołaj Iwanowicz Łobaczewski ( ) 72 Gabriel Lamé ( ) 75 Janos Bolyai ( ) 77 Christian Johann Doppler ( ) 78 Carl Gustav Jacob Jacobi ( ) 80 Wilhelm Eduard Weber ( ) 82 Sir William Rowan Hamilton ( ) 84 Hermann Günter Grassmann ( ) 86 Urbain Jean Joseph Le Verrier ( ) 88 Julius Robert von Mayer ( ) 90 Armaund Hippolyte Louis Fizeau ( ) 93 Jean Bernard Leon Foucault ( ) 95 Sir George Gabriel Stokes ( ) 97

11 Plan wykładu 11 Twierdzenie Stokesa 99 Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz ( ) 100 Leopold Kronecker ( ) 101 Georg Friedrich Bernhard Riemann ( ) 103 Elwin Bruno Christoffel ( ) 109 James Clerk Maxwell ( ) 111 Rudolf Otto Sigismund Lipschitz ( ) 114 Eugenio Beltrami ( ) 117 Ernst Mach ( ) 119 Edward Williams Morley ( ) 121 Josiah Willard Gibbs ( ) 123 Marius Sophus Lie ( ) 124 John William Strutt Rayleigh ( ) 127 Heinrich Weber ( ) 129 Władysław Gosiewski ( ) 131 William Kingdon Clifford ( ) 132

12 Plan wykładu 12 Nikołaj Aleksiejewicz Umow ( ) 135 Wilhelm Karl Joseph Killing ( ) 137 Baron Roland von Eötvös ( ) 139 Doświadczenie Eötvösa 141 Felix Christian Klein ( ) 143 Hugo Hans Ritter von Seeliger ( ) 147 Oliver Heaviside ( ) 149 Woldemar Voigt ( ) 151 Samuel Dickstein ( ) 153 George Francis FitzGerald ( ) 157 Sir Oliver Joseph Lodge ( ) 159 Albert Abraham Michelson ( ) 162 John Henry Poynting ( ) 165 Hendrik Antoon Lorentz ( ) 168 Hipoteza Lorentza 170 Transformacje Lorentza 171

13 Plan wykładu 13 Gregorio Ricci-Curbastro ( ) 173 Rachunek tensorowy 175 Luigi Bianchi ( ) 176 Friedrich Heinrich Schur ( ) 179 Joseph Larmor ( ) 180 Heinrich Rudolf Hertz ( ) 182 DeWitt Bristol Brace [D. B. Brace] ( ) 185 Frederick Thomas Trouton ( ) 187 Dayton Clarence Miller ( ) 190 Walter Kaufmann ( ) 192 Tulio Levi-Civita ( ) 194 Desiderius Pekár ( ) 196 Eugen Fekete ( ) 197 Alexander Oliver Rankine ( ) 198 Alfabetyczny indeks nazwisk 199

14 Mikołaj Kopernik ( ) 14 polski astronom, matematyk, ekonomista i lekarz Urodził się 19 lutego w Toruniu. 1491/95 - Studiował na uniwersytecie w Krakowie. 1496/ Kontynuował z przerwami naukę we Włoszech, studiując od 1496 prawo w Bolonii, a od 1501 medycynę w Padwie Doktoryzował się z prawa kanonicznego w Ferrarze Zmarł 24 maja 1543 roku we Fromborku. Zaproponował (1543) do opisu ruchu planet i Słońca układ heliocentryczny. Zwrócił jako pierwszy uwagę na względność ruchu i rolę układu odniesienia. M. Kopernik: De revolutionibus orbium coelestium O obrotach sfer niebieskich.

15 Giordano Bruno ( ) 15 włoski filozof Urodził się w styczniu w Nola Przyjął święcenia kapłańskie Zmarł 17 lutego w Rzymie spalony na stosie wyrokiem Inkwizycji za popieranie poglądów Kopernika. Komentarz Za twierdzenie, że wszelaki ruch jest względny, można było stracić życie. G. Bruno: Cena de le Ceneri G. Bruno: Opera latine. Edited by Francisco Fiorentino, Vittorio Imbriani, C. M. Talarigo, Felice Tocco, Girolamo Vitelli. Napoli-Firenze, [3 tomy]

16 Galileo Galilei [Galileusz] ( ) 16 włoski fizyk, matematyk, astronom i filozof Urodził się 15 lutego w Pizie. 1581/5 - Studiował medycynę, matematykę i fizykę na uniwersytetach w Pizie i we Florencji Otrzymał katedrę matematyki na uniwersytecie w Pizie Objął katedrę matematyki na uniwersytecie w Padwie Powrócił do Pizy Wyrokiem Inkwizycji został skazany na bezterminowy areszt domowy za popieranie heliocentrycznej teorii Kopernika Zmarł 8 stycznia w Arcetri koło Florencji.

17 Galileo Galilei [Galileusz] ( ) 17 Wyniki Sformułował (1632, 1638) zasadę względności i błędnie zasadę bezwładności. Zwrócił uwagę na rolę doświadczenia w fizyce. Ciekawostki Poprawną postać zasady bezwładności podał (1644) Kartezjusz. Galileuszowi przypisywane są słowa a jednak się kręci, które miał szeptem wypowiedzieć po ogłoszeniu wyroku skazującego go na areszt domowy i wyparcie się poglądów popierających teorię Kopernika. G. Galilei: Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo Tolemaico e Copernicano. Fiorenza Istnieje polski przekład: Dialog o dwu najważniejszych układach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym. PWN, Warszawa G. Galilei: Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti ala mecaanica & i movimenti locali. Leida Rozmowy i dowodzenia matematyczne z zakresu dwóch nowych umiejętności dotyczących mechaniki i ruchów miejscowych.

18 Zasada bezwładności 18 Zasada bezwładności Istnieje układ odniesienia (zwany układem inercjalnym), w którym ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, gdy nie działa na to ciało żadna siła lub siły działające znoszą się. Zasada bezwładności jest hipotezą! Czy istnieją globalne układy inercjalne? Brutalna odpowiedź brzmi nie! W jakościowych sformułowaniach Ogólnej Teorii Względności zakłada się istnienie lokalnych układów inercjalnych.

19 Zasada względności 19 Zasada względności Galileusza W układach inercjalnych wszystkie zjawiska z zakresu mechaniki przebiegają tak samo. Ogólna zasada względności, będąca jednym z założeń OTW, bywa formułowana jak poniżej: Definicje wielkości fizycznych oraz równania (prawa) fizyki można tak sformułować, aby ich ogólne postacie były takie same we wszystkich układach odniesienia. Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Self Publishing (2012) Z. Osiak: Teoria Względności - Podstawy. Self Publishing (2012)

20 Johannes Kepler ( ) 20 niemiecki astronom i matematyk Urodził się 27 grudnia w Weil der Stadt. 1589/91 - Studiował na uniwersytecie w Tybindze Został astronomem cesarskim Objął katedrę matematyki w Linzu Zmarł 15 listopada w Regensburgu.

21 Johannes Kepler ( ) 21 Wyniki Odkrył (1609 i 1619) trzy prawa rządzące ruchem planet. Kepler był asystentem Tychona Brahego. Prawa opisujące ruch planet wokół Słońca Kepler sformułował na podstawie danych obserwacyjnych zebranych przez Tychona Brahego, który był przeciwnikiem teorii Kopernika. Tycho Brahe ( ) duński astronom J. Kepler: Astronomia nova owa astronomia [oparta na przyczynach, czyli fizyka nieba, wyłożona przez objaśnienia ruchu gwiazdy Mars podług obserwacji Tychona Brahego]. Rozprawa ta zawiera pierwsze dwa prawa Keplera. J. Kepler: Harmonices mundi libri Harmonia świata. W traktacie tym zostało sformułowane trzecie prawo Keplera.

22 Prawa Keplera 22 Pierwsze prawo Keplera Każda planeta porusza się po orbicie eliptycznej. W jednym z ognisk elipsy znajduje się Słońce (środek masy układu Słońce-planety). Drugie prawo Keplera Promień wodzący planety zakreśla w równych przedziałach czasu równe pola. Trzecie prawo Keplera Kwadrat okresu obiegu orbity jest proporcjonalny do sześcianu jej wielkiej półosi.