Powstanie i rola Szczególnej Teorii Względności (STW)

Transkrypt

1 Powsanie i rola Szzególnej Teorii Względnośi (STW Co znał Einsein przed 905 rokiem? Równania Maxwella, Problem eeru (doświadzenie Mihelsona Morleya?, Aberaje świała, Wlezenia eeru Fresnela, Znał praę orenza z 895 roku, Nie znał przekszałenia orenza Prekursorzy Mihelson- Morley (887 Voig (887 FizGerald (989 orenz ( armor (900 Poinare(

2 Pod konie IXX wieku mehanika Newona była najlepszą z możliwyh eorii Kineyzna eoria gazów, Niezależność iepła właśiwego gazów jednoaomowyh od masy aomowej, Wyprowadzenie równania gazu i jego związek z iepłem właśiwym, Kineyzna eoria dysojaji gazów, Ilośiowy związek pomiędzy lepkośią, przewodniwem ieplnym i dyfuzją gazów, Wylizenie bezwzględnyh rozmiarów aomów, Ale eż, mehanizna eoria świała, kóra rakowała świało jako ruh falowy jako ruh falowy quasi - szywnego eeru. D Równania Newona + zasada względnośi Galileusza Równania Maxwella O G M A T

3 Einsein uważał, że każda eoria musi być zgodna z fakami, musi spełniać kryerium logiznej prosoy wewnęrznej doskonałośi. Eer koniezny do poruszania się fal poprzeznyh, powinien mieć własnośi: fale poprzezne iało sałe, brak fal podłużnyh nie śiśliwy, nie sawia oporu, dokładnie przenikliwy, zahowanie opyzne iał spejalne oddziaływanie eeru z konwenjonalna maerią, nie znaleziono mehanisyznej inerpreaji równań Maxwella.

4 Mah wszyskie szywne układy odniesienia powinny być logiznie równoważne W mehanie Newona o nie jes prawdą zasada bezwładnośi jes spełniona ylko w spejalnyh układah odniesienia - układah inerjalnyh nie jes o związane ze spejalnym zahowaniem obieku maerialnego, musi wię być własnośią samej przesrzeni, oddziaływania na odległość. Dlaego Newon wprowadził absoluną przesrzeń Wybaz mi, Newonie; odkryłeś bodaj jedyną drogę, kóra była w Twoih zasah dosępna, nawe dla złowieka o największyh zdolnośiah i wyobraźni. Pojęia, kóre sworzyłeś nadal kierują naszym myśleniem o fizye, azkolwiek wiemy już, że w dążeniu do naszego głębszego zrozumienia związków będziemy musieli zasąpić je pojęiami bardziej oderwanymi od sfery bezpośredniego doświadzenia. Zapiski auobiografizne, A. Einsein, Znak, Kraków,996

5 Einsein wąpił iż można odkryć prawdziwe prawa w opariu o znane faky. Tylko wykryie uniwersalnej zasady formalnej Termodynamika brak perpeum mobile I i II rodzaju, STW prędkość świała jes sała w każdym układzie inerjalnym. Einsein mają 6 la jak będzie wyglądać promień świelny w swoim układzie spozynkowym? Elekrodynamika Maxwella jes dobra, Należy zmienić mehanikę Newona i zasadę względnośi Galileusza, Czas nie może być absoluny, yle zasów ile układów inerjalnyh. R E W O U C J A Konsekwenje:. Względność równozesnośi zdarzeń,. Skróenie długośi, 3. Dylaaja zasu, 4. Równoważność masy i energii, 5. Przesrzeń i zas nie są absolune, 6. Skońzona prędkość przenoszenia wszelkih oddziaływań,

6 Co było zaware w pray Einseina z 30 zerwa? Przedsawione posulay: Prawa fizyki mają ą samą posać we wszyskih układah inerjalnyh. W dowolnym układzie inerjalnym świało o rozhodzi się z aka samą prędko dkośią, niezależnie od ego zy jes emiowane przez iało pozosająe w spozynku zy poruszająe się ruhem jednosajnym prosoliniowym. Z posulaów były wyprowadzone przekszałenia orenza, Pokazane zosały wzory na skróenie długośi i dylaaje zasu, Pokazana jes reguła dodawania prędkośi, Podany jes wzór na aberaję świała z zeniu, Podana zosała reguła na ransformaje zęsośi świała, W prawidłowy sposób wspomniano o paradoksie zegarów. Pokazano współzmiennizość równań Maxwella. Podano wyrażenie na energie kineyzną ząski poruszająej się z niewielkim przyśpieszeniem

7 W Kxdx m 0 ( γ ( 3 d m ( γ Podał prawo dla ransformaji energii wiązki świała. (praa zawiera podziękowanie dla jednej osoby, nie zawiera przypisów Praa Einseina z w 7 września 905 Einsein wyprowadził wzór na ałkowią energię E m Rozparywał iało emiująe płaską falę świelną o energii / w kierunku worząym ką ϕ z osią x i aka samą falę świelną w przeiwnym kierunku. Różnia energii E i E f

8 Nasępnie Einsein rozważa wszysko z punku widzenia obserwaora poruszająego się z prędkośią wzdłuż osi x. Dohodzi do wniosku, że nowa różnia energii jes równa ΔE Wobe ego różnia energii E ΔE - ΔE i - E f γ ( γ - Co w drugim rzędzie daje ΔE - ΔE ( Teraz, równanie o ma podobną srukurę jak równanie na W zyli jeśli iało emiuje energię w posai promieniowania o jego masa maleje o Masa iała jes miarą zawarej w nim energii

9 Znazenie STW w naue W fizye, pokazała, że prawa fizyki klasyznej obowiązują w graniy / <<, W hemii, nowośią było wykazanie, że prawo zahowania mass aoisiera oraz prawo sosunków wielokronyh Dalona są słuszne ylko w przybliżeniu, W filozofii przyrody, musimy pogodzić się z fakem, że przyroda może zahowywać się nie zgodnie z inuiyjnymi przekonaniami, Od momenu powsania STW sała się warunkiem konieznym prawdy naukowej, ( DOGMAT każda eoria fizyzna musi być relaywisyznie niezmienniza STW sała się punkem wyjśia do sworzenia OTW Teoria względnośi zalizana jes do największyh naukowyh osiągnięć ludzkośi w XX wieku, Dała kierunkowskaz jak można worzyć eorie naukowe (pozuie maemayznej eleganji, piękna i prosoy Jesem przekonany, że zyse konsrukje maemayzne pozwalają nam odkryć pojęia i wiążąe je prawa, sanowiąe kluz do zrozumienia zjawisk przyrody, Jasne kryerium przyzynowośi zjawisk, Rozpozęła dyskusje w wolnośi prowadzenia badań naukowyh.

10 Powierdzenie eksperymenalne: Powierdzona eksperymenalnie już w laah 94-96

11

12 Dla obieków poruszająyh się z prędkośią świała zas soi w miejsu foon, kóry pojawił się zaraz po Wielkim Wybuhu ma dziś yle samo la o wedy. proony γ proony 00-00km miony dolaują do Ziemi τ sek m τ p + jądra lenu π +, π + π 0.66 km, 0-00 μ + +ν km μ Spowolnienie biegu zasu sosuje się nie ylko do zegarków, ale do wszyskih innyh zynnośi.

13 Czasoprzesrzeń Kopernika, Galileusza i Newona Wszyskie prawa fizyki są niezmiennize względem ransformaji Galileusza Galileusz nie ma bezwzględnego spozynku, zamias jednego układu odniesienia związanego z Ziemią wprowadza ałą klasę układów INERCJANYCH x K y x z x K x x, Transformaja Galileusza x x zyli u u

14 Arysoeles (zas i przesrzeń są absolune, położenie mierzymy względem innyh iał (Ziemi, Galileusz, Newon (zas absoluny, przesrzeń absoluna(?, Karezjański układ współrzędnyh, zasada względnośi Galileusza, Ole Chrisiansen Roemer jes skońzone, z r. Maxwella ons, Mamy wię konflik z zasadą względnośi Galileusza: W 676 roku duński asronom Ole Chrisiansen Roemer odkrył, że świało porusza się ze skońzoną prędkośią ( la przed ukazaniem się Prinipia Mahemaia Newona Ale na poprawną eorię rozhodzenia się świała rzeba było zekać aż do 865 roku kiedy o bryyjski fizyk James Clark Maxwell sworzył eorie elekryznośi, magneyzmu i pola elekromagneyznego. Z eorii ej wynikało, że świało rozhodzi się ze sałą prędkośią. James Clark Maxwell ( Newon brak absolunego spozynku świało porusza się ze sałą prędkośią Względem zego a prędkość ma być mierzona E T E R

15 Gdy przyrząd nie porusza się: Gdy jes w ruhu: Do B do E i z powroem: Do B do E: + u - u Od E do B: - u + u + u ( - I podobnie dla drogi BCB: ( 3 3 u + (u. 3 Czyli pełny zas możemy zapisać: 3 Wykłady Feynmana z Fizyki, om I u.

16 u30 km/sek.

17 Konsekwenje sałej prędkośi świała ( +

18 ( + gdy Czas nie może być absoluny i płynąć w idenyzny sposób w różnyh układah odniesienia Równozesność zdarzeń zależy od obserwaora 0 lub A Szzególna Teoria Względnośi (STW B

19 x x z z y y,, ( z y x,, ( z y x 0 0 W hwili 0 poząki układów pokrywają się, ( ( ( ( ( ( ( ( z z y y x x z z y y x x Sąd można znaleźć związki pomiędzy współrzędnymi przesrzennymi i zasu w obydwu układah inerjalnyh

20 Orzymamy: x γ (x, y y, z z, γ ( x. x y z γ (x y, z, γ ( + +, x. γ Związki e nazywają się ransformają orenza, wynikają z nih: Skróenie długośi, Wydłużenia zasu, Względność równozesnośi zdarzeń.

21 , 500 m/sek m km/godz ; ; Ale hoć ak małe, efeky relaywisyzne są obserwowane

22 Równozesność zdarzeń synhronizaja zegarów - + ( ; (+ ;

23 Przedział zasoprzesrzenny ( P (xx P Δ ( x, P; Z podręznika Fizyka, spojrzenie na zas, przesrzeń i maerię ; PWN, Warszawa 00. B Δ > 0 Δ < 0 Δ ( x, P Δ 0 A C może wpływać na nas (P C My (P możemy wpływać na B Δ > 0 A nie ma wpływu na nas (P, i my nie mamy wpływu na A Sożek świelny Geomerię o opisanyh własnośiah nazywamy geomerią pseudoeuklidesową