Interwał, geometria czasoprzestrzeni Konsekwencje tr. Lorentza: dylatacja czasu i kontrakcja długości

Podobne dokumenty
III.2 Transformacja Lorentza położenia i czasu.

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie I (luty, 2013)

Zasady względności w fizyce

III.1 Ruch względny. III.1 Obserwacja położenia z dwóch różnych układów odniesienia. Pchnięcia (boosts) i obroty.metoda radarowa. Wykres Minkowskiego

Szczególna teoria względności

V.6.6 Pęd i energia przy prędkościach bliskich c. Zastosowania

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

V.6 Pęd i energia przy prędkościach bliskich c

Temat XXXIII. Szczególna Teoria Względności

Podstawy fizyki wykład 9

Postulaty szczególnej teorii względności

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Szczególna teoria względności

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA (SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI)

Kinematyka relatywistyczna

Kinematyka relatywistyczna

Kinematyka relatywistyczna

Czy można zobaczyć skrócenie Lorentza?

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 12

Podstawy fizyki sezon 1 XI. Mechanika relatywistyczna

Czym zajmuje się teoria względności

Kinematyka relatywistyczna

MECHANIKA RELATYWISTYCZNA. Rys. Transformacja Galileusza

Szczególna teoria względności

TRANFORMACJA GALILEUSZA I LORENTZA

ver teoria względności

Elementy fizyki relatywistycznej

Kinematyka relatywistyczna

Transformacja Lorentza Wykład 14

Kinematyka relatywistyczna

ELEMENTY MECHANIKI RELATYWISTYCZNEJ

Szczególna teoria względności

XXXV. TEORIA WZGLĘDNOŚCI

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Kinematyka, Dynamika, Elementy Szczególnej Teorii Względności

Dynamika relatywistyczna

Doświadczenie nr 7. Określenie średniego czasu życia mionu.

O paradoksie bliźniąt nieco inaczej cz. II

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Spis treści. Przedmowa PRZESTRZEŃ I CZAS W FIZYCE NEWTONOWSKIEJ ORAZ SZCZEGÓLNEJ TEORII. 1 Grawitacja 3. 2 Geometria jako fizyka 14

Szczególna teoria względności

I. Przedmiot i metodologia fizyki

Kinematyka relatywistyczna

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013)

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Mechanika relatywistyczna Wykład 13

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Wykłady z Fizyki. Teoria Względności

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Szczególna teoria względności

Ogólna teoria względności - wykład dla przyszłych uczonych, r. Albert Einstein

Efekt Dopplera Dla Światła

Eksperymenty myślowe Einsteina

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

Mechanika relatywistyczna Wykład 15

Wykład Zasada względności Galileusza. WARIANT ROBOCZY Względność.

Czy da się zastosować teorię względności do celów praktycznych?

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Geometria Struny Kosmicznej

O fatalnym błędzie w fizyce tachionów.

Wszechświat czastek elementarnych

Dynamika relatywistyczna

Konsultacje. Poniedziałek 9-11 Piątek 11-13

MECHANIKA KLASYCZNA I RELATYWISTYCZNA Cele kursu

WYKŁAD Prawdopodobieństwo procesów dla bardzo dużych energii, konieczność istnienia cząstki Higgsa

Kinematyka relatywistyczna

VI.5 Zderzenia i rozpraszanie. Przekrój czynny. Wzór Rutherforda i odkrycie jądra atomowego

Badanie czasu życia mionów

Szczególna teoria względności

FIZYKA-egzamin opracowanie pozostałych pytań

Kinematyka relatywistyczna

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

Klasyfikacja przypadków w ND280

Zagadnienia przerabiane na wykładach Studium Talent

Kinematyka relatywistyczna

Geometrie Wszechświata Czwarty wymiar to czas materiały do ćwiczeń

Teoria grawitacji. Grzegorz Hoppe (PhD)

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

Transformacja Lorentza - Wyprowadzenie

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

5.1 POJĘCIE CZASU. Rozdział należy do teorii pt. "Teoria Przestrzeni" autorstwa Dariusza Stanisława Sobolewskiego. Http:

Oddziaływania fundamentalne

Marek Kowalski

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013) ZADANIA

Fizyka I. Kolokwium

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Podstawy fizyki subatomowej

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

FALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N

Fizyka. Program Wykładu. Program Wykładu c.d. Kontakt z prowadzącym zajęcia. Rok akademicki 2013/2014. Wydział Zarządzania i Ekonomii

MECHANIKA KLASYCZNA I RELATYWISTYCZNA Cele kursu dla studentów geofizyki

Theory Polish (Poland)

ELEMENTY SZCZEGÓLNEJ TEORII WZGLĘDNOŚCI. I. Zasada względności: Wszystkie prawa przyrody są takie same we wszystkich

VII.1 Pojęcia podstawowe.

Atomowa budowa materii

Elementy mechaniki relatywistycznej

Transkrypt:

III.3 Transformacja Lorentza położenia i pędu cd. Interwał, geometria czasoprzestrzeni Konsekwencje tr. Lorentza: dylatacja czasu i kontrakcja długości Jan Królikowski Fizyka IBC 1

Geometria czasoprzestrzeni- interwał. Ponieważ prędkość światła wynosi c w U i U właściwie nie musimy dowodzić, że wyrażenie zwane interwałem: ( ) 2 ( ) s = ct x + y + z 2 2 2 2 r. akad. 2005/ 2006 przedstawiające równanie frontu fali świetlnej wychodzącej z O w chwili t=0 jest niezmiennikiem transformacji Lorentza: 2 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) s = ct x + y + z = sʹ = ctʹ xʹ + yʹ + zʹ 2 2 2 2 2 2 2 2 Można to sprawdzić bezpośrednim rachunkiem, stosując wzory na ct i x wyprowadzone powyżej. Jan Królikowski Fizyka IBC 2

Interwał dwóch zdarzeń Interwał dwóch zdarzeń, P 1 i P 2, s 2 =s 2 12 tworzymy w następujący sposób: = = 2 2 2 2 s s c t r 12 ( ) ( ) s 2 jest niezmiennikiem Transformacji Lorentza, a więc m.in.. żadna transformacja Lorentza nie może zmienić znaku s 2 czyli zmienić związku przyczynowo skutkowego dwóch zdarzeń. Jan Królikowski Fizyka IBC 3

Podział przestrzeni Minkowskiego na obszary o ustalonym znaku interwału s 2 s 2 >0 interwał czasopodobny, obszary przeszłości i przyszłości s 2 <0 interwał przestrzennopodobny, obszar teraźniejszości s 2 =0 interwał zerowy, stożek świetlny, zdarzenia, które można połączyć z 0 sygnałem świetlnym ct S 2 >0 0 S 2 >0 S 2 <0 x, y, z s 2 =0 Jan Królikowski Fizyka IBC 4

Znak interwału i przyczynowośc Pary zdarzeń możemy więc podzielić na: czasopodobne s 2 >0, mogące pozostawać w związku przyczynowo skutkowym. Możemy znaleźć taki UO, że oba zdarzenia zachodzą w tym samym miejscu ale w różnych czasach. Nie możemy odwrócić kolejności zdarzeń w żadnym UO. przestrzennopodobne s 2 <0, nie mogące pozostawać w takim związku. Możemy znaleźć taki UO, że oba zdarzenia zachodzą w tym samym czasie ale w różnych miejscach. Zerowe, na stożku świetlnym s 2 =0 Jan Królikowski Fizyka IBC 5

Dylatacja czasu W U znajduje się zegar radarowy : światło biega między zwierciadłami Z 1 i Z 2, licznik zlicza przyjścia impulsu świetlnego do Z 1.Stąd t =2l 0 /c. W układzie U, w którym zegar porusza się z prędkością V, światło pokonuje dłuższą drogę i dostaje on t = 2l 0 / c 2 V 2 Dla obserwatora O zegar O chodzi wolniej: t = t ʹ 1 β 2 =γ tʹ Jan Królikowski Fizyka IBC 6

Pozorny brak symetrii Dlaczego w układzie poruszającym czas miałby płynąć wolniej? Czy wszystkie układy nie są równoważne? Żaden nie powinien być wyróżniony. W rozważanym zagadnieniu sytuacja nie jest symetryczna: W układzie spoczynkowym zegara U pomiar następuje w 1 miejscu, O używa więc jednego zegara. W układzie U obserwator musi użyć dwóch zsynchronizowanych zegarów w dwóch miejscach. Zegary O nie są poprawnie zsynchronizowane dla O. O także stwierdzi, że względem jego zsynchronizowanych zegarów czas O płynie wolniej. Jan Królikowski Fizyka IBC 7

Dylatacja czasu odgrywa ważną rolę w świecie nietrwałych cząstek elementarnych Miony nietrwałe leptony o średnim czasie życia rozpadają się wg. schematu: + + µ e νeνµ e µ νeνµ r. akad. 2005/ 2006 Liczba mionów pozostałych po czasie t N(t) opisywana jest prawem zaniku promieniotwórczego: τ = 2.2µ s ( ) N t = N e 0 t τ Jan Królikowski Fizyka IBC 8

Energetyczne miony wytwarzane są na dużych wysokościach w atmosferze w rozpadów mezonów π, które powstały w oddziaływaniach wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego z atmosferą. Gdyby nie było dylatacji czasu średni zasięg mionów byłby mniejszy od c τ= 658m. W wyniku dylatacji czasu miony żyją w układzie Ziemi γ>1 razy dłużej. Dla mionów o znacznych pędach czynnik γ może wynosić kilka tysięcy; takie miony z łatwością docierają do powierzchni Ziemi. Jan Królikowski Fizyka IBC 9

Dylatacja czasu... w czasie lotów samolotem dookoła Ziemi została bezpośrednio zmierzona za pomocą dokładnych zegarów atomowych w 1972 w eksperymencie Hafele i Keatinga. Wyniki potwierdziły wzór na dylatację czasu. Jan Królikowski Fizyka IBC 10

Obserwator O w U chce zmierzyć odcinek O P o długości l spoczywający w U. Obserwator O musi jednocześnie wyznaczyć położenia końców poruszającego się odcinka w swoim układzie. Może posłużyć się siecią zsynchronizowanych zegarów w pobliżu punktów O 1 i P 1 oraz sygnałami radarowymi. U z y 0 Skrócenie Lorentza U z 0 l P O x 1 P 1 r. akad. 2005/ 2006 W U w czasie t O : O przelatuje w pobliżu O 1 P przelatuje w pobliżu P 1 y V x Jan Królikowski Fizyka IBC 11

cd... Współrzędne w U Współrzędne w U x O =x O, t O =t O x O =0, t O =t 1 x P =x P, t P =t O x P =x = l, t P =t Stosując tr. Lorentza z U do U otrzymujemy: ( ) xʹ = 0=γ x Vt Oʹ Oʹ Oʹ ( ) lʹ = xʹ =γ x Vt Pʹ pʹ Oʹ ( ) lʹ = xʹ xʹ =γ x x =γ l Pʹ Oʹ pʹ Oʹ Obserwator O zmierzy krótszą długość niż Obserwator O, w którego układzie obiekt spoczywa. Jan Królikowski Fizyka IBC 12

Pomiar długości i fotografia (widzenie)... Obrazy poruszających się przedmiotów powstają gdy fotony z ich punktów docierają niemal jednocześnie do migawki aparatu. Drogi, które przebywają fotony są, na ogół, różne. Do migawki docierają więc fotony, które niejednocześnie opuściły końce fotografowanego obiektu. Nastąpi deformacja kształtu obiektu. Istnieje więc zasadnicza różnica miedzy pomiarem długości i widzeniem czy fotografią. U z y s 0 1 s 2 V x Jan Królikowski Fizyka IBC 13

Fotografia relatywistyczna Więcej informacji i obliczenia znajdują się w artykule: R. Weinstein, Am. Journal of Physics, 28, 607, (1960) Jan Królikowski Fizyka IBC 14

Względność równoczesności Kontrakcja długości i dylatacja czasu są zjawiskami spowodowanymi przez pomiar zjawisk równoczesnych w jednym układzie odniesienia, które nie są równoczesne w drugim UO, lub zjawisk zachodzących w tym samym miejscu w jednym UO, a w dwóch miejscach w drugim UO. Z rozważań nad tymi dwoma zjawiskami można wysnuć ogólny wniosek, że zjawiska równoczesne w pewnym UO na ogół nie są równoczesne w innych UO. Jest to t.zw. względność równoczesności Jan Królikowski Fizyka IBC 15