|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Szczególna teoria względności. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe W 1905 r. w niemieckim czasopiśmie naukowym Annalen der Physicist ukazał się krótki, 30-stronicowy artykuł w dwudziestosześcioletnim Albert Einstein „O elektrodynamice ciał w ruchu”, w której prawie w całości została wyjaśniona szczególna teoria względności, co wkrótce rozsławiło młodego eksperta urzędu patentowego. W tym samym roku w tym samym czasopiśmie ukazał się artykuł „Czy bezwładność ciała zależy od zawartej w nim energii?”, uzupełniając pierwszy. Szczególna teoria względności nie powstała od zera, wyrosła z rozwiązania elektrodynamicznego problemu poruszających się ciał, nad którym od połowy XIX wieku pracowało wielu fizyków. Starali się odkryć istnienie eteru, w którym rozchodziły się fale elektromagnetyczne. Założono, że eter przenika przez wszystkie ciała, ale nie bierze udziału w ich ruchu. Zbudowano różne modele świecącego eteru, postawiono hipotezy dotyczące jego właściwości. Wydawało się, że nieruchomy eter może służyć jako absolutnie spoczywający układ odniesienia, względem którego… Newton uważał za „prawdziwe” ruchy ciał. Zgodnie z poglądem Newtona we Wszechświecie istnieją „normalne zegary”, które odliczają przebieg „czasu absolutnego” z dowolnego punktu. Ponadto istnieje „ruch absolutny”, tj. „ruch ciała z jednego miejsca absolutnego do miejsca absolutnego”. Przez dwieście lat zasady Newtona uważano za prawdziwe i niewzruszone. Żaden fizyk ich nie kwestionował. Ernst Mach był pierwszym, który otwarcie skrytykował zasady Newtona. Karierę naukową rozpoczął na Wydziale Fizyki Doświadczalnej i miał własne laboratorium w Austrii. Mach prowadził eksperymenty z falami dźwiękowymi i badał zjawisko bezwładności. Mach próbował obalić pojęcia „przestrzeni absolutnej”, „ruchu absolutnego”, „czasu absolutnego”. Einstein znał pracę Macha i ta znajomość odegrała ważną rolę w jego pracy nad teorią względności. W fizyce eksperymentalnej zakwestionowano również dogmaty newtonowskie. Ziemia porusza się po swojej orbicie wokół Słońca. Z kolei Układ Słoneczny leci w kosmosie. W konsekwencji, jeśli eter świetlny znajduje się w „przestrzeni absolutnej” i przechodzą przez nią ciała niebieskie, to ich ruch względem eteru powinien powodować zauważalny „wiatr eteryczny”, który można wykryć za pomocą czułych przyrządów optycznych. Eksperyment mający na celu wykrycie „wietnego wiatru” został założony w 1881 roku przez Amerykanina Alberta Michelsona na podstawie pomysłu wyrażonego 12 lat wcześniej. Maxwell. Michelson rozumował w następujący sposób: jeśli kula ziemska porusza się przez absolutnie nieruchomy eter, to wiązka światła wystrzelona z powierzchni Ziemi, w określonych warunkach, zostanie cofnięta przez „wiatr eteryczny”, który wieje w kierunku ruchu Ziemia. „Wiatr eteryczny” powinien powstać tylko dzięki przemieszczeniu Ziemi względem eteru. Pierwsza eksperymentalna konfiguracja została zbudowana i przetestowana przez Michelsona w Berlinie, wszystkie instrumenty zostały zamontowane na kamiennej płycie i mogły być obracane jako jeden. Następnie eksperymenty zostały przeniesione do Ameryki i przeprowadzone przy udziale bliskiego przyjaciela i współpracownika Michelsona Edwarda Morleya. Naukowcy stworzyli interferometr lustrzany, który może zarejestrować nawet najsłabszy „wiatr eteru”. Wyniki wszystkich eksperymentów przeprowadzonych zarówno w 1881, jak iw 1887 roku zaprzeczyły istnieniu jakiegokolwiek „wiatrowego wiatru”. Eksperyment Michelsona wciąż można uznać za jeden z najsłynniejszych i najwybitniejszych w historii fizyki. Według samego Einsteina miał wielkie znaczenie dla narodzin teorii względności. Ale nie wszyscy fizycy zgadzali się, że eter nie istnieje i że zasady Newtona należy nie tylko kwestionować, ale także odrzucić na zawsze. holenderski fizyk Hendrik Lorenz w 1895 próbował „ocalić” eter. Zasugerował, że szybko poruszające się ciała doświadczają skurczu. Jeszcze przed Lorentzem, w 1891 roku, irlandzki fizyk George Fitzgerald wysunął podobną sugestię, której Lorentz nie był świadomy. Lorentz i Fitzgerald napisali, że wszystkie obiekty „pod naciskiem” eteru ulegają spłaszczeniu, skróceniu. Tabliczka, na której znajdują się wszystkie urządzenia oraz same urządzenia są skrócone. Zarówno kula ziemska, jak i ludzie na jej powierzchni są skróceni, a wielkość wszystkich tych skrócenia i spłaszczenia jest równa takiej wielkości, aby zrównoważyć efekt „wiecznego wiatru”. Naukowcy wprowadzili także poprawkę na czas propagacji „wiatrowego wiatru”. Te pomysły były tylko spekulacjami, które miały niewielkie poparcie. Jesienią 1904 Henri Poincaré również próbował „ocalić” absolutnie nieruchomy eter. Próbował sformułować obliczenia Lorentza w postaci mniej lub bardziej spójnej teorii, ale ta „teoria” była tylko formalnością. Największe umysły były smutne, wydawało się, że nie ma wyjścia z tej sytuacji. Ale wyjście znalazł Albert Einstein, wyprowadził fizykę z impasu i skierował ją w nowym kierunku. Einstein, będąc jeszcze w szkole w Aarau, często przeprowadzał eksperyment myślowy: to, co można zobaczyć za falą świetlną poruszającą się z prędkością światła. To właśnie to pytanie stało się początkiem refleksji nad tym, co później nazwano teorią względności. O początku swojego rozumowania Einstein napisał: „Konieczne było uzyskanie jasnego pojęcia, co oznaczają współrzędne przestrzenne i czas jakiegoś zdarzenia w fizyce”. Einstein zaczął od zbadania koncepcji jednoczesności. Tak więc mechanika Newtona twierdzi, że w zasadzie możliwe jest propagowanie oddziaływań (tj. przekazywanie sygnałów, informacji) z nieskończoną prędkością. A zgodnie z teorią Einsteina prędkość światła, która jest maksymalną prędkością transmisji sygnału, jest nadal skończona, a ponadto ma taką samą wartość dla wszystkich obserwatorów, wynoszącą trzysta tysięcy kilometrów na sekundę. Dlatego pojęcie „absolutnej jednoczesności” pozbawione jest jakiegokolwiek fizycznego znaczenia i nie może być stosowane. Einstein dochodzi do wniosku, że jednoczesność przestrzennie oddzielonych zdarzeń jest względna. Powodem względności jednoczesności jest skończoność prędkości propagacji sygnałów. To prawda, że nie możemy sobie tego jasno wyobrazić, ponieważ prędkość światła jest znacznie większa niż prędkość, z jaką się poruszamy. Jeśli „absolutna równoczesność” jest niemożliwa, to nie może istnieć „czas absolutny”, który jest taki sam we wszystkich układach odniesienia. Błędne okazuje się pojęcie „czasu absolutnego”, który raz na zawsze płynie w określonym tempie, zupełnie niezależnie od materii i jej ruchu. Każdy układ odniesienia ma swój własny „czas lokalny”. Doktryna czasu Einsteina była zupełnie nowym krokiem w nauce. „Czas absolutny” został odrzucony, a ponieważ czas i ruch są ze sobą ściśle powiązane, konieczne stało się wyeliminowanie newtonowskiej koncepcji „ruchu absolutnego”. To właśnie zrobił Einstein. Pierwszy i główny postulat teorii Einsteina - zasada względności - głosi, że we wszystkich układach odniesienia poruszających się względem siebie jednostajnie i prostoliniowo działają te same prawa natury. W ten sposób zasada względności mechaniki klasycznej jest ekstrapolowana na wszystkie procesy w przyrodzie, w tym elektromagnetyczne. Jeśli konieczne jest przejście z jednego układu odniesienia do drugiego, należy użyć transformacji Lorentza. Einstein nazwał te równania oznaką głębokiego szacunku dla pracy swojego poprzednika. Einstein w swojej teorii względności zastąpił eter świetlny polem elektromagnetycznym. Wielu naukowców bardzo boleśnie zareagowało na taki zwrot, nie mogli pogodzić się z faktem, że eter nie istnieje. Nawet wielki Holender Lorenz wierzył w istnienie eteru aż do śmierci. Drugi postulat Einsteina mówi, że prędkość światła w próżni jest taka sama dla wszystkich inercjalnych układów odniesienia. Nie zależy ani od prędkości źródła, ani od prędkości odbiornika sygnału świetlnego. Prędkość światła jest górną granicą wszystkich procesów zachodzących w przyrodzie. Prędkość światła jest prędkością graniczną, żaden z procesów w przyrodzie nie może mieć prędkości większej niż prędkość światła. Ze stałości prędkości światła wynikają dwa słynne paradoksy lub konsekwencje: względność odległości i względność interwałów czasowych. Względność odległości polega na tym, że odległość nie jest wartością bezwzględną, ale zależy od prędkości ciała względem danego układu odniesienia. Wymiary ciał szybko poruszających się są zmniejszone w porównaniu z długością ciał w stanie spoczynku. Zbliżając prędkość ciała do prędkości światła, jego wymiary zbliżą się do zera! Lorentz również wyraził coś podobnego, gdy próbował „ocalić” eter w eksperymencie Michelsona. Względność przedziałów czasowych polega na spowolnieniu taktowania zegarów w szybko poruszającej się ramce w porównaniu z zegarami w spoczynkowej ramce odniesienia względem pierwszej. Opisane powyżej efekty nazywane są przez fizyków relatywistycznymi, to znaczy są obserwowane przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła. Co się stanie, jeśli rzeczywiście spróbujemy przyspieszyć materialne ciało do prędkości zbliżonej do prędkości światła? Teoria względności potwierdza równoważność masy i energii zgodnie ze słynnym obecnie wzorem, który można wyrazić słowami w następujący sposób: „Energia równa się masie razy kwadrat prędkości światła”. Początkowo wzrostowi energii ciała towarzyszy subtelny wzrost masy, aw konsekwencji bezwładność ciała. Tak więc dalsze przyspieszanie staje się nieco trudniejsze. W miarę zbliżania się prędkości do prędkości światła efekt ten, coraz bardziej imponujący, uniemożliwia pokonanie prędkości światła. Formuła Einsteina została genialnie potwierdzona pod koniec lat trzydziestych w reakcjach rozszczepienia uranu. W tym samym czasie zniknęła jedna tysięczna całkowitej masy, aby ponownie w pełni ujawnić się w postaci energii atomowej. Nawet w zwykłych reakcjach chemicznych obserwuje się stosunek Einsteina, ale ilości materii, które pojawiają się lub znikają podczas reakcji, są mniejsze niż jedna dziesięciomiliardowa całkowitej masy, więc nie można ich wykryć nawet bardzo dokładnymi wagami. Należy podkreślić, że szczególna teoria względności rozważa ruch jednostajny, tj. ruch ze stałą prędkością, przy której kierunek ruchu się nie zmienia. Jeśli ruch następuje z przyspieszeniem wywołanym siłami zewnętrznymi, takimi jak przyciąganie grawitacyjne, wówczas szczególna teoria względności nie może już być stosowana. To, co Einstein odkrył i wprowadził do fizyki, było prawdziwie rewolucyjne, więc niewielu fizyków od razu zdało sobie sprawę, że szczególna teoria względności jest genialnym odkryciem. Wśród tych, którzy zrozumieli, był Max Planck, który pisał: „Pojęcie czasu Einsteina śmiało przewyższa wszystko, co do tej pory powstało w spekulatywnych naukach przyrodniczych, a nawet w filozoficznej teorii poznania”. W 1908 r. niemiecki matematyk Hermann Minkowski, który uczył Einsteina na Politechnice w Zurychu, stworzył aparat matematyczny dla specjalnej teorii względności. W swoim słynnym przemówieniu wygłoszonym na Zjeździe Niemieckich Przyrodników i Lekarzy 21 września 1908 r. Minkowski powiedział: „Pojęcia przestrzeni i czasu, które rozwinę, zanim wyrosłyście na gruncie fizyki doświadczalnej. To jest ich siła. Doprowadzą one do radykalnych konsekwencji.Odtąd sama przestrzeń i sam czas całkowicie znikają w królestwie cieni i tylko rodzaj połączenia obu tych pojęć zachowuje samodzielną egzystencję. Od tego czasu „świat Minkowskiego” stał się integralną częścią szczególnej teorii względności. Einstein powiedział kiedyś Jamesowi Frankowi: „Dlaczego właściwie stworzyłem teorię względności? Kiedy zadaję sobie to pytanie, wydaje mi się, że powód jest następujący. Normalny dorosły nie myśli o problemie przestrzeni i czasu w wszystko. Według niego, myślał o tym problemie już w dzieciństwie. Rozwijałem się intelektualnie tak wolno, że czas i przestrzeń zajęły moje myśli, gdy dorosłem. Naturalnie mogłem wniknąć w ten problem głębiej niż dziecko o normalnych skłonnościach. " Einstein nie miał „dorosłej” pewności, że globalne problemy świata zostały już rozwiązane. To uczucie nie zostało stłumione przez nagromadzenie specjalnej wiedzy i zainteresowań. Myślał o pojęciu ruchu i powrócił do idei nieodłącznej od dzieciństwa ludzkości - do starożytnej idei względności, którą później przesłoniło pojęcie eteru jako absolutnego ciała odniesienia. Kiedy odrzucono pojęcie eteru, Einstein doszedł do wniosku, że ruch nie może być absolutny. Autor: Samin D.K.
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Zrobotyzowany system ogrodniczy AlphaGarden ▪ Sygnalizatory GPS do butelek z lekami ▪ Sterownik inteligentnego domu Logitech Pop
▪ Sekcja telewizyjna serwisu. Wybór artykułów ▪ artykuł Roberta Louisa Stevensona. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Dlaczego na jeziorach jest mgła? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Teleskop do lutowania gazowego. warsztat domowy
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony