Mikä on suhteellisuusteoria?

Kuka ei tunne Albert Einsteinia? Hän on saksalainen fyysikko, joka on kuuluisa löydöistään. Einstein sai myös fysiikan Nobel-palkinnon. Yksi hänen tunnetuimmista teorioistaan ​​on suhteellisuusteoria.

Einstein julkaisi tämän idean kahdessa vaiheessa. Ensin hän julkaisi erityisen suhteellisuusteorian vuonna 1905. Kymmenen vuotta myöhemmin sitten julkaistiin yleinen suhteellisuusteoria. Tästä teoriasta tuli yksi suuntaviivoista muille tutkijoille atomipommin kehittämisessä, vaikka Einstein ei koskaan ajatellut hänen teoriansa käyttävän aseena.

Mutta mikä on suhteellisuusteorian sisältö? Kuinka sitä käytetään todellisessa maailmassa, jotta sitä voidaan käyttää ydinpommina? Keskustellaan yhdessä tässä artikkelissa.

Erityinen suhteellisuusteoria

Einsteinin ensimmäisellä erikoisrelatiivisuusteorialla on kaksi postulaattia tai käsitettä: ensinnäkin fysiikan lait soveltuvat mihin tahansa objektiin kaikissa vertailukehyksissä, jotka liikkuvat vakionopeudella (hitaus) muita vastaan. Toisin sanoen fyysisen yhtälön muoto on aina sama, vaikka se havaitaankin liikkuvassa tilassa.

Toisen käsitteen mukaan valon nopeus tyhjiössä on aina sama kaikille tarkkailijoille eikä se riipu valonlähteen tai tarkkailijan liikkeestä (valon nopeudella c = 3 × 108 m / s).

(Lue myös: 7 maailman tutkijaa, jotka saavat maailman tunnustusta)

Näiden kahden postulaatin perusteella Einstein sanoi, että mikään massainen esine ei voi liikkua tai olla yhtä suuri kuin valon nopeus. Suhteellisuusteoria aiheuttaa muutoksia käsityksissä asioista, joita koemme päivittäin, kuten nopeuden suhteellisuussuhde, ajan laajeneminen, Lorentzin supistukset sekä massan ja energian suhteellisuusteoria.

1. Nopeuden suhteellisuus

Jos lentokone (viite O ') liikkuu nopeudella v maan suhteen (viite O) ja kone vapauttaa pommin (kohteen) tietyllä nopeudella, pommin nopeus ei ole sama, kun ihmiset näkevät maan päällä ja ihmiset koneessa. Suhteellisella nopeudella on seuraava yhtälö.

Suhteellinen nopeuskaava

vx = kohteen nopeus suhteessa tarkkailijaan levossa (m / s)

v'x = kohteen nopeus suhteessa tarkkailijaan liikkeessä (m / s)

v = tarkkailijan liikkumisnopeus (O ') lepotilaan (O) nähden

c = valon nopeus (3 × 108 m / s)

2. Ajan pidentyminen

Ajan laajeneminen tai laajentuminen on eroa aikajaksossa, jonka tarkkailija on havainnut lepotilassa, ja nopeuden v kanssa liikkuvan tarkkailijan havaitseman aikavälin ero. Ajan pidentyminen voidaan muotoilla seuraavasti.

ajan laajennuskaava

Δt = nopeudella v liikkuvan tarkkailijan havaitsema aikaväli

Δt0 = tarkkailijan havaitsema aikaväli on edelleen

v = tarkkailijan nopeus

3. Lorentzin supistukset

Suhteellisuusteorian mukaan tila ja aika eivät ole vakioita. Siksi tarkkailija havaitsee objektin, jonka pituus on L0, yhtä suuri kuin L, nopeuden v kanssa samansuuntaisesti liikkuvan tarkkailijan toimesta. Mitä suurempi tarkkailijan nopeus on, sitä lyhyempi esine näkyy alkuperäisestä pituudestaan. Lorentzin supistukset voidaan muotoilla seuraavasti.

Lorentzin supistukset

L = kohteen nopeus, jonka tarkkailija havaitsee nopeudella v

L0 = levossa tarkkailijan havaitseman kohteen pituus

v = tarkkailijan nopeus

4. Massan ja energian suhteellisuus

Aivan kuten tila ja aika, myös levossa olevan tarkkailijan havaitsema kohteen massa eroaa nopeuden v kanssa liikkuvan tarkkailijan havaitseman kohteen massasta.

massan ja energian suhteellisuusteoria

m = esineen massa, jonka tarkkailija tarkkailee nopeudella v

m0 = esineen massa, jonka tarkkailija on havainnut levossa

v = tarkkailijan nopeus

Relativistisessa mekaniikassa kohteen m 0 (lepo), jonka nopeus on v, nopeus voidaan muotoilla seuraavasti.

energia mo

Massaa olevan kohteen kokonaisenergia voidaan saada seuraavalla kaavalla.

E = E 0 + E k , jossa E 0 on lepoenergia (E = m 0 c2)

Yllä olevan kuvauksen perusteella esineillä, joiden massa on m, on energiaa:

E = mc2

Tämä yhtälö on yksi tähän mennessä tunnetuimmista kaavoista. Tämä kaava on myös perusta ydinpommin kehitykselle, koska massan oletetaan olevan keskittynyt energiamuoto, jotta se voi muuttaa muotoa, erityisesti ydinketjureaktiolla.

Suhteellisuusteoria

Yleinen suhteellisuusteoria liittyy Newtonin painovoimateoriaan. Newton sanoi, että painovoima on näkymätön voima, joka houkuttelee esineitä toisiinsa. Mutta teoriansa kautta Einstein väitti, että painovoima on aika-ajan kaarevuus, joka aiheutuu kohteen massasta. Tällä kaarevuudella on vaikutusta aikaan: mitä suurempi painovoima, sitä hitaammin aika kulkee aika-ajan kaarevuudessa.