Η εξήγηση του Αϊνστάιν για την ειδική σχετικότητα, που παραδόθηκε στην εργασία του το 1905 Σχετικά με την Ηλεκτροδυναμική των Κινούμενων Σωμάτων εστιάζει στην κατάρριψη της ιδέας της «απόλυτης ανάπαυσης», όπως παραδειγματίζεται από τη θεωρητική φωτεινός αιθέρας . Το πέτυχε αυτό με μεγάλη επιτυχία, αλλά πολλοί ακούγοντας αυτό το επιχείρημα σήμερα μένουν μπερδεμένοι σχετικά με το γιατί όλα φαίνονται να εξαρτώνται από την ταχύτητα του φωτός στο κενό.
Δεδομένου ότι λίγοι άνθρωποι στον 21ο αιώνα χρειάζονται να πείσουν ότι ο φωτεινός αιθέρας δεν υπάρχει, είναι δυνατόν να καταλήξουμε στην έννοια της ειδικής σχετικότητας με διαφορετικό τρόπο και απλώς μέσω μιας άσκησης λογικής να συμπεράνουμε ότι το σύμπαν πρέπει να έχει απόλυτη ταχύτητα – και από εκεί συνάγουν την ειδική σχετικότητα ως λογική συνέπεια.
Το επιχείρημα έχει ως εξής:
1) Πρέπει να υπάρχει απόλυτη ταχύτητα σε οποιοδήποτε σύμπαν αφού η ταχύτητα είναι ένα μέτρο της απόστασης που μετακινείται με την πάροδο του χρόνου. Η αύξηση της ταχύτητάς σας σημαίνει ότι μειώνετε τον χρόνο ταξιδιού σας μεταξύ μιας απόστασης Α έως Β. Ένα χιλιόμετρο με τα πόδια από τα καταστήματα μπορεί να διαρκέσει 25 λεπτά, αλλά αν τρέξετε μπορεί να διαρκέσει μόνο 15 λεπτά – και αν πάρετε το αυτοκίνητο, μόνο 2 λεπτά. Τουλάχιστον θεωρητικά θα πρέπει να είστε σε θέση να αυξήσετε την ταχύτητά σας μέχρι το σημείο όπου αυτός ο χρόνος ταξιδιού φθάνει στο μηδέν – και όποια ταχύτητα κι αν βρίσκεστε όταν συμβεί αυτό θα αντιπροσωπεύει την απόλυτη ταχύτητα του σύμπαντος.
2) Εξετάστε τώρα την αρχή της σχετικότητας. Ο Αϊνστάιν μίλησε για τρένα και πλατφόρμες για να περιγράψει διαφορετικό αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς. Έτσι, για παράδειγμα, μπορείτε να μετρήσετε κάποιον που πετάει μια μπάλα προς τα εμπρός με 10 km/h στην πλατφόρμα. Αλλά βάλτε κάποιον στο τρένο που ταξιδεύει με 60 km/h και μετά η μπάλα κινείται μετρήσιμα προς τα εμπρός με σχεδόν 70 km/h (σε σχέση με την πλατφόρμα).
3) Το σημείο 2 είναι μεγάλο πρόβλημα για ένα σύμπαν που έχει απόλυτη ταχύτητα (βλ. Σημείο 1). Για παράδειγμα, εάν είχατε ένα όργανο που πρόβαλλε κάτι προς τα εμπρός με την απόλυτη ταχύτητα του σύμπαντος και στη συνέχεια έβαζε αυτό το όργανο στο τρένο – θα περιμένατε να μπορείτε να μετρήσετε κάτι που κινείται με την απόλυτη ταχύτητα + 60 km/h.
4) Ο Αϊνστάιν συμπέρανε ότι όταν παρατηρείς κάτι να κινείται σε διαφορετικό πλαίσιο αναφοράς από το δικό σου, τα στοιχεία της ταχύτητας (π.χ. απόσταση και χρόνος), πρέπει να αλλάξουν σε αυτό το άλλο πλαίσιο αναφοράς για να διασφαλιστεί ότι οτιδήποτε κινείται δεν μπορεί ποτέ να μετρηθεί κινούμενο με ταχύτητα μεγαλύτερη από την απόλυτη ταχύτητα.
Έτσι, στο τρένο, οι αποστάσεις πρέπει να συστέλλονται και ο χρόνος να διαστέλλεται (καθώς ο χρόνος είναι ο παρονομαστής της απόστασης με την πάροδο του χρόνου).
Η επίδραση της σχετικής κίνησης. Η μετρήσιμη χρονική διαστολή είναι αμελητέα σε ένα τρένο που κινείται πέρα από μια πλατφόρμα με ταχύτητα 60 km/h, αλλά αυξάνεται δραματικά εάν αυτό το τρένο αποκτήσει την ικανότητα να προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός. Ο χρόνος (και η απόσταση) θα αλλάξει για να διασφαλιστεί ότι η ταχύτητα φωτός είναι πάντα η ελαφριά ταχύτητα, όχι η ταχύτητα φωτός + η ταχύτητα του τρένου.
Και αυτό είναι πραγματικά. Από εκεί μπορεί κανείς απλώς να κοιτάξει στο σύμπαν για παραδείγματα κάτι που κινείται πάντα με την ίδια ταχύτητα ανεξάρτητα από το πλαίσιο αναφοράς. Όταν βρείτε αυτό το κάτι, θα ξέρετε ότι πρέπει να κινείται με την απόλυτη ταχύτητα.
Ο Αϊνστάιν προσφέρει δύο παραδείγματα στις αρχικές παραγράφους του Σχετικά με την Ηλεκτροδυναμική των Κινούμενων Σωμάτων :
- η ηλεκτρομαγνητική έξοδος που παράγεται από τη σχετική κίνηση ενός μαγνήτη και ενός πηνίου επαγωγής είναι η ίδια είτε ο μαγνήτης μετακινείται είτε το πηνίο μετακινείται (ένα εύρημα του James Clerk Maxwell 's ηλεκτρομαγνητική θεωρία) και?
- η αποτυχία να αποδειχθεί ότι η κίνηση της Γης προσθέτει οποιαδήποτε επιπλέον ταχύτητα σε μια δέσμη φωτός που κινείται μπροστά από την τροχιακή τροχιά της Γης (πιθανώς μια λοξή αναφορά στο 1887 Πείραμα Michelson-Morley ).
Με άλλα λόγια, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (δηλαδή το φως) απέδειξε την ίδια την ιδιότητα που θα περίμενε κανείς από κάτι που κινείται με την απόλυτη ταχύτητα που είναι δυνατό να κινηθεί στο σύμπαν μας.
Το γεγονός ότι το φως τυχαίνει να κινείται με την απόλυτη ταχύτητα του σύμπαντος είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε – αφού μπορούμε να το μετρήσουμε ταχύτητα του φωτός και επομένως μπορούμε στη συνέχεια να αποδώσουμε μια αριθμητική τιμή στην απόλυτη ταχύτητα του σύμπαντος (δηλαδή 300.000 km/sec), αντί να την ονομάσουμε απλώς c.
Περαιτέρω ανάγνωση:
Κανένας! Αυτό ήταν το AWAT #100 – περισσότερο από αρκετό για οποιονδήποτε. Ευχαριστώ για την ανάγνωση, ακόμα κι αν ήταν μόλις σήμερα. SN.