Klassinen fysiikka on sitä mieltä, että jokainen tarkkailija paikasta riippumatta saa samat tulokset aika- ja laajuusmittauksissaan. Suhteellisuusperiaate sanoo, että tarkkailijat voivat saada erilaisia tuloksia, ja tällaisia vääristymiä kutsutaan "relatiivisiksi vaikutuksiksi". Lähestyessään valon nopeutta Newtonin fysiikka siirtyy sivuun.
Valon nopeus
Tiedemies A. Michelson, joka mittasi valon nopeuden vuonna 1881, tajusi, että nämä tulokset eivät riipu säteilylähteen liikkeen nopeudesta. Yhdessä E. V. Morley Michelson suoritti vuonna 1887 toisen kokeen, jonka jälkeen koko maailmalle kävi selväksi: riippumatta siitä, mihin suuntaan mittaus tehdään, valon nopeus on kaikkialla ja aina sama. Näiden tutkimusten tulokset olivat ristiriidassa silloisten fysiikan käsitysten kanssa, koska jos valo liikkuu tietyssä väliaineessa (eetterissä) ja planeetta liikkuu samassa väliaineessa, mittaukset eri suuntiin eivät voi olla samat.
Myöhemmin ranskalaisesta matemaatikko, fyysikko ja tähtitieteilijä Jules Henri Poincarésta tuli yksi suhteellisuusteorian perustajista. Hän kehitti Lorentzin teorian, jonka mukaan olemassa olevaeetteri on liikkumaton, joten valon nopeus suhteessa siihen ei riipu lähteen nopeudesta. Liikkuvissa viitekehyksessä suoritetaan Lorentzin muunnoksia, ei Galilean muunnoksia (Newtonin mekaniikassa siihen asti hyväksytyt Galilean muunnokset). Tästä lähtien Galilean muunnoksista on tullut Lorentzin muunnosten erikoistapaus, kun siirrytään toiseen inertiaaliseen vertailukehykseen pienellä (valonnopeuteen verrattuna) nopeudella.
Eetterin lakkauttaminen
Pituuden supistumisen relativistinen vaikutus, jota kutsutaan myös Lorentzin supistukseksi, on se, että havainnoijalle suhteessa häneen liikkuvilla esineillä on lyhyempi pituus.
Albert Einstein antoi merkittävän panoksen suhteellisuusteoriaan. Hän poisti kokonaan termin "eetteri", joka siihen asti oli läsnä kaikkien fyysikkojen päättelyssä ja laskelmissa, ja hän siirsi kaikki käsitteet tilan ja ajan ominaisuuksista kinematiikkaan.
Einsteinin työn julkaisun jälkeen Poincaré ei vain lopettanut tieteellisten artikkeleiden kirjoittamista tästä aiheesta, vaan ei myöskään maininnut kollegansa nimeä missään teoksessaan, lukuun ottamatta ainoata tapausta, jossa viittaus teoriaan valosähköistä efektiä. Poincare jatkoi keskustelua eetterin ominaisuuksista ja kielsi kategorisesti kaikki Einsteinin julkaisut, vaikka samaan aikaan hän kohteli suurinta tiedemiestä kunnioittavasti ja jopa antoi hänelle loistavan todistuksen, kun Zürichin korkeamman ammattikorkeakoulun hallinto halusi kutsua Einsteinin. tulla professoriksi oppilaitokseen.
Suhteellisuusteoria
Jopa monet niistä, jotka ovat täysin ristiriidassa fysiikan ja matematiikan kanssa, ainakin yleisesti ottaen, mitä suhteellisuusteoria on, koska se on ehkä tunnetuin tieteellisistä teorioista. Sen postulaatit tuhoavat tavallisia ajatuksia ajasta ja avaruudesta, ja vaikka kaikki koululaiset opiskelevat suhteellisuusteoriaa, sen ymmärtämiseen kokonaisuudessaan ei riitä pelkkä kaavojen tunteminen.
Aikalaajenemisen vaikutusta testattiin kokeessa yliäänilentokoneella. Aluksella olevat tarkat atomikellot alkoivat jäädä jäljessä sekunnin murto-osalla palattuaan. Jos on kaksi tarkkailijaa, joista toinen seisoo paikallaan ja toinen liikkuu jollain nopeudella ensimmäiseen nähden, paikallaan olevan tarkkailijan aika kuluu nopeammin ja liikkuvan kohteen minuutti kestää vähän. pitempi. Jos liikkuva tarkkailija kuitenkin päättää palata takaisin ja tarkistaa kellonajan, käy ilmi, että hänen kellonsa näyttää hieman vähemmän kuin ensimmäinen. Toisin sanoen matkustaessaan paljon suuremman matkan avaruuden mittakaavassa hän "eli" vähemmän aikaa liikkuessaan.
Relativistiset vaikutukset elämässä
Monet uskovat, että relativistisia vaikutuksia voidaan havaita vain, kun valon nopeus saavutetaan tai lähestyy sitä, ja tämä on totta, mutta voit tarkkailla niitä paitsi hajottamalla avaruusalustasi. Tieteellisen Physical Review Letters -lehden sivuilla voit lukea ruotsalaisten teoreettisesta työstä.tiedemiehet. He kirjoittivat, että relativistisia vaikutuksia esiintyy jopa yksinkertaisessa auton akussa. Prosessi on mahdollista lyijyatomien elektronien nopean liikkeen ansiosta (muuten, ne ovat syynä suurimmalle osalle liittimien jännitteestä). Tämä selittää myös sen, miksi tinapohjaiset akut eivät toimi lyijyn ja tinan samank altaisuuksista huolimatta.
Fancy Metals
Elektronien pyörimisnopeus atomeissa on melko alhainen, joten suhteellisuusteoria ei yksinkertaisesti toimi, mutta poikkeuksiakin on. Jos siirryt jaksollisessa taulukossa yhä pidemmälle, käy selväksi, että siinä on melko vähän lyijyä raskaampaa alkuainetta. Suuri ydinmassa tasapainotetaan lisäämällä elektronien nopeutta, ja se voi jopa lähestyä valon nopeutta.
Jos tarkastelemme tätä näkökohtaa suhteellisuusteorian puolelta, käy selväksi, että elektroneilla on tässä tapauksessa oltava v altava massa. Tämä on ainoa tapa säilyttää kulmaliikemäärä, mutta kiertorata kutistuu sädettä pitkin, ja tämä todellakin havaitaan raskasmetalliatomeissa, mutta "hitaiden" elektronien kiertoradat eivät muutu. Tämä relativistinen vaikutus havaitaan joidenkin s-orbitaalien metallien atomeissa, joilla on säännöllinen, pallosymmetrinen muoto. Uskotaan, että suhteellisuusteorian seurauksena elohopealla on nestemäinen aggregaatiotila huoneenlämpötilassa.
Avaruusmatkailu
Avaruudessa olevat objektit ovat toisistaanv altavia matkoja, ja jopa valonnopeudella liikkuessa niiden ylittäminen kestää hyvin kauan. Esimerkiksi meitä lähimmän tähden Alpha Centauriin saavuttaminen valonnopeudella toimivalla avaruusaluksella kestää neljä vuotta, ja viereiseen galaksiimme, Suureen Magellanin pilveen, pääseminen kestää 160 000 vuotta.
Alpha Centauriin ja takaisin on edelleen mahdollista lentää, koska se kestää vain kahdeksan vuotta, ja laivan asukkaille, jotka tuntevat ajan laajentumisen vaikutuksen, tämä ajanjakso on paljon pienempi, mutta palatessaan matk alta naapurigalaksiin astronautit huomaavat, että heidän synnyinmaassaan planeetalla on kulunut kolmesataakaksikymmentätuhatta vuotta ja ihmissivilisaatio on saattanut lakata olemasta kauan sitten. Siten relativistiset efektit antavat ihmisten matkustaa ajassa. Tätä pidetään yhtenä avaruustutkimuksen pääongelmista, koska mitä järkeä on valloittaa ulkoavaruus, jos paluuta ei ole?
Muuta toimintaa
Kuuluisan aikalaajenemisen lisäksi on olemassa myös relativistinen Doppler-ilmiö, jonka mukaan jos a altojen lähde alkaa liikkua, niin tarkkailija näkee tätä liikettä kohti etenevät aallot "pakattuina", ja kohti poistoa aallonpituus kasvaa.
Tämä ilmiö on tyypillinen mille tahansa aallolle, joten se voidaan havaita esimerkissä äänestä jokapäiväisessä elämässä. Ihmiskorva näkee ääniaallon vähenemisen äänenvoimakkuuden nousuna. Niin,kun junan tai auton signaali kuuluu kaukaa, se on matalampi, ja jos juna ohittaa tarkkailijan samalla ääntä, niin sen korkeus on korkeampi lähestymishetkellä, mutta heti kun esineet tasoittuvat ja juna alkaa edetä, sävy tulee jyrkästi matalammaksi ja jatkuu matalammilla sävelillä.
Nämä relativistiset vaikutukset johtuvat klassisesta analogista taajuuden muutoksista vastaanottimen ja lähteen liikkuessa sekä relativistisesta aikalaajenemisesta.
Tietoja magnetismista
Muiden asioiden ohella nykyajan fyysikot puhuvat yhä enemmän magneettikentästä relativistisena ilmiönä. Tämän tulkinnan mukaan magneettikenttä ei ole itsenäinen fyysinen materiaalikokonaisuus, se ei ole edes yksi sähkömagneettisen kentän ilmenemismuodoista. Magneettikenttä on suhteellisuusteorian näkökulmasta vain prosessi, joka tapahtuu avaruudessa pistevarausten ympärillä sähkökentän siirtymisen vuoksi.
Tämän teorian kannattajat uskovat, että jos C (valon nopeus tyhjiössä) olisi ääretön, vuorovaikutusten eteneminen nopeudessa olisi myös rajaton, ja sen seurauksena magnetismin ilmentymiä ei voisi syntyä.
