4: Спеціальна відносність

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 3.6: Проблеми
- 4.1: Галілея Просторово-часове мислення

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Альберт Ейнштейн винайшов спеціальні та загальні теорії відносності на початку 20 століття, хоча багато інших людей сприяли інтелектуальному клімату, який зробив ці відкриття можливими. Спеціальна теорія відносності виникла внаслідок конфлікту ідей механіки, розроблених Галілеєм і Ньютоном, і теорією електромагнетизму. З цієї причини відносність часто обговорюється в підручниках після розвитку електромагнетизму. Однак особлива відносність насправді є дійсним продовженням галілейського світогляду, який потрібен, коли об'єкти рухаються з дуже високими швидкостями, і це лише випадково пов'язано з електромагнетизмом. З цієї причини ми обговорюємо відносність перед електромагнетизмом.

Єдиний факт від електромагнетизму, який нам потрібен, вводиться зараз: існує максимальна швидкість, з якою об'єкти можуть подорожувати. Це випадково дорівнює швидкості світла у вакуумі, c = 3 × 10 ⁸ м с ^-1. Крім того, вимірювання швидкості конкретного світлового променя дає однакову відповідь незалежно від швидкості джерела світла або швидкості, з якою рухається вимірювальний прилад.

Цей досить химерний експериментальний результат на відміну від того, що відбувається в Галілейській відносності. Якщо дві машини проїжджають пішохода, що стоїть на бордюрі, один на 20 м ^-1, а інший - 50 м с ^-1, швидше автомобіль, здається, рухається зі швидкістю 30 м ^-1 щодо більш повільного автомобіля. Однак якщо світловий промінь, що рухається зі швидкістю 3 × 10 ⁸ м с ^-1, проходить міжзоряний космічний корабель, що рухається зі швидкістю 2 × 10 ⁸ м с ^-1, то світловий промінь виявляється мешканцям космічного корабля, що рухається зі швидкістю 3 × 10 ⁸ м с ^-1, а не 1 × 10 ⁸ м с. ^-1. Крім того, якщо космічний корабель проміняє світловий сигнал вперед до своєї (стаціонарної) планети призначення, то отриманий промінь, здається, рухається зі швидкістю 3 × 10 ⁸ м ^-1 до приладів у пункті призначення, а не 5 × 10 ⁸ м ^-1.

Те, що мова йде про світлових променях, тільки для зручності. Будь-який інший спосіб надсилання сигналу на максимально дозволеній швидкості призведе до такої ж поведінки. Тому ми не можемо шукати відповіді на цей очевидний парадокс у особливих властивостях світла. Замість цього ми повинні дивитися на основну природу простору і часу.

Мініатюра: світловий конус складається з усіх світових ліній, за якими слідує світло від події А у вершині конуса. (CC BY 4.0; OpenStax)