Teoria speciale e relativitetit, e botuar në vitin 1905 nga Ajnshtajni dhe një përgjithësim i rëndësishëm i një numri hipotezash të mëparshme, është një nga më rezonantet dhe më të diskutuara në fizikë.
Në të vërtetë, është e vështirë të imagjinohet që kur një objekt lëviz me një shpejtësi afër dritës, proceset fizike fillojnë të zhvillohen për të në një mënyrë krejtësisht të pazakontë: gjatësia e tij zvogëlohet, masa e tij rritet dhe koha ngadalësohet. Menjëherë pas botimit filluan përpjekjet për të diskredituar teorinë, të cilat vazhdojnë edhe sot, megjithëse kanë kaluar më shumë se njëqind vjet. Kjo nuk është për t'u habitur, sepse pyetja se çfarë është koha e ka shqetësuar prej kohësh njerëzimin dhe ka tërhequr vëmendjen e të gjithëve.
Ç'është relativizmi
Esenca e mekanikës relativiste (është gjithashtu teoria speciale e relativitetit, e cila në vijim referohet si SRT) dhe ndryshimi i saj nga mekanika klasike shprehet gjallërisht me përkthimin e drejtpërdrejtë të emrit të saj: latinishtja relativus do të thotë "i afërm". SRT postulon pashmangshmërinë e zgjerimit të kohës për një objekt ndërsa ai lëviz në lidhje me një vëzhgues.
Dallimie kësaj teorie, të propozuar nga Albert Ajnshtajni, nga mekanika e Njutonit dhe qëndron në faktin se të gjitha proceset e vazhdueshme mund të konsiderohen vetëm në lidhje me njëri-tjetrin ose me ndonjë vëzhgues të jashtëm. Para se të përshkruajmë se çfarë është zgjerimi relativist i kohës, është e nevojshme të thellohemi pak në çështjen e formimit të teorisë dhe të përcaktojmë pse formulimi i saj u bë i mundur dhe madje i detyrueshëm fare.
Origjina e Relativitetit
Në fund të shekullit të 19-të, shkencëtarët arritën të kuptojnë se disa të dhëna eksperimentale nuk përshtaten në pamjen e botës bazuar në mekanikën klasike.
Kontradiktat themelore rezultuan në përpjekje për të kombinuar mekanikën e Njutonit me ekuacionet e Maksuellit që përshkruajnë lëvizjen e valëve elektromagnetike në vakum dhe media të vazhdueshme. Dihej tashmë që drita është vetëm një valë e tillë, dhe ajo duhet të konsiderohet brenda kornizës së elektrodinamikës, por ishte jashtëzakonisht problematike të argumentohej me mekanikën vizuale dhe, më e rëndësishmja, me mekanikën e testuar me kohë.
Kontradikta, megjithatë, ishte e qartë. Supozoni se një fener është fiksuar përpara një treni në lëvizje, i cili shkëlqen përpara. Sipas Njutonit, shpejtësitë e trenit dhe drita që vjen nga feneri duhet të mblidhen. Ekuacionet e Maxwell-it në këtë situatë hipotetike thjesht "u prishën". Ishte e nevojshme një qasje krejtësisht e re.
Relativiteti Special
Do të ishte e gabuar të besohej se Ajnshtajni shpiku teorinë e relativitetit. Në fakt, ai iu drejtua veprave dhe hipotezave të shkencëtarëve që punuan para tij. Megjithatë, autori u afruapyetja nga ana tjetër dhe në vend të mekanikës së Njutonit i njohu ekuacionet e Maksuellit si "apriori të sakta".
Përveç parimit të famshëm të relativitetit (në fakt, i formuluar nga Galileo, megjithatë, brenda kornizës së mekanikës klasike), kjo qasje e çoi Ajnshtajnin në një deklaratë interesante: shpejtësia e dritës është konstante në të gjitha kornizat e referencë. Dhe është ky përfundim që na lejon të flasim për mundësinë e ndryshimit të standardeve të kohës kur objekti lëviz.
Konstanca e shpejtësisë së dritës
Duket se pohimi "shpejtësia e dritës është konstante" nuk është befasuese. Por përpiquni të imagjinoni se jeni duke qëndruar në vend dhe duke parë dritën që largohet nga ju me një shpejtësi fikse. Ju ndiqni rrezen, por ajo vazhdon të largohet nga ju me të njëjtën shpejtësi. Për më tepër, duke u kthyer dhe duke fluturuar në drejtim të kundërt nga rrezja, nuk do të ndryshoni në asnjë mënyrë shpejtësinë e distancës nga njëri-tjetri!
Si është e mundur kjo? Këtu fillon biseda për efektin relativist të zgjerimit të kohës. Interesante? Pastaj lexoni!
Zgjerimi relativist i kohës sipas Ajnshtajnit
Kur shpejtësia e një objekti i afrohet shpejtësisë së dritës, koha e brendshme e objektit llogaritet të ngadalësohet. Nëse supozojmë se një person lëviz paralel me rrezet e diellit me një shpejtësi të ngjashme, koha për të do të ndalojë fare vrapimin. Ekziston një formulë për zgjerimin relativist të kohës, që pasqyron marrëdhënien e saj me shpejtësinë e një objekti.
Megjithatë, kur studiojmë këtë çështje, duhet mbajtur mend se asnjë trup me masë as teorikisht nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës.
Paradokse që lidhen me teorinë
Relativiteti special është një punë shkencore dhe jo e lehtë për t'u kuptuar. Megjithatë, interesi i publikut për pyetjen se sa është ora rregullisht lind ide që në nivelin e përditshëm duken si paradokse të pazgjidhshme. Për shembull, shembulli i mëposhtëm habit shumicën e njerëzve që janë futur në SRT pa ndonjë njohuri nga fizika.
Janë dy avionë, njëri prej të cilëve fluturon drejt, dhe i dyti ngrihet dhe, duke përshkruar një hark me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, arrin të parin. Në mënyrë të parashikueshme, rezulton se koha për aparatin e dytë (i cili fluturoi me shpejtësi afër dritës) kaloi më ngadalë sesa për të parën. Sidoqoftë, në përputhje me postulatin SRT, kornizat e referencës për të dy avionët janë të barabartë. Kjo do të thotë që koha mund të kalojë më ngadalë si për njërën ashtu edhe për tjetrën. Duket se kjo është një rrugë pa krye. Por…
Zgjidhja e paradokseve
Në fakt, burimi i këtij lloji paradoksesh është një keqkuptim i mekanizmit të teorisë. Kjo kontradiktë mund të zgjidhet duke përdorur një eksperiment të njohur spekulativ.
Kemi një strehë me dy dyer që formojnë një kalim kalimtar dhe një shtyllë pak më të gjatë se gjatësia e kasollit. Nëse e shtrijmë shtyllën nga dera në derë, ata nuk do të mund të mbyllen ose thjesht do të na thyejnë shtyllën. Nëse shtylla, duke fluturuar në hambar,do të ketë një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, gjatësia e saj do të ulet (kujtoni: një objekt që lëviz me shpejtësinë e dritës do të ketë një gjatësi prej zero), dhe në momentin që është brenda hambarit, ne mund ta mbyllim dhe hapim dyert pa thyer rekuizitat tona.
Nga ana tjetër, si në shembullin me aeroplanin, është hambari ai që duhet të ulet në raport me polin. Paradoksi përsëritet, dhe, siç duket, nuk ka rrugëdalje - të dy objektet zvogëlohen në mënyrë sinkrone në gjatësi. Megjithatë, mbani mend se gjithçka është relative dhe zgjidhni problemin duke ndryshuar kohën.
Relativiteti i njëkohshmërisë
Kur buza e përparme e shtyllës është brenda, përpara derës së përparme, mund ta mbyllim dhe ta hapim, dhe në momentin kur shtylla fluturon plotësisht në kasolle, do të bëjmë të njëjtën gjë me pjesën e pasme. dera. Duket se nuk po e bëjmë në të njëjtën kohë, dhe eksperimenti dështoi, por këtu del gjëja kryesore: në përputhje me teorinë speciale të relativitetit, momentet e mbylljes së të dy dyerve ndodhen në të njëjtën pikë në boshti kohor.
Kjo ndodh sepse ngjarjet që ndodhin njëkohësisht në një kornizë referimi nuk do të jenë të njëkohshme në një tjetër. Zgjerimi relativist i kohës manifestohet në marrëdhëniet e objekteve dhe ne i kthehemi përgjithësimit absolutisht të përditshëm të teorisë së Ajnshtajnit: gjithçka është relative.
Ka edhe një detaj: barazia e sistemeve të referencës është e rëndësishme në SRT, kur të dy objektet lëvizin në mënyrë uniforme dhe drejtvizore. Sapo njëri prej trupave fillon të përshpejtohet ose ngadalësohet, kuadri i tij i referencës bëhet unike mundur.
Paradoksi Binjak
Paradoksi më i famshëm që shpjegon zgjerimin relativist të kohës "në një mënyrë të thjeshtë" është një eksperiment mendimi me dy vëllezër binjakë. Njëri prej tyre fluturon në një anije kozmike me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, ndërsa tjetri mbetet në tokë. Pas kthimit, vëllai astronaut zbulon se ai vetë është 10 vjeç dhe vëllai i tij, i cili ka mbetur në shtëpi, është rritur deri në 20 vjeç.
Pamja e përgjithshme duhet të jetë tashmë e qartë për lexuesin nga shpjegimet e mëparshme: për vëllain në anije kozmike, koha ngadalësohet sepse shpejtësia e tij është afër shpejtësisë së dritës; ne nuk mund ta pranojmë kornizën e referencës në lidhje me vëllanë në tokë, pasi do të rezultojë të jetë jo-inercial (vetëm një vëlla përjeton mbingarkesa).
Dëshiroj të vë në dukje diçka tjetër: pavarësisht se në çfarë shkalle arrijnë kundërshtarët në mosmarrëveshje, fakti mbetet: koha në vlerën e saj absolute mbetet konstante. Pavarësisht se sa vite një vëlla fluturon në një anije kozmike, ai do të vazhdojë të plaket saktësisht me të njëjtin ritëm me kalimin e kohës në kornizën e tij të referencës, dhe vëllai i dytë do të plaket saktësisht me të njëjtën shpejtësi - ndryshimi do të zbulohet vetëm kur ata takohen, dhe jo në asnjë rast tjetër.
Zgjerimi i kohës së gravitetit
Si përfundim, duhet theksuar se ekziston një lloj i dytë i zgjerimit të kohës, tashmë i lidhur me teorinë e përgjithshme të relativitetit.
Edhe në shekullin e 18-të, Mitchell parashikoi ekzistencën e të kuqeszhvendosje, që do të thotë se kur një objekt lëviz midis zonave me gravitet të fortë dhe të dobët, koha për të do të ndryshojë. Pavarësisht përpjekjeve për të studiuar çështjen nga Laplace dhe Zoldner, vetëm Ajnshtajni paraqiti një vepër të plotë mbi këtë temë në 1911.
Ky efekt nuk është më pak interesant se zgjerimi relativist i kohës, por kërkon një studim të veçantë. Dhe kjo, siç thonë ata, është një histori krejtësisht tjetër.
