Заложить объяснение специальной теории относительности? [закрыто]

Специальная теория относительности исходит из двух основных идей:

1. Скорость света (в вакууме) всегда равна с.
2. Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета (в основном это точки зрения, которые не ускоряют, то есть подчиняются законам Ньютона).

С помощью этих двух моментов и небольшой математики можно сделать различные проверенные выводы:

1. Замедление времени : когда что-то движется быстрее относительно чего-то другого, время для более быстрого тела замедляется. Это не иллюзия замедления времени, это реальность: отдельные атомы, из которых состоит тело, работают медленнее, химические реакции протекают медленнее, биологические процессы (старение) происходят медленнее. С точки зрения более быстро движущегося тела его время течет в обычном темпе.
2. Сокращение длины : объекты, движущиеся быстро относительно других объектов, сжимаются вдоль линии направления, в котором они движутся.
3. Релятивистская одновременность : не существует такой вещи, как одновременные события: поскольку время привязано к наблюдателю, разные люди могут стать свидетелями двух событий, происходящих в разном порядке. Исключением являются «каузально связанные» события, то есть события, в которых событие А является причиной события В.
4. Масса-Энергия : Математика описывает массу тел в состоянии покоя и то, как эта масса изменяется при движении тел. Когда тела ускоряются, они становятся «тяжелее». Ничто с массой не может двигаться быстрее света (и ничто с массой не может двигаться СО скоростью света), потому что любое массивное тело достигнет бесконечной «относительной массы» на этой скорости. Вы можете получить$E=mc^2$и деление/синтез от этого.

Это очень краткое изложение основных моментов и принципов.

Важный момент относительно теории относительности заключается в том, что она не совсем похожа на физику, которую вы изучаете на вводном уроке физики. Там вы узнаете о законах Ньютона, законе Снелла, законе Ленца и т. д.

Это все законы, которые говорят вещам, как действовать; они говорят массе, как реагировать на силу, или свету, как сгибаться, или току, в какую сторону бежать.

Относительность отличается тем, что предлагает набор метазаконов, или законов, которым должны подчиняться другие законы физики. Он не говорит напрямую, что делать.

Классический пример — уравнения Максвелла. Это законы, которые говорят заряженным частицам и электромагнитным полям, как действовать. Оказывается, эти законы подчиняются определенному математическому критерию, называемому «Лоренц-инвариантностью», которого требует теория относительности. Итак, уравнения Максвелла — это хорошие релятивистские законы. Они подчиняются метазаконам.

С другой стороны, законы Ньютона (движения) не являются хорошими релятивистскими законами. Они не подчиняются метазаконам. Итак, в теории относительности нам нужен немного новый набор законов, чтобы описать, как масса реагирует на силу.

Что касается метазаконов, то они были изложены Ником Готчем выше как «основные идеи». Эти основные идеи оказываются эквивалентными лоренц-инвариантности.

Специальная теория относительности основана на идее о том, как одни и те же события для разных наблюдателей определяются каждым наблюдателем с помощью своих линеек и часов; собственное измерение пространства и времени. Он также основан на том принципе, что законы физики не меняются для наблюдателей, движущихся с разными скоростями относительно друг друга.

Средний неспециалист уже имеет интуитивное понимание того, как, по его мнению, события видятся наблюдателям, движущимся с разной скоростью друг относительно друга. Она получила название относительности Галилея после того, как Галилей впервые представил эту идею.

Например, человек, управляющий автомобилем, выжмет сцепление в какой-то момент времени t1, а затем нажмет педаль тормоза через время t2 примерно в том же месте своего пространства; нулевой интервал. С другой стороны, кто-то на дороге, наблюдая за водителем, подумает, что эти два события произошли с разным пространственным интервалом, не равным нулю в его пространстве, но разделенным одним и тем же интервалом времени t2-t1.

Вместо этого специальная теория относительности предполагает, что временной интервал между событиями для разных наблюдателей также изменяется таким же образом, как и для космических интервалов. Это также означает, что события, происходящие одновременно друг с другом, относительны, как подчеркивал Эйнштейн в своей статье 1905 года.

Специальная теория относительности Эйнштейна не может иметь большого значения для неспециалиста, потому что ему не нужны такие знания. Однако распространенное представление о том, что эта тема чрезвычайно сложна, побуждает неспециалистов изучать ее.

Основные понятия этой теории на самом деле несколько просты. Короче говоря, когда объект движется с определенной скоростью$u$, с ним происходят несколько, казалось бы, необычных явлений. Если брусок длиной$L_0$движется в направлении своей длины, ее новая длина будет казаться равной$L_0 \sqrt{1 - u^2 / c^2}$с нашей точки зрения на земле, где$c$это скорость света. Если эта формула для вас ничего не значит, просто обратите внимание, что длина уменьшается с увеличением скорости. Конечно, с точки зрения стержня будет казаться, что наша длина изменилась на этот фактор.

Поскольку время пропорционально расстоянию, пройденному с постоянной скоростью, сокращение длины может показать, что «темп времени» также изменяется при движении объекта. Если часы движутся в пространстве со скоростью, близкой к скорости света, они будут идти значительно медленнее, чем в состоянии покоя.

Это основы, но такие явления, как эквивалентность массы и энергии и энергия связи ядер, могут быть получены из этих концепций и экспериментов, проведенных в начале 20 века.