Einstein tarafından 1905'te yayınlanan ve daha önceki birkaç hipotezin önemli bir genellemesi olan özel görelilik teorisi, fizikte en çok yankı uyandıran ve tartışılanlardan biridir.
Gerçekten de, bir nesne ışık hızına yakın bir hızda hareket ettiğinde, fiziksel süreçlerin onun için tamamen alışılmadık bir şekilde ilerlemeye başladığını hayal etmek zordur: uzunluğu azalır, kütlesi artar ve zaman yavaşlar. Yayınlanmasından hemen sonra, üzerinden yüz yıldan fazla zaman geçmesine rağmen günümüzde de devam eden teoriyi itibarsızlaştırma girişimleri başladı. Bu şaşırtıcı değil, çünkü zamanın kaç olduğu sorusu uzun zamandır insanlığı endişelendirdi ve herkesin dikkatini çekti.
Görelilik nedir
Relativistik mekaniğin özü (bundan sonra SRT olarak anılacak olan özel görelilik teorisidir) ve klasik mekanikten farkı, adının doğrudan çevirisiyle canlı bir şekilde ifade edilir: Latin relativus "göreli" anlamına gelir. SRT, bir gözlemciye göre hareket eden bir nesne için zaman genişlemesinin kaçınılmazlığını varsayar.
FarkAlbert Einstein tarafından Newton mekaniğinden öne sürülen bu teorinin en önemli özelliği, devam eden tüm süreçlerin yalnızca birbirine veya dışarıdan bir gözlemciye göre düşünülebileceği gerçeğinde yatmaktadır. Göreceli zaman genişlemesinin ne olduğunu açıklamadan önce, teorinin oluşumu sorununu biraz araştırmak ve formülasyonunun neden mümkün ve hatta zorunlu hale geldiğini belirlemek gerekiyor.
Göreliliğin Kökenleri
19. yüzyılın sonunda, bilim adamları bazı deneysel verilerin klasik mekaniğe dayalı dünya resmine uymadığını anlamaya başladılar.
Temel çelişkiler, Newton'un mekaniğini Maxwell'in elektromanyetik dalgaların vakum ve sürekli ortamdaki hareketini tanımlayan denklemleriyle birleştirme girişimleriyle sonuçlandı. Işığın tam da böyle bir dalga olduğu ve elektrodinamik çerçevesinde ele alınması gerektiği zaten biliniyordu, ancak görsel ve en önemlisi zaman içinde test edilmiş mekaniklerle tartışmak son derece sorunluydu.
Ancak çelişki barizdi. Farz edelim ki, ileri doğru parlayan hareket eden bir trenin önüne bir fener sabitlendi. Newton'a göre, trenin hızları ile fenerden gelen ışığın toplamı olmalıdır. Bu varsayımsal durumda Maxwell'in denklemleri basitçe "kırıldı". Tamamen yeni bir yaklaşım gerekiyordu.
Özel Görelilik
Einstein'ın görelilik teorisini icat ettiğine inanmak yanlış olur. Hatta kendisinden önce çalışmış bilim adamlarının eserlerine ve varsayımlarına yönelmiştir. Ancak yazar yaklaştıÖte yandan, Newton'un mekaniği yerine Maxwell denklemlerini "önceden doğru" olarak kabul etti.
Ünlü görelilik ilkesine ek olarak (aslında Galileo tarafından klasik mekanik çerçevesinde formüle edilmiştir), bu yaklaşım Einstein'ı ilginç bir ifadeye götürdü: ışığın hızı evrenin tüm çerçevelerinde sabittir. referans. Ve nesne hareket ettiğinde zaman standartlarını değiştirme olasılığı hakkında konuşmamızı sağlayan da bu sonuçtur.
Işık hızının sabitliği
"Işığın hızı sabittir" ifadesinin şaşırtıcı olmadığı anlaşılıyor. Ancak hareketsiz durduğunuzu ve ışığın sizden sabit bir hızla uzaklaştığını izlediğinizi hayal etmeye çalışın. Işını takip edersiniz, ancak sizden tam olarak aynı hızda uzaklaşmaya devam eder. Üstelik kendi etrafınızda dönerek ışının aksi istikametinde uçarak da birbirinize olan mesafenizin hızını hiçbir şekilde değiştirmemiş olursunuz!
Bu nasıl mümkün olabilir? Burada zaman genişlemesinin göreli etkisi hakkındaki konuşma başlıyor. İlginç? O halde okumaya devam edin!
Einstein'a göre göreli zaman genişlemesi
Bir cismin hızı ışık hızına yaklaştığında, cismin iç zamanı yavaşlayacak şekilde hesaplanır. Bir kişinin güneş ışığına paralel olarak benzer bir hızla hareket ettiğini varsayarsak, onun için zaman hiç durmaz. Göreceli zaman genişlemesi için bir nesnenin hızıyla ilişkisini yansıtan bir formül vardır.
Ancak bu konu incelenirken unutulmamalıdır ki kütlesi olan hiçbir cisim teorik olarak ışık hızına bile ulaşamaz.
Teori ile ilgili paradokslar
Özel görelilik bilimsel bir çalışmadır ve anlaşılması kolay değildir. Bununla birlikte, düzenli olarak saatin kaç olduğu sorusuna olan kamu ilgisi, günlük düzeyde çözülemez paradokslar gibi görünen fikirlerin doğmasına neden olur. Örneğin, aşağıdaki örnek, herhangi bir fizik bilgisi olmadan SRT ile tanışan çoğu insanı şaşırtıyor.
İki uçak vardır, biri dümdüz uçar ve ikincisi havalanır ve ışık hızına yakın bir hızda bir yay tanımlayarak birinciyi yakalar. Tahmin edilebileceği gibi, (ışık hızına yakın bir hızda uçan) ikinci düzeneğin zamanının ilkinden daha yavaş geçtiği ortaya çıktı. Ancak, SRT varsayımına göre, her iki hava aracı için referans çerçeveleri eşittir. Bu, zamanın hem biri hem de diğer cihaz için daha yavaş geçebileceği anlamına gelir. Görünüşe göre bu bir çıkmaz sokak. Ama…
Paradoksları çözme
Aslında bu tür paradoksların kaynağı teorinin mekanizmasının yanlış anlaşılmasıdır. Bu çelişki, iyi bilinen bir spekülatif deney kullanılarak çözülebilir.
Bir geçiş oluşturan iki kapılı ve kulübenin uzunluğundan biraz daha uzun bir direkli bir kulübemiz var. Direği kapıdan kapıya uzatırsak ya kapanamazlar ya da direklerimizi kırarlar. Direk, ahıra uçarsa,ışık hızına yakın bir hıza sahip olacak, uzunluğu azalacak (unutmayın: ışık hızında hareket eden bir cismin uzunluğu sıfır olacaktır) ve ahırın içinde olduğu anda, onu kapatıp açabiliriz. kapılarımızı kırmadan.
Öte yandan, uçaktaki örnekte olduğu gibi, direğe göre azalması gereken ahırdır. Paradoks tekrarlanıyor ve öyle görünüyor ki, bir çıkış yolu yok - her iki nesne de eşzamanlı olarak uzunluk olarak az altılıyor. Ancak her şeyin göreceli olduğunu unutmayın ve zamanı değiştirerek sorunu çözün.
Eşzamanlılığın Göreliliği
Direk ön kenarı içerideyken, ön kapının önündeyken onu kapatıp açabiliyoruz ve direk tamamen kulübeye girdiği anda aynısını arkasıyla da yapacağız kapı. Görünüşe göre bunu aynı anda yapmıyoruz ve deney başarısız oldu, ancak burada asıl şey ortaya çıkıyor: özel görelilik teorisine göre, her iki kapının da kapanma anları aynı noktada yer alıyor. zaman ekseni.
Bu, bir referans çerçevesinde aynı anda meydana gelen olaylar diğerinde eşzamanlı olmayacağı için olur. Göreceli zaman genişlemesi, nesnelerin ilişkisinde kendini gösterir ve Einstein'ın teorisinin kesinlikle günlük genelleştirmesine geri döneriz: her şey görecelidir.
Bir ayrıntı daha var: Referans sistemlerinin eşitliği, her iki nesne de düzgün ve doğrusal hareket ettiğinde SRT ile ilgilidir. Gövdelerden biri hızlanmaya veya yavaşlamaya başlar başlamaz, referans çerçevesi benzersiz hale gelir.mümkün.
İkiz Paradoks
Göreli zaman genişlemesini "basit bir şekilde" açıklayan en ünlü paradoks, iki ikiz kardeşle yapılan bir düşünce deneyidir. Biri uzay gemisiyle ışık hızına yakın bir hızla uçar, diğeri ise yerde kalır. Döndükten sonra, astronot kardeş kendisinin 10 yaşında olduğunu ve evde kalan erkek kardeşinin 20 kadar yaşlandığını keşfeder.
Genel resim, okuyucu için önceki açıklamalardan zaten net olmalıdır: uzay gemisindeki kardeş için, hızı ışık hızına yakın olduğu için zaman yavaşlar; yerdeki kardeşe göre referans çerçevesini kabul edemeyiz, çünkü eylemsiz olduğu ortaya çıkacaktır (sadece bir kardeş aşırı yüklenmeye maruz kalır).
Başka bir şeye dikkat çekmek istiyorum: Muhalifler anlaşmazlıkta ne dereceye kadar ulaşırlarsa ulaşsınlar, gerçek şu ki: mutlak değeriyle zaman sabit kalır. Bir kardeş bir uzay gemisinde kaç yıl uçarsa uçsun, onun referans çerçevesinde geçen zaman tam olarak aynı oranda yaşlanmaya devam edecek ve ikinci kardeş tam olarak aynı oranda yaşlanacak - aradaki fark ancak o zaman ortaya çıkacak. buluşuyorlar, başka bir durumda değil.
Yerçekimi zaman genişlemesi
Sonuç olarak, genel görelilik kuramıyla zaten ilişkilendirilen ikinci bir zaman genişlemesi türü olduğu belirtilmelidir.
18. yüzyılda bile Mitchell kırmızının varlığını öngördü.yer değiştirme, yani bir nesne güçlü ve zayıf yerçekimi olan alanlar arasında hareket ettiğinde, zamanın değişeceği anlamına gelir. Laplace ve Zoldner'ın konuyu inceleme girişimlerine rağmen, 1911'de sadece Einstein bu konuda tam teşekküllü bir çalışma sundu.
Bu etki, göreli zaman genişlemesinden daha az ilginç değildir, ancak ayrı bir çalışma gerektirir. Ve bu, dedikleri gibi, tamamen farklı bir hikaye.
