La relativité restreinte d'Einstein

En 1905, Albert Einstein a publié le la théorie de la relativité restreinte,

Sommaire

qui explique comment interpréter le mouvement entre différents référentiels inertiels - qui est, endroits qui se déplacent à une vitesse constante par rapport à l'autre.

Einstein a expliqué que, lorsque deux objets se déplacent à une vitesse constante comme le mouvement relatif entre les deux objets, au lieu de faire appel à l'éther comme un cadre de référence absolu qui a défini ce qui se passait. Si vous et certains astronaute, Ambre, vous déplacez dans différents vaisseaux spatiaux et que vous voulez comparer vos observations, tout ce qui compte est à quelle vitesse vous vous déplacez et Amber par rapport à l'autre.

Relativité restreinte ne comprend que le cas particulier (d'où le nom) où le mouvement est uniforme. La motion, il explique seulement si vous voyagez dans une ligne droite à une vitesse constante. Dès que vous accélérez ou courbe - ou faire tout ce qui change la nature de la motion en aucune façon - la relativité spéciale cesse d'être applicable. Voilà où la théorie générale de la relativité d'Einstein arrive, car elle peut expliquer le cas général de toute sorte de mouvement.

La théorie d'Einstein a été basée sur deux principes clés:

  • Le principe de la relativité: Les lois de la physique ne changent pas, même pour les objets se déplaçant dans inertie cadres (vitesse constante) de référence.

  • Le principe de la vitesse de la lumière: La vitesse de la lumière est la même pour tous les observateurs, indépendamment de leur mouvement par rapport à la source lumineuse. (Physiciens écrivent cette vitesse en utilisant le symbole c.)




Le génie des découvertes d'Einstein est qu'il a regardé les expériences et a assumé les constatations étaient vraies. Ce fut exactement le contraire de ce que les autres physiciens semblaient faire. Au lieu de supposer la théorie était correcte et que les expériences ont échoué, il a supposé que les expériences étaient correctes et la théorie avaient échoué.

Dans la dernière partie du 19ème siècle, les physiciens étaient à la recherche pour la chose mystérieuse appelée éther - le moyen qu'ils croyaient existait pour les ondes lumineuses à travers des vagues. La croyance dans l'éther avait causé un désordre des choses, de l'avis d'Einstein, en introduisant un milieu qui a causé certaines lois de la physique à travailler différemment selon la façon dont l'observateur déplacé par rapport à l'éther. Einstein juste enlevé l'éther entièrement et suppose que les lois de la physique, y compris la vitesse de la lumière, ont travaillé le même indépendamment de la façon dont vous dirigiez - exactement comme les mathématiques et les expériences ont montré qu'ils soient!

Espace et le temps Unifying

La théorie d'Einstein de la relativité restreinte a créé un lien fondamental entre l'espace et le temps. L'univers peut être considéré comme ayant trois dimensions de l'espace - haut / bas, gauche / droite, avant / arrière - et une dimension de temps. Cet espace à 4 dimensions est appelé le continuum espace-temps.

Si vous déplacez assez vite à travers l'espace, les observations que vous faites sur l'espace et le temps diffèrent quelque peu des observations d'autres personnes, qui se déplacent à des vitesses différentes.

Vous pouvez imaginer ce pour vous-même par la compréhension de l'expérience de pensée représenté dans cette figure. Imaginez que vous êtes sur un vaisseau spatial et la tenue d'un laser de sorte qu'il tire un faisceau de lumière directement en place, en frappant un miroir que vous avez placé sur le plafond. Le faisceau de lumière revient ensuite vers le bas et frappe un détecteur.

(Haut) Vous voyez un faisceau de lumière monter, rebondir sur le miroir, et venez vers le bas. (Bottom) Ambre
(Haut) Vous voyez un faisceau de lumière monter, rebondir sur le miroir, et venez vers le bas. (Bottom) Ambre voit le Voyage de faisceau le long d'un parcours en diagonale.

Cependant, le vaisseau spatial se déplace à une vitesse constante de la moitié de la vitesse de la lumière (0,5c, que les physiciens l'écrire). Selon Einstein, cela ne fait aucune différence pour vous - vous ne pouvez même pas dire que vous êtes en mouvement. Toutefois, si l'astronaute Ambre étaient espionnage sur vous, comme dans le bas de la figure, ce serait une autre histoire.

Ambre verrait votre faisceau de lumière vers le haut Voyage le long d'un parcours en diagonale, frapper le miroir, puis voyager vers le bas le long d'un parcours en diagonale avant de frapper le détecteur. En d'autres termes, vous et Amber verriez différent chemins de la lumière et, plus important encore, ces chemins ne sont même pas de la même longueur. Cela signifie que le temps le faisceau prend pour aller du laser sur le miroir au détecteur doit également être différent pour vous et Amber afin que vous êtes d'accord sur la vitesse de la lumière.

Ce phénomène est connu sous le nom la dilatation du temps, où le temps sur un navire en mouvement très rapidement semble passer plus lent que sur la Terre.

Aussi étrange que cela paraisse, cet exemple (et beaucoup d'autres) démontre que dans la théorie de la relativité d'Einstein, l'espace et le temps sont intimement liés entre eux. Si vous appliquez Lorentz équations de transformation, ils travaillent de sorte que la vitesse de la lumière est parfaitement compatible pour les deux observateurs.

Ce comportement étrange de l'espace et le temps est seulement évident lorsque vous voyagez à proximité de la vitesse de la lumière, afin que personne ne l'avait jamais observé auparavant. Les expériences menées depuis la découverte d'Einstein ont confirmé qu'il est vrai - temps et l'espace sont perçus différemment, précisément de la façon décrite Einstein, pour les objets en mouvement près de la vitesse de la lumière.

Unifying de masse et de l'énergie

L'œuvre la plus célèbre de la vie d'Einstein date également de 1905 (une année chargée pour lui), quand il a appliqué les idées de son papier de la relativité à venir avec l'équation E=mc2 qui représente la relation entre la masse (m) et de l'énergie (E).

En un mot, Einstein a constaté que comme un objet approché de la vitesse de la lumière, c, la masse de l'objet augmente. L'objet va plus vite, mais il devient aussi plus lourd. Si elle était effectivement en mesure de se déplacer à c, la masse et l'énergie de l'objet seraient tous deux infinie. Un objet plus lourd est plus difficile d'accélérer, il est donc impossible de jamais réellement obtenir la particule jusqu'à une vitesse de c.

Jusqu'à Einstein, les concepts de masse et de l'énergie ont été considérés comme complètement séparé. Il a prouvé que les principes de conservation de la masse et de conservation de l'énergie font partie de la même grande, principe unifié, conservation de la masse-énergie. Matière peut être transformé en énergie et peut être transformé en question, car une connexion fondamentale existe entre les deux types de substances.


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