Fizyka klasyczna jest zdania, że każdy obserwator, niezależnie od lokalizacji, otrzyma takie same wyniki w swoich pomiarach czasu i zasięgu. Zasada względności mówi, że obserwatorzy mogą uzyskiwać różne wyniki, a takie zniekształcenia nazywane są „efektami relatywistycznymi”. Zbliżając się do prędkości światła, fizyka Newtona odsuwa się na bok.
Prędkość światła
Naukowiec A. Michelson, który zmierzył prędkość światła w 1881 roku, zdał sobie sprawę, że te wyniki nie będą zależeć od prędkości, z jaką poruszało się źródło promieniowania. Razem z E. V. Morley Michelson w 1887 roku przeprowadził kolejny eksperyment, po którym stało się jasne dla całego świata: bez względu na kierunek pomiaru, prędkość światła jest wszędzie i zawsze taka sama. Wyniki tych badań były sprzeczne z ówczesnymi ideami fizyki, ponieważ jeśli światło porusza się w pewnym ośrodku (eterze), a planeta porusza się w tym samym ośrodku, pomiary w różnych kierunkach nie mogą być takie same.
Później francuski matematyk, fizyk i astronom Jules Henri Poincaré stał się jednym z twórców teorii względności. Opracował teorię Lorentza, zgodnie z którą istniejącaeter jest nieruchomy, więc prędkość światła względem niego nie zależy od prędkości źródła. W ruchomych układach odniesienia wykonywane są transformacje Lorentza, a nie Galileusza (transformacje Galileusza przyjmowane do tej pory w mechanice Newtona). Odtąd transformacje Galileusza stały się szczególnym przypadkiem transformacji Lorentza, przy przechodzeniu do innego bezwładnościowego układu odniesienia z małą (w porównaniu do prędkości światła) prędkością.
Zniesienie eteru
Relatywistyczny efekt skrócenia długości, zwany także skróceniem Lorentza, polega na tym, że dla obserwatora obiekty poruszające się względem niego będą miały krótszą długość.
Albert Einstein wniósł znaczący wkład do teorii względności. Całkowicie zniósł taki termin jak „eter”, który do tej pory był obecny w rozumowaniu i obliczeniach wszystkich fizyków, a wszelkie koncepcje własności przestrzeni i czasu przeniósł na kinematykę.
Po opublikowaniu pracy Einsteina Poincaré nie tylko przestał pisać artykuły naukowe na ten temat, ale także nie wymienił nazwiska swojego kolegi w żadnej ze swoich prac, z wyjątkiem jedynego przypadku odniesienia do teorii efekt fotoelektryczny. Poincare kontynuował dyskusję na temat właściwości eteru, kategorycznie zaprzeczając jakimkolwiek publikacjom Einsteina, choć jednocześnie traktował największego naukowca z szacunkiem, a nawet dał mu genialne świadectwo, gdy administracja Wyższej Szkoły Politechnicznej w Zurychu chciała zaprosić Einsteina zostać profesorem w instytucji edukacyjnej.
Względność
Nawet wielu z tych, którzy są całkowicie w konflikcie z fizyką i matematyką, przynajmniej w ogólnym ujęciu, czym jest teoria względności, ponieważ jest to prawdopodobnie najsłynniejsza z teorii naukowych. Jej postulaty niszczą zwykłe wyobrażenia o czasie i przestrzeni i chociaż wszyscy uczniowie studiują teorię względności, nie wystarczy znać tylko formuły, aby zrozumieć ją w całości.
Wpływ dylatacji czasu został przetestowany w eksperymencie z samolotem naddźwiękowym. Dokładne zegary atomowe na pokładzie zaczęły opóźniać się o ułamek sekundy po powrocie. Jeśli jest dwóch obserwatorów, z których jeden stoi nieruchomo, a drugi porusza się z pewną prędkością względem pierwszego, czas dla obserwatora nieruchomego będzie płynął szybciej, a dla poruszającego się obiektu minuta trochę potrwa. dłuższy. Jeśli jednak poruszający się obserwator zdecyduje się wrócić i sprawdzić godzinę, okaże się, że jego zegarek pokazuje trochę mniej niż pierwszy. Oznacza to, że po przebyciu znacznie większej odległości w skali kosmosu „przeżył” mniej czasu podczas ruchu.
Relatywistyczne efekty w życiu
Wielu uważa, że efekty relatywistyczne można zaobserwować tylko wtedy, gdy prędkość światła zostanie osiągnięta lub się do niej zbliży, i to prawda, ale można je zaobserwować nie tylko poprzez rozproszenie statku kosmicznego. Na łamach czasopisma naukowego „Physical Review Letters” można przeczytać o pracach teoretycznych Szwedównaukowcy. Pisali, że efekty relatywistyczne są obecne nawet w prostym akumulatorze samochodowym. Proces ten jest możliwy dzięki szybkiemu ruchowi elektronów atomów ołowiu (swoją drogą to one są przyczyną większości napięć na zaciskach). Wyjaśnia to również, dlaczego pomimo podobieństw między ołowiem i cyną, baterie na bazie cyny nie działają.
Fantazyjne metale
Prędkość rotacji elektronów w atomach jest dość niska, więc teoria względności po prostu nie działa, ale są pewne wyjątki. Jeśli poruszasz się coraz dalej wzdłuż układu okresowego, staje się jasne, że jest w nim sporo pierwiastków cięższych niż ołów. Duża masa jąder jest równoważona przez zwiększenie prędkości elektronów i może nawet zbliżyć się do prędkości światła.
Jeśli rozważymy ten aspekt od strony teorii względności, stanie się jasne, że elektrony w tym przypadku muszą mieć ogromną masę. To jedyny sposób na zachowanie momentu pędu, ale orbital będzie się kurczył wzdłuż promienia, co rzeczywiście obserwuje się w atomach metali ciężkich, ale orbitale „wolnych” elektronów się nie zmieniają. Ten relatywistyczny efekt obserwuje się w atomach niektórych metali na orbitalach s, które mają regularny, sferycznie symetryczny kształt. Uważa się, że to w wyniku teorii względności rtęć ma ciekły stan skupienia w temperaturze pokojowej.
Podróż kosmiczna
Obiekty w kosmosie są od siebiena ogromne odległości, a nawet poruszając się z prędkością światła, pokonanie ich zajmie bardzo dużo czasu. Na przykład, aby dotrzeć do Alfa Centauri, najbliższej nam gwiazdy, statek kosmiczny z prędkością światła zajmie cztery lata, a dotarcie do naszej sąsiedniej galaktyki, Wielkiego Obłoku Magellana, zajmie 160 000 lat.
Nadal można polecieć na Alfa Centauri iz powrotem, ponieważ zajmie to tylko osiem lat, a dla mieszkańców statku, którzy odczuwają efekt dylatacji czasu, ten okres będzie znacznie krótszy, ale po wracając z podróży do sąsiedniej galaktyki, astronauci odkryją, że w ich rodzimych czasach na planecie minęło trzysta dwadzieścia tysięcy lat, a ludzka cywilizacja mogła już dawno przestać istnieć. Zatem efekty relatywistyczne pozwalają ludziom podróżować w czasie. Jest to uważane za jeden z głównych problemów eksploracji kosmosu, ponieważ jaki jest sens podbijania kosmosu, jeśli nie ma możliwości powrotu?
Inne zajęcia
Oprócz słynnej dylatacji czasu istnieje również relatywistyczny efekt Dopplera, zgodnie z którym jeśli źródło fal zacznie się poruszać, to fale rozchodzące się w kierunku tego ruchu będą postrzegane przez obserwatora jako „skompresowane”, a w kierunku usunięcia długości fali zostanie zwiększona.
Zjawisko to jest typowe dla wszelkich fal, więc można je zaobserwować na przykładzie dźwięku w życiu codziennym. Redukcja fali dźwiękowej jest odbierana przez ludzkie ucho jako wzrost tonu. Więc,gdy sygnał pociągu lub wagonu słychać z daleka, jest niższy, a jeśli pociąg mija obserwatora, wydając dźwięk, to jego wysokość będzie wyższa w momencie zbliżania się, ale gdy tylko obiekty się wyrównają a pociąg zaczyna się oddalać, ton ostro stanie się niższy i dalej będzie kontynuowany na niższych nutach.
Te efekty relatywistyczne wynikają z klasycznego analogu zmiany częstotliwości podczas ruchu odbiornika i źródła, a także z relatywistycznej dylatacji czasu.
O magnetyzmie
Pomiędzy innymi, współcześni fizycy coraz częściej dyskutują o polu magnetycznym jako o efekcie relatywistycznym. Zgodnie z tą interpretacją pole magnetyczne nie jest niezależnym fizycznym bytem materialnym, nie jest nawet jednym z przejawów pola elektromagnetycznego. Pole magnetyczne z punktu widzenia teorii względności jest po prostu procesem zachodzącym w przestrzeni wokół ładunków punktowych na skutek przeniesienia pola elektrycznego.
Zwolennicy tej teorii wierzą, że gdyby C (prędkość światła w próżni) była nieskończona, wówczas propagacja oddziaływań w prędkości również byłaby nieograniczona iw rezultacie nie mogłyby powstać żadne przejawy magnetyzmu.
