Nadharia maalum ya uhusiano, iliyochapishwa mwaka wa 1905 na Einstein na muhtasari muhimu wa nadharia kadhaa za hapo awali, ni mojawapo ya nadharia muhimu zaidi na zilizojadiliwa katika fizikia.
Kwa hakika, ni vigumu kufikiria kwamba wakati kitu kinaposogea kwa kasi ya karibu ya mwanga, michakato ya kimwili huanza kuendelea kwa njia isiyo ya kawaida kabisa: urefu wake hupungua, wingi wake huongezeka, na wakati unapungua. Mara tu baada ya kuchapishwa, majaribio yalianza kudharau nadharia hiyo, ambayo inaendelea leo, ingawa zaidi ya miaka mia moja imepita. Hii haishangazi, kwa sababu swali la ni wakati gani limekuwa likisumbua wanadamu kwa muda mrefu na kuvutia umakini wa kila mtu.
Relativism ni nini
Kiini cha mechanics ya relativitiki (pia ni nadharia maalum ya uhusiano, ambayo hapo awali inajulikana kama SRT) na tofauti yake kutoka kwa mechanics ya zamani inaonyeshwa wazi na tafsiri ya moja kwa moja ya jina lake: Kilatini relativus inamaanisha "jamaa". SRT inasisitiza kutoepukika kwa upanuzi wa muda wa kitu kinaposogea kuhusiana na mwangalizi.
Tofautiya nadharia hii, iliyopendekezwa na Albert Einstein, kutoka kwa mechanics ya Newton na iko katika ukweli kwamba michakato yote inayoendelea inaweza tu kuzingatiwa kuhusiana na kila mmoja au kwa mwangalizi fulani wa nje. Kabla ya kuelezea upanuzi wa wakati wa uhusiano ni nini, ni muhimu kuzama kidogo katika swali la uundaji wa nadharia na kuamua kwa nini uundaji wake uliwezekana na hata wa lazima hata kidogo.
Asili ya Uhusiano
Mwishoni mwa karne ya 19, wanasayansi walikuja kuelewa kwamba baadhi ya data ya majaribio hailingani na picha ya ulimwengu kulingana na ufundi wa kitamaduni.
Ukinzani wa kimsingi ulisababisha majaribio ya kuchanganya mechanics ya Newton na milinganyo ya Maxwell inayoelezea mwendo wa mawimbi ya sumakuumeme katika utupu na midia inayoendelea. Tayari ilijulikana kuwa mwanga ni wimbi kama hilo, na inapaswa kuzingatiwa ndani ya mfumo wa mienendo ya kielektroniki, lakini ilikuwa shida sana kubishana na mbinu za kuona na muhimu zaidi, zilizojaribiwa kwa wakati.
Ukinzani, hata hivyo, ulikuwa dhahiri. Tuseme kwamba taa imewekwa mbele ya treni inayotembea, ambayo inaangaza mbele. Kulingana na Newton, kasi ya treni na mwanga unaotoka kwenye taa lazima uongezeke. Milinganyo ya Maxwell katika hali hii ya dhahania "ilivunjika". Mbinu mpya kabisa ilihitajika.
Uhusiano Maalum
Itakuwa si sahihi kuamini kwamba Einstein alibuni nadharia ya uhusiano. Kwa kweli, aligeukia kazi na mawazo ya wanasayansi ambao walifanya kazi kabla yake. Walakini, mwandishi alikaribiaswali kwa upande mwingine na badala ya mechanics ya Newton ilitambua milinganyo ya Maxwell kama "sahihi kuu".
Mbali na kanuni maarufu ya uhusiano (kwa kweli, iliyoundwa na Galileo, hata hivyo, ndani ya mfumo wa mechanics ya zamani), mbinu hii ilimpeleka Einstein kwa taarifa ya kuvutia: kasi ya mwanga ni mara kwa mara katika fremu zote za kumbukumbu. Na ni hitimisho hili linaloturuhusu kuzungumza juu ya uwezekano wa kubadilisha viwango vya wakati wakati kitu kinaposogea.
Uthabiti wa kasi ya mwanga
Inaonekana kuwa kauli "kasi ya mwanga haibadilika" haishangazi. Lakini jaribu kufikiria kuwa umesimama tuli na kutazama nuru ikiondoka kwako kwa kasi isiyobadilika. Unafuata boriti, lakini inaendelea kuondoka kwako kwa kasi ile ile. Zaidi ya hayo, kugeuka na kuruka upande mwingine kutoka kwa boriti, hutabadilisha kasi ya umbali wako kutoka kwa kila mmoja kwa njia yoyote!
Hili linawezekanaje? Hapa huanza mazungumzo juu ya athari ya relativitiki ya upanuzi wa wakati. Inavutia? Kisha soma!
Upanuzi wa wakati wa uhusiano kulingana na Einstein
Kasi ya kitu inapokaribia kasi ya mwanga, muda wa ndani wa kitu hicho huhesabiwa kupunguza kasi. Ikiwa tunafikiri kwamba mtu anasonga sambamba na mwanga wa jua kwa kasi sawa, wakati wake utaacha kukimbia kabisa. Kuna fomula ya upanuzi wa wakati wa uhusiano, unaoakisi uhusiano wake na kasi ya kitu.
Hata hivyo, wakati wa kusoma suala hili, ikumbukwe kwamba hakuna mwili wenye wingi unaoweza hata kinadharia kufikia kasi ya mwanga.
Vitendawili vinavyohusiana na nadharia
Uhusiano maalum ni kazi ya kisayansi na si rahisi kueleweka. Walakini, masilahi ya umma katika swali la ni wakati gani mara kwa mara husababisha maoni ambayo katika kiwango cha kila siku yanaonekana kuwa vitendawili visivyoweza kuepukika. Kwa mfano, mfano ufuatao huwashangaza watu wengi ambao wametambulishwa kwa SRT bila ujuzi wowote wa fizikia.
Kuna ndege mbili, moja ambayo huruka moja kwa moja, na ya pili inapaa na, baada ya kuelezea arc kwa kasi iliyo karibu na kasi ya mwanga, inashika ya kwanza. Kwa kutabirika, zinageuka kuwa wakati wa kifaa cha pili (kilichoruka kwa kasi ya karibu-mwanga) kilipita polepole zaidi kuliko cha kwanza. Walakini, kwa mujibu wa barua ya SRT, muafaka wa marejeleo wa ndege zote mbili ni sawa. Hii inamaanisha kuwa wakati unaweza kupita polepole zaidi kwa kifaa kimoja na kingine. Inaweza kuonekana kuwa hii ni mwisho mbaya. Lakini…
Kutatua vitendawili
Kwa hakika, chanzo cha aina hii ya vitendawili ni kutoelewa utaratibu wa nadharia. Mkanganyiko huu unaweza kutatuliwa kwa kutumia jaribio la kubahatisha linalojulikana sana.
Tuna banda lenye milango miwili inayotengeneza njia ya kupita na nguzo ndefu kidogo kuliko urefu wa banda. Ikiwa tutanyoosha nguzo kutoka mlango hadi mlango, hawataweza kufunga au watavunja tu nguzo yetu. Ikiwa nguzo, ikiruka ghalani,itakuwa na kasi karibu na kasi ya mwanga, urefu wake utapungua (kumbuka: kitu kinachotembea kwa kasi ya mwanga kitakuwa na urefu wa sifuri), na kwa sasa iko ndani ya ghalani, tunaweza kufunga na kufungua. milango bila kuvunja vifaa vyetu.
Kwa upande mwingine, kama katika mfano wa ndege, ni ghala ambalo linapaswa kupungua ikilinganishwa na nguzo. Kitendawili kinarudiwa, na, inaweza kuonekana, hakuna njia ya kutoka - vitu vyote viwili vimepunguzwa kwa urefu. Hata hivyo, kumbuka kuwa kila kitu ni linganifu, na suluhisha tatizo kwa kubadilisha saa.
Uhusiano wa Sambamba
Ukingo wa mbele wa nguzo ukiwa ndani, mbele ya mlango wa mbele, tunaweza kuufunga na kuufungua, na kwa sasa wakati nguzo inaruka ndani ya banda kabisa, tutafanya vivyo hivyo na nyuma. mlango. Inaweza kuonekana kuwa hatufanyi hivyo kwa wakati mmoja, na jaribio lilishindwa, lakini hapa jambo kuu linatokea: kwa mujibu wa nadharia maalum ya uhusiano, wakati wa kufunga wa milango yote miwili iko kwenye hatua moja kwenye mhimili wa wakati.
Hii inatokea kwa sababu matukio yanayotokea kwa wakati mmoja katika fremu moja ya marejeleo hayatakuwa wakati mmoja katika nyingine. Upanuzi wa wakati wa uhusiano unaonyeshwa katika uhusiano wa vitu, na tunarudi kwenye ujanibishaji wa kila siku wa nadharia ya Einstein: kila kitu ni jamaa.
Kuna maelezo moja zaidi: usawa wa mifumo ya marejeleo ni muhimu katika SRT, wakati vipengee vyote viwili vinasogea sawia na kisawasawa. Mara tu moja ya miili inapoanza kuongeza kasi au kupungua, sura yake ya kumbukumbu inakuwa ya kipekeeinawezekana.
Pacha Kitendawili
Kitendawili maarufu zaidi kinachoelezea upanuzi wa wakati wa uhusiano "kwa njia rahisi" ni jaribio la mawazo na ndugu wawili mapacha. Mmoja wao huruka kwenye chombo cha angani kwa kasi inayokaribia kasi ya mwanga, huku mwingine akibaki ardhini. Aliporudi, kaka wa mwanaanga anagundua kwamba yeye mwenyewe ana umri wa miaka 10, na kaka yake, ambaye alibaki nyumbani, ana umri wa miaka 20.
Picha ya jumla inapaswa kuwa wazi kwa msomaji kutoka kwa maelezo yaliyotangulia: kwa ndugu kwenye chombo cha anga, wakati hupungua kwa sababu kasi yake iko karibu na kasi ya mwanga; hatuwezi kukubali sura ya marejeleo kuhusiana na ndugu-on-ground, kwa kuwa itageuka kuwa isiyo ya inertial (ndugu mmoja tu anapata mizigo mingi).
Ningependa kutambua jambo lingine: haijalishi wapinzani wanafikia kiwango gani katika mzozo huo, ukweli unabakia kuwa: wakati katika thamani yake kamilifu hubaki bila kubadilika. Haijalishi ni miaka mingapi kaka anaruka kwenye chombo cha anga, ataendelea kuzeeka sawasawa na wakati unavyopita katika sura yake ya kumbukumbu, na ndugu wa pili atazeeka kwa kiwango sawa - tofauti itafichuliwa tu wakati. wanakutana, na si katika hali nyingine yoyote.
Upanuzi wa muda wa mvuto
Kwa kumalizia, ikumbukwe kwamba kuna aina ya pili ya upanuzi wa wakati, ambayo tayari inahusishwa na nadharia ya jumla ya uhusiano.
Hata katika karne ya 18, Mitchell alitabiri kuwepo kwa nyekundu.kuhama, ambayo ina maana kwamba wakati kitu kinatembea kati ya maeneo yenye mvuto mkali na dhaifu, wakati wake utabadilika. Licha ya majaribio ya kuchunguza suala la Laplace na Zoldner, Einstein pekee ndiye aliyewasilisha kazi kamili kuhusu mada hii mwaka wa 1911.
Athari hii haipendezi kidogo kuliko upanuzi wa wakati wa uhusiano, lakini inahitaji utafiti tofauti. Na hiyo, kama wasemavyo, ni hadithi tofauti kabisa.
