SRT, TOE - onder deze afkortingen ligt de term "relativiteitstheorie", die bijna iedereen bekend is. Alles kan in eenvoudige taal worden uitgelegd, zelfs de verklaring van een genie, dus wanhoop niet als je de natuurkundecursus op school niet meer weet, want in feite is alles veel eenvoudiger dan het lijkt.
The Birth of Theory
Dus laten we beginnen met de cursus "De relativiteitstheorie voor Dummies". Albert Einstein publiceerde zijn werk in 1905 en het veroorzaakte opschudding onder wetenschappers. Deze theorie dekte bijna volledig veel hiaten en inconsistenties in de fysica van de vorige eeuw, maar zette bovendien het idee van ruimte en tijd op zijn kop. Het was voor tijdgenoten moeilijk om in veel van Einsteins uitspraken te geloven, maar experimenten en studies bevestigden alleen de woorden van de grote wetenschapper.
Einsteins relativiteitstheorie legde in eenvoudige bewoordingen uit waar mensen al eeuwen mee worstelden. Het kan de basis van alle moderne fysica worden genoemd. Voordat we echter verder praten over de relativiteitstheorie, moeten we:de kwestie van de termen verduidelijken. Zeker, velen zijn bij het lezen van populair-wetenschappelijke artikelen twee afkortingen tegengekomen: SRT en GRT. In feite betekenen ze enigszins verschillende concepten. De eerste is de speciale relativiteitstheorie en de tweede staat voor "algemene relativiteitstheorie".
Gewoon complex
SRT is een oudere theorie die later onderdeel werd van GR. Het kan alleen fysieke processen beschouwen voor objecten die met een uniforme snelheid bewegen. De algemene theorie kan beschrijven wat er gebeurt met versnellende objecten, en ook verklaren waarom gravitondeeltjes en zwaartekracht bestaan.
Als je de beweging en de wetten van de mechanica moet beschrijven, evenals de relatie tussen ruimte en tijd bij het naderen van de snelheid van het licht, kan dit worden gedaan door de speciale relativiteitstheorie. In eenvoudige bewoordingen kan het als volgt worden uitgelegd: vrienden uit de toekomst gaven je bijvoorbeeld een ruimteschip dat met hoge snelheid kan vliegen. Op de neus van het ruimtevaartuig bevindt zich een kanon dat in staat is om alles vooraan met fotonen te beschieten.
Als er een schot wordt afgevuurd, vliegen deze deeltjes ten opzichte van het schip met de snelheid van het licht, maar logischerwijs zou een stationaire waarnemer de som van twee snelheden moeten zien (de fotonen zelf en het schip). Maar zoiets niet. De waarnemer zal fotonen zien bewegen met 300.000 m/s, alsof de snelheid van het schip nul is.
Het punt is dat hoe snel een object ook beweegt, de lichtsnelheid ervoor een constante waarde is.
Ditde verklaring is de basis van verbazingwekkende logische conclusies zoals vertraging en tijdvervorming, afhankelijk van de massa en snelheid van het object. Veel sciencefictionfilms en series zijn hierop gebaseerd.
Algemene relativiteitstheorie
Een meer omvangrijke algemene relativiteitstheorie kan in eenvoudige bewoordingen worden uitgelegd. Om te beginnen moeten we er rekening mee houden dat onze ruimte vierdimensionaal is. Tijd en ruimte zijn verenigd in zo'n "subject" als "ruimte-tijd continuüm". Er zijn vier coördinaatassen in onze ruimte: x, y, z en t.
Maar mensen kunnen vier dimensies niet direct waarnemen, net zoals een hypothetisch plat persoon die in een tweedimensionale wereld leeft, niet omhoog kan kijken. In feite is onze wereld slechts een projectie van vierdimensionale ruimte in driedimensionale ruimte.
Een interessant feit is dat, volgens de algemene relativiteitstheorie, lichamen niet veranderen als ze bewegen. De objecten van de vierdimensionale wereld zijn in feite altijd onveranderd, en alleen hun projecties veranderen wanneer ze bewegen, wat we waarnemen als een vervorming van de tijd, verkleinen of vergroten, enzovoort.
Lift-experiment
De relativiteitstheorie kan in eenvoudige bewoordingen worden uitgelegd met behulp van een klein gedachte-experiment. Stel je voor dat je in een lift zit. De cabine begon te bewegen en je was in een staat van gewichtloosheid. Wat er is gebeurd? Er kunnen twee redenen zijn: of de lift is inruimte, of in vrije val is onder invloed van de zwaartekracht van de planeet. Het meest interessante is dat het onmogelijk is om de oorzaak van gewichtloosheid te achterhalen als er geen manier is om uit de liftcabine te kijken, dat wil zeggen, beide processen zien er hetzelfde uit.
Misschien kwam Albert Einstein, na het uitvoeren van een soortgelijk gedachte-experiment, tot de conclusie dat als deze twee situaties niet van elkaar te onderscheiden zijn, het lichaam onder invloed van de zwaartekracht in feite niet versnelt, maar een uniforme beweging is dat is gekromd onder invloed van een massief lichaam (in dit geval planeten). Versnelde beweging is dus slechts een projectie van uniforme beweging in de driedimensionale ruimte.
Illustratief voorbeeld
Nog een goed voorbeeld van "Relativity for Dummies". Het is niet helemaal correct, maar het is heel eenvoudig en duidelijk. Als een voorwerp op een uitgerekte stof wordt geplaatst, vormt het een "doorbuiging", een "trechter" eronder. Alle kleinere lichamen zullen gedwongen worden hun baan te vervormen volgens de nieuwe kromming van de ruimte, en als het lichaam weinig energie heeft, kan het deze trechter helemaal niet overwinnen. Vanuit het oogpunt van het bewegende object zelf blijft het traject echter recht, ze zullen de kromming van de ruimte niet voelen.
Gravity "gedowngraded"
Met de komst van de algemene relativiteitstheorie is de zwaartekracht niet langer een kracht en is ze nu tevreden met de positie van een eenvoudig gevolg van de kromming van tijd en ruimte. De algemene relativiteitstheorie lijkt misschien fantastisch, maar het werktversie en bevestigd door experimenten.
Veel schijnbaar ongelooflijke dingen in onze wereld kunnen worden verklaard door de relativiteitstheorie. In eenvoudige bewoordingen worden zulke dingen consequenties van de algemene relativiteitstheorie genoemd. Lichtstralen die bijvoorbeeld op korte afstand van massieve lichamen vliegen, worden gebogen. Bovendien zijn veel objecten uit de verre ruimte achter elkaar verborgen, maar door het feit dat de lichtstralen rond andere lichamen gaan, zijn schijnbaar onzichtbare objecten beschikbaar voor onze blik (meer precies, voor de blik van de telescoop). Het is alsof je door muren kijkt.
Hoe groter de zwaartekracht, hoe langzamer de tijd vloeit op het oppervlak van een object. Dit geldt niet alleen voor massieve lichamen zoals neutronensterren of zwarte gaten. Het effect van tijdsdilatatie kan zelfs op aarde worden waargenomen. Satellietnavigatietoestellen zijn bijvoorbeeld uitgerust met de meest nauwkeurige atoomklokken. Ze bevinden zich in de baan van onze planeet en de tijd tikt daar een beetje sneller. Honderdsten van een seconde in een dag zullen optellen tot een getal dat tot 10 km fout in routeberekeningen op aarde zal opleveren. Het is de relativiteitstheorie die ons in staat stelt deze fout te berekenen.
In eenvoudige bewoordingen kunnen we dit zeggen: de algemene relativiteitstheorie ligt ten grondslag aan veel moderne technologieën, en dankzij Einstein kunnen we gemakkelijk een pizzeria en een bibliotheek vinden in een onbekend gebied.
