Speciální relativita

Zvláštní teorie relativity (nebo speciální relativita) byl rozvinutý a publikoval Einstein v 1905 protože on byl nešťastný kvůli vysvětlením elektromagnetismu v klasické fyzice. Einstein myslel si tato vysvětlení odporovala zásadě relativnosti.

Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Special relativity. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.

Základy speciální relativity

Před Albertem Einstein, mnoho lidí pokusilo se najít něco ve vesmíru to bylo totálně v klidu, a měl žádný pohyb. Oni chtěli toto změřit rychlost všech jiných věcí včetně rychlosti světla. Einstein říkal tato věc neexistovala. On říkal, že to nebylo potřebované pro fyziku.

Einstein navrhoval to Special relativnost je založená na dvou nápadech:

Zvláštní princip relativnosti: Práva fyziky jsou stejná pro všechny pozorovatele v inertial stavu pohybu. (' Inertial ' prostředky bez zrychlení (změna v rychlosti nebo směru hnutí). Všichni pozorovatelé se pohybují v odlišných směrech bez zrychlení.)
Stálost rychlosti světla v prázdne (c): Všichni pozorovatelé inertial vždy změří rychlost světla jako bytí stejný.

(c = 299,798,458 m/s (metry za sekundu). Stálost věci znamená, že věc je vždy stejná.)

Potíž je ve stálosti c.

Nechal nás myslet na dva pozorovatele, a B. nechal nás říkat každý může pohybovat se a každý má nástroj změřit rychlost světla. Nechal nás říkat to lehké pohybování k B projde při rychlosti c. nechal nás říkat, že B pohne se k při rychlosti 1 m/s. Pak klasická fyzika (nebo Newtonian fyzika) předpovídá B by našel světlo mít rychlost (c + 1) m/s s úctou k B. ale toto je špatné, B shledá, že rychlost je ještě c m/s. Einstein říká, že toto je protože pohled na prostor a čas je různý od B je pohled na prostor a čas.

V této diskuzi, pohled je nazýván stanoviskem. Pohledy a B být spřízněný Lorentz transformacemi.

Nechal nás říkat, že má hodiny a nivelační lať. Nechal nás říkat, že B, v různém stanovisku, má totožné hodiny a totožnou nivelační lať.

Matematika speciální relativity vytvoří tři primární účinky se vztahovat k chování hodin a nivelačních latí, které jsou pohybování se ohledem na každého jiný:

Dilatace času: Poznamená to B dojemné hodiny tikají pomaleji než vlastnit fyzicky totožné hodiny.
Lorentz zkracování: Poznamená to B se pohybuje prut je kratší než vlastnit fyzicky totožný prut. (to je kratší ve směru poměrného pohybu.)
Relativnost současnosti: Vzít lineární sérii hodin, které četly stejný čas v stanovisko ve kterém oni jsou pevní K. Ve stanovisku ve kterém ty hodiny se pohybují K ' , oni budou najití číst různé časy u čeho je považován za stejný čas v K ' umístěný na jak daleký odděleně oni jsou v K ' ve směru pohybu.

Lorentz transformace

Matematické jádro speciální relativity je transformace Lorentze, který líčí pohledy na prostor a čas pro dva comoving inertial pozorovatele. Rozumět jim, nechaný tam být pozorovatel K kdo popíše, když události se stanou se světskou osou t, a kdo popíše kde události se stanou s prostorovými osami x, y, a z. Být více explicitní, nechal nás specifikovat to čas událost je dán časem že to je sledováno bez toho vzdálenost do události podělila c. Nyní s tímto pochopením na místě, nechaný tam být další pozorovatel K ' kdo je

postupovat x osa K ' v poměru v,
má prostorový souřadnicový systém x ', y ', a z ', kde x ' osa je současná s x osa, a s y ' a z ' zruší vždy jsoucí protějšek k y a z osy, a
kde K a K ' být současný u t = t ' = 0 [znamenat to osa (0, 0, 0, 0) je stejný událost pro oba pozorovatele].

Lorentz transformace pak jsou

Hmota, energie a hybnost

Ve speciální relativitě, hybnost p a energie E objektu jako funkce jeho m0 klidové hmotnosti jsou

Tyto rovnice mohou být přepsány používat “hmotu relativistic” (ve směru pohybu). V tomto případě, jeden shledá, že hybnost je ještě popisována p = mv, zatímco energie je popsaná slavnou rovnicí E = mc2. $m=m_0/\sqrt{1 - v^2/c^2}$

V specialitě relativnost, energie a hybnost jsou spříznění rovnicí

Pro massless částečku (takový jak foton světla), $m 0 = 0$ a tato rovnice se stojí E = pc.

Historie

Potřeba speciální relativity se vynořila z Maxwellových rovnic elektromagnetismu, který byl vydáván v 1865. To bylo později shledal, že oni volají po elektromagnetických vlnách (takový jak lehký) k pohybu u stálé rychlosti (tj. rychlost světla).

Mít Maxwellovy rovnice být shodný s oběma astronomickými pozorováními^[1] a Newtonian fyzika^[2], Maxwell navrhoval v 1877 že světlo letí přes luminferous éter který se rozšíří ve vesmíru.

V 1887, slavný Michelson-Morley experiment pokusil se objevit “vítr éteru” vytvořený pohybem Země^[3]. Trvalé nulové výsledky tohoto experimentu matly fyziky, a nazýval éter teorií v pochybnost.

V 1895, Lorentz a Fitzgerald si všiml toho výsledek nuly Michelson-Morley experiment mohl být vysvětlen větrem éteru stahovat experiment ve směru pohybu éteru. Tento účinek je nazýván Lorentz zkracováním, a (bez éteru) je důsledek speciální relativity.

V 1899, Lorentz nejprve vydával Lorentz rovnice. Ačkoli toto nebylo první čas oni byli vydávaní, toto byl první čas že oni byli používáni jako exaplantion Michelson-Morley experiment je výsledek nuly od té doby, co Lorentz zkracování je výsledek jich.

V 1900, Poincare přednesl slavný projev ve kterém on zvažoval posibility že nějaká “nová fyzika” byla potřeboval vysvětlit to Michelson-Morley experiment.

V 1904, Lorentz ukázal, že elektrická a magnetická pole mohou být upravena do každého jiný přes Lorentz transformace.

V 1905, Einstein publikoval jeho článek představovat speciální relativitu, “na Eletrodynamics dojemných těl”, v Annalen der Physik. V tomto článku, on představoval postuláty relativnosti, odvodil Lorentz transformace od nich, a (nevědomý Lorentze 1904 článku) také se ukázal jak Lorentz transformace ovlivní elektrická a magnetická pole.

Pozdnější v 1905, Einstein vydal další článek představovat E = mc2.

V 1908, Max Plank podpořil Einstein teorii a označil to za “relativnost”. V tom stejném roku, Minkowski přednesl slavný projev na Space a čas ve kterém on ukázal, že relativnost je self-souhlasný a další rozpracoval teorii. Tyto události nutily komunitu fyziky vzít relativnost opravdu. Relativnost přišla být více a více přijala to po tom.

V 1912 Einstein a Lorentz byl nominován za Nobelovu cenu ve fyzice kvůli jejich průkopnické práci na relativnosti. Bohužel, relativnost zůstala tak sporná pak, a pro dlouhou dobu po tom, že Nobelova cena byla nikdy udělena pro to.

Experimentální potvrzení

Michelson-Morley experimentuje, který nedokázal odhalit nějaký rozdíl v rychlosti světla založeného na směru hnutí světla.
Fizeau je experiment, ve kterém index lomu pro světlo v dojemné vodě nemůže být předstíral, že je méně než 1. Sledované výsledky jsou expained relativistic pravidlem pro rychlosti připočítání.
Energie a hybnost světla se řídí rovnicí E = pc. (v Newtonian fyzice, toto je čekal, že je.) $E = \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} pc$
Příčné doppler působí, který je kde světlo vyzařované rychle dojemným objektem je červené-posunul se kvůli dilataci času.
Presense muons vytvořil v horní atmosféře u povrchu Země. Záležitost je že to bere hodně déle než half-life muons dát se do povrchu Země dokonce u skoro rychlost světla. Jejich presense může být viděn jako jedno bytí kvůli dilataci času (v našem pohledu) nebo zkracování délky vzdálenosti do povrchu Země (v pohledu muon).
urychlovače částic nemohou být předstíral, že hraje vhodně ledaže relativistic fyzika je používána.

Poznámky

^[1] Pozorování dvojitých hvězd ukážou, že světlo vezme stejné množství času dosáhnout Země přes stejnou vzdálenost pro obě hvězdy v takových systémech. Jestliže rychlost světla byla konstantní s úctou k jeho zdroji, světlo z přibližující se hvězdy by přišlo dříve než světlo z ustupující hvězdy. Toto by způsobilo dvojité hvězdy vypadat, že se pohybuje v cestách, které poruší Keppler je práva, ale toto není viděné.
^[2] Druhé potulate speciální relativity (že rychlost světla je konstanta pro pozorovatele) odporuje Newtonian fyzice.
^[3] Protože Země je stále bytí zrychlené jako to orbity Slunce, počáteční nulový výsledek nebyl znepokojení. Nicméně, to přece znamenalo, že silný éterový vítr by měl byli představovat 6 měsíců pozdnější, ale žádný byl pozorován.

Odkazy

W. Rindler, úvod do speciální relativity, 2. vydání, Oxford vědní publikace, 1991, ISBN 0-19-853952-5.

Webový článek o historii speciální relativity
Kalkulačka relativnosti - se učit matematiku speciální relativity matematika speciální relativity představovala v jako jednoduchý a úplný způsob možný uvnitř filozofických a historických kontextů.