Relatywistyka – czym jest tego rodzaju fizyka?

Czym jest fizyka relatywistyczna?

Innego rodzaju fizyka

Zapewne większość z Was zdaję sobie sprawę, że na świecie występują zjawiska fizyczne takie jak ruch, działanie sił, elektryczność, czy magnetyzm.
Niektórzy mogli dowiedzieć się na zajęciach w szkole, że fizykę zaczęto dzielić na dwie kategorie:

Fizykę Klasyczną

Fizykę Kwantową

Po krótce różnica polega na tym, że w fizyce klasycznej jeśli znamy stan początkowy badanego układu to jesteśmy w stanie przewidzieć co będzie się dziać z naszym układem w przyszłości, a fizyce kwantowej jest to niemożliwe, gdyż jej teorie pozwalają nam jedynie obliczać prawdopodobieństwo znalezienia się układu w przewidywanym stanie.

Należy sobie zadać pytanie – „Do której z tych dziedzin fizyki włączyć fizykę relatywistyczną?” Odpowiedź brzmi : Do każdej z nich!

Prawidłowa odpowiedź na błędne wyniki!

Fizyka relatywistyczna

Fizyka relatywistyczna powstała na potrzeby wyjaśnienia zjawisk, w których fizyka klasyczna oraz kwantowa otrzymywały błędne wyniki. Nasuwa się pytanie „Jak to możliwe, że prawa sformułowane przez największe umysły świata mogą zawodzić i w jakim przypadku?”
Otóż wszystko jest mierzalne i zrozumiałe dopóki badany układ porusza się z prędkościami znacznie mniejszymi od prędkości światła. Przyczyną jest to, że prędkość rozchodzenia się światła w próżni jest przyjęta za stałą i niezmienną wartość. W dodatku nic nie ma prawa poruszać się szybciej. Wartość tej prędkości wynosi c = 299 792 458 m/s. Błąd związany z prędkościami około świetlnymi rozpatrzymy na prostym przykładzie:

Jeżeli samochód A jedzie w kierunku samochodu B z prędkością 10 m/s , a samochód B jedzie w kierunku samochodu A z tą samą prędkością, to dla obserwatora siedzącego w jednym z tych samochodów zbliża się on do drugiego z prędkością o wartości 20 m/s, która jest sumą ich prędkości.

Przyspieszmy prędkości naszych pojazdów do prędkości o wartości 0,7 c (stanowiącej 0,7 wartości prędkości światła). W tym przypadku niczym z filmu Sci-fi obserwatorzy w pojazdach zbliżaliby się do siebie z prędkością względną o wartości 1.4 c, co byłoby złamaniem podstawowego założenia fizyki!

Dodatkowo przeprowadzone symulacje dowiodły, że przy pomiarze układów o prędkościach bliskich prędkości światła w próżni układy te zmieniały wartości swoich mas oraz długości, a także zmieniało się tempo upływu ich czasu. Na potrzeby tych niespotykanych wcześniej obserwacji stworzono teorie relatywistyczne. Tłumaczą one zmiany oraz transformację Lorentza, która w poprawny sposób opisuje zmiany następujące we wspomnianych układach. Prawa relatywistyczne można stosować do sytuacji, gdy badany układ porusza się z mniejszymi prędkościami w efekcie czego wyniki pokrywają się z wynikami nierelatywistycznymi.

Chciałoby się jednak zaprotestować teoriom relatywistycznym:
Jak to czas się zmienia? Przecież czas jest niezmienny. Nie przyspiesza ani nie zwalnia

Nic bardziej mylnego, gdyż czas w rzeczywistości zależy od prędkości badanego układu względem układu odniesienia oraz jego oddziaływania z polem grawitacyjnym. Może się to wydawać skomplikowane, ale tłumaczą to proste przykłady…

Paradoks bliźniąt w fizyce relatywistycznej

Jednym z przykładów jest paradoks bliźniąt. Polega on na wysłaniu jednego z rodzeństwa w podróż statkiem kosmicznym daleko od Ziemi z prędkością bliską prędkości światła w próżni. Podczas gdy drugie z rodzeństwa pozostanie na Ziemi. Po powrocie z kosmicznej podróży okazałoby się, że bliźniak z Ziemi postarzał się o kilkadziesiąt lat, a kosmiczny bliźniak odczuł, że nie było go zaledwie kilka dni.

Wynik tego eksperymentu bierze się stąd, że czas jest czwartym wymiarem budującym czasoprzestrzeń. Jest ona zaburzana przez pole grawitacyjne, więc im dalej Ziemi tym czas względem tego układu odniesienia płynął wolniej. Dodatkowo na odczuwanie czasu wpłynęła też ogromna prędkość oddalania się od badanego układu od układu pozostawionego na Ziemi.

Wszystko to brzmi jak science fiction, ale historia głosi, że w październiku 1971 roku fizycy amerykańscy Joseph Hafele i Richard Keating umieścili na pokładzie samolotu cztery precyzyjne i niezawodne zegary atomowe. Cztery inne zegary zostawiono na Ziemi w celu porównania. Samolot, który startował z Waszyngtonu, dwukrotnie okrążył Ziemię. Gdy wylądował, okazało się, że podróżujące zegary w istocie wykazywały około 300 miliardowych sekundy opóźnienia! Była to znikoma różnica, lecz wystarczająca do potwierdzenia założeń relatywistycznych.

Podsumowanie

Podsumowując efekty relatywistyczne są nieodłącznymi elementami praw rządzących Wszechświatem. Nauka wciąż się rozwija i potrafi udzielać odpowiedzi na nurtujące ludzkość pytania. Zapraszamy również do przeczytania naszych pozostałych artykułów na naszej stronie https://elementum.edu.pl/category/artykuly/

Drodzy czytelnicy!

Napiszcie w komentarzu, czy temat jest dla Was ciekawy!
Gdybyście mieli do tej treści pytania, albo chcieli poznać więcej szczegółów o relatywistyce to piszcie do nas na adres: elementum.edu@gmail.com
A tym czasem ELEMENTUM życzy wam udanego dnia! I dużo fascynacji z odkrywania zjawisk fizycznych 🙂

Na koniec pamiętaj o tym…

  • aby być na bieżąco z naukową wiedzą śledź nasz fanpage FB.
  • że jeśli zainteresował Cię temat i chciałbyś dowiedzieć się więcej lub przygotować się do matury z fizyki to zapraszamy do umówienia się na lekcję z fizyki(korepetycje fizyka) do naszego eksperta!

Autor: Piotr KałuziakELEMENTUM

Napisz komentarz

Subskrypcja

Dołącz do naszej listy mailingowej, aby otrzymywać najnowsze wiadomości i aktualizacje od naszego zespołu i odbierz prezent.

Dziękujemy za zapisanie się na naszą subskrypcję!