Στο άρθρο θα επιχειρήσω να κάνω μία απλή περιγραφή και λιτή εξήγηση της θεωρίας της Σχετικότητας.

Στις 27 Σεπτεμβρίου 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν σε ηλικία μόλις 26 χρονών, διατυπώνει την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας μαζί με την περίφημη εξίσωση του E=m.c^2. Η εφεύρεση του αυτή δημοσιεύτηκε σε άρθρο του στο γερμανικό Επιστημονικό περιοδικό “Χρονικά της Φυσικής” και από τότε λαμβάνει μεγάλης μελέτης σε όλα τα ερευνητικά κέντρα ανά το παγκόσμιο.

iefimerida.gr

Η ειδική σχετικότητα στηρίζεται σε δύο αξιώματα:

1) Οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, δηλαδή ισχύουν σε όποιο σύστημα αναφοράς τους εφαρμόσεις.

2) Η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, δηλαδή παντός καιρού και χρόνου.

Όταν ρώτησαν αρχικά τον Αϊνστάιν, να περιγράψει με απλά λόγια την θεωρία της Σχετικότητας, είχε πει χαρακτηριστικά:

«Αλλιώς αντιλαμβάνεσαι το χρόνο όταν έχεις τα χέρια σου πάνω σε ένα αναμμένο σίδερο κι αλλιώς τον αντιλαμβάνεσαι όταν κάθεσαι δίπλα από μία ωραία γυναίκα!»

Τι θέλει να εκφράσει δηλαδή; Ότι όταν έχεις τα χέρια σου πάνω σε ένα αναμμένο σίδερο νιώθεις το χρόνο να μην περνά, ενώ όταν κάθεσαι δίπλα από μια ωραία γυναίκα.. νιώθεις το χρόνο να τρέχει! Δηλαδή ο χρόνος, είναι σχετικός!  Η έννοια του χρόνου, εξαρτάται απλά από το χώρο για τον οποίο γίνεται η αναφορά δηλαδή το “σύστημα αναφοράς”. Το μαθηματικό μοντέλο που ενώνει τον χώρο με τον χρόνο, ονομάζεται “χωροχρόνος”.

tanea.gr

Ένα επιπλέον παράδειγμα της θεωρίας της Σχετικότητας είναι η κίνηση ενός σώματος όπου χρησιμοποιούμε για κάποιο σύστημα αναφοράς. Λέμε πως ένα τρένο που περνάει έξω από το σπίτι σου κινείται με ταχύτητα 150 km/h. Η ταχύτητα όμως, ως σχετικό μέγεθος, μετριέται σε σχέση με κάποιο άλλο, δηλαδή το τρένο κινείται σε σχέση με τη γη με ταχύτητα 150km/h. Ο οδηγός του τρένου κινείται και αυτός με ταχύτητα 150 km/h ως προς τη γη αλλά είναι ακίνητος σε σχέση με το τρένο. H γη και το τρένο είναι δύο διαφορετικά συστήματα αναφοράς.

physicsgg.files.wordpress.com

Αυτό που λέει ουσιαστικά το 1ο αξίωμα είναι ότι ένα πείραμα που θα κάνεις πάνω στο τρένο θα έχει ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα με το αν θα το έκανες στο σπίτι σου. Για παράδειγμα αν πετάξεις ένα μπαλάκι προς τα πάνω και στις δύο περιπτώσεις το μπαλάκι θα φτάσει σε κάποιο συγκεκριμένο ύψος, θα σταματήσει στιγμιαία και θα ξαναπέσει στο χέρι σου!

Ας δούμε ένα άλλο παράδειγμα. Έστω πως βρίσκεσαι πάνω σε μια μηχανή που κινείται με 40 km/h και ρίχνεις μια μπάλα προς την κατεύθυνση του φίλου σου. Η μπάλα θα απομακρύνεται από εσένα με ταχύτητα 20 km/h αλλά από την άποψη του φίλου σου, η μπάλα θα έρχεται κατά πάνω του με ταχύτητα 40+20=60 km/h.

Έστω τώρα πως είναι βράδυ και ανάβεις το φως της μηχανής σου που κινείται με ταχύτητα 40 km/h. Το φως ταξιδεύει ως προς εσένα με ταχύτητα περίπου 1 δισεκατομμύριο km/h. Μπορεί τώρα να σκέφτεσαι πως το φως θα κινείται προς το φίλο σου με ταχύτητα 1 δισεκατομμύριο + 40 km/h. Αυτό είναι λάθος γιατί σύμφωνα με το 2ο αξίωμα η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και ίδια για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς!

Διαστολή του χρόνου:

Έστω πως βρίσκεσαι στο κέντρο ενός βαγονιού και στέλνεις από έναν παλμό λέιζερ σε κάθε άκρη του. Σύμφωνα με τις μετρήσεις σου, οι παλμοί φτάνουν ταυτόχρονα στις άκρες του βαγονιού μετά από 0,5 δευτερόλεπτο.  Ο παρατηρητής όμως που βρίσκεται εκτός του τρένου έχει διαφορετική γνώμη. Σύμφωνα με αυτόν, την ώρα που ταξίδευε η ακτίνα το εμπρός μέρος του τρένου προχώρησε κι άλλο, έτσι το φως χρειάστηκε περισσότερο χρόνο για να φτάσει στην άκρη. Για την ακρίβεια υποστηρίζει πως η ακτίνα χρειάστηκε 1,5 δευτερόλεπτο για να διανύσει το βαγόνι. Η ταχύτητα του φωτός είναι ακριβώς η ίδια και για τους δύο.

avant-garde.com.cy

Ποιος έχει δίκιο;

Και οι δύο.

Η ταχύτητα ισούται με την απόσταση διά τον χρόνο, γι’ αυτό και τη μετράμε σε km/h. Εφόσον η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή τότε ή ο χρόνος ή η απόσταση πρέπει να μεταβάλλονται κατά τρόπο τέτοιο ώστε να είναι αυτό δυνατό.

Άρα, συμβαίνουν και τα δύο!

Συστολή του μήκους: Όπως και ο χρόνος, ο χώρος συμπεριφέρεται και αυτός με παρόμοιο τρόπο. Από τη σκοπιά του παρατηρητή στο πιο πάνω παράδειγμα, το τρένο φαίνεται να συμπιέζεται κατά την κατεύθυνση της κίνησης. Δηλαδή ο παρατηρητής βλέπει το τρένο να έχει μικρότερο μήκος απ’ ότι θα το έβλεπε αν ήταν ακίνητο! Αυτό το ονομάζουμε συστολή του μήκους.

Για να το ξεκαθαρίσουμε, δεν συστέλλεται το ίδιο το τρένο, αλλά η μέτρησή του από ένα άλλο σύστημα αναφοράς. Αλλάζει ο χώρος και όχι το τρένο, όπως επίσης αλλάζει ο χρόνος και όχι τα ρολόγια!

Ταυτοχρονισμός

Ας κάνουμε ένα τελευταίο νοητικό πείραμα. Έστω πως βρίσκεσαι στο κέντρο του βαγονιού και στέλνεις από έναν παλμό λέιζερ σε κάθε άκρη του.

Άποψη του Επιβάτη: Σύμφωνα με τις μετρήσεις σου, οι παλμοί φτάνουν ταυτόχρονα στις άκρες του βαγονιού μετά από 0,5 sec.

Άποψη του παρατηρητή που είναι σταθερός: Καθώς βλέπει το βαγόνι να κινείται προς τα δεξιά το αριστερό του άκρο πλησιάζει την αριστερή δέσμη λέιζερ. Άρα γι’ αυτόν η αριστερή δέσμη φτάνει στο ένα άκρο του τρένου νωρίτερα από τη δεξιά. Δύο γεγονότα που για ‘σένα είναι ταυτόχρονα για τον παρατηρητή δεν είναι.

Άποψη του παρατηρητή που κινείται: κάποιος που ταξιδεύει στην ίδια κατεύθυνση με το τρένο, αλλά με μεγαλύτερη ταχύτητα, θα βλέπει το τρένο να απομακρύνεται προς τα αριστερά και τη δεξιά δέσμη λέιζερ να βρίσκει το δεξί άκρο του βαγονιού πριν από την αριστερή.

fortunegreece.com

Συμπέρασμα: Τρεις διαφορετικοί παρατηρητές, τρεις διαφορετικές πραγματικότητες. Και όλες είναι εξίσου σωστές. Ο χρόνος και ο χώρος είναι σχετικοί με την κινητική σου κατάσταση. Δεν πρόκειται για οφθαλμαπάτη, ούτε για επιστημονική φαντασία. Έτσι λειτουργεί το σύμπαν!

Όλα αυτά ακούγονται τρελά γιατί η ζωή τριγύρω κυλάει πολύ, πολύ πιο αργά από το φως. Ακόμη και το πιο γρήγορο όχημα που μπορείς να φανταστείς, δεν κινείται παρά μόνο με ένα μικροσκοπικό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός. Η διαστολή του χρόνου και η συστολή του μήκους γίνονται εμφανείς μόνο σε πολύ μεγάλες ταχύτητες, επιτρέποντας μας να ζούμε την καθημερινότητα στην παρήγορη αγκαλιά της κλασικής φυσικής!

Κάποια πράγματα είναι σχετικά κάποια άλλα είναι απόλυτα. Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα πιστεύαμε πως το μήκος και ο χρόνος ήταν μεγέθη απόλυτα. Τελικά, και ο χρόνος και ο χώρος είναι μεγέθη σχετικά!

Πηγή:
www.news247.gr/afieromata/almpert-ainstain-ti-einai-eidiki-theoria-schetikotitas-apla-logia.7507080.html

***Απαγορεύεται η μερική ή ολόκληρη αναδημοσίευση του άρθρου σε άλλα sites χωρίς τη συγκατάθεση του beezdom.com

***Πηγή φωτογραφίας εξωφύλλου: thetoc.gr