Was ist Relativitätstheorie für Dummies?

Die Spezielle Relativitätstheorie revolutionierte buchstäblich die Welt der Physik und veränderte die allgemein akzeptierten Vorstellungen über die Welt um uns herum vollständig.

Viele Physiker führen immer noch heftige Diskussionen im Zusammenhang mit der Relativitätstheorie. In diesem Material werde ich versuchen, so klar wie möglich zu erklären, was diese Relativitätstheorie ist.

Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie

Bereits 1905 veröffentlichte der große Physiker Albert Einstein seine Arbeit mit dem Titel Spezielle Relativitätstheorie (im Folgenden als SRT bezeichnet), in der eine Erklärung, wie die Bewegungen zwischen verschiedenen Trägheitsreferenzrahmen oder einfacher Objekten beschrieben werden, die sich mit einer bestimmten relativ zueinander bewegen Geschwindigkeit.

In seiner Arbeit sagte der Wissenschaftler, dass Sie während der Bewegung von zwei Objekten mit einer festen Geschwindigkeit benötigen Studieren Sie ihre Bewegung relativ zueinander und nehmen Sie keines der Objekte als absolutes System Countdown.

Einfach ausgedrückt, wenn konventionelle Astronauten auf einem Raumschiff fliegen und Sie und Ihr Partner auf einem anderen, dann für Um Ihre Beobachtungen vergleichen zu können, müssen Sie nur die Geschwindigkeit relativ zueinander kennen Freund.

Spezielle Relativitätstheorie

Dies ist ein einzigartiger Unterabschnitt, der einen ausschließlich speziellen Fall untersucht (deshalb wird er so genannt), in dem die Bewegung gleichmäßig und geradlinig ist.

Für den Fall, dass ein materielles Objekt beschleunigt wird oder sich in einem Bogen bewegt, dann EINHUNDERT gilt nicht. In diesem Fall wird es bereits verwendet Generelle Relativität (Allgemeine Relativitätstheorie), Beschreibung der Bewegung von Körpern in allen anderen Fällen.

Die gesamte Einsteinsche Theorie basiert auf den folgenden Hauptpostulaten:

1. Das Relativitätsprinzip. Ihm zufolge wirken alle physikalischen Gesetze sogar auf Objekte, die Trägheitsreferenzrahmen sind (bewegen sich relativ zueinander mit einer festen Geschwindigkeit).
2. Das Prinzip der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ist für absolut alle Objekte gleich und es spielt keine Rolle, mit welcher Geschwindigkeit sich Materialobjekte relativ zur Lichtquelle bewegen.

Äthersuche und experimentelle Daten

Ende des 19. Jahrhunderts suchten Wissenschaftler dieser Zeit aktiv nach dem sogenannten Äther - dem Medium, in dem sich nach ihren Vorstellungen Lichtwellen hätten ausbreiten sollen. Gleichzeitig wurde eine Analogie zu Schallwellen in Betracht gezogen, die zur Ausbreitung ein bestimmtes Medium benötigen.

Infolgedessen bestand die Überzeugung, dass sich die Lichtgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Beobachters in Bezug auf den Äther ändern wird.

Einstein entschied sich im Gegensatz zu seinen Kollegen, den Ergebnissen der Experimente zu vertrauen und lehnte die Äther-Theorie ab als unhaltbar, und seine Annahme auf der Grundlage der experimentell erhaltenen vorbringen Daten.

Und er kam zu dem Schluss, dass alle physikalischen Gesetze wie die Lichtgeschwindigkeit konstant sind und in keiner Weise von der eigenen Geschwindigkeit des Beobachters abhängen.

Homogenität von Raum und Zeit

Laut SRT besteht also eine unveränderliche Verbindung zwischen Raum und Zeit. Wir alle wissen genau, dass unser Universum drei räumliche Dimensionen hat:

Runter und rauf, links und rechts und hin und her. Zu diesem unveränderlichen Trio kommt auch die sogenannte Zeitdimension hinzu, und nun bilden diese vier Dimensionen die Grundlage unseres Raum-Zeit-Kontinuums.

Wenn Sie sich also mit großer Geschwindigkeit bewegen, dann speziell Ihre Beobachtungen in Bezug auf Zeit und Der Raum unterscheidet sich erheblich von den Beobachtungen anderer Beobachter, die sich mit deutlich weniger bewegen Geschwindigkeit. Es ist schwierig, jetzt werde ich es mit einem einfachen Beispiel erklären.

Stellen Sie sich also zwei Raumschiffe vor. Auf einem bist du und du hältst einen Laserpointer. Sie schalten es ein und richten es rechtwinklig auf einen Spiegel an der Decke. Sie beobachten, wie es (der Laserstrahl), der vertikal nach unten reflektiert wird, auf den Boden fällt.

Stellen Sie sich nun vor, es ist Ihr Schiff, das sich mit einer enormen Geschwindigkeit bewegt, die halb so hoch ist wie die Lichtgeschwindigkeit. Nach Einsteins spezieller Theorie ist diese Geschwindigkeit für Sie also absolut unsichtbar.

Aber für Beobachter des zweiten Raumfahrzeugs, das sich in Ruhe befindet und Ihr Experiment mit einem Laser beobachtet, sehen sie ein völlig anderes Bild, nämlich:

Ein externer Beobachter wird sehen, dass sich der von Ihnen emittierte Strahl diagonal zum Spiegel bewegt (und nicht unter einem direkten Winkel wie in Ihrem Fall), dann von seiner Oberfläche reflektiert, geht es auch diagonal zum Boden und fällt auf ihm.

Mit anderen Worten, die Flugbahn des Laserstrahls ist für Sie und einen externen Beobachter unterschiedlich. Dies bedeutet, dass sich auch die Zeit unterscheidet, die der Strahl benötigt, um sich in unterschiedlichen Entfernungen zu bewegen.

Dieses Phänomen wird als Zeitdilatation bezeichnet, dh die Zeit auf Ihrem Raumschiff, die sich mit großer Geschwindigkeit bewegt, fließt viel langsamer als bei externen Beobachtern.

Dieses Gedankenexperiment zeigt, dass es eine untrennbare Verbindung zwischen Raum und Zeit gibt. Diese Verbindung ist nur bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit deutlich zu erkennen.

Masse und Energie verbinden

Darüber hinaus hat der große Wissenschaftler eine Formel abgeleitet, nach der Masse und Energie eine untrennbare Verbindung haben:

Wenn sich also nach der Theorie des großen Physikers die Geschwindigkeit eines Objekts aus Materie der Lichtgeschwindigkeit nähert, nimmt seine Masse zu. Mit anderen Worten, je höher die Geschwindigkeit eines Objekts ist, desto größer ist sein Gewicht, was bedeutet, dass es immer schwieriger wird, es zu zerstreuen.

Wenn also ein materielles Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreicht, ist seine Masse gleich unendlich.

Je schwerer der Körper ist, desto mehr Energie wird benötigt, um ihn zu beschleunigen, und es wird unendlich viel Energie benötigt, um einen Körper mit unendlicher Masse zu beschleunigen.

Daraus folgt, dass für materielle Objekte die Lichtgeschwindigkeit prinzipiell unerreichbar ist.

Vor dieser Theorie sah niemand einen offensichtlichen Zusammenhang zwischen Energie und Masse, und es war Einstein, der dies bewies Das Gesetz der Energieerhaltung und das Gesetz der Massenerhaltung sind Teile eines allgemeinen Gesetzes Massenenergie.

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