Cel mai bun răspuns
Cum înțeleg conceptul de lungime corectă în relativitatea specială?
Tocmai am început să citesc despre acest lucru din manual. Cadrul de odihnă al obiectului? Înseamnă un cadru de referință care se mișcă odată cu obiectul?
Îl ai destul de mult pe nas.
Din punct de vedere tehnic, nu există cadre privilegiate în relativitatea specială, dar în practică, există două cadre care sunt foarte importante și aproape toate calculele se fac într-una sau alta dintre ele.
- Cadru de odihnă Cadrul de odihnă este cadrul în care centrul de masă al sistemului este în repaus. Dacă sistemul este un singur obiect care se mișcă cu aceeași viteză, rama se deplasează împreună cu obiectul. În acest cadru, definim toate mărimile dependente de „cadru” la valorile lor „adecvate”, deoarece acestea sunt valorile pe care obiectul însuși le-ar măsura. Aceasta include masa, lungimea, timpul de înjumătățire, perioada, lungimea de undă și orice altceva asociați cu un obiect în sine.
- Cadrul „Lab” Cadrul de laborator este cadrul de observare – adică cadrul în care stai în picioare urmărind obiectul. Este important, deoarece dacă nu sunteți obiectul, măsurătorile dvs. vor fi diferite de ceea ce ar obține obiectul în sine.
Un exemplu.
Să presupunem că aveți o navă spațială a cărei masă este de 500 kg, pe care a fost inițiată o secvență de autodistrugere, setată să pornească în 40 de secunde. Măsurați nava spațială pentru a călători cu 90\% viteza luminii și pentru a avea o lungime de 4 m.
În această problemă, masa (într-adevăr, masa-energie 500c ^ 2 J) și cronometrul sunt date ca valori adecvate, deoarece acestea sunt ceea ce ați măsura dacă v-ați muta în interiorul navei spațiale. Lungimea este valoarea observată și, pentru a obține valoarea corectă, va trebui să vă convertiți în cadrul de rest al navei spațiale. Este destul de ușor; deoarece viteza este 0.95c, avem
\ gamma = \ sqrt {\ frac {1} {1 – 0.95 ^ 2}} = 3.202
Și deci lungimea corectă este \ gamma L \_ {\ rm observat}, care este de 12,808 metri.
Răspuns
Înainte de a vizualiza timpul potrivit ar trebui să înțeleagă care este chiar timpul . Timpul clasic al Newton, Galelio curge independent. Independent în sensul că este independent de obiecte și evenimente. Conform Newton, evenimente precum nașterea, creșterea, moartea etc. se întâmplă în fundalul timpului care curge independent. Nimeni nu o poate opri sau schimba. De exemplu, anul acesta este 2017. A început de la nașterea lui Hristos ca referință. Suntem obișnuiți să reprezentăm diverse evenimente istorice de pe pământ și evenimente cerești, cum ar fi luna nouă, eclipsa, sosirea cometei etc., în funcție de acest timp de referință fie ca A.D sau B.C. Acest timp clasic al lui Newton este, de asemenea, numit timp de coordonate. Acest timp este subdivizat și folosim ceasuri pentru a le măsura în termeni de ore, minute și secunde. Toate sunt bine și perfect cunoscute pentru că am crezut și am practicat timpul clasic. Prin urmare, timpul înseamnă că este timpul clasic pentru noi sau până când Einstein a intrat în imagine.
Teoria specială a relativității (1905) a declarat că timpul nu este independent de evenimente sau spațiu. Timpul este conectat cu spațiul și inseparabil de spațiu. Pentru a fi mai precis, timpul este legat de mișcarea obiectelor. Când timpul este legat de mișcare, acesta este cunoscut sub numele de timp adecvat și diferă de timpul clasic , care este independent de mișcare.
Acum, dacă un obiect este în repaus, de exemplu, presupuneți că Pământul este în repaus și dacă două ceasuri identice fac plasate pe Pământ și ambele sunt setate la (sincronizate) 12.00 ore. După 10 ani ambele ceasuri ar arăta același timp. Timpul este conectat la mișcare, dar pământul nu se mișcă. Prin urmare, timpul 10 ani trecut pe pământ este atât timpul clasic , cât și timpul potrivit pentru omul care privește ceasurile de pe pământ . În acest caz, nu există nicio diferență între timpul clasic și timpul adecvat. Dar dacă unul dintre ceasurile sincronizate este trimis de un vehicul spațial la o viteză de lumină de 90\% timp de 10 ani, atunci ceasul vehiculului spațial încetinește în măsura formulei simple a Teorii speciale a relativității, așa cum este prezentată mai jos.
Ora măsurată de ceasul de pe Pământ este ora adecvată pentru pământ (acest timp propriu este înțeles de noi ca timp newtonian clasic).Și ora afișată de ceas în vehiculul spațial este timpul potrivit pentru omul din spațiu. Dacă omul aflat în repaus pe pământ urmărește ceasul vehiculului aflat în mișcare, constată că ceasul spațial funcționează mai lent comparativ cu ceasul său. Dacă omul vehiculului spațial observă ceasul de pe pământ, el găsește că ceasul de pământ funcționează mai repede și-a comparat ceasul. Ambele văd și cred că ceasul lor este normal, dar celălalt ceas este lent sau rapid. Ei își raportează ceasul la celălalt ceas și, prin urmare, relativitatea. Nimeni nu este corect sau greșit atâta timp cât vehiculul continuă să se deplaseze la viteză uniformă. Dar numai atunci când omul care se mișcă în spațiu la 90\% din viteza luminii a decis să se întoarcă și să-l întâlnească după 4,35 de ani conform ceasului său, omul de pe pământ (presupune ca fratele geamăn) îl găsește cu 5,65 ani mai mare decât el (10–4,35 ani). Cei 4,35 ani ai săi sunt egali cu cei 10 ani ai fratelui său pământean. Dacă îl va întâlni după 10 ani, fratele său pe pământ ar avea 22,98 de ani, după cum este detaliat mai sus.
Revenind la timpul potrivit , timpul potrivit al omului de pe pământ este timpul măsurat de el între oricare două evenimente de ceasul său de pe pământ. Era odihnit. El a măsurat ora plecării fratelui său și l-a întâlnit din nou pe pământ ca 10 ani. Prin urmare, timpul său adecvat este de 10 ani. Fratele său geamăn care a călătorit o perioadă de timp în spațiu și s-a întors pentru a-și întâlni gemenii pe pământ. El măsoară aceleași două evenimente, plecarea în spațiu și întoarcerea la întâlnirea cu fratele său, cu ceasul pe care l-a luat împreună cu el în spațiu. Acest timp este de 4,35 ani. Acesta este timpul său adecvat.
Din exemplul de mai sus, un timp adecvat este definit ca timpul măsurat de ceasul respectiv al unei persoane. Nu este nevoie să te uiți la ceasul altora. De asemenea, timpul adecvat al unui ceas depinde de viteza cu care se deplasează. Timpul este conectat și condiționat de mișcare. Acesta este modul ușor de vizualizare a timpului adecvat.
Dar definiția tehnică a timpul adecvat este ceva de genul acesta: un ora corectă este timpul măsurat între două evenimente de ceasul respectiv al unei persoane de-a lungul liniei sale mondiale . Acum este esențial să înțelegem ce este linia mondială .
Ideea liniei mondiale a fost dată în 1908 de Einsteins profesor Hermann Minkowski. Pentru a explica Teoria Specială a Relativității sub formă grafică, Minkowski a produs o diagramă care combină spațiul și timpul, numită diagrama spațiu-timp . Deoarece timpul este o parte integrantă a spațiului conform relativității, Minkowski a combinat pur și simplu cele trei coordonate (x, y, z) ale spațiului și o coordonată a timpului (t). Această combinație de trei dimensiuni spațiale și o dimensiune de timp se numește spațiu-timp colector . Mai mult, reprezentarea a patru coordonate în două dimensiuni ar fi dificilă, el a suprimat cele două coordonate ale spațiului și a păstrat doar o coordonată și o coordonată a timpului. Diagrama simplificată bidimensională spațiu-timp reprezentând o coordonată ca spațiu (axa x) și cealaltă coordonată ca timp (axa y) este dată mai jos. Apoi, conform relativității, un obiect trebuie să fie în mod necesar deplasat în varietatea spațiu-timp. Calea trasată de un obiect, fizica o spune ca un punct, în diagrama spațiu-timp se numește linie mondială. Rețineți că un obiect poate fi odihnit pe pământ. În acest caz, cele trei coordonate spațiale nu se mișcă, ci timpul se mișcă. Prin urmare, și un obiect în repaus trebuie să se deplaseze de-a lungul coordonatei de timp. Prin urmare, un obiect în repaus are și linie mondială. Acum să vedem diagrama spațiu-timp de mai jos.
În diagrama spațiu-timp:
- linia mondială al omului care se odihnește pe pământ este o linie verticală. Acest lucru se datorează faptului că, deși este odihnit, totuși ceasul său funcționează. Are timp. Timpul se mișcă în axa y. Ceasul său măsoară ora doar de-a lungul liniei verticale verzi. Pentru el, evenimentele au loc numai de-a lungul liniei verzi. Linia verde este linia sa mondială. Timpul măsurat între oricare două evenimente de ceasul său de-a lungul liniei lumii va fi timpul potrivit pentru el. În exemplul nostru, timpul potrivit pentru el este de 10 ani. Evenimentele sunt, plecarea fratelui său la punctul 0 și întâlnirea cu el la punctul B de-a lungul linia verde verticală.
- În mod similar, fratele său geamăn care pleacă în spațiu la punctul 0, dacă nu a avut intenția de a-și întâlni fratele și de a călători la viteză uniformă linia sa mondială va face linia roșie dreaptă către punctul C. Evenimentele se întâmplă pentru el de-a lungul liniei roșii, linia sa mondială . Timpul măsurat între evenimente de-a lungul acestei linii este timpul său adecvat.
3. Dar în exemplul nostru, fratele geamăn care s-a aventurat în spațiu a decis să se întoarcă și îl întâlnește pe fratele său pe pământ la punctul B. Linia sa mondială este linia roșie curbată. timpul său adecvat este de 4,35 ani conform întrebării explicate mai sus.
Notă: dacă un punct este la rest sau în mișcare uniformă , linia lumii este drept. Dacă punctul (obiectul) accelerează linia lumii devine curbată. Cazul nostru, fratele vehiculului spațial se întoarce pentru a-și întâlni gemenii pe pământ și, prin urmare, accelerează, prin urmare linia roșie a lumii este curbată.
Thiruman Archunan
(17.10.2017)