Fizica nu este atât de grea pe cât pare. Nici Teoria Relativității nu face excepție.
Sigur v-a căzut în mâna o carte de fizică în care parcă se vorbea chineză. Aici e problema că pentru concepte simple se utilizează un limbaj atât de avansat și de abstract încât renunțarea pare a fi soluţia cea mai normală.
În primul rând, Teoria Relativității Restrânse se aplică doar în sistemele de referință inerțiale. Cu alte cuvinte, toate corpurile din acest sistem de referință se mișcă cu viteză constantă. Și mai precis, niciun corp nu accelerează.
Să spunem că:
Suntem aflați într-o mașină care merge constant cu 50 km/h ne aflam de fapt într-un sistem de referință inerțial.
Dacă acum stăm cu toții, în bănci, citind acest lucru, avem impresia că nu ne deplasăm. Ei bine, de fapt ne învârtim o dată cu Pământul în jurul axei sale, în jurul Soarelui, în jurul galaxiei etc. Deci ne deplasăm foarte repede. Relativ la mese suntem în repaus. Relativ la Soare suntem în mișcare.
Să spunem că:
Suntem aflați într-o mașină care merge constant cu 50 km/h ne aflam de fapt într-un sistem de referință inerțial.
Dacă acum stăm cu toții, în bănci, citind acest lucru, avem impresia că nu ne deplasăm. Ei bine, de fapt ne învârtim o dată cu Pământul în jurul axei sale, în jurul Soarelui, în jurul galaxiei etc. Deci ne deplasăm foarte repede. Relativ la mese suntem în repaus. Relativ la Soare suntem în mișcare.
Postulatele:
P1– Legile fizicii sunt aceleași în orice sistem de referință inerțial.
Explicație - În trenul cu care te duci la bunici și care merge cu viteză constantă și în satelitul spațial care se mișcă pe orbită cu viteză foarte mare și constantă, legile fizicii vor fi aceleași.
P2– Viteza luminii în vid este o constantă universală, c, independentă de mișcarea sursei de lumină.
Explicație - Legea de adunare a vitezelor nu se aplică și în cazul vitezei luminii. Să zicem că mergi cu trenul cu 100 km/h. Vrei să te duci la baia care se află spre locomotivă și începi să traversezi trenul cu viteza picioarelor de 5 km/h. Un om care stă la barieră, în momentul în care trece trenul pe lângă el, te va vedea pe tine mișcându-te cu viteza 100 km/h + 5 km/h = 105 km/h
Cu viteza luminii e diferit. Dacă la fel mergi cu 100 km/h cu trenul și aprinzi o lanternă spre locomotivă, lumina NU se va deplasa cu 100 km/h + c, ci doar cu valoarea c (300.000 km/s). Deci vitezele NU se adună când vorbim de lumină.
P1– Legile fizicii sunt aceleași în orice sistem de referință inerțial.
Explicație - În trenul cu care te duci la bunici și care merge cu viteză constantă și în satelitul spațial care se mișcă pe orbită cu viteză foarte mare și constantă, legile fizicii vor fi aceleași.
P2– Viteza luminii în vid este o constantă universală, c, independentă de mișcarea sursei de lumină.
Explicație - Legea de adunare a vitezelor nu se aplică și în cazul vitezei luminii. Să zicem că mergi cu trenul cu 100 km/h. Vrei să te duci la baia care se află spre locomotivă și începi să traversezi trenul cu viteza picioarelor de 5 km/h. Un om care stă la barieră, în momentul în care trece trenul pe lângă el, te va vedea pe tine mișcându-te cu viteza 100 km/h + 5 km/h = 105 km/h
Cu viteza luminii e diferit. Dacă la fel mergi cu 100 km/h cu trenul și aprinzi o lanternă spre locomotivă, lumina NU se va deplasa cu 100 km/h + c, ci doar cu valoarea c (300.000 km/s). Deci vitezele NU se adună când vorbim de lumină.
Lipsa unui sistem, de referință absolut.
Ce vrea să spună este că nu există un sistem de referință care să fie în repaus absolut sau în mișcare absolută. Adică nu există un obiect care să fie nemișcat în comparație cu orice alt obiect din Univers.
Totuși, spre sfârșitul secolului al XIX-lea, existența undelor electromagnetice a condus unii fizicieni să sugereze că universul este umplut cu o substanță numită "eter", care ar acționa ca mediu de propagare al acestor unde. Se credea că eterul constituie un sistem de referință absolut față de care se pot măsura vitezele. Cu alte cuvinte, eterul este singurul lucru fix și nemișcat din univers.
Ce vrea să spună este că nu există un sistem de referință care să fie în repaus absolut sau în mișcare absolută. Adică nu există un obiect care să fie nemișcat în comparație cu orice alt obiect din Univers.
Totuși, spre sfârșitul secolului al XIX-lea, existența undelor electromagnetice a condus unii fizicieni să sugereze că universul este umplut cu o substanță numită "eter", care ar acționa ca mediu de propagare al acestor unde. Se credea că eterul constituie un sistem de referință absolut față de care se pot măsura vitezele. Cu alte cuvinte, eterul este singurul lucru fix și nemișcat din univers.
Consecinţele postulatelor:
Dilatarea temporală — timpul scurs între două evenimente nu este invariat de la un observator la altul, dar el depinde de mișcarea relativă a sistemelor de referință ale observatorilor.
Explicație 1 - Timpul nu trece la fel pentru doi observatori. Cea mai simplă exemplificare este cea în care 2 observatori sunt martori la 1 eveniment. Primul observator este în repaus relativ și cel de-al doilea se deplaseză constant. Pentru că viteza luminii este finită, evenimentul nu va avea loc simultan pentru ambii observatori. Dacă observatorul 2 se depărtează de eveniment cu viteza constantă de 100 km/h, el va observa puțin mai târziu același eveniment, chiar dacă la momentul zero erau în aceeași poziție.
Explicație 2 - Se construiesc două ceasuri identice și perfect sincronizate. Dacă unul rămâne pe Pământ și unul pleacă într-o călătorie în spațiu cu o viteză apropiată de cea a luminii, ultimul va rămâne în urmă.
Relativitatea simultaneității — două evenimente ce au loc în două locații diferite, care au loc simultan pentru un observator, ar putea apărea ca având loc la momente diferite pentru un alt observator.
Explicaţie -Dacă se produc simultan 2 evenimente, fiecare la celălalt capăt al globului. Un observator aflat la jumătate le percepe simultan. Un observator care se deplasează rapid și constant spre unul dintre evenimente, dar care la momentul producerii se afla la exact jumătatea distanței, le va percepe ca nefiind simultane.
Exemplu - Un observator stă la mijlocul unui vagon în mișcare și celălalt stă pe peron. Exact în momentul în care cei doi observatori trec unul pe lângă celălalt, de la mijlocul vagonului se emite un semnal luminos.
Observatorul din tren va vedea capetele vagonului la aceeași distanță de el. Ca urmare lumina va ajunge la cele 2 capete în același timp.
Observatorul de pe peron va vedea capătul din spate al vagonului că se apropie de locul în care a fost emis semnalul. Va vedea și că partea din față a vagonului se depărtează de locul emiterii luminii. Lumina care merge spre spatele vagonului va avea mai puțină distanță de parcurs. și va ajunge mai repede la capătul vagonului.
Dilatarea temporală — timpul scurs între două evenimente nu este invariat de la un observator la altul, dar el depinde de mișcarea relativă a sistemelor de referință ale observatorilor.
Explicație 1 - Timpul nu trece la fel pentru doi observatori. Cea mai simplă exemplificare este cea în care 2 observatori sunt martori la 1 eveniment. Primul observator este în repaus relativ și cel de-al doilea se deplaseză constant. Pentru că viteza luminii este finită, evenimentul nu va avea loc simultan pentru ambii observatori. Dacă observatorul 2 se depărtează de eveniment cu viteza constantă de 100 km/h, el va observa puțin mai târziu același eveniment, chiar dacă la momentul zero erau în aceeași poziție.
Explicație 2 - Se construiesc două ceasuri identice și perfect sincronizate. Dacă unul rămâne pe Pământ și unul pleacă într-o călătorie în spațiu cu o viteză apropiată de cea a luminii, ultimul va rămâne în urmă.
Relativitatea simultaneității — două evenimente ce au loc în două locații diferite, care au loc simultan pentru un observator, ar putea apărea ca având loc la momente diferite pentru un alt observator.
Explicaţie -Dacă se produc simultan 2 evenimente, fiecare la celălalt capăt al globului. Un observator aflat la jumătate le percepe simultan. Un observator care se deplasează rapid și constant spre unul dintre evenimente, dar care la momentul producerii se afla la exact jumătatea distanței, le va percepe ca nefiind simultane.
Exemplu - Un observator stă la mijlocul unui vagon în mișcare și celălalt stă pe peron. Exact în momentul în care cei doi observatori trec unul pe lângă celălalt, de la mijlocul vagonului se emite un semnal luminos.
Observatorul din tren va vedea capetele vagonului la aceeași distanță de el. Ca urmare lumina va ajunge la cele 2 capete în același timp.
Observatorul de pe peron va vedea capătul din spate al vagonului că se apropie de locul în care a fost emis semnalul. Va vedea și că partea din față a vagonului se depărtează de locul emiterii luminii. Lumina care merge spre spatele vagonului va avea mai puțină distanță de parcurs. și va ajunge mai repede la capătul vagonului.