Co to jest teoria względności? Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik www.filozofia.umcs.lublin.pl

Czym nie jest teoria względności… Nie głosi, że „wszystko jest względne”. Nie ma żadnego związku z filozoficznym relatywizmem („prawda jest względna”). Nie obaliła fizyki Newtona (ale wykazała granice jej stosowalności). Nie jest prawdą, że „tylko trzech ludzi rozumie teorię względności”. Nie jedna, ale dwie teorie względności: szczególna teoria względności – współczesna teoria czasu i przestrzeni (special relativity) ogólna teoria względności – Einsteina teoria grawitacji (general relativity) Stanowi obok mechaniki kwantowej jedną z fundamentalnych teorii fizyki. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Geneza teorii względności Każda teoria naukowa jest rozwiązaniem pewnego problemu. Fizyka klasyczna (Newton, 1687) zasada względności Galileusza: ruch jest względny prędkość ciała zależy od układu odniesienia (pojęcie absolutnego spoczynku nie ma fizycznego sensu) Przykład: v pociągu = 100 km/h; u’ pasażera względem pociągu = 5 km/h u = 100 + 5 = 105 km/h (pasażer idzie zgodnie z kierunkiem ruchu pociągu) u = 100 – 5 = 95 km/h (pasażer idzie przeciwnie do kierunku ruchu pociągu) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Problem: ruch Ziemi względem eteru James Clerk Maxwell (1864) – elektrodynamika klasyczna światło jest falą elektromagnetyczną rozchodzącą się w eterze Prędkość światła powinna zależeć od kierunku ruchu (zgodnie z zasadą względności Galileusza; por. pasażer w pociągu) Ziemia porusza się względem Słońca z prędkością v = 30 km/s. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Eksperyment Michelsona–Morley’a Istota eksperymentu: v Ziemi = 30 km/s; c = 300 000 km/s Pomiary prędkości światła powinny dawać 300 000 + 30 km/s lub 300 000 – 30 km/s Rezultaty: zawsze c = 300 000 km/s niezależnie od ruchu Ziemi! Albert A. Michelson Edward Morley www.umcs.filozofia.lublin.pl

Szczególna teoria względności Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Kőrper, „Annalen der Physik” 1905, 17, s. 891-921 (O elektrodynamice ciał w ruchu) „bezowocne usiłowania wykrycia ruchu Ziemi względem eteru sugerują, że zjawiska elektromagnetyczne, podobnie jak mechaniczne nie mają żadnych własności odpowiadających idei absolutnego spoczynku” (Albert Einstein) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Szczególna zasada względności Postulat względności: prawa fizyki są takie same we wszystkich inercjalnych układach odniesienia (rozszerzenie zasady względności Galileusza na zjawiska elektromagnetyczne) Postulat stałości prędkości światła w próżni: prędkość światła w próżni jest taka sama we wszystkich układach odniesienia. c = 299 792 458 m/s = ok. 300 000 km/s np. dystans Księżyc – Ziemia światło pokonuje w ok. 1 s. Słońce – Ziemia ok. 8 min. 21 s. od najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) ok. 4 lata Prędkość światła w próżni jest maksymalną prędkością w przyrodzie. Żadne ciało nie może osiągnąć prędkości światła. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność równoczesności Równoczesność zdarzeń zależy od układu odniesienia. Dwa zdarzenia równoczesne dla obserwatora w poruszającym się układzie odniesienia (np. w jadącym pociągu) nie są równoczesne dla obserwatora w układzie spoczywającym (np. związanym z torami kolejowymi). Nie ma sensu pojęcie absolutnej równoczesności (bez względu na układ odniesienia). W układzie pociągu: światło dotrze do obu końców wagonu równocześnie. W układzie torów: światło dotrze najpierw do części tylniej a później do części przedniej. www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność czasu Czas w poruszającym się układzie odniesienia płynie wolniej (zegar w poruszającym się układzie odniesienia chodzi wolniej w stosunku do zegara w układzie spoczywającym). Dylatacja czasu www.umcs.filozofia.lublin.pl

Względność przestrzeni Wymiary ciała ulegają skróceniu w kierunku ruchu Kontrakcja Fitzgeralda–Lorentza www.umcs.filozofia.lublin.pl

Paradoks bliźniąt Czas w „poruszającym się” układzie płynie wolniej… www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czasoprzestrzeń Newton – absolutny czas i absolutna przestrzeń Szczególna teoria względności – powiązanie czasu i przestrzeni w czterowymiarową czasoprzestrzeń Minkowskieo zdarzenia Z (x, y, z, t) Interwał czasoprzestrzenny ds2 > 0 – interwał czasowy ds2 = 0 – interwał zerowy ds2 < 0 – interwał przestrzenny („gdzie indziej”) Zdarzenia nie mogą być połączone związkiem przyczynowo-skutkowym) www.umcs.filozofia.lublin.pl

Przestrzeń jest absolutna Czas jest absolutny Przestrzeń jest absolutna Interwał czasoprzestrzenny jest niezmienniczy względem transformacji układu współrzędnych efekty teorii względności mają znaczenie dla bardzo dużych prędkości (porównywalnych z c) dla małych prędkości stosujemy nadal fizykę Newtona Czas jest względny Przestrzeń jest względna Czasoprzestrzeń jest absolutna www.umcs.filozofia.lublin.pl

Równoważność masy i energii Masa ciała zależy od prędkości: Masa i energia są sobie równoważne: www.umcs.filozofia.lublin.pl

Instytut Filozofii UMCS filozofia kognitywistyka europeistyka kierunki studiów filozofia kognitywistyka europeistyka www.filozofia.umcs.lublin.pl