Co to jest teoria względności?

Prezentacja na temat: "Co to jest teoria względności?"— Zapis prezentacji:

1 Co to jest teoria względności?
Andrzej Łukasik Zakład Ontologii i Teorii Poznania Instytut Filozofii UMCS

2 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.

3 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 = = 105 km/h (pasażer idzie zgodnie z kierunkiem ruchu pociągu) u = 100 – 5 = 95 km/h (pasażer idzie przeciwnie do kierunku ruchu pociągu)

4 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.

5 Eksperyment Michelsona–Morley’a
Istota eksperymentu: v Ziemi = 30 km/s; c = km/s Pomiary prędkości światła powinny dawać km/s lub – 30 km/s Rezultaty: zawsze c = km/s niezależnie od ruchu Ziemi! Albert A. Michelson Edward Morley

6 Szczególna teoria względności
Albert Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Kőrper, „Annalen der Physik” 1905, 17, s (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)

7 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 = m/s = ok 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.

8 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.

9 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

10 Względność przestrzeni
Wymiary ciała ulegają skróceniu w kierunku ruchu Kontrakcja Fitzgeralda–Lorentza

11 Paradoks bliźniąt Czas w „poruszającym się” układzie płynie wolniej…

12 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)

13 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

14 Równoważność masy i energii
Masa ciała zależy od prędkości: Masa i energia są sobie równoważne:

15 Instytut Filozofii UMCS filozofia kognitywistyka europeistyka
kierunki studiów filozofia kognitywistyka europeistyka