No início do século 20, foi formuladoteoria da relatividade. O que é e quem é seu criador, todo aluno sabe hoje. É tão fascinante que até pessoas que estão longe da ciência se interessam por ele. Este artigo descreve a teoria da relatividade em uma linguagem acessível: o que é, quais são seus postulados e aplicações.
Eles dizem isso para Albert Einstein, seu criador,o insight veio em um instante. O cientista parecia estar andando de bonde em Berna, Suíça. Ele olhou para o relógio da rua e de repente percebeu que o relógio pararia se o bonde acelerasse até a velocidade da luz. Nesse caso, não haveria tempo. O tempo desempenha um papel muito importante na teoria da relatividade. Um dos postulados formulados por Einstein é que diferentes observadores percebem a realidade de maneiras diferentes. Isso se aplica em particular ao tempo e à distância.
Naquele dia, Albert percebeu que, na linguagemciência, a descrição de qualquer fenômeno ou evento físico depende do quadro de referência em que o observador se encontra. Por exemplo, se um passageiro de bonde deixar cair seus óculos, eles cairão verticalmente para baixo em relação a ela. Se você olhar da posição de um pedestre parado na rua, a trajetória de sua queda corresponderá a uma parábola, já que o bonde está se movendo e os pontos estão caindo ao mesmo tempo. Assim, cada um tem seu próprio quadro de referência. Propomo-nos a considerar com mais detalhes os postulados básicos da teoria da relatividade.
Apesar do fato de que ao mudar os quadros de referênciadescrições de eventos mudam, existem coisas universais que permanecem inalteradas. Para entender isso, deve-se fazer a pergunta não sobre a queda dos vidros, mas sobre a lei da natureza que causa essa queda. Para qualquer observador, independentemente de estar em um sistema de coordenadas em movimento ou estacionário, a resposta permanece inalterada. Essa lei é chamada de lei do tráfego distribuído. Funciona da mesma forma no eléctrico e na rua. Em outras palavras, se a descrição dos eventos sempre depende de quem os observa, isso não se aplica às leis da natureza. Eles são, como costumam se expressar na linguagem científica, invariáveis. Este é o princípio da relatividade.
Este princípio, como qualquer outra hipótese,era necessário primeiro verificar correlacionando-o com fenômenos naturais operando em nossa realidade. Einstein deduziu 2 teorias do princípio da relatividade. Embora estejam relacionados, eles são considerados separados.
Teoria da relatividade particular ou especial(SRT) é baseado na posição de que para todos os tipos de referenciais, cuja velocidade é constante, as leis da natureza permanecem as mesmas. A teoria geral da relatividade (GTR) estende esse princípio a qualquer sistema de referência, incluindo aqueles que se movem com aceleração. Em 1905, A. Einstein publicou a primeira teoria. O segundo, mais complexo em termos de aparato matemático, foi concluído em 1916. A criação da teoria da relatividade, tanto SRT quanto GRT, tornou-se uma etapa importante no desenvolvimento da física. Vamos nos deter em cada um deles com mais detalhes.
O que é, qual é a sua essência?Vamos responder a essa pergunta. É essa teoria que prevê muitos efeitos paradoxais que contradizem nossas idéias intuitivas sobre como o mundo funciona. Estamos falando sobre aqueles efeitos que são observados quando a velocidade do movimento se aproxima da velocidade da luz. O mais famoso deles é o efeito da dilatação do tempo (relógio). O relógio que se move em relação ao observador anda mais devagar para ele do que aqueles que estão em suas mãos.
No sistema de coordenadas ao se mover com velocidade,próximo à velocidade da luz, o tempo é alongado em relação ao observador, e o comprimento dos objetos (extensão espacial), ao contrário, é comprimido ao longo do eixo de direção desse movimento. Os cientistas chamam esse efeito de contração de Lorenz-Fitzgerald. Em 1889, foi descrito por George Fitzgerald, um físico italiano. E em 1892 Hendrik Lorenz, um holandês, o complementou. Esse efeito explica o resultado negativo do experimento Michelson-Morley, no qual a velocidade de movimento do nosso planeta no espaço sideral é determinada pela medição do "vento do éter". Estes são os postulados básicos da teoria da relatividade (especial). Einstein complementou essas equações com uma fórmula de transformação de massa, feita por analogia. Segundo ela, à medida que a velocidade de um corpo se aproxima da velocidade da luz, a massa corporal aumenta. Por exemplo, se a velocidade for 260 mil km / s, ou seja, 87% da velocidade da luz, do ponto de vista de um observador que está em um referencial em repouso, a massa do objeto dobrará.
Todas essas disposições, não importa o quanto se contradigambom senso, desde a época de Einstein encontra confirmação direta e completa em muitos experimentos. Um deles foi conduzido por cientistas da Universidade de Michigan. Esta curiosa experiência confirma a teoria da relatividade da física. Os pesquisadores colocaram um relógio atômico ultrapreciso a bordo de um avião que fazia voos transatlânticos regularmente. A cada vez, após seu retorno ao aeroporto, as leituras desses relógios eram comparadas às de controle. Acontece que o relógio do avião ficava cada vez mais atrasado em relação ao controle. Claro, estávamos falando apenas de cifras insignificantes, frações de segundo, mas o fato em si é muito indicativo.
Na última metade do século, os pesquisadores têm estudadopartículas elementares em aceleradores - enormes complexos de hardware. Neles, feixes de elétrons ou prótons, ou seja, partículas subatômicas carregadas, são acelerados até que suas velocidades se aproximem da velocidade da luz. Depois disso, eles são disparados contra alvos nucleares. Nestes experimentos, é necessário levar em consideração o fato de que a massa das partículas aumenta, caso contrário, os resultados experimentais desafiam a interpretação. A este respeito, SRT não é mais apenas uma teoria hipotética. Tornou-se uma das ferramentas usadas na engenharia aplicada, junto com as leis newtonianas da mecânica. Os princípios da teoria da relatividade encontraram grande aplicação prática hoje.
A propósito, falando das leis de Newton (um retrato destecientista é apresentado acima), deve-se dizer que a teoria da relatividade especial, que aparentemente os contradiz, na verdade reproduz as equações das leis de Newton quase exatamente se for usada para descrever corpos cuja velocidade de movimento é muito menor do que a velocidade da luz. Em outras palavras, se a relatividade especial for aplicada, a física newtoniana não será cancelada de forma alguma. Essa teoria, ao contrário, o complementa e o expande.
Usando o princípio da relatividade, pode-se entenderpor que neste modelo da estrutura do mundo é a velocidade da luz que desempenha um papel muito importante, e não outra coisa. Essa pergunta é feita por aqueles que estão apenas começando a se familiarizar com a física. A velocidade da luz é uma constante universal devido ao fato de que é definida como tal pela lei das ciências naturais (você pode aprender mais sobre isso estudando as equações de Maxwell). A velocidade da luz no vácuo, devido à ação do princípio da relatividade, em qualquer referencial é a mesma. Você pode pensar que isso é contrário ao bom senso. Acontece que a luz atinge o observador simultaneamente de uma fonte estacionária e outra em movimento (independentemente da velocidade com que se move). No entanto, não é. A velocidade da luz, devido ao seu papel especial, ocupa um lugar central não apenas na relatividade especial, mas também na relatividade geral. Vamos conversar sobre isso também.
É usado, como dissemos, para todosquadros de referência, não necessariamente aqueles cuja velocidade em relação ao outro é constante. Matematicamente, essa teoria parece muito mais complicada do que uma especial. Isso explica o fato de terem se passado 11 anos entre suas publicações. A relatividade geral inclui o especial como um caso especial. Portanto, as leis de Newton também estão incluídas nele. No entanto, a relatividade geral vai muito além de seus predecessores. Por exemplo, ele explica a gravidade de uma nova maneira.
Graças à relatividade geral, o mundo se torna quadridimensional:o tempo é adicionado a três dimensões espaciais. Todos eles são inseparáveis, portanto, não é mais necessário falar sobre a distância espacial que existe no mundo tridimensional entre dois objetos. Agora estamos falando sobre os intervalos de espaço-tempo entre vários eventos, combinando o afastamento espacial e temporal deles um do outro. Em outras palavras, o tempo e o espaço na teoria da relatividade são considerados uma espécie de continuum quadridimensional. Pode ser definido como espaço-tempo. Nesse continuum, os observadores que se movem em relação uns aos outros terão opiniões diferentes até mesmo sobre se dois eventos ocorreram simultaneamente ou se um deles precedeu o outro. No entanto, a relação de causa e efeito não é violada. Em outras palavras, a existência de tal sistema de coordenadas, onde dois eventos ocorrem em sequências diferentes e não simultaneamente, nem mesmo permite a relatividade geral.
De acordo com a lei da gravitação universal, descobertaNewton, a força de atração mútua existe no universo entre quaisquer dois corpos. A partir desta posição, a Terra gira em torno do Sol, uma vez que existem forças de atração mútua entre eles. No entanto, a relatividade geral nos obriga a olhar para esse fenômeno do outro lado. A gravidade, segundo esta teoria, é uma consequência da "curvatura" (deformação) do espaço-tempo, que se observa sob a influência da massa. Quanto mais pesado o corpo (em nosso exemplo, o Sol), mais o espaço-tempo "se curva" sob ele. Consequentemente, seu campo gravitacional é o mais forte.
Para entender melhor a essência da teoriarelatividade, vamos voltar à comparação. A Terra, de acordo com a relatividade geral, gira em torno do Sol como uma pequena bola que rola ao redor do cone de um funil criado como resultado do Sol "empurrando" o espaço-tempo. E o que estamos acostumados a considerar a gravidade é na verdade uma manifestação externa dessa curvatura, e não uma força, no entendimento de Newton. Até o momento, nenhuma explicação melhor para o fenômeno da gravidade do que a proposta na relatividade geral foi encontrada.
Observe que o GRT não é fácil de verificar, uma vez que éos resultados em condições de laboratório quase correspondem à lei da gravitação universal. No entanto, os cientistas realizaram uma série de experimentos importantes. Seus resultados levam à conclusão de que a teoria de Einstein está confirmada. A relatividade geral também ajuda a explicar vários fenômenos observados no espaço. Esses são, por exemplo, pequenos desvios de Mercúrio de sua órbita estacionária. Do ponto de vista da mecânica clássica newtoniana, eles não podem ser explicados. É também por isso que a radiação eletromagnética que emana de estrelas distantes se curva conforme viaja perto do sol.
Os resultados previstos pela relatividade geral são de fatodiferem significativamente daquelas que fornecem as leis de Newton (seu retrato é apresentado acima), apenas quando campos gravitacionais superfortes estão presentes. Portanto, para uma verificação completa da relatividade geral, são necessárias medições muito precisas de objetos de grande massa ou buracos negros, uma vez que nossas idéias usuais não se aplicam a eles. Portanto, o desenvolvimento de métodos experimentais para testar essa teoria é uma das principais tarefas da física experimental moderna.
As mentes de muitos cientistas e pessoas distantes da ciênciaé ocupado pela teoria da relatividade criada por Einstein. O que é, dissemos resumidamente. Essa teoria subverte nossas idéias usuais sobre o mundo, de modo que o interesse por ela ainda não desaparece.
