הפיסיקה הקלאסית סבורה שכל צופה, ללא קשר למיקום, יקבל את אותן תוצאות במדידות הזמן וההיקף שלו. עקרון היחסות קובע שצופים יכולים לקבל תוצאות שונות, ועיוותים כאלה נקראים "השפעות יחסיות". כאשר מתקרבים למהירות האור, הפיזיקה הניוטונית זזה הצידה.
מהירות האור
המדען א. מיכלסון, שמדד את מהירות האור ב-1881, הבין שתוצאות אלו לא יהיו תלויות במהירות שבה נע מקור הקרינה. יחד עם E. V. מורלי מיכלסון ב-1887 ערך ניסוי נוסף, שלאחריו התברר לכל העולם: לא משנה באיזה כיוון נלקחת המדידה, מהירות האור היא בכל מקום ותמיד זהה. תוצאות המחקרים הללו היו מנוגדים לרעיונות הפיזיקה של אז, כי אם האור נע במדיום מסוים (אתר), וכוכב הלכת נע באותו מדיום, מדידות בכיוונים שונים לא יכולות להיות זהות.
מאוחר יותר, הפך המתמטיקאי, הפיזיקאי והאסטרונום הצרפתי ז'ול אנרי פואנקרה לאחד ממייסדי תורת היחסות. הוא פיתח את תורת לורנץ, לפיה הקייםהאתר הוא ללא תנועה, ולכן מהירות האור ביחס אליו אינה תלויה במהירות המקור. במסגרות התייחסות נעות מתבצעות טרנספורמציות של לורנץ, ולא גליליות (התמורות הגליליות המקובלות עד אז במכניקה הניוטונית). מעתה, טרנספורמציות גליליות הפכו למקרה מיוחד של טרנספורמציות לורנץ, כאשר עוברים למסגרת ייחוס אינרציאלית אחרת במהירות נמוכה (בהשוואה למהירות האור).
ביטול אתר
ההשפעה היחסית של התכווצות האורך, הנקראת גם התכווצות לורנץ, היא שעבור המתבונן, עצמים הנעים ביחס אליו יהיו בעלי אורך קצר יותר.
אלברט איינשטיין תרם תרומה משמעותית לתורת היחסות. הוא ביטל לחלוטין מונח כזה כמו "אתר", שעד לאותו זמן היה נוכח בהיגיון ובחישובים של כל הפיזיקאים, והוא העביר את כל המושגים של תכונות המרחב והזמן לקינמטיקה.
לאחר פרסום עבודתו של איינשטיין, פואנקרה לא רק הפסיק לכתוב מאמרים מדעיים בנושא זה, אלא גם לא הזכיר את שמו של עמיתו באף אחת מיצירותיו, למעט המקרה היחיד של התייחסות לתיאוריה של האפקט הפוטואלקטרי. פואנקיר המשיך לדון בתכונות האתר, והכחיש מכל וכל פרסומים של איינשטיין, למרות שבמקביל הוא התייחס בכבוד למדען הגדול ביותר ואף נתן לו עדות מבריקה כאשר הנהלת בית הספר הפוליטכני הגבוה בציריך רצתה להזמין את איינשטיין. להיות פרופסור במוסד החינוכי.
יחסיות
אפילו רבים מאלה שמתנגדים לחלוטין לפיזיקה ומתמטיקה, לפחות במונחים כלליים, מהי תורת היחסות, כי היא אולי המפורסמת מבין התיאוריות המדעיות. ההנחות שלה הורסים רעיונות רגילים על זמן ומרחב, ולמרות שכל תלמידי בית הספר לומדים את תורת היחסות, לא מספיק רק להכיר את הנוסחאות כדי להבין אותה בשלמותה.
השפעת הרחבת הזמן נבדקה בניסוי עם מטוס על-קולי. השעונים האטומיים המדויקים על הסיפון החלו לפגר בשבריר שנייה לאחר החזרה. אם יש שני משקיפים, אחד מהם עומד במקום, והשני נע במהירות מסוימת ביחס לראשון, הזמן של הצופה שנמצא נייח יעבור מהר יותר, ולעצם הנע, הדקה תימשך מעט. ארוך יותר. אולם אם הצופה הנע יחליט לחזור ולבדוק את השעה, יתברר שהשעון שלו מראה קצת פחות מהראשון. כלומר, לאחר שעבר מרחק הרבה יותר גדול בסולם החלל, הוא "חי" פחות זמן תוך כדי תנועה.
השפעות יחסיות בחיים
רבים מאמינים שניתן לצפות בהשפעות רלטיביסטיות רק כאשר מגיעים למהירות האור או מתקרבים אליה, וזה נכון, אבל אתה יכול לצפות בהן לא רק על ידי פיזור ספינת החלל שלך. בדפי כתב העת המדעי Physical Review Letters תוכלו לקרוא על עבודתו התיאורטית של השבדימדענים. הם כתבו שהשפעות רלטיביסטיות קיימות אפילו במצבר רכב פשוט. התהליך אפשרי עקב תנועה מהירה של אלקטרונים של אטומי עופרת (אגב, הם הגורם לרוב המתח בטרמינלים). זה גם מסביר מדוע, למרות הדמיון בין עופרת לפח, סוללות על בסיס פח אינן עובדות.
מתכות מפוארות
מהירות הסיבוב של אלקטרונים באטומים די נמוכה, אז תורת היחסות פשוט לא עובדת, אבל יש כמה יוצאי דופן. אם מתקדמים יותר ויותר לאורך הטבלה המחזורית, מתברר שיש בה לא מעט יסודות כבדים יותר מעופרת. מסה גדולה של גרעינים מאוזנת על ידי הגדלת מהירות האלקטרונים, והיא יכולה אפילו להתקרב למהירות האור.
אם ניקח בחשבון את ההיבט הזה מהצד של תורת היחסות, מתברר שלאלקטרונים במקרה זה חייבת להיות מסה עצומה. זו הדרך היחידה לשמר את התנע הזוויתי, אבל האורביטל יתכווץ לאורך הרדיוס, וזה אכן נצפה באטומי מתכות כבדות, אבל האורביטלים של אלקטרונים "איטיים" אינם משתנים. אפקט רלטיביסטי זה נצפה באטומים של מתכות מסוימות ב-s-orbitals, שיש להן צורה רגילה, סימטרית כדורית. מאמינים כי כתוצאה מתורת היחסות יש לכספית מצב צבירה נוזלי בטמפרטורת החדר.
נסיעות בחלל
אובייקטים בחלל הם זה מזהעל פני מרחקים עצומים, וגם כאשר נעים במהירות האור, ייקח הרבה מאוד זמן להתגבר עליהם. לדוגמה, כדי להגיע אל אלפא קנטאורי, הכוכב הקרוב אלינו, חללית עם מהירות האור ייקח ארבע שנים, ולהגיע לגלקסיה השכנה שלנו, הענן המגלן הגדול, ייקח 160,000 שנים.
עדיין אפשר לטוס לאלפא קנטאורי ובחזרה, כי זה ייקח רק שמונה שנים, ולתושבי הספינה, שחשים בהשפעה של התרחבות הזמן, התקופה הזו תהיה הרבה פחות, אבל לאחר כשהם חוזרים מטיול בגלקסיה שכנה, אסטרונאוטים יגלו שבמולדתם חלפו שלוש מאות ועשרים אלף שנים על הפלנטה, ויתכן והציוויליזציה האנושית חדלה להתקיים מזמן. לפיכך, השפעות רלטיביסטיות מאפשרות לאנשים לנסוע בזמן. זה נחשב לאחת הבעיות העיקריות של חקר החלל, כי מה הטעם בכיבוש החלל החיצון אם אין דרך לחזור?
פעילויות אחרות
בנוסף להרחבת הזמן המפורסמת, ישנו גם אפקט דופלר רלטיביסטי, לפיו, אם מקור הגלים יתחיל לנוע, אז הגלים המתפשטים לעבר תנועה זו ייתפסו על ידי המתבונן כ"דחוסים", ולקראת הסרת אורך הגל יוגדל.
תופעה זו אופיינית לכל גל, כך שניתן לראות אותה בדוגמה של צליל בחיי היומיום. הפחתת גל קול נתפסת על ידי האוזן האנושית כעלייה בטון. כך,כאשר האות של רכבת או קרון נשמע מרחוק, הוא נמוך יותר, ואם הרכבת עוברת ליד המתבונן תוך השמעת קול, אזי גובהה יהיה גבוה יותר ברגע ההתקרבות, אך ברגע שהעצמים ישתוו. והרכבת מתחילה להתרחק, הטון ילך וייעשה נמוך יותר ובהמשך ימשיך בצלילים נמוכים יותר.
השפעות רלטיביסטיות אלו נובעות מהאנלוגי הקלאסי של השינוי בתדר כאשר המקלט והמקור נעים, כמו גם הרחבת זמן רלטיביסטית.
אודות מגנטיות
בין היתר, פיזיקאים מודרניים דנים יותר ויותר בשדה המגנטי כאפקט רלטיביסטי. לפי פרשנות זו, השדה המגנטי אינו ישות חומרית פיזית עצמאית, הוא אפילו לא אחד מביטויי השדה האלקטרומגנטי. השדה המגנטי מנקודת המבט של תורת היחסות הוא רק תהליך המתרחש במרחב סביב מטענים נקודתיים עקב העברת שדה חשמלי.
תומכי תיאוריה זו מאמינים שאם C (מהירות האור בוואקום) הייתה אינסופית, אז גם התפשטות האינטראקציות במהירות תהיה בלתי מוגבלת, וכתוצאה מכך לא היו יכולים להיווצר ביטויים של מגנטיות.
