Cos'è la teoria della relatività per i manichini

La Teoria Speciale della Relatività ha letteralmente rivoluzionato il mondo della fisica e cambiato completamente la comprensione generalmente accettata del mondo che ci circonda.

Molti fisici sono ancora impegnati in accese discussioni relative alla Teoria della Relatività. In questo materiale cercherò di spiegare il più chiaramente possibile cos'è questa Teoria della Relatività.

Teoria della relatività speciale e generale

Già nel 1905, il grande fisico Albert Einstein pubblicò il suo lavoro intitolato Special Theory of Relativity (di seguito denominato SRT), in cui una spiegazione di come descrivere il movimento tra vari sistemi di riferimento inerziali o, più semplicemente, oggetti, che si muovono l'uno rispetto all'altro con una certa velocità.

Nel suo lavoro, lo scienziato ha detto che durante il movimento di due oggetti a una velocità fissa, è necessario studia il loro movimento l'uno rispetto all'altro e non prendere uno degli oggetti come un sistema assoluto conto alla rovescia.

In poche parole, se gli astronauti convenzionali volano su un veicolo spaziale e tu e il tuo partner su un altro, allora per per confrontare le tue osservazioni, l'unica cosa che devi sapere è la velocità l'una rispetto all'altra amico.

Teoria speciale della relatività

Questa è una sottosezione unica che studia un caso esclusivamente speciale (ecco perché si chiama così), in cui il moto è uniforme e rettilineo.

Nel caso in cui un oggetto materiale venga accelerato o si muova in un arco, allora CENTO Non si applica. In questo caso, è già utilizzato Relatività generale (Teoria generale della relatività), descrivere il movimento dei corpi in tutti gli altri casi.

Tutta la teoria di Einstein si basa sui seguenti postulati principali:

1. Il principio di relatività. Secondo lui, tutte le leggi fisiche agiscono anche su oggetti che sono sistemi di riferimento inerziali (si muovono l'uno rispetto all'altro a una velocità fissa).
2. Il principio della velocità della luce. La velocità della luce è la stessa per tutti gli oggetti e non importa a quale velocità si muovono gli oggetti materiali rispetto alla sorgente di luce.

Ricerche in etere e dati sperimentali

Alla fine del XIX secolo, gli scienziati dell'epoca stavano attivamente cercando il cosiddetto etere, il mezzo in cui, secondo le loro idee, le onde luminose avrebbero dovuto propagarsi. Allo stesso tempo, è stata considerata un'analogia con le onde sonore e hanno bisogno di un certo mezzo per la propagazione.

Come risultato di ciò, c'era la convinzione che la velocità della luce cambierà a seconda della velocità dell'osservatore in relazione all'etere.

Einstein, a differenza dei suoi colleghi, decise di fidarsi dei risultati degli esperimenti e rifiutò la teoria dell'etere come insostenibile e avanza la sua ipotesi sulla base di quanto ottenuto sperimentalmente dati.

E ha concluso che tutte le leggi fisiche, come la velocità della luce, sono costanti e non dipendono in alcun modo dalla velocità dell'osservatore.

Omogeneità di spazio e tempo

Quindi, secondo SRT, c'è una connessione immutabile tra spazio e tempo. Sappiamo tutti perfettamente che il nostro Universo ha tre dimensioni spaziali:

Giù e su, sinistra e destra e avanti e indietro. A questo trio immutabile, si aggiunge anche la cosiddetta dimensione temporale, e ora queste quattro dimensioni sono la base del nostro continuum spazio-temporale.

Quindi, se ti muovi a grande velocità, allora in particolare le tue osservazioni sul tempo e lo spazio differirà in modo significativo dalle osservazioni di altri osservatori che si muovono con molto meno velocità. È difficile, ora lo spiegherò con un semplice esempio.

Quindi, immagina due veicoli spaziali. Su uno sei tu e stai tenendo un puntatore laser. Lo accendi e lo punti ad angolo retto rispetto a uno specchio situato sul soffitto, e osservi come esso (il raggio laser), riflesso verticalmente verso il basso, cade sul pavimento.

Ora immagina che sia la tua nave che si muove a una velocità tremenda pari alla metà della velocità della luce. Quindi, secondo la teoria speciale di Einstein, questa velocità sarà assolutamente invisibile per te.

Ma per gli osservatori sul secondo veicolo spaziale, che è a riposo, osservando il tuo esperimento con un laser, vedranno un'immagine completamente diversa, vale a dire:

Un osservatore esterno vedrà che il raggio che emetti si sposterà diagonalmente verso lo specchio (e non sotto un raggio angolo come nel tuo caso), riflettendosi poi dalla sua superficie, va anch'esso in diagonale a terra e vi cade sopra lui.

In altre parole, la traiettoria del raggio laser sarà diversa per te e per un osservatore esterno. Ciò significa che anche il tempo impiegato dal raggio per viaggiare a distanze diverse sarà diverso.

Questo fenomeno è indicato come dilatazione del tempo, cioè il tempo sulla tua astronave, muovendosi a grande velocità, scorrerà molto più lentamente rispetto agli osservatori esterni.

Questo esperimento mentale mostra che esiste una connessione inestricabile tra spazio e tempo. Questa connessione può essere vista chiaramente solo quando si tratta di velocità vicine alla velocità della luce.

Combinare massa ed energia

Inoltre, il grande scienziato ha derivato una formula secondo la quale massa ed energia sono inestricabilmente legate:

Quindi, secondo la teoria del grande fisico, quando la velocità di un oggetto fatto di materia si avvicina alla velocità della luce, allora la sua massa aumenta. In altre parole, maggiore è la velocità di un oggetto, maggiore è il suo peso, il che significa che diventa sempre più difficile disperderlo.

Quindi, quando un oggetto materiale raggiunge la velocità della luce, la sua massa sarà uguale all'infinito.

Di conseguenza, più il corpo è pesante, più energia è necessaria per accelerarlo e una quantità infinita di energia è necessaria per accelerare un corpo con massa infinita.

Da ciò ne consegue che per gli oggetti materiali la velocità della luce è in linea di principio irraggiungibile.

Prima di questa teoria, nessuno vedeva un'ovvia connessione tra energia e massa ed è stato Einstein a dimostrarlo la legge di conservazione dell'energia e la legge di conservazione della massa sono parti di una legge generale massa-energia.

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