Daca esti un fan al filmelor SF, atunci stii ca relativitatea este o parte destul de comuna a acestui gen. De exemplu, personajele din Star Trek vorbesc mereu despre continuumul spatiu-timp, gauri de vierme, dilatarea timpului si tot felul de lucruri care se bazeaza pe principiul relativitatii intr-un fel sau altul. Daca esti un pasionat al stiintei, atunci stii ca relativitatea joaca un rol important si in acest domeniu, mai ales cand vine vorba de gaurile negre si astrofizica. Daca ai dorit vreodata sa stii mai multe despre relativitatea speciala si care sunt principiile majore ale acesteia, in acest articol vei avea sansa de a afla si a intelege toate aceste lucruri.
Cadrele de referinta
Teoria relativitatii speciale a lui Einstein se bazeaza pe ideea de cadre de referinta. Un cadru de referinta este pur si simplu locul unde se afla o persoana sau un alt observator. Tu, in acest moment, te afli in fata unui calculator. Acesta este cadrul tau de referinta actual. Te simti ca si cum ai sta pe loc, chiar daca stii ca Pamantul se invarte in jurul axei sale si orbiteaza in jurul soarelui. Iata un factor important cu privire la cadrele de referinta – nu exista niciun cadru de referinta absolut in universul nostru. Spunand absolut, ne referim la faptul ca nu exista niciun loc in univers care sa fie complet stationar. Aceasta declaratie spune ca, din moment ce totul se afla in miscare, miscarea este relativa. Pe scurt, Pamantul in sine se misca, asa ca, si tu te afli in miscare, chiar daca stai pe loc. In orice moment, te misti prin spatiu si timp.
Deoarece nu exista niciun loc sau obiect in univers care sa fie stationar, nu exista niciun loc sau obiect pe care sa se bazeze orice alta miscare. Toate miscarile sunt relative cadrului de referinta respectiv. De exemplu, daca arunci o minge, aceasta se poate vedea ca fiind in stare de repaus in relatie cu tine. Mingea te poate vedea indepartandu-te de ea, chiar daca tu vezi mingea indepartandu-se de tine. Tine minte ca, desi tu nu te misti de pe locul in care te afli, te misti odata cu Pamantul.
Primul postulat al teoriei relativitatii speciale
Primul postulat al teoriei relativitatii speciale nu este greu de crezut – legile fizicii sunt valabile pentru toate cadrele de referinta. Acesta este cel mai simplu de inteles concept dintre toate conceptele relativiste. Legile fizicii ne ajuta sa intelegem cum si de ce mediul nostru reactioneaza asa cum o face. Ele ne ajuta deasemenea sa prezicem anumite evenimente si rezultatele lor. Sa luam de exemplu un bat si o caramida. Daca masuram lungimea caramizii, vom obtine acelasi rezultat, indiferent ca facem acest lucru stand pe loc sau in timp ce mergem cu autobuzul. Sa presupunem ca autobuzul nu accelereaza, ci merge cu o viteza constanta pe un drum neted. Acum, daca luam exemplul de mai sus, dar de data asta masuram caramida in timp ce aceasta trece pe langa autobuz, vom obtine rezultate diferite de cele anterioare. Diferenta dintre aceste rezultate apare deoarece legile fizicii raman aceleasi pentru toate cadrele de referinta.
Al doilea postulat
Cel de-al doilea postulat al teoriei relativitatii speciale va explica cele de mai sus intr-un mod mai detaliat. Este important de retinut faptul ca, desi legile fizicii sunt constante, acest lucru nu inseamna ca vom obtine aceleasi rezultate experimentale in diferite cadre. Acest lucru depinde de natura experimentului. De exemplu, daca provocam ciocnirea a doua masini, vom afla ca energia a fost conservata pentru ciocnire, indiferent ca ne aflam intr-una dintre masini sau pe trotuar. Conservarea energiei este o lege a fizicii si, prin urmare, trebuie sa fie aceeasi in toate cadrele de referinta.
Al doilea postulat al teoriei relativitatii speciale este destul de interesant si neasteptat, datorita lucrurilor pe care le spune despre cadrele de referinta. Acest postulat spune ca viteza luminii este masurata ca o constanta in toate cadrele de referinta. Acest lucru poate fi descris cel mai bine ca fiind primul postulat intr-o alta forma. Daca legile fizicii se aplica in mod egal pentru toate cadrele de referinta, atunci lumina (radiatia electromagnetica) trebuie sa calatoreasca la aceeasi viteza, indiferent de cadru.
Cel de-al doilea postulat este foarte ciudat daca te gandesti putin la asta. Iata un fapt pe care il poti deduce din acest postulat – indiferent ca zbori cu avionul sau te afli pe o canapea, viteza luminii se masoara la fel in ambele situatii, cu referire la tine drept cadru. Motivul pentru care acest lucru este neasteptat, este faptul ca majoritatea obiectelor fizice din lume isi aduna vitezele. Sa luam in considerare o masina decapotabila care se apropie de tine cu viteza de 50 de kilometri pe ora. Pasagerul masinii scoate o prastie si trage cu ea spre tine cu o viteza de 20 de kilometri pe ora. Daca ai masura viteza pietrei, te-ai astepta ca aceasta sa se indrepte spre tine cu viteza de 70 de kilometri pe ora (viteza masinii plus viteza pietrei trasa cu prastia). Asta este ceea ce se intampla de fapt.
Acum, daca aceeasi masina se apropie de tine cu viteza de 50 de kilometri pe ora, iar soferul aprinde farurile, se intampla ceva diferit? Deoarece viteza luminii este de 1 079 252 de kilometri pe ora, bunul simt ne spune ca viteza masinii plus viteza luminii farurilor ne da un total de 1 080 252 de kilometri pe ora. Viteza reala ar fi de fapt 1 079 252 de kilometri pe ora, adica exact viteza luminii. Pentru a intelege de ce se intampla acest lucru, trebuie sa ne uitam la notiunea de viteza. Viteza este distanta parcursa intr-o anumita perioada de timp. De exemplu, daca intr-o ora te-ai deplasat 60 de kilometri, atunci viteza ta este de 60 de kilometri pe ora. Putem schimba viteza cu usurinta accelerand sau incetinind. Pentru ca viteza luminii sa fie constanta, chiar daca lumina este “lansata” dintr-un obiect aflat in miscare, se pot intampla doar doua lucruri. Fie ceva legat de notiunea noastra cu privire la distanta, fie ceva legat de notiunea noastra cu privire la timp, trebuie sa fie denaturat. Dupa cum se pare, ambele sunt denaturate. Aminteste-ti ca viteza este distanta impartita de timp.
Relativitatea speciala se ocupa cu contradictii si dilatari care nu se potrivesc cu opiniile noastre legate de univers. De fapt, acestea par a fi chiar ridicole. Cu toate acestea, exista mai multe observatii care sunt de acord cu previziunile relativitatii speciale. Deci, pana cand teoria se va dovedi a fi gresita sau pana cand o teorie mai simpla produce aceleasi rezultate, relativitatea speciala isi va mentine pozitia ca fiind cea mai buna teorie posibila.
