İzafiyet Teorisi
tarafından
102
İzafiyet Teorisi

Özel görelilik kuramı olarak da bilinen ve Albert Einstein tarafından ileri sürülen görelilik kuramı, ışığın hızının herkes için aynı olduğu önermesine dayanır. Normal koşullar altında, yavaş olan, aynı yönde hareket eden ikiden daha hızlıdır.

Fakat ışık hızında, durum farklıdır. Daha hızlı gittiğinizde, ışık normal hızda daha hızlı görünür. Bu zamanla yakından ilgilidir.
Zamanın Yavaş Akışı
Hız ne kadar hızlı olursa, zaman o kadar yavaş olur. Teoriye göre, en yüksek hız olan ışık hızında durmak gerekir. Ancak, teoriye göre, ışığın hızına herhangi bir cismin ulaşmak mümkün değildir. Çünkü hızlandıkça, nesneler kütle kaybeder. Işık hızına ulaşmak için sınırsız bir kütleye ihtiyaç vardır.
Relativite Teorisinin Yaşlanma Üzerine Etkisi
Görelilik kuramı ile, uzayda daha güçlü bir alanda yaşayan bir kişinin daha az yaşayacağı iddia edilir. Bu iddia hem NASA’nın çalışması hem de diğer bilim adamlarının çalışmaları tarafından doğrulanmıştır.
Einstein’ın bu teorisi, bir sebep olarak uzun süredir kabul edilen Newton’un bazı yasalarını kaldırmıştır. 20. yüzyılın başlarında yapılmış olan ve halen gerçekleştirilmekte olan bu iddia üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Ayrıca bu teorinin yaşamlarımızdaki ciddi değişiklikler için bir anlamı olabileceğini de belirtebiliriz. Belki yaşlanma süresi belli bir dereceye kadar kaydırılabilir.
Newton’un yerçekimi teorisi çok geçmeden sorgulanmadan kabul edildi ve bu yüzyılın başına kadar tartışmasız kaldı. Daha sonra Albert Einstein , 1905’te Özel Görelilik Kuramı’nın ve onun 1915’teki Genel Görelilik Kuramı’nın tanıtımıyla fiziğin temellerini sarstı. İlki, Newton’un Üç Kanun Yasası’nın sadece yaklaşık olarak doğru olduğunu ve hızın ışığın yaklaştığı zaman bozulduğunu gösterdi. . İkincisi, Newton’un Yerçekimi Yasası’nın da sadece yaklaşık olarak doğru olduğunu ve çok güçlü yer çekimi alanlarının varlığını gösterdiğini gösterdi.
Özel görelilik
İsviçre’de bir patent memuru olarak Einstein, hareket eden gözlemcilerin olayları durağan gözlemcilerden farklı görmeleri üzerine düşünmeye başladı. O götürüldü

ÖZEL RELATİVİTENİN İLK POSTÜLÜ: Gözlemciler, diğer nesnelere göre tek biçimli hareketi asla tespit edemezler.

Bu bizim ortak deneyimimizin bir parçası. Bir trende oturmak için beklediğinizde ve bitişik pistteki tren hareket etmeye başladığında, hangi trenin hareket ettiğinden emin olmadığınız zamanlar olabilir. Diğer trenin hareket ettiğini anladığınız arka plan nesnelerine göre hareket yokluğunuzu gördükten sonra.
Fakat dinlenmeye devam ederseniz veya derin uzayda sabit bir hızla ilerliyorsanız ve başka bir uzay gemisinin sabit bir hızla ilerleyerek geçtiğini görüyorsanız, hangi uzay gemisinin gerçekten hareket ettiğini söyleyemezsiniz. Bu, ABSOLUTE REST OLARAK HİÇBİR ŞEKİLDE “her şey akrabadır” anlamına gelir. Bunu söylemenin başka bir yolu da, fizik yasalarının, birbirine bağlı olarak bir SABİT HOLÜDÜRÜNDE hareket eden gözlemciler arasında ayrım yapmamasıdır.
ÖZEL RELATİVİTENİN İKİNCİ POSTÜLÜ: Masif nesnelerin hızından farklı olarak, ışık hızı sabittir ve tüm gözlemciler için kendi SABİT HOLÜSÜNDEN bağımsız olarak ışık kaynağına doğru veya uzak olandan aynıdır.

İster inanın ister inanmayın, Einstein’ın ünlü denklemi E = mc 2 ile gelmesi için yukarıdakilerin hepsi yeterliydi . (Senin için aynı şeyi yapman için ödev problemi olarak bırakıyorum — sadece şaka yapıyorum!)

Bu sonucun nedeninin bir kısmı, eğer büyük bir nesne bir gözlemcinin bakış açısına göre hareket etse de, başka bir gözlemcinin görüldüğü gibi dinlenirse, o zaman bir gözlemci nesnenin sıfır enerjisini ölçerken diğer gözlemcinin sonlu bir enerjiyi ölçmek. Fizik yasalarının, iki gözlemcinin iki “referans karesinde” tutarlı olması, birbirine göre sabit hız ile hareket etmesinin, hareket halindeki bir cismin değil, istirahat halindeki bir bedenle ilişkili bir enerji olması gerektiği ortaya çıkmaktadır. .

Bütün bu etkiler, ancak nesnelerin hızı ışığın hızına yaklaştığında. Günlük hayatlarımızdaki etkilerin anlaşılması ve hissedilmesi zordur çünkü hepimiz Newton fiziğinin egemen olduğu çok daha küçük hızlar yaşıyoruz.

Genel görelilik
Genel Relativite Teorisi daha da incelikli ve hatta bu dersin kapsamı ötesinde. Yine de, bazı temel fikirler açıklanabilir.
İlk olarak, ÖZEL RELATİVİTE etkilerinin göreceli olarak hareket eden, ancak göreceli hareketin SABİT VOLİYETE sahip olduğu hızlı hareket eden nesneler için ortaya çıktığını unutmayın. GENEL RELATIVITY HIZLI MOTORLAR VE HIZLANDIRIYOR.

Genel Relativite: Eşdeğerlik Prensibi
Einstein, ilk olarak bir yerçekimsel alanda serbestçe düşmenin sabit bir ivmeyle sonuçlandığını (hızın sabit bir hızda değiştiğini) not etmiştir. Daha sonra bir gözlemcinin bir yerçekimsel alanda serbestçe düşme ve bir roket gibi bir başka eşit hızlanma mekanizması arasında ayrım yapmasının imkansız olduğunu fark etti. Bu EŞİTLİK İLKESİ

Einstein daha sonra, ivme, nesnelerin uzay ve zaman boyunca nasıl hareket ettiklerini ve yerçekiminde serbest düşüşün ve herhangi bir homojen ivmelenmenin ayırt edilemez olduğunu, yerçekiminin nesneler üzerindeki etkisinin aslında uzayın kendisi üzerindeki doğrudan etkisi ile tarif edilebileceğini düşündüğü için dikkate alınmıştır. Bu derin bir içgörü olduğu ortaya çıktı.

Neler olup bittiğinin fiziksel bir resmi aşağıdaki gibi bir şeydir: Trambolin pedinde hiçbir şey olmayan çok büyük bir trambolini düşünün. Trambolin pedi düz ve zemine paralel kalır. Şimdi, trambolin pedinin ortasına ağır bir bowling topu yerleştirin. Yastığın ortası aşağı doğru sarkacak. Eğer trambolin yastığının uzay-zamanı temsil ettiğini ve bowling topunun yerçekimsel bir nesneyi temsil ettiğini varsayarsak, bu durumda tramplenin sarkması, yer çekiminin etkisi altında uzay zamanının eğimini temsil eder. Şimdi, daha hafif bir top alıp, trambolinin kenarına yerleştirirsek, bowling topuna doğru yuvarlanacağını görebiliriz. Bovling topuna olan bu cazibe, bowling topu uzaya doğru giden yolun uygun şekilde kavisli olmasından kaynaklanmaktadır. Ancak genel görelilik

Eşdeğerlik İlkesinin Sonuçları
Başka bir şekilde, ışık büyük bir nesneyi geçtikçe, ışık yolu aslında bir yerçekimi alanı tarafından bükülür. Bu etki güneş tutulması sırasında bile ölçülebilir. Güneşin konumunun arkasında olduğunu bilen yerlerin yıldızları aslında güneş tutulması sırasında gözlemlenebilir; çünkü ışık kavisli bir yolda bükülür!
Burada Newton’un yerçekimi teorisi ile Genel Görelilik Kuramı’nın ima ettiği çekim teorisi arasındaki farklılıkları özetliyorum. Yerçekimsel alanın gücü zayıf olduğu sürece, her zamanki deneyimlerimiz olduğu sürece, özdeş tahminler yaparlar. Bununla birlikte, iki teorinin birbirinden ayrıldığı ve dolayısıyla dikkatli deneylerle test edilebildiği önemli tahminler vardır.
Merkür’ün yörüngesinin oryantasyonunun, bitişik şekilde gösterildiği gibi zaman içinde uzayda prime olduğu bulunmuştur (etkinin büyüklüğü bu şekilde büyük ölçüde abartılmıştır). Bu genellikle “perihelionun presesyonu” olarak adlandırılır, çünkü perihelionun pozisyonunun hareket etmesine neden olur. Bunun sadece bir kısmı Newton’un teorisindeki pertürbasyonlarla açıklanabilir. Bu baskıda, yüzyılı aşkın bir 43 saniye daha vardır. Bu, Genel Relativite Teorisi tarafından tahmin edilir ve meydana geldiği gözlemlenir (bir ark saniyesi açısal derecenin 1 / 3600’ü kadardır). Bu etki son derece küçüktür, ancak ölçümler çok hassastır ve bu gibi küçük etkileri çok iyi tespit edebilir.
Einstein’ın teorisi, Newton’un tahminlerine aykırı olarak, ışık yayılımının yönünün bir yerçekimsel alanda değiştirilmesi gerektiğini öngörür. Kesin gözlemler, Einstein’ın hem etki hem de büyüklüğü hakkında haklı olduğunu göstermektedir. Çarpıcı bir sonuç yerçekimi lensidir.
Genel Relativite Teorisi, güçlü bir yerçekimsel alandan gelen ışığın, Newton’un teorisinin aksine, dalga boyunun daha büyük değerlere (astronomların “kırmızı bir değişim” olarak adlandırdığı) kayması gerektiğini öngörür. Bir kez daha, ayrıntılı gözlemler böyle bir kırmızı kaymayı ve büyüklüğünün Einstein’ın teorisi tarafından doğru bir şekilde verildiğini göstermektedir.
Derin etkiler
Görecelik, 20. yüzyılın en ünlü bilimsel teorilerinden biridir, ancak günlük hayatta gördüğümüz şeyleri ne kadar iyi açıklıyor?

1905’te Albert Einstein tarafından formüle edilen , görelilik kuramı , fizik yasalarının her yerde aynı olduğu fikridir. Teori, nesnelerin uzay ve zamandaki davranışlarını açıklar ve kara deliklerin varlığından, yer çekimine bağlı hafif eğilmeden, yörüngesindeki Merkür gezegeninin davranışına kadar her şeyi tahmin etmek için kullanılabilir .

Teori aldatıcı basittir. İlk olarak, “mutlak” referans çerçevesi yoktur. Bir nesnenin hızını, momentumunu veya zamanı nasıl deneyimlediğiniz her zaman, her zaman başka bir şeyle ilişkilidir. İkincisi, onu ölçen kişi ya da onu ölçen kişi ne kadar hızlı olursa olsun ışığın hızı aynıdır. Üçüncüsü, hiçbir şey ışıktan daha hızlı olamaz. [ Bükülmüş Fizik: 7 Mind-Üfleme Bulguları ]

Einstein’ın en ünlü teorisinin etkileri derindir. Işığın hızı her zaman aynıysa, Dünya’ya göre çok hızlı giden bir astronotun, Dünya Gözlemcisi bir gözlemcinin yavaşlayacağı zamanları ölçeceği anlamına gelir – zaman, zaman dilatasyonu olarak adlandırılan astronot için yavaşlar .

Büyük yerçekimi alanındaki herhangi bir nesne hızlanıyor, bu yüzden zaman genişlemesi yaşayacak. Bu arada, astronotun uzay gemisi, uzun süreli daralma yaşayacaktır, yani, uzay aracının resmini çektiğinizde, hareket yönünde “süzüldü” gibi görünecektir. Ancak gemideki astronot için, hepsi normal gözüküyordu. Ek olarak, uzay gemisinin kütlesi yeryüzündeki insanların bakış açısından artacaktır.

Ancak relativistik etkileri görmek için ışık hızına yakın bir zum yapmak zorunda değilsiniz . Aslında, günlük hayatımızda görebildiğimiz birkaç görelilik örneği ve bugün kullandığımız teknolojiler de Einstein’ın haklı olduğunu göstermektedir. Göreliliğin eyleme geçtiğini görmenin bazı yolları.
Elektromıknatıs
Manyetizma göreceli bir etkidir ve eğer elektrik kullanırsanız, jenerasyonların işe yaradığı gerçeğinden dolayı görelilik için teşekkür edebilirsiniz.

Bir tel döngü alır ve manyetik alandan geçirirseniz, bir elektrik akımı üretirsiniz. Teldeki yüklü parçacıklar, bazılarını hareket etmeye ve akımı yaratmaya zorlayan değişen manyetik alandan etkilenir .

Ama şimdi, telleri dinlenerek resmedin ve mıknatısın hareket ettiğini hayal edin. Bu durumda teldeki yüklü parçacıklar (elektronlar ve protonlar) artık hareket etmiyor, böylece manyetik alan onları etkilememelidir. Ama öyle ve bir akım hala akıyor. Bu, ayrıcalıklı bir referans çerçevesi olmadığını gösterir.

Kaliforniya, Claremont’daki Pomona Koleji’nde fizik profesörü olan Thomas Moore, değişen bir manyetik alanın elektrik akımı oluşturduğunu belirten Faraday Yasasının neden doğru olduğunu göstermek için görelilik ilkesini kullanır .

Moore, “Bu, transformatörlerin ve elektrik jeneratörlerinin arkasındaki temel prensip olduğundan, elektrik kullanan herkes göreliliğin etkilerini yaşıyor” dedi.

Elektromıknatıslar görelilik ile de çalışır. Elektrik yükünün bir doğru akımı (DC) bir telden geçtiğinde, elektronlar malzemenin içinden sürüklenir. Normal olarak tel, net pozitif veya negatif şarj olmaksızın elektriksel olarak nötr görünecektir. Bu, aynı sayıda proton (pozitif yük) ve elektron (negatif yük) hakkında sahip olmanın bir sonucudur. Ancak, DC akımıyla yanında başka bir kablo koyduğunuzda, teller akımın hangi yöne doğru hareket ettiğine bağlı olarak birbirlerini çeker veya çeker.

Akımların aynı yönde hareket ettiğini varsayarsak, birinci teldeki elektronlar, ikinci teldeki elektronları hareketsiz olarak görür. (Bu, akımların aynı kuvvetle ilgili olduğunu varsayar). Bu arada, elektronların perspektifinden, her iki teldeki protonlar hareket ettikleri gibi görünürler. Göreceli uzunluktaki kasılma nedeniyle, daha fazla aralıklı görünmektedirler, bu nedenle negatif yükten daha uzun tel başına daha fazla pozitif yük vardır. Gibi suçlamalar itiraf, iki tel de püskürtmek.

Ters yönlerdeki akımlar çekicilikle sonuçlanır, çünkü ilk telin bakış açısına göre, diğer teldeki elektronlar daha fazla kalabalıklaşır ve net bir negatif yük oluşturur. Bu arada, ilk teldeki protonlar net bir pozitif yük oluşturuyor ve karşı suçlamalar çekiyor.
Global Konumlandırma Sistemi
Aracınızın GPS navigasyonunun olduğu gibi doğru çalışması için, uydular göreceli etkileri hesaba katmak zorunda. Bunun nedeni, uyduların ışığın hızına yakın bir şeyde hareket etmemelerine rağmen, hala oldukça hızlı gidiyorlar. Uydular ayrıca Dünya’daki yer istasyonlarına sinyaller gönderiyor. Bu istasyonlar (ve arabanızdaki GPS ünitesi), yer çekimi nedeniyle yörüngedeki uydulardan daha yüksek ivmeler yaşıyor.

Bu kesin doğruluğu elde etmek için, uydular saniyenin birkaç milyarını (nanosaniye) doğru olan saatler kullanır. Her uydu, Dünya üzerinde 12.600 mil (20.300 kilometre) üzerinde olduğundan ve saatte yaklaşık 6.000 mil (10.000 km / saat) ilerlediğinden, her gün yaklaşık 4 mikrosaniye ulaşan göreceli bir zaman dilimi vardır. Yerçekiminin etkilerini ekleyin ve şekil yaklaşık 7 mikrosaniyeye kadar yükselir. Bu 7,000 nanosaniye.

Aradaki fark çok gerçektir: Herhangi bir göreceli etki gözlenmediyse, bir sonraki benzin istasyonuna yarım mil (0.8 km) olduğunu söyleyen bir GPS ünitesi, sadece bir gün sonra 5 km (8 km) olacaktır.
Altın sarısı renk
Çoğu metal parlaktır çünkü atomlardaki elektronlar farklı enerji seviyelerine veya “orbitallere” atlar. Metaline çarpan bazı fotonlar, daha uzun bir dalga boyunda olsa da, emilir ve yeniden yayılır. Görünürde en çok görülen ışık, sadece yansır.

Altın ağır bir atomdur , bu yüzden iç elektronlar rölativistik kütle artışının yanı sıra uzunluk daralmasının önemli olduğu kadar hızlı hareket ederler. Sonuç olarak, elektronlar daha fazla momentumla daha kısa yollarda çekirdeğin etrafında dönüyorlar. İç orbitallerdeki elektronlar, dış elektronların enerjisine daha yakın olan enerji taşır ve emilen ve yansıyan dalga boyları daha uzundur.

Işığın daha uzun dalga boyları, genellikle sadece yansıyabilecek görünen ışığın bir kısmının emildiğini ve ışığın spektrumun mavi ucunda olduğunu gösterir. Beyaz ışık, gökkuşağının tüm renklerinin bir karışımıdır , ancak altının durumunda, ışık soğurulduğunda ve yeniden yayıldığında dalga boyları genellikle daha uzundur. Bu, gördüğümüz ışık dalgalarının karışımı, içinde daha az mavi ve menekşe sahip olma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Bu sarı, turuncu ve kırmızı ışık maviden daha uzun bir dalga boyu olduğundan, altın rengi sarımsı görünür hale getirir.
Altın kolayca paslanamaz
Altının elektronları üzerindeki göreceli etki, metalin başka hiçbir şeyle korozyona uğramadığı ya da kolayca tepki vermemesinin bir nedenidir.

Altın, dış kabuğunda sadece bir elektrona sahiptir, ancak hala kalsiyum veya lityum kadar reaktif değildir. Bunun yerine, altın olan elektronlar, olması gerekenden “daha ağır” olmak üzere, atom çekirdeğine daha yakın tutulurlar. Bu, en dıştaki elektronun hiç bir şeyle reaksiyona girebileceği bir yerde bulunmayacağı anlamına gelir – çekirdeğe yakın olan elektronları arasında olduğu gibi.
Cıva bir sıvıdır
Altına benzer şekilde, cıva da ağır bir atomdur , elektronlar hızları ve sonuç olarak kütle artışı nedeniyle çekirdeğe yakın tutulurlar. Cıva ile atomları arasındaki bağlar zayıftır, bu nedenle civa daha düşük sıcaklıklarda erir ve onu gördüğümüzde genellikle bir sıvıdır.
Eski televizyonun
Sadece birkaç yıl önce çoğu televizyon ve monitörler katot ışın tüpü ekranlarına sahipti. Bir katot ışın tüpü , büyük bir mıknatıs ile bir fosfor yüzeyinde elektron ateşleyerek çalışır. Her elektron, ekranın arkasına vurduğunda yanan bir piksel yapar. Elektronlar, fotoğrafın ışık hızının yüzde 30’una kadar çıkmasını sağladı. Göreceli etkiler göze çarpıyor ve üreticiler mıknatısları şekillendirdiğinde bu etkileri hesaba katmak zorunda kaldılar.
ışık
Eğer Isaac Newton mutlak bir dinlenme çerçevesi olduğunu varsayıyor olsaydı, ışık için farklı bir açıklama yapmak zorunda kalırdık, çünkü hiç olmazdı.

Pomona Koleji’nden Moore, “Sadece manyetizmin varlığı değil, ışık da oluşmazdı, çünkü görelilik, elektromanyetik bir alandaki değişikliklerin anlık olarak değil, sonlu bir hızla hareket etmesini gerektirir.” Dedi. “İzafiyet bu zorunluluğu yerine getirmezse, elektrik alanlarındaki değişiklikler anında elektromanyetik dalgalar yoluyla iletilecek ve hem manyetizma hem de ışık gereksiz olacaktır.”