Thuyết tương đối hẹp giải thích phương pháp liên kết giữa không gian và thời gian đối với các trang bị thể hoạt động với tốc độ đồng hóa trên một mặt đường thẳng. Một trong số những khía cạnh nổi tiếng nhất của nó liên quan đến những vật thể vận động với tốc độ ánh sáng.

Bạn đang xem: Thuyết tương đối hẹp của einstein

Nói một cách đối chọi giản, khi một vật thể tiến tới tốc độ ánh sáng, trọng lượng của nó trở bắt buộc vô hạn với nó cần thiết đi cấp tốc hơn tia nắng truyền đi. Giới hạn tốc độ vũ trụ này đã là 1 trong những chủ đề được bàn luận nhiều trong đồ gia dụng lý, và thậm chí trong khoa học viễn tưởng, lúc mọi người nghĩ về cách dịch chuyển trên những khoảng cách rộng lớn.

Thuyết tương đối hẹp được Albert Einstein phát triển vào năm 1905, với nó là một phần cơ sở của đồ lý hiện nay đại. Sau khi hoàn thành các bước của bản thân trong thuyết kha khá hẹp, Einstein đã chiếm lĩnh một thập kỷ để suy nghĩ điều gì sẽ xẩy ra nếu bạn ta giới thiệu gia tốc. Điều này đã hình thành nên cơ sở cho thuyết tương đối rộng của ông , được xuất bản vào năm 1915.


Mục lục

Lịch sử

Trước Einstein, các nhà thiên văn học tập (phần lớn) đang hiểu dải ngân hà theo ba định phương tiện chuyển động do Isaac Newton trình bày năm 1686. Tía định quy định này là:

(1) các vật thể đang chuyển động (hoặc ở trạng thái nghỉ) vẫn vận động (hoặc sinh sống trạng thái dừng) trừ khi gồm ngoại lực tác động ảnh hưởng lên sự cầm cố đổi.

(2) Lực bởi sự biến đổi động lượng mỗi lần biến đổi thời gian. Đối với một khối lượng không đổi, lực bằng cân nặng nhân với gia tốc.

(3) Đối với tất cả hành động đều phải có phản ứng bình đẳng và ngược chiều.

Nhưng đã bao gồm những rạn nứt trong triết lý trong những thập kỷ trước khi Einstein đến. Vào thời điểm năm 1865, nhà đồ gia dụng lý Scotland James Clerk Maxwell đã chứng tỏ ánh sáng đó là một trong những làn sóng đối với tất cả hai thành phần điện và từ tính, và thiết lập tốc độ ánh nắng (186.000 dặm từng giây).. Các nhà khoa học nhận định rằng ánh sáng nên được truyền qua một số trong những phương tiện, mà họ gọi là ête. (Bây giờ họ biết rằng không cần phương tiện đi lại truyền dẫn và ánh nắng trong ko gian di chuyển trong chân không.)

Hai mươi năm sau, một kết quả bất ngờ đã khiến cho điều này bị nghi ngờ. Nhà trang bị lý AA Michelson và nhà chất hóa học Edward Morley (cả hai mọi là bạn Mỹ vào thời gian đó) sẽ tính toán chuyển động của Trái đất trải qua “ête” này tác động như cố kỉnh nào đến biện pháp đo tốc độ ánh sáng, và nhận thấy rằng tốc độ ánh sáng là hệt nhau cho dù chuyển động của Trái khu đất là gì. Điều này dẫn mang lại những để ý đến sâu dung nhan hơn về hành vi của tia nắng – với sự không phù hợp của nó cùng với cơ học cổ xưa – của phòng vật lý fan Áo Ernst Mach với nhà toán học tín đồ Pháp Henri Poincare.

Einstein ban đầu suy nghĩ về về hành vi của ánh nắng khi ông bắt đầu 16 tuổi, vào khoảng thời gian 1895. Ông đã làm một nghiên cứu suy nghĩ, từ bỏ điển bách khoa cho biết, tại kia ông cưỡi bên trên một làn sóng ánh sáng và nhìn vào một làn sóng ánh nắng khác dịch chuyển song tuy nhiên với mình.

Vật lý cổ xưa nên nói rằng các sóng tia nắng Einstein đã quan sát vào sẽ có được một tốc độ tương đối của không, nhưng lại điều này xích míc với phương trình Maxwell cho biết ánh sáng luôn luôn luôn có cùng một tốc độ: 186.000 dặm một giây. Một vấn đề khác với tốc độ tương đối là bọn chúng sẽ chỉ ra rằng các định luật điện từ thay đổi tùy thuộc vào điểm tiện lợi của bạn, vấn đề đó cũng xích míc với thứ lý cổ xưa (vốn nói rằng những định lao lý vật lý phần đông giống nhau đối với mọi người).

Điều này dẫn đến suy nghĩ cuối cùng của Einstein về thuyết tương đối hẹp, cơ mà ông sẽ chia nhỏ thành ví dụ hàng ngày về một người đứng ở kề bên một đoàn tàu đang chuyển động, so sánh các quan giáp với một người bên phía trong đoàn tàu. Anh ta tưởng tượng đoàn tàu đang ở 1 điểm trên phố ray cách đều thân hai dòng cây. Nếu một tia sét đánh trúng cả hai cây và một lúc, do chuyển động của tàu hỏa, bạn trên tàu sẽ nhìn thấy tia sét tiến công trúng cây này trước cây kia. Nhưng hồ hết người ở kề bên đường đua đã thấy các cuộc làm reo đồng thời.

Xem thêm: Đăng Ký Chạy Go Viet Online

“Einstein tóm lại rằng tính đôi khi là tương đối; những sự kiện xẩy ra đồng thời so với một người quan sát có thể không xảy ra đối với người khác,” bách khoa toàn thư nêu rõ. “Điều này dẫn anh ta đến phát minh phản trực quan rằng thời gian trôi chảy khác nhau tùy theo trạng thái gửi động, và tóm lại rằng khoảng cách cũng là tương đối.”

Phương trình khét tiếng E = mc2

Công trình của Einstein đang dẫn mang đến một số công dụng đáng tởm ngạc, mà ngày này thoạt chú ý vẫn có vẻ trái ngược tuy nhiên môn thiết bị lý của ông thường xuyên được ra mắt ở cấp cho trung học.

Một trong những phương trình danh tiếng nhất trong toán học khởi đầu từ thuyết kha khá hẹp. Phương trình – E = mc2 – có nghĩa là “năng lượng bằng khối lượng nhân với bình phương tốc độ ánh sáng.” Nó cho biết rằng năng lượng (E) và cân nặng (m) rất có thể hoán đổi mang đến nhau; chúng là đa số dạng khác nhau của và một thứ. Nếu khối lượng bằng phương pháp nào đó được thay đổi hoàn toàn thành năng lượng, nó cũng cho thấy thêm lượng tích điện sẽ nằm bên trong khối lượng đó: hơi nhiều. (Phương trình này là trong số những minh triệu chứng cho vì sao tại sao một trái bom nguyên tử lại bạo phổi đến vậy, một khi cân nặng của nó được đưa thành một vụ nổ.)

Phương trình này cũng đã cho thấy rằng khối lượng tăng theo tốc độ, điều này đặt ra giới hạn tốc độ một cách kết quả về tốc độ mà các thứ có thể di đưa trong vũ trụ. Nói một cách đơn giản, tốc độ ánh sáng sủa ( c ) là tốc độ nhanh nhất có thể mà một vật có thể di đưa trong chân không. Khi một vật chuyển động, khối lượng của nó cũng tăng lên. Ở gần tốc độ ánh sáng, khối lượng cao tới cả nó đạt đến vô cùng, với sẽ cần tích điện vô hạn để dịch rời nó, cho nên giới hạn tốc độ một trang bị thể hoàn toàn có thể di chuyển. Lý vày duy nhất cơ mà ánh sáng dịch chuyển với vận tốc như vậy là do các photon, những hạt lượng tử tạo nên ánh sáng, có khối lượng bằng không.

Một tình huống quan trọng đặc biệt trong ngoài hành tinh nhỏ, được gọi là “rối lượng tử”, rất cực nhọc hiểu do nó hình như liên quan tiền đến các hạt lượng tử can hệ với nhau với vận tốc nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Cụ thể, việc đo đặc tính của một hạt tất cả thể cho chính mình biết ngay công năng của phân tử khác, bất cứ chúng ở khoảng cách bao xa. Người ta sẽ viết những về hiện tượng lạ này, điều đó vẫn không được giải thích không thiếu thốn về mặt kết luận của Einstein.

Một tóm lại kỳ lạ không giống về công trình của Einstein tới từ nhận thức rằng thời gian di chuyển tương đối so với người quan sát. Một thứ đang chuyển động trải qua thời hạn giãn ra, nghĩa là thời gian vận động chậm hơn khi 1 vật đang gửi động, hơn là lúc một đồ đứng yên. Do đó, một người dịch rời già đi chậm rì rì hơn một người đang nghỉ ngơi ngơi. Vì vậy, quả như vậy, khi phi hành gia Scott Kelly dành gần 1 năm trên Trạm Vũ trụ thế giới trong quy trình tiến độ 2015-16, anh trai phi hành gia sinh đôi của anh ấy ta là Mark Kelly già cấp tốc hơn Scott một chút .

Điều này trở phải cực kỳ rõ ràng ở tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng. Hãy tưởng tượng một đứa trẻ 15 tuổi du hành với vận tốc 99,5% vận tốc ánh sáng trong 5 năm (từ ý kiến của phi hành gia). Theo NASA, khi cậu bé 15 tuổi quay lại Trái đất, cậu mới chỉ 20 tuổi . Tuy nhiên, các bạn cùng lớp của ông đã 65 tuổi.

Mặc cho dù sự co và giãn thời gian này nghe dường như rất lý thuyết, nhưng nó cũng có thể có những áp dụng thực tế. Nếu chúng ta có bộ thu Vệ tinh Định vị thế giới (GPS) trong ô tô của mình, cỗ thu sẽ cố gắng tìm dấu hiệu từ tối thiểu ba vệ tinh để điều phối địa chỉ của bạn. Các vệ tinh GPS nhờ cất hộ ra những tín hiệu vô đường theo thời hạn mà fan nhận lắng nghe, xác định vị trí của nó (hay nói đúng ra là bố lần) địa điểm của nó dựa trên thời gian dịch rời của tín hiệu. Thách thức là, đồng hồ nguyên tử bên trên GPS đang dịch rời và cho nên sẽ chạy cấp tốc hơn đồng hồ nguyên tử trên Trái đất, tạo ra các vấn đề về thời gian. Vì vậy, những kỹ sư rất cần được làm cho đồng hồ nước trên GPS hoạt động chậm hơn , theo Richard Pogge, một công ty thiên văn học tập tại Đại học tập Bang Ohio.

Đồng hồ trong ko gian vận động nhanh hơn, theo Physics Central , cũng chính vì các vệ tinh GPS sống trên Trái khu đất và chịu lực hấp dẫn yếu hơn. Vì vậy, mặc dù các vệ tinh GPS đang dịch rời và lắng dịu bảy micro giây hằng ngày do chuyển động của chúng, công dụng của lực lôi kéo yếu hơn khiến cho đồng hồ vận động nhanh hơn đồng hồ đeo tay trên phương diện đất khoảng tầm 45 micro giây. Cộng cả hai lại cùng nhau dẫn đến đồng hồ thời trang vệ tinh GPS tích tắc cấp tốc hơn đồng hồ thời trang trên khía cạnh đất, khoảng 38 micro giây mỗi ngày.

Thuyết tương đối hẹp và cơ học lượng tử

Khi con kiến ​​thức về thứ lý của họ ngày càng nâng cao, những nhà công nghệ đã lâm vào cảnh những tình huống phản trực giác hơn. Một người đang nỗ lực dung hòa thuyết tương đối rộng – tế bào tả xuất sắc những gì đang xẩy ra với những vật thể béo – cùng với cơ học tập lượng tử, được sử dụng tốt nhất có thể cho hầu hết thứ rất nhỏ dại (chẳng hạn như phân tan nguyên tử uranium). Hai trường, bộc lộ xuất sắc những trường trơ trẽn của chúng, không tương xứng với nhau – điều này khiến Einstein và những thế hệ nhà công nghệ sau ông thất vọng.

“Thuyết tương đối đưa ra hồ hết câu trả lời vô lý lúc bạn nỗ lực thu nhỏ dại nó xuống form size lượng tử, ở đầu cuối giảm xuống quý giá vô hạn trong bộc lộ của nó về lực hấp dẫn. Tương tự như vậy, cơ học lượng tử gặp rắc rối nghiêm trọng khi bạn thổi nó lên kích thước vũ trụ”, một bài báo bên trên The Guardian chỉ ra vào năm 2015. 

“Trường lượng tử mang trong mình 1 lượng năng lượng nhất định, ngay cả trong ko gian bên cạnh đó trống rỗng, cùng lượng tích điện càng khủng khi trường càng lớn. Theo Einstein, năng lượng và trọng lượng là tương đương (đó là thông điệp của E = mc 2 ), bởi vì vậy năng lượng ông chồng chất giống hệt như chồng chất khối lượng. Tạo thêm đủ lớn, cùng lượng năng lượng trong ngôi trường lượng tử trở đề nghị lớn đến hơn cả nó tạo nên một lỗ đen khiến cho vũ trụ từ bỏ thu gọn lại. Rất tiếc. “

Có một trong những ý tưởng nhằm khắc phục vấn đề này (nằm bên cạnh phạm vi của nội dung bài viết này), mà lại một cách tiếp cận là tưởng tượng một kim chỉ nan lượng tử về lực hấp dẫn sẽ tất cả một hạt không trọng lượng (gọi là graviton) để tạo nên lực. Nhưng như nhà đồ dùng lý Dave Goldberg đã chỉ ra rằng trong io9 vào năm 2013, có những vấn đề với điều đó. Ở quy mô bé dại nhất, các hạt lôi cuốn sẽ có mật độ năng lượng vô hạn, tạo thành một trường trọng tải mạnh không thể tưởng tượng được. Nghiên cứu vãn thêm sẽ tiến hành yêu ước để coi liệu điều này có khả thi tốt không.