Podstawy i filozoficzne

zagadnienia teorii względności

dr hab. Andrzej M. Łukasik

Instytut Filozofii UMCS

http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik

[e-mail]

Równania Maxwella 1864

podstawa elektrodynamiki klasycznej

0

=

B

div

r

•

1887 -

istnienie fal elektromagnetycznych potwierdzone

w doświadczeniach Heinricha

Rudolfa Hertza (1857–

1894)

•

1895 -

Gugliemo

Marconi

(1874–1937) skonstruował

pierwszy telegraf bez drutu i w 1902 roku po raz
pierwszy przesłał fale radiowe przez Atlantyk

Problemy

•

Równania Maxwella nie są niezmiennicze

względem

transformacji Galileusza

•

Zgodnie z mechaniką klasyczną ruch jest względny –

nie

można rozstrzygnąć czy układ spoczywa względem

przestrzeni absolutnej czy też porusza się ruchem

jednostajnym po linii prostej

•

Fale elektromagnetyczne rozchodzą się ze stałą

prędkością c = 300 000 km/s

•

Względem czego?

•

Hipoteza eteru -

fale elektromagnetyczne są

zaburzeniami ośrodka wypełniającego przestrzeń

•

Istnienie eteru powinno ponadto dawać obserwowalne

efekty

Doświadczenie Michelsona-Morley’a

•

1881 -

Albert Abraham Michelson

(1852–1931):

propozycja metody pomiaru prędkości ruchu Ziemi

względem eteru

•

Newton: ruch absolutny, to ruch względem przestrzeni

absolutnej

•

Jeżeli eter spoczywa w przestrzeni absolutnej, to pomiar

prędkości ruchu Ziemi względem eteru będzie pomiarem

prędkości absolutnego ruchu Ziemi

•

Prędkość orbitalna Ziemi względem Słońca = 30 km/s

•

Zgodnie z fizyką klasyczną mierzona prędkość światła

powinna zależeć od ruchu urządzenia pomiarowego

(razem z Ziemią) względem eteru i od kąta między

kierunkiem tej prędkości a kierunkiem ruchu światła

Interferometr Michelsona-Morley’a

Transformacja Lorenza

Albert Einstein 1905

Względność przestrzeni

(kontrakcja Fitzgeralda–Lorentza)

2

2

0

1

c

v

l

l

−

=

Względność czasu

(dylatacja czasu)

2

2

0

1

1

c

v

t

t

−

Δ

=

Δ

•

Podobnie jak z punktu widzenia mechaniki

newtonowskiej, można wypowiedzieć dwa zgodne

twierdzenia: tempus est absolutum,

spatium est

absolutum

, tak z punktu widzenia szczególnej teorii

względności musimy stwierdzić: continuum spatii et
temporis est absolutum

. W tym ostatnim twierdzeniu

absolutum

znaczy nie tylko „fizycznie rzeczywiste”, ale

również „niezależne pod względem własności

fizycznych, oddziałujące fizycznie, ale nie podlegające

wpływom warunków fizycznych” (Albert Einstein)

Czasoprzestrzeń Minkowskiego

•

Poglądy na temat czasu i przestrzeni,

które chcę państwu przedstawić,

wyrosły na glebie fizyki doświadczalnej

i w tym kryje się ich siła. Są to poglądy

radykalne. Od tej pory czas i

przestrzeń rozważane każde

oddzielnie są skazane na odejście w

cień, a przetrwa tylko połączenie tych

dwóch wielkości (Herman Minkowski)

Paradoks bliźniąt

•

t

•

x

Interpretacje czasoprzestrzeni STR

•

Eternizm

(Block

Universe

–

Wszechświat

Parmenidesowy) –

transjentyzm

(realność

upływu czasu)

•

Substancjalizm –

ewentyzm

Równoważność masy i energii

E = mc

2

Czas przestrzeń materia w ogólnej

teorii względności (GTR)

•

Zasada równoważności

•

jednorodne pole grawitacyjne lokalnie
równoważne jest stałemu przyspieszeniu
układu odniesienia

μν

μν

μν

π

T

c

G

R

g

R

4

8

2

1

=

−

•

Potwierdzenia STW

•

1. grawitacyjne ugięcie promieni świetlnych (1919

Eddington

-

obserwacja podczes

zaćmienia Słońca

•

2. przesunięcie ku czerwieni red shift (pole

bezładności/grawitacyjne spowalnia zegary Bliźniaka w

rakiecie)

•

3. ruch perihelium

Merkurego (43 sekundy kątowe na

stulecie)

Geometrie nieeukldesowe

Czasoprzestrzeń ogólnej teorii względności