CCF20090213046

Einstein zaczął od idei, która wywodzi się od Newtona: Ruch jest względny. Ściślej mówiąc, te same prawa fizyki obowiązują, kiedy ktoś stoi, jak i wtedy, gdy porusza się ze stałą prędkością. Przypuśćmy, że nad równikiem lecisz samolotem, który przemieszcza się ze stałą prędkością na wysokości 10 000 metrów. Nie możesz tak naprawdę stwierdzić ruchu samolotu, jeśli coś go nie zakłóci. Jeśli wstaniesz ze swojego miejsca, aby wziąć gazetę, twój wysiłek i odległość, jaką pokonasz, będą pozornie takie same, jakie by były, gdyby samolot stal na płycie lotniska. W rzeczywistości, jeślibyś nie wiedział, że jest inaczej, nie można byłoby ci brać za złe, że gdy wyglądasz przez okno, sądzisz, że to nie samolot się porusza, ale chmury i Ziemia.

Oczywiście, chmury i Ziemia naprawdę się poruszają - z różnymi prędkościami w stosunku do samolotu. Tu nasuwa się interesujące pytanie: Jak szybko przemieszcza się w rzeczywistości samolot? Powiedzmy, że prędkość samolotu względem Ziemi wynosi 500 kilometrów na godzinę (km/h). Ale sama Ziemia też się porusza, obracając się wokół swojej osi z prędkością około 1700 km/h na godzinę. Komuś, kto znajduje się w stacji kosmicznej nieruchomej w stosunku do Słońca, będzie się wydawać, że lecisz, z prędkością 2200 km/h, jeśli samolot leci na wschód, lub do tyłu z prędkością 1200 km/h, jeśli samolot leci na zachód (Ziemia obraca się z zachodu na wschód).

W rezultacie to, co wygląda jak 500 km/h w jednym układzie odniesienia, będzie wyglądało na 2200 km/h lub 1200 km/h w innym. Czyli nic ma czegoś takiego, jak „bezwzględna” prędkość - jest tylko prędkość względna.

Szczególna teoria względności

iym, czego Newton nie wiedział, a co znacznie komplikuje przedstawiony obraz, jest fakt, że niezależnie, w którym jesteś układzie i z jaką prędkością względem innego układu się przemieszczasz, prędkość światła jest określona i stała. Wiązka światła przechodząca przez twój samolot będzie się wydawała poruszać z dokładnie tą samą prędkością tobie, obserwatorowi w stacji kosmicznej i każdemu, obserwującemu ją za pomocą lunety z Ziemi. Ta prędkość - w przybliżeniu wynosząca 300 000 km na sekundę - jest tradycyjnie oznaczana literą c.

Sprowadźmy naszą dyskusję z powrotem na Ziemię. Przypuśćmy, że podróżujesz pociągiem jadącym z prędkością 100 km/h. Załóżmy także, na potrzeby naszego wywodu, że pociąg jest przezroczysty. Jeśli idziesz w kierunku czoła pociągu z prędkością, która według ciebie wynosi 5 km/h, to dla obserwatora stojącego na peronie będziesz się poruszał z prędkością 105 km/h. Przynajmniej tak mówi zdrowy rozsądek i względność newtonowska.

Teraz wyobraź sobie, że ten obserwator miga światłem stroboskopowym wzdłuż torów w kierunku ruchu pociągu. Światło z lampy przechodzi przez pociąg, a konduktor mierzy jego prędkość. Okazuje się, że prędkość światła wynosi c. Prędkość światła mierzy również obserwator na peronie i również otrzymuje c.

Pojawia się tu poważny problem: jak coś może przechodzić przez jadący pociąg z tą samą prędkością względem pociągu i peronu? Pomyśl o naszym wcześniejszym przykładzie: Jeśli idziesz przez korytarz z prędkością 5 km/h w stosunku do pociągu, musisz poruszać się prędzej w stosunku do peronu - a dokładnie z prędkością 105 km/h (tak w każdym razie powiedziałby Newton). Dlaczego jest inaczej w przypadku światła? Dlaczego obserwatorowi na peronie nie wydaje się ono poruszać z prędkością c + 100 km/h? Lub jeśli musi się poruszać z prędkością c względem peronu, dlaczego obserwatorowi w pociągu nie wydaje się, że porusza się z prędkością c - .100 km/h?

To tutaj właśnie wkracza względność czasu i przestrzeni. Jak się okazuje, jeśli idziesz przez pociąg z prędkością 5 km/h, dla obserwatora stojącego na peronie nie poruszasz się z prędkością 105 km/h, ale nieco mniejszą. W tym wypadku 100 plus 5 nie równa się 105. Dodawanie sprawdza się tylko w sytuacji, gdy stoisz w pociągu - w tym przypadku dla obserwatora stojącego na peronie poruszasz się z prędkością 100 + 0 km na godzinę. Natomiast światło w pociągu porusza się dla niego z prędkością taką samą jak

95