special theory of relativity

Teoria della Relatività

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Quando sentiamo parlare di Einstein e la relatività speciale (o la teoria della relatività, di utilizzare il nome reale), pensiamo al famoso E = mc^2 equazione, e cose strane come il paradosso dei gemelli. Mentre queste cose sono tutte vere e importanti, il problema SR cerca di risolvere è uno completamente diverso. È un tentativo di difendere un principio fondamentale in fisica.

Il principio di base della relatività è che le leggi della fisica non cambiano quando si sposta senza accelerazione. In altre parole, il movimento a velocità costante è indistinguibile da essere stazionaria, che è il motivo per cui si può avere avuto questa illusione, mentre in un treno fermo su una piattaforma che si sta spostando, quando il treno accanto a te inizia a muoversi. Qualunque cosa gli esperimenti si può fare non vi dirà se si sta in piedi o in movimento ancora.

If you think about it, deve essere in questo modo. Se ci fossero solo due oggetti dell'universo, non avrebbe alcun senso dire che si sta muovendo. Solo il movimento relativo ha significato fisico. Associato a ciascun oggetto in movimento è un sistema di coordinate, o un quadro di riferimento, chiamato un sistema inerziale. Tutti i sistemi inerziali sono equivalenti, che è considerato una simmetria in fisica ed è chiamato il principio di relatività.

Simmetrie e leggi di conservazione

Ora, facciamo un breve timeout per parlare di simmetrie in fisica. Quando si sente la parola simmetria, si pensa di oggetti che hanno lo stesso aspetto quando li si ruota o capovolgere. In fisica, questa idea è preso un po 'più lontano. Il fatto che le leggi della fisica non cambiano quando si tenta altrove è anche una simmetria della natura, chiamato simmetria traslazionale.

C'è un principio matematico chiamato il teorema di Noether, in cui si afferma che ogni volta che si ha una simmetria, si trova una corrispondente quantità conservata. la simmetria traslazionale e la conservazione della quantità di moto sono legati attraverso questo teorema. Un altro simmetria è che le leggi della fisica sono invarianti nel tempo (che è una buona cosa, altrimenti non abbiamo qualsiasi attività commerciale chiamandoli “legislazione”). Questa simmetria ha una corrispondente quantità conservata, che è l'energia. Questo fatto matematico è il motivo per cui non si può brevettare una macchina del moto perpetuo. Essa viola la conservazione dell'energia. Se in realtà ha funzionato, vorrebbe dire che le leggi che governano non sarebbe tempo invariante. In altre parole, it might not work tomorrow.

La simmetria di indistinguibilità di riferimento inerziali (il principio di relatività) in moto è vero per l'elettricità e il magnetismo pure. A proposito, Io non so quale sia la corrispondente quantità conservata è, ma sospetto che è la lunghezza di spazio o spazio-temporali vettori, a seconda se si utilizza pre-Einstein (galileo) o post-Einstein (Lorentz) relatività. Una bobina mobile vicino al magnete genera elettricità. La quantità di elettricità generata dipende solo dalla velocità relativa, Non importa se si sposta la bobina o il magnete. Quindi il principio di equivalenza di riferimento inerziali vale per l'elettricità e il magnetismo pure. Elettromagnetismo è descritto nelle equazioni di Maxwell (relativo spazio e variazioni temporali in campi elettrici e magnetici a correnti e cariche) dovrebbe essere "covarianti" - significato, dovrebbe cambiare nella stessa era come le coordinate trasformano. Altrimenti, forni a microonde avrebbe funzionato in modo diverso su un aereo.

special relativity

Una soluzione di equazioni di Maxwell è onde EM (luce) muove alla velocità. La covarianza di queste equazioni significa che la velocità della luce deve essere la stessa costante misurata in qualsiasi fotogramma inerziale. Sulla base di questa osservazione, Einstein postulato che la costanza della velocità della luce è una legge fondamentale della natura. Una volta che si accetta questo postulato, dobbiamo accettare il fatto che non cambia, misurata in diversi sistemi inerziali. Affinché questa velocità sia costante, spazio e tempo dovranno cambiare invece. Noi approfondire questo costanza, sia in termini di fisica e filosofia, nella sezione successiva.

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