» » » » » » Einstein: Principiul relativității restrânse

Einstein: Principiul relativității restrânse

Sisteme de referință

Pentru a obține cea mai mare claritate posibilă, să ne întoarcem la exemplul nostru cu vagonul a cărui deplasare este presupusă uniformă. Numim mișcarea sa o translație uniformă („uniformă” pentru că are o viteză și o direcție constanta, „translație” pentru că, deși vagonul își schimbă poziția față de peron, nu se rotește). Să ne imaginăm că un corb zboară prin aer într-o asemenea manieră încât mișcarea lui, așa cum se observă de pe peron, este uniformă și în linie dreaptă. Dacă ar trebui să observăm corbul în zbor din vagonul de cale ferată în mișcare, am constata că mișcarea corbului ar fi una cu viteză și direcție diferite, dar ar fi uniformă și în linie dreaptă. Exprimate într-un mod abstract putem spune: Dacă o masă m se mișcă uniform în linie dreaptă față de un sistem de coordonate K, atunci ea se va deplasa uniform și în linie dreaptă față de un al doilea sistem de coordonate K’ cu condiția ca acesta din urmă să efectueze o mișcare uniformă de translație față de K. În conformitate cu discuția din secțiunea precedentă, rezultă că:

Dacă notăm K un sistem de coordonate galileian, atunci orice alt sistem de coordonate K’ este unul galileian, dacă în raport cu K este într-o stare de mișcare uniformă a translației. În relație cu K legile mecanice ale lui Galilei-Newton se mențin corecte, exact ca față de K.

Avansăm un pas mai departe în generalizarea noastră atunci când exprimăm principiul astfel: Dacă, relativ la K, K ‘este un sistem de coordonate în mișcare uniformă, fără rotație, atunci fenomenele naturale se petrec în K’ după aceleași legi generale ca și în K. Această afirmație se numește principiul relativității (în sens restrâns).

Atâta timp cât cineva era convins că toate fenomenele naturale erau capabile de reprezentare cu ajutorul mecanicii clasice, nu era nevoie să se îndoiască de validitatea acestui principiu al relativității. Dar, având în vedere evoluția mai recentă a electrodinamicii și a opticii, a devenit din ce în ce mai evident că mecanica clasică oferă o bază insuficientă pentru descrierea fizică a tuturor fenomenelor naturale. În această conjunctură, chestiunea valabilității principiului relativității a devenit potrivită de pus discuție și nu părea imposibil ca răspunsul la această întrebare să fie negativ.

Cu toate acestea, există două fapte generale care, la început, vorbesc foarte mult în favoarea valabilității principiului relativității. Chiar dacă mecanica clasică nu ne oferă o bază suficient de largă pentru prezentarea teoretică a tuturor fenomenelor fizice, trebuie să îi acordăm o măsură considerabilă de „adevăr”, deoarece ne furnizează propriile mișcări ale corpurilor cerești cu o extraordinară delicatețe de detaliu. Prin urmare, principiul relativității trebuie aplicat cu mare precizie în domeniul mecanicii. Dar faptul că un principiu cu o asemenea generalizare de largă ar da rezultate exactitate într-un domeniu al fenomenelor și totuși ar fi invalid pentru altul, este a priori nu foarte probabil.

Acum mergem la al doilea argument, la care, în plus, ne vom întoarce mai târziu. Dacă principiul relativității (în sens restrâns) nu este corect, atunci sistemele de coordonate galileiene K, K’, K”, etc., care se mișcă uniform una față de cealaltă, nu vor fi echivalente pentru descrierea fenomenelor naturale. În acest caz am fi constrânși să credem că legile naturale sunt capabile să fie formulate într-o manieră foarte simplă și, bineînțeles, numai cu condiția ca, dintre toate sistemele posibile de coordonate galileiene, ar fi trebuit să alegem una ( K0) a unei stări de mișcare particulare ca și corp de referință. Ar trebui apoi să fim justificați (datorită meritelor sale pentru descrierea fenomenelor naturale) în a numi acest sistem „absolut în repaus” și toate celelalte sisteme galileene K „în mișcare”. Dacă, de exemplu, peronul nostru ar fi sistemul K0, atunci vagonul nostru feroviar ar fi un sistem K, relativ la care legile ar fi mai puțin simple decât în ​​ceea ce privește K0. Această simplitate diminuată s-ar datora faptului că vagonul K ar fi în mișcare („cu adevărat”) în raport cu K0. În legile generale ale naturii care au fost formulate cu referire la K, magnitudinea și direcția vitezei vagonului ar juca în mod necesar un rol. De exemplu, ar trebui să ne așteptăm ca nota emisă de un tub de orgă plasat cu axa sa paralelă cu direcția de deplasare să fie diferită de cea emisă dacă axa tubului ar fi fost plasată perpendicular pe această direcție.

Acum, în virtutea mișcării sale pe o orbită în jurul soarelui, pământul nostru este comparabil cu un vagon care călătorește cu o viteză de aproximativ 30 de kilometri pe secundă. Dacă principiul relativității nu ar fi valabil, ar trebui să ne așteptăm ca direcția de mișcare a pământului  în orice moment să se încadreze în legile naturii și, de asemenea, ca sistemele fizice în comportamentul lor să fie dependente de orientarea în spațiu față de pământ. Căci datorită modificării direcției vitezei de revoluție a pământului în cursul unui an, pământul nu poate fi în stare de repaus față de sistemul ipotetic K0 pe tot parcursul anului. Cu toate acestea, observațiile cele mai atente nu au dezvăluit niciodată astfel de proprietăți anizotropice în spațiul fizic terestru, adică o non-echivalență fizică a direcțiilor diferite. Acesta este un argument foarte puternic în favoarea principiului relativității.

TEOREMA ÎNSUMĂRII VITEZELOR FOLOSITĂ ÎN MECANICA CLASICĂ

Să presupunem că vechiul nostru prieten vagonul feroviar călătorește de-a lungul șinelor cu o viteză constantă v, și că un om traversează lungimea căruciorului în direcția de deplasare cu o viteză w. Cât de repede sau, cu alte cuvinte, cu ce viteză W avansează omul în raport cu peronul în timpul procesului? Singurul răspuns posibil pare sa rezulte din urmatoarea consideratie: Daca omul ar sta nemișcat pentru o secundă, el ar avansa în raport cu peronul cu o distanță v egală numeric cu viteza vagonului. Ca o consecință a mersului său, el traversează o distanță suplimentară w față de cărucior și, prin urmare, relativ la peron, în această secundă, distanța w fiind numeric egală cu viteza cu care merge. Astfel, în total, el acoperă distanța W = v + w față de peron în secunda considerată. Vom vedea mai târziu că acest rezultat, care exprimă teorema însumării vitezelor folosită în mecanica clasică, nu poate fi menținut; cu alte cuvinte, legea pe care tocmai am scris-o nu este corectă în realitate. Pentru moment, totuși, ne vom asuma corectitudinea acesteia.

Summary
Review Date
Reviewed Item
Einstein: Principiul relativității restrânse
Author Rating
51star1star1star1star1star
Share...Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on LinkedInShare on RedditShare on StumbleUponShare on TumblrPin on PinterestEmail this to someone

Lasă un Răspuns