Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Teoria relativității » Experimentul de gândire al ascensorului lui Einstein pentru argumentarea principiului echivalenței în relativitatea generală

Experimentul de gândire al ascensorului lui Einstein pentru argumentarea principiului echivalenței în relativitatea generală

Equivalence between gravity and acceleration
Source https://en.wikipedia.org/wiki/File:Elevator_gravity.svg

În anii care au urmat după lucrarea importantă a lui Einstein privind relativitatea specială, publicată în septembrie 1905, acesta a încercat să extindă principiul relativității la sistemele de referință accelerate. Cheia extinderii stă în coincidența empirică inexplicabilă a egalității de masă inerțială și gravitațională. Pentru a interpreta și a exploata această coincidență, Einstein a introdus un principiu fizic nou și puternic în 1907, pe care la numit mai târziu „principiul echivalenței”. Principiul de echivalență a fost un principiu călăuzitor în dezvoltarea relativității generale. Deși Einstein nu și-a terminat teoria generală de relativitate imediat după descoperirea principiului echivalenței, această descoperire poate fi marcată ca un punct de plecare clar. A avut nevoie de mai mult de opt ani pentru a-și termina teoria. După un drum lung, marcat de încercări, erori și pauze lungi, în noiembrie 1915, structura relativității generale, așa cum o știm, stătea înaintea lui.

Există o cantitate mare de lucrări și cărți în care el argumentează principiul echivalenței, dar toate acestea implică, mai mult sau mai puțin, structura unui experiment de gândire. Modul în care acest lucru este cel mai frecvent exprimat în manualele care încearcă să explice principiul este „experimentul gândirii ascensorului”. Datorită importanței sale fundamentale pentru tranziția de la relativitatea specială la relativitatea generală, este probabil cel mai important experiment al gândirii lui Einstein.

Principiul echivalenței a apărut pentru prima dată – deși nu cu acest nume – într-un articol de revizuire privind relativitatea specială din 1907, numit „Despre principiul relativității și concluziile trase din el”. În secțiunea V din articol, intitulat „Principiul relativității și gravitației”, el a ridicat întrebarea: „Este posibil ca principiul relativității să se aplice și sistemelor accelerate unul față de altul?” El a răspuns pozitiv la această întrebare: ce trebuie să se întâmple tuturor dacă se respectă principiul relativității „. Argumentul este după cum urmează. Să presupunem că un cadru de referință S1 este accelerat în direcția x cu o accelerație constantă g. Un al doilea cadru S2 este în repaus într-un câmp gravitațional omogen care conferă tuturor obiectelor o accelerație -g în direcția x. Din punct de vedere observațional, nu există nicio distincție între S1 și S2. Toate corpurile sunt, la fel, accelerate la fel în câmpul gravitațional. Prin generalizarea acestei egalități mecanice, Einstein a postulat echivalența fizică completă a câmpului gravitațional și accelerația corespunzătoare a cadrului de referință. Acesta este așa-numitul „principiu de echivalență”.

Această ipoteză extinde principiul relativității la cazul mișcării accelerată uniform a cadrului de referință. Aceasta înseamnă că legile fizicii iau aceeași formă într-un sistem uniform de accelerare a coordonatelor ca într-un sistem în repaos față de un câmp gravitațional omogen. Deși principiul echivalenței nu rezultă în mod necesar din experiență, el are o valoare euristică importantă – așa cum a numit-o Einstein – și anume permite înlocuirea unui câmp gravitațional omogen printr-un sistem de referință uniform accelerat.

În secțiunea IV a documentului de revizuire, Einstein a afirmat că argumentul s-a bazat pe asumarea echivalenței fizice exacte a masei gravitaționale și inerțiale.De asemenea, el a continuat să sublinieze importanța acestei egalități pentru principiul echivalenței. În Evoluția Fizicii, de exemplu, Einstein a afirmat că principiul „se bazează pe un pilon foarte important: echivalența masei gravitaționale și inerțiale. Fără această înțelepciune, neobservată în mecanica clasică, argumentul nostru actual ar eșua complet „. Motivul acestui eșec este că fără egalitate, ar exista o diferență de observație între S1 și S2. Un corp cu masă inerțială ma, dar cu o masă gravitațională diferită mg, ar avea o accelerație constantă g relativ la S1. Același corp, cu toate acestea, ar experimenta o accelerație diferită față de S2, și anume a = mg, conform celei de-a doua legi a lui Newton. În plus, în această situație ipotetică, diferite corpuri ar cădea liber față de S2 cu accelerații diferite, deoarece toate ar avea un raport diferit de masă gravitațională la masa inerțială. Un observator ar putea atunci să distingă S1 de S2 și acest lucru este în contradicție cu principiul echivalenței.

Din fericire, totuși, diferențele dintre masa gravitatională și cea inerțială nu au fost niciodată observate – direct sau indirect. Einstein era cu siguranță conștient de acest fapt în 1907, pentru că el a scris în secțiunea IV a lucrării de revizuire: „Această proporționalitate între masa inerțială și gravitațională include totuși, fără excepție, toate corpurile cu precizie atinsă până acum, deci trebuie să ne asumăm universalitatea până se va demonstra altfel.” Mai mult decât atât, el știa cu siguranță că accelerarea diferitelor corpuri dintr-un câmp gravitațional este independentă de masa lor. Astfel, de la început el a fost convins de această lege bazată pe experiență („Erfahrungsgesetz”).

Astfel, Einstein a presupus, pe baza unei convingeri puternice, că masa inerțială și gravitațională sunt egale în toate circumstanțele. El știa din experiență că erau aproximativ egale în anumite situații, dar bănuia că proporționalitatea masei inerțiale și gravitaționale era exactă pentru toate corpurile. Prin ridicarea acestei ipoteze la statutul unui principiu general sau, mai mult, la o lege a naturii, Einstein a făcut primul pas spre noile cunoștințe cuprinse în principiul echivalenței.

În această mișcare a lui Einstein se putea surprinde ideea că egalitatea de masă inerțială și gravitațională nu este o coincidență. La începutul articolului „Schița teoriei generalizate a relativității și a teoriei gravitației„, Einstein a declarat foarte clar: „Teoria [relativității generale] expusă în cele ce urmează rezultă din convingerea că proporționalitatea dintre masa inerțială și masa gravitațională a corpurilor este o lege a naturii exact valabilă, care trebuie să se regăsească deja în însăși baza fizicii teoretice.” De aceea, el căuta un principiu fundamental din care să urmeze în mod natural egalitatea.

Sursa: M. R. Visser, An Epistemological Approach to Einstein’s Thought Experiments

Teoria relativității - Relativitatea specială și relativitatea generală
Teoria relativității – Relativitatea specială și relativitatea generală

de Albert Einstein Traducere de Nicolae Sfetcu ”Prezenta carte este destinată, pe cât posibil, să ofere o perspectivă exactă asupra teoriei relativității acelor cititori care, din punct de vedere științific și filosofic general, sunt interesați de teorie, dar care nu … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $2,99$3,99 Selectează opțiunile
Legea gravitației universale a lui Newton
Legea gravitației universale a lui Newton

Nimeni nu ştie sigur dacă amintirea lui Newton despre măr a fost corectă, dar perspectiva lui aceasta este. Filosofii au crezut încă de la greci că mişcarea “naturală” a stelelor, planetelor, Soarelui şi Lunei este circulară. Kepler a stabilit că … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $1,99 Selectează opțiunile
Gravitația
Gravitația

Prezenta lucrare abordează gravitația din punctul de vedere al fizicii fenomenlogice cu accent pe testele gravitaționale, al epistemologiei și metodologiei utilizate de oamenii de știință, și al ontologiei gravitației, spațiului și timpului. Gravitația are un caracter universal, dar puterea sa … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $6,99$16,29 Selectează opțiunile

  1. […] În anii care au urmat după lucrarea importantă a lui Einstein privind relativitatea specială, publicată în septembrie 1905, acesta a încercat să extindă principiul relativității la sistemele de referință accelerate. Cheia extinderii stă în coincidența empirică inexplicabilă a egalității de … Citeşte mai mult […]

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *