همانطور که گفته می شود E mc2. Energoinform - انرژی جایگزین ، صرفه جویی در انرژی ، فناوری اطلاعات و رایانه

30.08.2020

هرکسی که حداقل تا حدی فیزیک بلد باشد حتماً اسم آن را شنیده است "نظریه نسبیت" آلبرت انیشتین و فرمول معروف E \u003d MC2. این فرمول از ابتدای قرن بیستم در علم منتشر شد و شکوه آن با نظریه انیشتین پیوندی ناگسستنی داشت.

در آن زمان ، هرکس ستاره در حال ظهور جدید را به خاطر "فرضیات" عجیب و غریب در نظریه انقلابی خود انتقاد می کرد ، معتقد بود که تخیلات آقای انیشتین ، جدا از واقعیت ، هیچ ارتباطی با علم ندارد.

در اینجا فقط یک نمونه از چگونگی انتقاد دانشمندان مشهور جهان به عنوان مزاحم ظاهر شدن در علم وجود دارد. "با این وجود آیا ضرورتی وجود دارد که ما را مجبور کند بدون قید و شرط با این فرضیات موافق باشیم ، که حداقل یک ذهن سالم نمی تواند بلافاصله با آن کنار بیاید؟ به این می توانیم قاطعانه پاسخ دهیم: نه! همه نتیجه گیری ها از نظریه انیشتین ، مطابق با واقعیت ، می توانند و اغلب خیلی بیشتر به دست می آیند به روشی ساده با کمک نظریه هایی که مطلقا هیچ چیز نامفهومی ندارند - به هیچ وجه مشابه الزامات ارائه شده توسط نظریه انیشتین نیست. " این کلمات متعلق به آکادمیسین روسی ، کلیمنتی تیمیریازف ، نویسنده اثر اساسی زندگی یک گیاه (1878) است.

با این حال ، همه این انتقادات و مطمئنا انتقادات منصفانه است ، برای انیشتین هیچ چیز نبود ، زیرا او حامیان زیادی داشت ، بالاخره او یک دانشمند یهودی بود! برعکس ، در رسانه ها چنان PR برای او فراهم شده بود که هیچ غواصی پاپ هالیوود نداشت! انیشتین حتی برنده جایزه نوبل شد! درست است ، او آن را به هیچ وجه برای "نظریه نسبیت" دریافت نکرد ، که به معنای واقعی کلمه طوفان خشم را در جهان علمی ایجاد کرد ، بلکه برای اثبات نظری A.G کشف شده بود. استولتوف "تأثیر عکس خارجی".

مرجع تاریخی:"آلبرت انیشتین نامزد دریافت جایزه نوبل فیزیک شدبارها و بارهابا این حال ، اعضای کمیته نوبل برای مدت طولانی جرأت اهدا to جایزه به نویسنده نظریه ای انقلابی مانند نظریه نسبیت را نداشتند. در پایان ، یک راه حل دیپلماتیک یافت شد: جایزه سال 1921 به انیشتین برای تئوری اثر فوتوالکتریک ، یعنی برای بحث برانگیزترین و آزمایش شده ترین کار در آزمایش اعطا شد. با این حال ، متن این تصمیم حاوی یک نکته خنثی بود: "و برای کارهای دیگر در زمینه فیزیک نظری". در 10 نوامبر 1922 ، دبیر آکادمی علوم سوئد ، کریستوفر اورویلوس به انیشتین نوشت: "همانطور که قبلاً از طریق تلگرام به شما اطلاع دادم ، آکادمی سلطنتی علوم در جلسه دیروز خود تصمیم گرفت یک جایزه فیزیک برای سال گذشته (1921) به شما اعطا کند ، در نتیجه کار شما را در فیزیک نظری ، به ویژه کشف قانون اثر فوتوالکتریک ، بدون در نظر گرفتن روی نظریه نسبیت و نظریه گرانش کار می کند ، که پس از تأیید آنها در آینده ارزیابی می شود. " به طور طبیعی ، انیشتین سخنرانی سنتی نوبل را به نظریه نسبیت اختصاص داد ... " .

به عبارت دیگر ، دانشمند روسی الكساندر گریگوریویچ استولتوف ، با مطالعه تأثیر تابش ماوراio بنفش بر برق ، این پدیده را کشف كرد تأثیر عکس خارجی در عمل ، و آلبرت انیشتین توانست ماهیت این پدیده را از نظر تئوری توضیح دهد. به همین دلیل او جایزه نوبل دریافت کرد.

اظهار نظر:

Teslafreshpower: انیشتین حتی به دلیل کشف اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل دریافت نکرد بلکه به دلیل خاص بودن آن ... "به انیشتین جایزه نوبل برای ... کشف قانون دوم اثر اثر اعطا شد که مورد خاصی از قانون اول اثر بود. اما عجیب است که استولتوف فیزیکدان روسی الکساندر گریگوریویچ (1896-1830) ، که خود اثر فوتوالکتریک را کشف کرد ، جایزه نوبل یا هیچ جایزه دیگری را برای این کشف دریافت نکرد ، در حالی که به A. انیشتین به دلیل "مطالعه" مورد خاصی از این قانون فیزیک داده شد. تنها توضیح برای این امر می تواند این واقعیت باشد که کسی واقعاً می خواست A. انیشتین را برنده جایزه نوبل کند و به دنبال هر دلیلی برای انجام این کار بود. "نبوغ" مجبور شد با کشف فیزیکدان روسی A. G. Stoletova ، "مطالعه" اثر عکس و اکنون ... برنده نوبل جدید "متولد شد".

باور نکردنی است ، اما درست است: TO دارای 8 فرض مشروط یا POSTULATES (توافق نامه های مشروط) است و در GTR 20 مورد از این کنوانسیون ها وجود دارد! اگرچه فیزیک یک علم دقیق است. "

در مورد فرمولE \u003d MC2، سپس در اینترنت چنین داستانی وجود دارد.

"در 20 ژوئیه سال 1905 ، آلبرت انیشتین و همسرش Mileva Marich تصمیم گرفتند تا با همدیگر کشف اکتشافی را که به تازگی انجام داده اند جشن بگیرند. این اولین بار در زندگی این فیزیکدان بزرگ بود که مانند یک کفاش ساده مست شد:" ... افراد مست زیر میز دراز کشیدند. دوست بیچاره شما و همسرش"، — او بعداً برای دوست خود Konrad Habicht نامه نوشت (مجله GEO ، سپتامبر 2005).در اول ژوئیه 1946 ، پرتره ای از انیشتین بر روی جلد مجله تایم ظاهر شد ، که قارچ اتمی و فرمول را به تصویر می کشد E \u003d MC2 و یک عنوان تقریباً متهم کننده: "ویرانگر جهان - انیشتین: همه مواد از سرعت و آتش تشکیل شده است". .

که این فرمول ارزش آن را ندارد و "پوند پشم"، امروز می توانید از یک مقاله کوتاه بوگدان شینکاریک یاد بگیرید

برای اینکه خوانندگان این مقاله را در اینترنت جستجو نکنند ، در زیر به طور کامل آورده شده است.

"مقاله امروز به نوعی ادامه دو مقاله دیگر من در مورد تقلب مغناطیسی در فیزیک نظری است: "تقلب مغناطیسی" و "تقلب دوساله در فیزیک نظری" .

مقاله جدید مربوط به پدیده ای است که توسط دانشمندان که در آغاز مطالعه مغناطیس و الکتریسیته بودند مورد توجه قرار نگرفت - هانس کریستین اورستد و آندره ماری آمپر ، و نه پیروان آنها. به سادگی به ذهن هیچ کس نرسیده است که مغناطش اجسام با تراکم مواد ریز موجود در آنها همراه باشد! در واقع ، چگونه می توانید حدس بزنید که میله فولاد بعد از مغناطش از جرم کمی بیشتر از قبل از مغناطش برخوردار باشد.

اگر اولین محققان مغناطیسی الکترومغناطیسی وجود این پدیده را حدس می زدند و آن را تحقیق می کردند ، امروز فیزیک ساختار ماده را به روشی کاملاً متفاوت توصیف می کند. اول از همه ، در توصیف پدیده های جسمی ، ماده تعیین کننده ای به اصطلاح "خلا physical جسمی" ایفا می کند (ترجمه تحت اللفظی این عبارت کاملاً مضحک "خلأ طبیعی" است).

برای قرنهای متمادی ، در حالی که علم طبیعت - فیزیک پیشرفت می کرد ، این نظر در بین دانشمندان حاکم بود که "طبیعت از خلا خلا متنفر است". با توجه به این دیدگاه ، به نظر اکثر دانشمندان فضای بدون هوا چیزی جز بهترین ماده ای نیست که در آن نور و گرما پخش می شود. این نازک ترین محیط از زمان گذشته است یونان باستان اتر نامیده می شود. و ذرات غیر قابل تقسیم اتر را با پیشنهاد دانشمند یونانی باستان دموکریتوس ، اتم نامیدند.

پدیده اخیراً کشف شده - افزایش توده اجسام مغناطیسی - به تعبیری شواهد واضحی است که نشان می دهد جهت اصلی پیشرفت علم و اندیشه فلسفی صحیح بوده است ، اما آلبرت و کو ، به استثنای اتر درخشان از تصویر جهان ، علم را در مسیر نادرستی قرار دادند.

روند مغناطش (یا مغناطش) اجسام نه تنها با تشکیل یک میدان مغناطیسی القایی (ثانویه) در اطراف فلزات همراه است ، بلکه با تراکم اتر در منطقه مغناطیسی (داخل و خارج اجسام مغناطیسی) نیز همراه است.

اگر جسمی مغناطیسی شده هنگام تعامل با آهن رباهای دیگر یا به عنوان مثال با براده آهن به راحتی خود را به عنوان آهنربا نشان دهد ، در این صورت تراکم داخل ماده اثیری آنها به صورت افزایش جرم آنها ظاهر می شود.

موارد بالا در مورد آهن ربا نیز صادق است: جرم سیم پیچ سیم با شروع جریان الکتریکی ثابت در آن افزایش می یابد ، در حالی که جرم هسته آهن مغناطیس الکتروموتور نیز افزایش می یابد.

نویسنده با استفاده از امکانات متوسط \u200b\u200bخانه ، آزمایشی را انجام داد که طی آن می خواست دریابد که آیا در یک محیط بدوی خانگی تشخیص تغییر وزن بدن که هنگام مغناطیسی ایجاد می شود ، امکان پذیر است یا خیر. در این آزمایش ، ما از مقیاس تابه خانگی با مجموعه ای از وزن از 1 گرم تا 20 گرم و از 10 میلی گرم تا 500 میلی گرم استفاده کردیم.

منبع میدان مغناطیسی قوی یک آهن ربا نئودیمیم به شکل قرص بود (قطر 18 میلی متر ، ضخامت 5 میلی متر). اشیا of مغناطش یک توپ فولادی به قطر 18.8 میلی متر و یک مجموعه چسب خورده از سه واشر تخت فولادی بود. قطر بیرونی واشرها 21 میلی متر ، قطر داخلی آنها 11 میلی متر و ضخامت هر کدام 6 میلی متر است.

دوره آزمایش به شرح زیر بود.

در ابتدا ، وزن جداگانه: آهن ربا ، حلقه ها و یک توپ - وزن آنها به ترتیب: 9.38 گرم ؛ 11.15 گرم 27.75 گرم. با افزودن این اعداد به ماشین حساب ، من وزن كلی 48.28 گرم دارم.

کشف شده افزایش وزن از سه مورد مشخص شده ، که دو مورد از آنها فرآیند مغناطش را طی کرده اند ، البته می تواند با وجود توجیه شود خطاهای اندازه گیری.

با این حال ، در طول آزمایش ، پیدا شد یک جور هایی پدیدهکه اجازه تردید در واقعیت را نمی دهد تغییرات وزن اجسام در طول مغناطش یا تخریب آنها! و این را نمی توان به تأثیر میدان مغناطیسی زمین بر اجسام توزین شده نسبت داد!

برای چه بود پدیده کنجکاو، داستان پیگیری من.

فهمیدن!

بعد از اینکه ساختاری متشکل از آهن ربا ، واشرهای فلزی و یک توپ ایجاد کردم و سپس آن را روی ترازو قرار دادم ، سیستم وزنه ها را با وزنه هایی با وزن های مختلف متعادل کردم. سپس شروع به مشاهده اینكه آیا وزن كل سازه در فرآیند مغناطیسی واشر و توپ تغییر می كند ، كردم. بعد از حدود 15 - 20 دقیقه ، چیز کنجکاوی شروع شد!

کاسه با ساختار به آرامی شروع به پایین آمدن کرد. وزن او شروع به افزایش کرد! برای ایجاد تعادل ، من شروع به اضافه کردن کبریت ها به کاسه با وزنه ها ، تمام و خرد شده کردم.

من این کار را انجام دادم تا روند عدم تعادل وزنه ها متوقف شود. سپس کبریت هایی را که در طول آزمایش به کاسه اضافه کردم ، وزن کردم - وزن آنها 0.38 گرم بود! به این ترتیب مشخص شد که وزن سازه در هنگام مغناطش (از این رو همچنین وزن آن) با این 0.38 گرم افزایش یافته است. به این معنی که ، در طول مغناطش ، فقط چنین مقدار ماده ریز ، که اساس میدان مغناطیسی گرداب را تشکیل می دهد ، علاوه بر این به داخل ماده اتمی حلقه و توپ نفوذ می کند ، وزن ترکیبی آن قبل از مغناطش برابر است با: 15.15 گرم + 27.75 گرم \u003d 38.90 گرم.

یک محاسبه ساده ریاضی نشان می دهد که افزایش جرم حلقه ها و توپ در طول مغناطش در این آزمایش حدود 1٪ (0.38 * 100٪ / 38.9) بوده است.

نتیجه گیری کنید ، آقایان!

من شخصاً دو نتیجه برای خودم گرفتم:

1. فرمول درخشان نظریه نسبیت یک پوند ارزش ندارد.

2. میدان مغناطیسی مادی است ، چیزی نیست جز حرکت گردابی آن اتر درخشان ، که در اقیانوس همه ما ساکن آن هستیم! تراکم این اتر در اجسام مغناطیسی شده باعث افزایش جرم و وزن آنها می شود.

Bolotovskii ، B. ، مشتق ساده فرمول E \u003d mc 2 ، كوانت. - 2005. - شماره 6. - S. 2-7.

با توافق ویژه با هیئت تحریریه و سردبیران مجله كوانت

مقدمه

فرمول بندی کامل و نهایی نظریه مدرن نسبیت در مقاله بزرگی از آلبرت انیشتین "درباره الکترودینامیک اجسام متحرک" ، که در سال 1905 منتشر شده است ، موجود است. اگر در مورد تاریخ ایجاد نظریه نسبیت صحبت کنیم ، انیشتین پیشینیانی داشته است. برخی از س importantالات مهم نظریه در آثار H. Lorentz، J. Larmor، A. Poincare، و همچنین برخی دیگر از فیزیکدانان مورد بررسی قرار گرفت. با این حال ، نظریه نسبیت به عنوان یک نظریه فیزیکی قبل از ظهور کار انیشتین وجود نداشت. کارهای اینشتین با درک کاملاً جدیدی از هر دو جنبه فردی نظریه و کل تئوری با آثار قبلی متفاوت است ، درکی که در آثار پیشینیان نبود.

نظریه نسبیت مجبور شد بسیاری از مفاهیم اساسی فیزیک را اصلاح کند. نسبیت همزمان بودن رویدادها ، تفاوت در مسیر حرکت و استراحت ، تفاوت در طول حاکمان در حال حرکت و استراحت - اینها و بسیاری از عواقب دیگر نظریه نسبیت ، در مقایسه با مکانیک نیوتنی ، ایده ها در مورد مکان و زمان ، و همچنین در مورد ارتباط متقابل فضا و زمان ...

یکی از مهمترین پیامدهای نظریه نسبیت ، رابطه مشهور انیشتین بین جرم است متر بدن در حالت استراحت و ذخیره انرژی E در این بدن:

\\ (~ E \u003d mc ^ 2 ، \\ qquad (1) \\)

جایی که از جانب سرعت نور است.

(این نسبت را متفاوت می نامند. در غرب به آن "نسبت هم ارز بین جرم و انرژی" می گویند). "، هویت ، زیرا ، آنها می گویند ، جرم و انرژی کیفیت های مختلف ماده هستند ، آنها می توانند با یکدیگر مرتبط باشند ، اما یکسان نیستند ، نه برابر. به نظر من این احتیاط غیر ضروری است. برابری E = مک 2 به خودی خود صحبت می کند. از این نتیجه می شود که جرم می تواند در واحد انرژی و انرژی - در واحد جرم اندازه گیری شود. ضمناً ، این همان کاری است که فیزیکدانان انجام می دهند. و این جمله که جرم و انرژی ویژگیهای مختلف ماده هستند در مکانیک نیوتنی و در مکانیک انیشتین رابطه بسیار درست بود E = مک 2 از هویت این دو کمیت - جرم و انرژی - صحبت می کند. البته می توان گفت که رابطه بین جرم و انرژی به معنای هویت آنها نیست. اما این همان گفتن است ، با نگاه کردن به برابری 2 \u003d 2: این یک هویت نیست ، بلکه یک نسبت بین دو نفره است ، زیرا دو سمت راست در سمت راست و چپ در سمت چپ است.)

رابطه (1) معمولاً از معادله حرکت بدن در مکانیک انیشتین حاصل می شود ، اما این نتیجه گیری برای یک دانش آموز دبیرستانی به اندازه کافی دشوار است. بنابراین ، منطقی است که سعی کنیم مشتق ساده ای از این فرمول پیدا کنیم.

خود انیشتین ، در سال 1905 مبانی نظریه نسبیت را در مقاله خود "در مورد الكترودینامیك اجسام در حال حركت" فرموله كرد ، سپس به مسئله رابطه جرم و انرژی بازگشت. در همان 1905 او یادداشت کوتاهی را منتشر کرد "آیا اینرسی یک بدن به انرژی موجود در آن بستگی دارد؟" وی در این مقاله نتیجه گیری نسبت را ارائه داد E = مک 2 ، که نه بر اساس معادله حرکت ، بلکه مانند نتیجه گیری زیر ، بر اثر داپلر استوار است. اما این نتیجه گیری نیز کاملاً پیچیده است.

مشتق فرمول E = مک 2 ، که می خواهیم به شما پیشنهاد دهیم ، مبتنی بر معادله حرکت نیست و علاوه بر این ، به اندازه کافی ساده است تا دانش آموزان دبیرستانی بتوانند بر آن غلبه کنند - این تقریباً به هیچ دانش فراتر از برنامه درسی مدرسه نیاز ندارد. در هر صورت ، ما تمام اطلاعات مورد نیاز را ارائه خواهیم داد. این اطلاعات مربوط به اثر داپلر و یک فوتون است - ذره ای از یک میدان الکترومغناطیسی. اما ما در ابتدا یک شرط را شرط می بندیم ، که شرط آن را برآورده می دانیم و در نتیجه گیری به آن اعتماد می کنیم.

سرعت کم

فرض خواهیم کرد که یک بدن جرم دارد متر، که با آن سر و کار خواهیم داشت ، یا در حالت استراحت است (و سپس ، واضح است که سرعت آن صفر است) ، یا اگر حرکت کند ، با سرعت υ ، در مقایسه با سرعت نور کم است از جانب... به عبارت دیگر ، فرض خواهیم کرد که نسبت \\ (~ \\ frac (\\ upsilon) (c) \\) سرعت یک بدن به سرعت نور در مقایسه با وحدت مقدار کمی است. با این حال ، ما نسبت \\ (~ \\ frac (\\ upsilon) (c) \\) را در نظر خواهیم گرفت ، اگرچه کم است ، اما به طرز چشمگیری کوچک نیست - مقادیر متناسب با درجه اول نسبت را در نظر خواهیم گرفت به عنوان مثال ، اگر در خروجی مجبور شویم با عبارت \\ (~ 1 - \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\) مقابله کنیم ، از مقدار \\ (~ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ غافل خواهیم شد) 2) \\) در مقابل واحد:

\\ (~ 1 - \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \u003d 1 ، \\ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\ ll \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ ll 1. \\ qquad (2) \\)

در این تقریب روابطی بدست می آید که در نگاه اول ممکن است عجیب به نظر برسد ، گرچه هیچ چیز عجیبی در آنها وجود ندارد ، فقط لازم است به یاد داشته باشید که این روابط دقیقاً برابر نیستند بلکه تا مقدار \\ (~ \\ frac (\\ upsilon)) معتبر هستند (c ) \\) شامل ، از مقادیر سفارش \\ (~ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\) غافل می شویم. برای مثال ، در این فرض ، برابری تقریبی زیر صحیح است:

\\ (~ \\ frac (1) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)) \u003d 1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) ، \\ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\ ll 1. \\ qquad (3) \\)

در واقع ، ما هر دو طرف این برابری تقریبی را در \\ (~ 1 - \\ frac (\\ upsilon) (c) \\) ضرب می کنیم. خواهیم گرفت

\\ (~ 1 \u003d 1 - \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) ، \\)

آنهایی که برابری تقریبی (2). از آنجا که معتقدیم مقدار \\ (~ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\) در مقایسه با وحدت ناچیز است ، می بینیم که در تقریب \\ (~ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\ ll 1 \\) برابری (3) درست است.

به همین ترتیب ، اثبات برابری در همان تقریب آسان است

\\ (~ \\ frac (1) (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c)) \u003d 1 - \\ frac (\\ upsilon) (c). \\ qquad (4) \\)

هرچه مقدار \\ (~ \\ frac (\\ upsilon) (c) \\) کوچکتر باشد ، این برابری تقریبی دقیق تر است.

ما به طور تصادفی از تقریب سرعت کم استفاده نخواهیم کرد. اغلب اوقات می شنوید و می خوانید که نظریه نسبیت باید در مورد سرعتهای بالا ، هنگامی که نسبت سرعت یک بدن به سرعت نور از درجه وحدت است ، استفاده شود ، در حالی که در سرعتهای پایین ، مکانیک نیوتنی قابل استفاده است. در واقع ، نظریه نسبیت ، حتی در مورد سرعت های خودسرانه کم ، در مکانیک نیوتنی قابل کاهش نیست. با اثبات رابطه این موضوع را خواهیم دید E = مک 2 برای بدن در حالت استراحت یا خیلی آرام حرکت می کند. مکانیک نیوتنی نمی تواند چنین نسبتی را ارائه دهد.

با بیان اینکه سرعت کوچک بودن در مقایسه با سرعت نور چیست ، اجازه دهید اطلاعاتی را که هنگام استخراج فرمول به آنها نیاز خواهیم داشت ارائه دهیم. E = مک 2 .

اثر داپلر

ما با پدیده ای به نام فیزیکدان اتریشی کریستین داپلر ، که این پدیده را در اواسط قرن نوزدهم کشف کرد ، شروع خواهیم کرد.

یک منبع نور را در نظر بگیرید ، و ما فرض خواهیم کرد که منبع در امتداد محور حرکت می کند ایکس با سرعت υ ... برای سادگی آن زمان را فرض کنید تی \u003d 0 منبع از مبدا عبور می کند ، یعنی از طریق نقطه ایکس \u003d 0. سپس موقعیت منبع در هر زمان تی با فرمول تعریف شده است

\\ (~ x \u003d \\ upsilon t.)

فرض کنید که خیلی جلوتر از بدن تابش دهنده در محور باشد ایکس یک ناظر قرار داده است که بر حرکت بدن نظارت می کند. واضح است که با این آرایش ، بدن به ناظر نزدیک می شود. بگذارید فرض کنیم که ناظر در لحظه زمان به بدن نگاه می کند تی... در این لحظه ، ناظر یک سیگنال نوری را که در لحظه زودتر از زمان بدن ساطع می شود ، دریافت می کند t '... بدیهی است که لحظه تابش باید مقدم بر لحظه دریافت باشد ، یعنی باید باشد t ' < تی.

بیایید ارتباط بین را تعریف کنیم t ' و تی... در لحظه تابش t ' بدن در نقطه \\ (~ x "\u003d \\ upsilon t" \\) است ، و اجازه دهید ناظر در نقطه باشد ایکس = ل... سپس فاصله از نقطه انتشار تا محل پذیرش \\ (~ L - \\ upsilon t "\\) است و مدت زمان لازم برای عبور نور از این فاصله \\ (~ \\ frac (L - \\ upsilon t") (c) \\) ... با دانستن این موضوع ، می توانیم معادله اتصال را به راحتی بنویسیم t ' و تی:

\\ (~ t \u003d t "+ \\ frac (L - \\ upsilon t") (ج). \\)

\\ (~ t "\u003d \\ frac (t - \\ frac Lc) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)). \\ qquad (5) \\)

بنابراین ، ناظر ، در حال مشاهده یک بدن در حال حرکت است تی، این بدن را در مکانی که در اوایل زمان بود ، می بیند t '، و رابطه بین تی و t ' با فرمول (5) تعریف شده است.

حال فرض کنیم روشنایی منبع به طور دوره ای مطابق با قانون کسینوس تغییر می کند. بیایید روشنایی را با حرف مشخص کنیم من... به طور مشخص من تابعی از زمان است و با توجه به این شرایط می توانیم بنویسیم

\\ (~ I \u003d I_0 + I_1 \\ cos \\ omega t \\ (I_0\u003e I_1\u003e 0) ، \\)

جایی که من 0 و من 1 - برخی از ثابت ها که به زمان بستگی ندارند. نابرابری در پرانتز ضروری است زیرا روشنایی نمی تواند منفی باشد. اما برای ما در این مورد ، این شرایط اصلاً مهم نیست ، زیرا در آینده فقط به م inلفه متغیر علاقه مند خواهیم شد - ترم دوم در فرمول من(تی).

بگذارید ناظر هر لحظه به بدن نگاه کند تی... همانطور که قبلاً ذکر شد ، او بدن را در حالتی می بیند که مربوط به لحظه ای زودتر از زمان باشد. t '... قسمت متغیر روشنایی در حال حاضر t ' متناسب با cos ωt ’... با در نظر گرفتن رابطه (5) ، ما بدست می آوریم

\\ (~ \\ cos \\ omega t "\u003d \\ cos \\ omega \\ frac (t - \\ frac Lc) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)) \u003d \\ cos \\ left (\\ frac (\\ امگا t) ( 1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)) - \\ امگا \\ frac Lc \\ frac (1) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)) \\ درست). \\)

ضریب در تی تحت علامت کسینوس فرکانس تغییر روشنایی را می دهد ، همانطور که توسط ناظر مشاهده می شود. ما این فرکانس را با نشان می دهیم ω’ سپس

\\ (~ \\ امگا "\u003d \\ frac (\\ امگا) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)). \\ qquad (6) \\)

اگر منبع در حالت استراحت باشد ( υ \u003d 0) ، پس ω’ = ω ، یعنی مشاهده گر همان فرکانسی را که از منبع ساطع می شود ، درک می کند. اگر منبع به سمت مشاهده کننده حرکت کند (در این حالت ، مشاهده کننده تابشی را می گیرد که در امتداد حرکت منبع به جلو هدایت می شود) ، پس فرکانس دریافت شده ω’ ω ، و فرکانس دریافت شده بیشتر از فرکانس تابش شده است.

با دور شدن علامت مقابل می توان حالت دور شدن منبع از ناظر را بدست آورد υ در رابطه (6). دیده می شود که پس از آن فرکانس دریافتی کمتر از فرکانس تابش شده است.

می توان گفت که فرکانس های بالا به جلو ساطع می شوند ، و فرکانس های کوچک به عقب (اگر منبع از مشاهده کننده دور شود ، بدیهی است که ناظر ، تابش ساطع شده به عقب را دریافت می کند).

عدم تطابق فرکانس نوسان منبع و فرکانس دریافت شده توسط ناظر ، اثر داپلر است. اگر مشاهده گر در سیستم مختصاتی باشد که منبع در آن در حالت استراحت است ، فرکانسهای ساطع شده و دریافت شده همزمان می شوند. اگر ناظر در یک سیستم مختصات باشد که در آن منبع با سرعت حرکت می کند υ ، سپس رابطه بین فرکانس های ساطع شده و دریافت شده توسط فرمول (6) تعیین می شود. با این کار ، فرض می کنیم که ناظر همیشه در حالت استراحت است.

همانطور که مشاهده می شود ، رابطه بین فرکانسهای ساطع شده و دریافت شده توسط سرعت v حرکت نسبی منبع و ناظر تعیین می شود. از این نظر ، تفاوتی ندارد که چه کسی حرکت می کند - منبع به ناظر نزدیک می شود یا مشاهده کننده به منبع نزدیک می شود. اما در آینده ، راحت تر خواهیم دید که ناظر در حال استراحت است.

به طور دقیق ، زمان در سیستم های مختصات مختلف به طرق مختلف جریان می یابد. تغییر روند زمان نیز بر میزان فرکانس مشاهده شده تأثیر می گذارد. اگر به عنوان مثال ، فرکانس نوسان یک آونگ در سیستم مختصات جایی که در حالت استراحت است ، باشد ω ، سپس در سیستم مختصات جایی که با سرعت حرکت می کند υ ، فرکانس \\ (~ \\ امگا \\ sqrt (1 - \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2)) \\) است. نظریه نسبیت منجر به این نتیجه می شود. اما از آنجا که ما از همان ابتدا توافق کردیم که از مقدار \\ (~ \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2) \\) در مقایسه با وحدت غافل شویم ، بنابراین تغییر در روند زمان ما (حرکت با سرعت کم) قابل اغماض است.

بنابراین مشاهده یک بدن متحرک خصوصیات خاص خود را دارد. مشاهده کننده بدن را در جایی که هست مشاهده نمی کند (تا زمانی که سیگنال به ناظر می رود ، بدن زمان لازم برای حرکت را دارد) و سیگنالی دریافت می کند که فرکانس آن ω’ با فرکانس تابش شده متفاوت است ω .

اکنون اجازه دهید فرمول های نهایی را که در آینده به آنها نیاز خواهیم داشت ، بنویسیم. اگر یک منبع متحرک در جهت حرکت به جلو تابش کند ، پس فرکانس وجود دارد ω’ پذیرفته شده توسط ناظر به فراوانی منبع مربوط می شود ω نسبت

\\ (~ \\ امگا "\u003d \\ frac (\\ امگا) (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c)) \u003d \\ امگا \\ چپ (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ سمت راست) ، \\ \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ ll 1. \\ qquad (7) \\)

برای تابش عقب مانده داریم

\\ (~ \\ امگا "\u003d \\ frac (\\ امگا) (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c)) \u003d \\ امگا \\ چپ (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ سمت راست) ، \\ \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ ll 1. \\ qquad (8) \\)

انرژی و تکانه فوتون

ایده مدرن ذره ای از یک میدان الکترومغناطیسی - یک فوتون ، مانند فرمول E = مک 2 ، که ما می خواهیم ثابت کنیم ، متعلق به انیشتین است و توسط وی در همان سال 1905 بیان شد ، در آن او معادل جرم و انرژی را ثابت کرد. به گفته اینشتین ، امواج الکترومغناطیسی و به ویژه امواج نوری از ذرات منفرد - فوتون ها تشکیل شده اند. اگر نوری با فرکانس مشخص در نظر گرفته شود ω ، سپس هر فوتون دارای انرژی است Eمتناسب با این فرکانس:

\\ (~ E \u003d \\ hbar \\ امگا. \\)

ضریب تناسب \\ (~ \\ hbar \\) را ثابت پلانک می نامند. به ترتیب مقدار ، ثابت پلانک 10 -34 است ، بعد آن J · s است. ما در اینجا در حال نوشتن مقدار دقیق ثابت پلانک نیستیم و نیازی به آن نخواهیم داشت.

گاهی اوقات به جای کلمه "فوتون" می گویند "کوانتوم میدان الکترومغناطیسی".

یک فوتون نه تنها دارای انرژی است ، بلکه دارای یک ضربه برابر است

\\ (~ p \u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا) (c) \u003d \\ frac Ec. \\)

این اطلاعات بیشتر برای ما کافی خواهد بود.

مشتق فرمول E = مک 2

بدن را در حالت استراحت با جرم در نظر بگیرید متر... فرض کنید این جسم همزمان دو فوتون را در جهات مستقیم مخالف از خود ساطع می کند. هر دو فوتون فرکانس یکسانی دارند ω و بنابراین ، همان انرژی \\ (~ E \u003d \\ hbar \\ امگا \\) ، و همچنین از نظر اندازه برابر و از جهت مخالف حرکت است. در نتیجه اشعه ، بدن انرژی خود را از دست می دهد

\\ (~ \\ Delta E \u003d 2 \\ hbar \\ امگا. \\ Qquad (9) \\)

از دست دادن حرکت صفر است ، بنابراین ، بدن پس از انتشار دو کوانتوم در حالت آرام است.

این تجربه فکری در شکل 1 نشان داده شده است. بدن به صورت دایره و فوتونها به صورت خطوط موج دار نشان داده شده اند. یکی از فوتون ها در جهت مثبت محور ساطع می شود ایکسدیگری منفی است. مقادیر انرژی و مومن فوتونهای مربوطه در نزدیکی خطوط موج دار نشان داده می شوند. دیده می شود که مجموع پالس های ساطع شده صفر است.

عکس. 1. تصویری از دو فوتون در یک چارچوب مرجع که بدن ساطع کننده در آن در حالت استراحت است: الف) بدن قبل از تابش ؛ ب) پس از تابش

حال اجازه دهید همین تصویر را از دید ناظری که در امتداد محور حرکت می کند در نظر بگیریم ایکس در سمت چپ (یعنی در جهت منفی محور ایکس) با سرعت کم υ ... چنین ناظری دیگر جسمی در حالت استراحت نخواهد دید ، بلکه جسمی است که با سرعت کم به سمت راست حرکت می کند. بزرگی این سرعت برابر است υ ، و سرعت در جهت مثبت محور هدایت می شود ایکس... سپس فرکانس تابش شده به سمت راست با فرمول (7) برای موارد تابش به جلو تعیین می شود:

\\ (~ \\ omega "\u003d \\ امگا \\ چپ (1 + \\ frac (\\ upsilon) (ج) \\ راست). \\)

ما فرکانس فوتونی را که یک بدن در حال حرکت به جلو و در جهت حرکت از آن ساطع می شود ، نشان می دهیم ω’ تا این فرکانس را با فرکانس اشتباه نگیریم ω فوتون ساطع شده در سیستم مختصات جایی که بدن در حالت استراحت است. بر این اساس ، فرکانس فوتونی که توسط یک بدن در حال حرکت به سمت چپ ساطع می شود با توجه به فرمول (8) برای تابش عقب تعیین می شود:

\\ (~ \\ امگا "" \u003d \\ امگا \\ چپ (1 - \\ frac (\\ upsilon) (ج) \\ راست). \\)

برای اینکه تابش به جلو و تابش به عقب اشتباه نشود ، مقادیر مربوط به تابش به عقب را با دو عدد اول نشان خواهیم داد.

از آنجا که به دلیل اثر داپلر ، فرکانس تابش رو به جلو و عقب متفاوت است ، انرژی و حرکت کوانتوی ساطع شده نیز متفاوت خواهد بود. یک کوانتوم تابش شده به جلو انرژی خواهد داشت

\\ (~ E "\u003d \\ hbar \\ omega" \u003d \\ hbar \\ omega \\ چپ (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ right) \\)

و حرکت

\\ (~ p "\u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا") (c) \u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا) (c) \\ چپ (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ سمت راست). \\)

کوانتومی که به عقب تابش می شود انرژی خواهد داشت

\\ (~ E "" \u003d \\ hbar \\ امگا "" \u003d \\ hbar \\ امگا \\ چپ (1 - \\ frac (\\ upsilon) (ج) \\ راست) \\)

و حرکت

\\ (~ p "" \u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا "") (c) \u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا) (c) \\ چپ (1 - \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ راست). \\)

در این حالت ، پالس های کوانتا در جهت مخالف هدایت می شوند.

تصویری از روند تابش که توسط یک ناظر متحرک مشاهده می شود در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 تصویر دو فوتون در کادر مرجع ، جایی که سرعت جسم ساطع کننده است υ : الف) بدن قبل از تابش ؛ ب) پس از تابش

در اینجا تأکید بر این نکته مهم است که شکلهای 1 و 2 فرایند یکسانی را نشان می دهند اما از دید ناظران مختلف. شکل اول مربوط به حالتی است که ناظر نسبت به بدن ساطع کننده در حالت استراحت است و شکل دوم - وقتی ناظر در حال حرکت است.

بیایید تعادل انرژی و حرکت را برای مورد دوم محاسبه کنیم. اتلاف انرژی در سیستم مختصات که سرعت انتشار دهنده سرعت دارد υ ، برابر است

\\ (~ \\ Delta E "\u003d E" + E "" \u003d \\ hbar \\ omega \\ left (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ right) + \\ hbar \\ omega \\ left (1 - \\ frac (\\) آنهایی که این همان سیستمی است که فرستنده در حالت استراحت است (فرمول (9) را ببینید). اما از دست دادن حرکت در سیستمی که فرستنده در حال حرکت است ، بر خلاف سیستم بقیه برابر با صفر نیست:

{!LANG-d1aebc8965cc28a7ad8d3cb311a10a22!}

\\ (~ \\ Delta p "\u003d p" - p "" \u003d \\ frac (\\ hbar \\ امگا) (c) \\ چپ (1 + \\ frac (\\ upsilon) (c) \\ سمت راست) - \\ frac (\\ hbar \\) ه) (c ^ 2) \\ upsilon. \\ Qquad (10) \\)

یک ساطع کننده متحرک شتاب \\ (~ \\ frac (\\ Delta E \\ upsilon) (c ^ 2) \\ را از دست می دهد و بنابراین ، به نظر می رسد ، سرعت آن کاهش یابد. اما در قاب استراحت ، تابش متقارن است ، ساطع کننده سرعت خود را تغییر نمی دهد. این بدان معنی است که سرعت فرستنده نمی تواند در سیستم جایی که حرکت می کند تغییر کند. و اگر سرعت بدن تغییر نمی کند ، پس چگونه می تواند حرکت خود را از دست بدهد؟

برای پاسخ به این س ،ال ، بیایید یادآوری کنیم که تکانه یک بدن با جرم چقدر است متر:

\\ (~ p \u003d m \\ upsilon \\)

تکانه با سرعت آن برابر با محصول جرم بدن است. اگر سرعت بدن تغییر نکند ، انگیزه آن فقط به دلیل تغییر جرم تغییر می کند:

\\ (~ \\ Delta p \u003d \\ Delta m \\ upsilon \\)

در اینجا Δ پ - تغییر حرکت بدن با سرعت ثابت ، Δ متر - تغییر در جرم آن.

این عبارت برای از دست دادن حرکت باید با بیان (10) برابر شود ، که از دست دادن حرکت با از دست دادن انرژی را متصل می کند. فرمول را دریافت می کنیم

\\ (~ \\ frac (\\ Delta E) (c ^ 2) \\ upsilon \u003d \\ Delta m \\ upsilon ، \\)

\\ (~ \\ Delta E \u003d \\ Delta m c ^ 2، \\)

که به معنای آن است که تغییر در انرژی جسم منجر به تغییر متناسب جرم آن می شود. از اینجا به راحتی می توان نسبت بین توده بدن و ذخیره کل انرژی را بدست آورد:

\\ (~ E \u003d mc ^ 2. \\)

کشف این فرمول گامی عظیم در جهت فهم بود پدیده های طبیعی... تحقق معادل جرم و انرژی یک موفقیت بزرگ است. علاوه بر این ، فرمول حاصل از آن ، گسترده ترین زمینه کاربرد را دارد. پوسیدگی و همجوشی هسته های اتمی ، ایجاد و پوسیدگی ذرات ، تبدیل ذرات بنیادی به یکدیگر و بسیاری از پدیده های دیگر برای توضیح آنها مستلزم در نظر گرفتن فرمول رابطه بین جرم و انرژی است.

در پایان - دو تکلیف برای طرفداران نظریه نسبیت.

مقاله A. انیشتین را بخوانید "آیا اینرسی یک بدن به انرژی موجود در آن بستگی دارد؟" ...
سعی کنید نسبت مورد \\ (~ \\ Delta m \u003d \\ frac (\\ Delta E) (c ^ 2) \\) را به طور مستقل در مورد یک قاب مرجع بدست آورید که سرعت آن υ ممکن است در مقایسه با سرعت نور کم نباشد از جانب. نشانگر... از فرمول دقیق برای حرکت ذرات استفاده کنید: \\ (~ p \u003d \\ frac (m \\ upsilon) (\\ sqrt (1 - \\ frac (\\ upsilon ^ 2) (c ^ 2))) \\) و فرمول دقیق اثر داپلر: \\ گذر زمان در یک مرجع ثابت و متحرک.

فرمول کامل و نهایی نظریه مدرن نسبیت در مقاله بزرگی از آلبرت انیشتین "درباره الکترودینامیک اجسام متحرک" ، که در سال 1905 منتشر شد ، موجود است. اگر در مورد تاریخ ایجاد نظریه نسبیت صحبت کنیم ، انیشتین پیشینیانی داشته است. برخی س importantالات مهم نظریه در آثار H. Lorentz، J. Larmor، A. Poincare، و همچنین برخی دیگر از فیزیکدانان مورد مطالعه قرار گرفت. با این حال ، نظریه نسبیت به عنوان یک نظریه فیزیکی قبل از ظهور کار انیشتین وجود نداشت. کارهای اینشتین با درک کاملاً جدیدی از جنبه های فردی نظریه و کل تئوری با آثار قبلی تفاوت دارد ، درکی که در آثار پیشینیان نبود.

نظریه نسبیت مجبور شد بسیاری از مفاهیم اساسی فیزیک را تجدید نظر کند. نسبیت همزمان بودن رویدادها ، تفاوت در مسیر حرکت و استراحت ، تفاوت در طول حاکمان در حال حرکت و استراحت - اینها و بسیاری از عواقب دیگر نظریه نسبیت ، در مقایسه با مکانیک نیوتنی ، ایده ها در مورد مکان و زمان ، و همچنین در مورد ارتباط متقابل فضا و زمان ...

E \u003d متر ج2 , (1 )

جایی که از جانب آیا سرعت نور است.

(این نسبت را متفاوت می نامند. در غرب آن را "نسبت هم ارز بین جرم و انرژی" می نامند. برای مدت زمان طولانی ، ما یک نام محتاط تر "رابطه بین جرم و انرژی" را اتخاذ کرده ایم. طرفداران این نام محافظه کارتر از کلمه "هم ارزی" جلوگیری می کنند "، هویت ، زیرا ، آنها می گویند ، جرم و انرژی کیفیتهای مختلف ماده هستند ، آنها می توانند با یکدیگر مرتبط باشند ، اما یکسان نیستند ، نه برابر. به نظر من این احتیاط غیر ضروری است. برابری E = مک 2 به خودی خود صحبت می کند. از این نتیجه می شود که جرم می تواند در واحد انرژی و انرژی - در واحد جرم اندازه گیری شود. اتفاقاً این همان کاری است که فیزیکدانان انجام می دهند. و این جمله که جرم و انرژی ویژگیهای مختلف ماده هستند در مکانیک نیوتنی و در مکانیک انیشتین رابطه بسیار درست بود E = مک 2 از هویت این دو کمیت - جرم و انرژی - صحبت می کند. البته می توان گفت که رابطه بین جرم و انرژی به معنای یکسان بودن آنها نیست. اما این همان چیزی است که هنگام تماشای برابری 2 \u003d 2 می گویید: این یک هویت نیست ، بلکه یک نسبت بین دوتایی مختلف است ، زیرا دو سمت راست در سمت راست و چپ در سمت چپ است.

مشتق فرمول E = مک 2 ، که می خواهیم به شما پیشنهاد دهیم ، مبتنی بر معادله حرکت نیست و علاوه بر این ، به اندازه کافی ساده است تا دانش آموزان دبیرستانی بتوانند بر آن غلبه کنند - این تقریباً به هیچ دانش فراتر از برنامه درسی مدرسه نیاز ندارد. در هر صورت ، ما تمام اطلاعات مورد نیاز خود را ارائه خواهیم داد. این اطلاعات مربوط به اثر داپلر و یک فوتون است - ذره ای از یک میدان الکترومغناطیسی. اما ما در ابتدا یک شرط را شرط می بندیم ، که شرط آن را برآورده می دانیم و در نتیجه گیری به آن اعتماد می کنیم.

سرعت کم

فرض خواهیم کرد که یک بدن جرم دارد متر، که با آن سر و کار خواهیم داشت ، یا در حالت استراحت است (و سپس ، واضح است که سرعت آن صفر است) ، یا اگر حرکت کند ، با سرعت υ ، در مقایسه با سرعت نور کم است از جانب... به عبارت دیگر ، فرض خواهیم کرد که این نسبت υ ج سرعت جسم تا سرعت نور در مقایسه با وحدت مقداری ناچیز است. با این حال ، این نسبت را در نظر خواهیم گرفت υ ج اگرچه کوچک است ، اما نه بسیار ناچیز ، ما مقادیر متناسب با قدرت اول نسبت را در نظر خواهیم گرفت υ ج، اما ما از درجه دوم و بالاتر این رابطه غافل خواهیم شد. به عنوان مثال ، اگر مجبور به برخورد با عبارت هستیم 1 − υ 2 ج2 ، ما از ارزش غفلت خواهیم کرد υ 2 ج2 در مقایسه با واحد:

1 − υ 2 ج2 = 1 , υ 2 ج2 ≪ υ ج≪ 1. (2 )

در این تقریب روابطی بدست می آید که در نگاه اول ممکن است عجیب به نظر برسد ، اگرچه هیچ چیز عجیبی در آنها وجود ندارد ، فقط لازم است به یاد داشته باشید که این روابط دقیقاً برابر نیستند ، بلکه تا مقدار معتبر هستند. υ ج از جمله مقادیر سفارش υ 2 ج2 غفلت می کنیم برای مثال ، در این فرض ، برابری تقریبی زیر صادق است:

1 1 − υ ج= 1 + υ ج, υ 2 ج2 ≪ 1. (3 )

در واقع ، ما هر دو طرف این برابری تقریبی را در ضرب می کنیم 1 − υ ج... خواهیم گرفت

1 = 1 − υ 2 ج2 ,

آنهایی که برابری تقریبی (2). از آنجا که ما معتقدیم که کمیت است υ 2 ج2 در مقایسه با وحدت ناچیز است ، ما می بینیم که در تقریب υ 2 ج2 ≪ 1 برابری (3) درست است.

به همین ترتیب ، اثبات برابری در همان تقریب آسان است

1 1 + υ ج= 1 − υ ج. (4 )

مقدار کوچکتر است υ ج، دقیق تر این برابرهای تقریبی است.

اثر داپلر

x \u003d υ t

بیایید ارتباط بین را تعریف کنیم t ' و تی... در لحظه تابش t ' بدن در نقطه قرار دارد ایکس′ = υ تی′ ، و اجازه دهید ناظر در نقطه باشد ایکس = ل... سپس فاصله از نقطه تابش تا نقطه پذیرش است L - υ تی′ ، و مدت زمانی که طول می کشد تا نور این مسافت را طی کند ، است L - υ تی′ ج... با دانستن این موضوع ، می توانیم معادله اتصال را به راحتی بنویسیم t ' و تی:

t \u003d تی′ + L - υ تی′ ج. تی′ = t - لج1 − υ ج. (5 )

من \u003d من0 + من1 cos ω t ( من0 > من1 > 0 ) ,

جایی که من 0 و من 1 - برخی از ثابت ها که به زمان بستگی ندارند. نابرابری در پرانتز ضروری است زیرا روشنایی نمی تواند منفی باشد. اما برای ما در این مورد ، این شرایط مهم نیست ، زیرا در آینده ما فقط به جز component متغیر علاقه مند خواهیم شد - ترم دوم در فرمول من(تی).

cos ω تی′ \u003d cos ω t - لج1 − υ ج\u003d cos ( ω t1 − υ ج− ω لج1 1 − υ ج) .

ω ′ = ω 1 − υ ج. (6 )

می توان گفت که فرکانس های بالا به جلو ساطع می شوند ، و فرکانس های کوچک به عقب (اگر منبع از ناظر دور شود ، بدیهی است که ناظر ، تابش ساطع شده به عقب را دریافت می کند).

همانطور که مشاهده می کنید ، رابطه بین فرکانسهای ساطع شده و دریافت شده توسط سرعت v حرکت نسبی منبع و ناظر تعیین می شود. از این نظر ، تفاوتی ندارد که چه کسی حرکت می کند - منبع به ناظر نزدیک می شود یا مشاهده کننده به منبع نزدیک می شود. اما در آینده ، راحت تر خواهیم دید که ناظر در حال استراحت است.

به طور دقیق ، زمان در سیستم های مختصات مختلف به طرق مختلف جریان می یابد. تغییر روند زمان نیز بر میزان فرکانس مشاهده شده تأثیر می گذارد. اگر به عنوان مثال ، فرکانس نوسان یک آونگ در سیستم مختصات جایی که در حالت استراحت است ، باشد ω ، سپس در سیستم مختصات جایی که با سرعت حرکت می کند υ ، فرکانس است ω 1 − υ 2 ج2 − − − − − √ ... نظریه نسبیت منجر به این نتیجه می شود. اما از آنجا که از همان ابتدا توافق کردیم که از ارزش غافل شویم υ 2 ج2 در مقایسه با وحدت ، پس از آن تغییر در روند زمان ما (حرکت با سرعت کم) ناچیز است.

ω ′ = ω 1 − υ ج= ω ( 1 + υ ج) , υ ج≪ 1. (7 )

برای تابش عقب مانده داریم

ω ′ = ω 1 + υ ج= ω ( 1 − υ ج) , υ ج≪ 1. (8 )

انرژی و تکانه فوتون

مفهوم مدرن ذره ای از یک میدان الکترومغناطیسی - یک فوتون ، مانند فرمول E = مک 2 ، که ما می خواهیم ثابت کنیم ، متعلق به انیشتین است و توسط وی در همان سال 1905 بیان شده است ، که در آن او معادل جرم و انرژی را اثبات کرد. به گفته انیشتین ، امواج الکترومغناطیسی و به ویژه امواج نوری از ذرات منفرد - فوتون ها تشکیل شده اند. اگر نوری با فرکانس مشخص در نظر گرفته شود ω ، سپس هر فوتون دارای انرژی است Eمتناسب با این فرکانس:

E \u003d ℏ ω

نسبت ابعاد ℏ ثابت پلانک نامیده می شود. به ترتیب مقدار ، ثابت پلانک 10 -34 است ، بعد آن J · s است. ما در اینجا در حال نوشتن مقدار دقیق ثابت پلانک نیستیم و نیازی به آن نخواهیم داشت.

گاهی اوقات به جای کلمه "فوتون" می گویند "کوانتوم میدان الکترومغناطیسی".

یک فوتون نه تنها دارای انرژی است ، بلکه دارای یک ضربه برابر است

p \u003d ℏ ω ج= Eج.

این اطلاعات بیشتر برای ما کافی خواهد بود.

مشتق فرمول E = مک 2

بدن را در حالت استراحت با جرم در نظر بگیرید متر... فرض کنید این جسم همزمان دو فوتون را در جهات مستقیم مخالف از خود ساطع می کند. هر دو فوتون فرکانس یکسانی دارند ω و بنابراین ، همان انرژی ها E \u003d ℏ ω، و همچنین پالس هایی با اندازه برابر و جهت مخالف. در نتیجه اشعه ، بدن انرژی خود را از دست می دهد

Δ E \u003d 2 ℏ ω. (نه )

از دست دادن حرکت صفر است ، بنابراین ، بدن پس از انتشار دو کوانتوم در حالت آرام است.

این تجربه فکری در شکل 1 نشان داده شده است. بدن در یک دایره و فوتونها در خطوط موج دار نشان داده شده اند. یکی از فوتون ها در جهت مثبت محور ساطع می شود ایکسدیگری منفی است. مقادیر انرژی و مومن فوتونهای مربوطه در نزدیکی خطوط موج دار نشان داده می شوند. دیده می شود که مجموع پالس های ساطع شده صفر است.

ω ′ = ω ( 1 + υ ج) .

ω ′′ = ω ( 1 − υ ج) .

برای اینکه تابش به جلو و تابش به عقب اشتباه نشود ، مقادیر مربوط به تابش به عقب را با دو عدد اول نشان خواهیم داد.

E′ = ℏ ω ′ = ℏ ω ( 1 + υ ج)

و حرکت

پ′ = ℏ ω ′ ج= ℏ ω ج( 1 + υ ج) .

کوانتومی که به عقب تابش می شود انرژی خواهد داشت

E′′ = ℏ ω ′′ = ℏ ω ( 1 − υ ج)

و حرکت

پ′′ = ℏ ω ′′ ج= ℏ ω ج( 1 − υ ج) .

در این حالت ، پالس های کوانتا در جهت مخالف هدایت می شوند.

تصویری از روند تابش که توسط یک ناظر متحرک مشاهده می شود در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 تصویر دو فوتون در کادر مرجع ، جایی که سرعت جسم ساطع کننده است υ : الف) بدن قبل از تابش ؛ ب) پس از تابش

Δ E′ = E′ + E′′ = ℏ ω ( 1 + υ ج) + ℏ ω ( 1 − υ ج) \u003d 2 ℏ ω \u003d Δ E ،

{!LANG-d1aebc8965cc28a7ad8d3cb311a10a22!}

Δ پ′ = پ′ − پ′′ = ℏ ω ج( 1 + υ ج) − ℏ ω ج( 1 1 υ ج) = 2 ℏ ωجυ ج= Δ Eج2 υ (ده)

یک ساطع کننده متحرک حرکت از دست می دهد Δ E υج2 و بنابراین ، به نظر می رسد ، سرعت خود را کاهش می دهد ، سرعت آن را کاهش می دهد. اما در قاب استراحت ، تابش متقارن است ، ساطع کننده سرعت خود را تغییر نمی دهد. این بدان معنی است که سرعت فرستنده نمی تواند در سیستم جایی که حرکت می کند تغییر کند. و اگر سرعت بدن تغییر نمی کند ، پس چگونه می تواند حرکت خود را از دست بدهد؟

برای پاسخ به این س ،ال ، بیایید یادآوری کنیم که تکانه یک بدن با جرم چقدر است متر:

p \u003d m υ

- ضربه با سرعت خود برابر با محصول وزن بدن است. اگر سرعت بدن تغییر نکند ، حرکت آن فقط به دلیل تغییر جرم می تواند تغییر کند:

Δ p \u003d Δ m υ

در اینجا Δ پ - تغییر حرکت بدن با سرعت ثابت ، Δ متر - تغییر در جرم آن.

Δ Eج2 υ \u003d Δ m υ، Δ E \u003d Δ m ج2 ,

E \u003d متر ج2 .

کشف این فرمول گامی عظیم در جهت درک پدیده های طبیعی بود. تحقق معادل جرم و انرژی یک موفقیت بزرگ است. علاوه بر این ، فرمول حاصل از آن ، گسترده ترین زمینه کاربرد را دارد. پوسیدگی و همجوشی هسته های اتمی ، ایجاد و پوسیدگی ذرات ، تبدیل ذرات بنیادی به یکدیگر و بسیاری از پدیده های دیگر برای توضیح آنها مستلزم در نظر گرفتن فرمول رابطه بین جرم و انرژی است.

/ معنای فیزیکی فرمول E \u003d mc 2

معنای فیزیکی فرمول E \u003d mc 2

به سختی یک فرد بالغ وجود دارد که این فرمول را نداند. حتی گاهی اوقات آن را معروف ترین فرمول جهان می نامند. وی پس از ایجاد نظریه نسبیت توسط انیشتین برای بشر شناخته شد. به گفته اینشتین ، فرمول وی نه تنها ارتباط بین ماده و انرژی ، بلکه هم ارز بودن ماده و انرژی را نشان می دهد. به عبارت دیگر ، طبق این فرمول ، انرژی می تواند به ماده تبدیل شود ، و ماده می تواند به انرژی تبدیل شود.

اما من فرمول دیگری (و نه تنها برای من ، بلکه برای همه متخصصان فرآیندهای حرارتی) می دانم: Q \u003d mr ، که در آن Q مقدار گرما است ، m جرم است ، r گرمای انتقال فاز است. هرگونه انتقال فاز (تبخیر و میعان ، ذوب و تبلور ، فرسایش و تصعید خشک) با این فرمول توصیف می شود. وقتی گرما به مقدار Q تأمین می شود (یا حذف می شود) ، چنین مقداری از ماده m به حالت فاز جدیدی می رود ، كه مستقیماً با مقدار گرما Q متناسب است و با گرمای انتقال فاز r متناسب است. و گرما نوعی انرژی است. اما هیچ کس از این واقعیت نتیجه نگرفته است که گرما ، یعنی انرژی ، به ماده تبدیل می شود. چرا با فرمول E \u003d mc 2 چنین آشفتگی رخ داده است؟

وقتی موفق شدم فرمول انرژی خلا فیزیکی را بدست آورم ، پس توانستم به این س questionال پاسخ دهم. معلوم شد که در عمومی ترین شکل ، انرژی خلا physical فیزیکی با این فرمول معروف E \u003d mc 2 توصیف می شود. و معنای فیزیکی آن دقیقاً با معنای فیزیکی فرمول Q \u003d mr منطبق است: هنگامی که ما انرژی را به مقدار E به خلا (یا اتر ، همانطور که قبلاً نامیده شد) تأمین می کنیم ، خلا such چنین مقدار ماده m تولید می کند ، که مستقیماً با انرژی عرضه شده E متناسب است و متناسب با عکس است انرژی انتقال فاز از 2. به عبارت دیگر ، هیچ انتقال انرژی به ماده یا ماده مشاهده نمی شود.

و دلیل اشتباهی که انیشتین در مورد معنای فیزیکی فرمول خود مرتکب شده است ، در انکار وجود واقعی خلا et اتر-فیزیکی است. اگر اعتقاد داشته باشیم که اتر وجود ندارد ، در این صورت خواهیم فهمید که این ماده به معنای واقعی کلمه از خلأ به دنیا آمده است. اما همه می فهمند که به دست آوردن چیزی از هیچ چیز غیرممکن است. بنابراین ، فرد باید به دنبال منبع دیگری از ظاهر ماده باشد. با توجه به این واقعیت که این فرآیند ایجاد ماده با فرمول E \u003d mc 2 توصیف می شود ، فیزیکدانان آنقدر به کار با انرژی عادت می کنند که شروع به درک آن به عنوان چیزی واقعاً موجود می کنند و نه یک ویژگی که همین است. و از اینجا فقط یک قدم باقی مانده است تا تبدیل انرژی خود به ماده را اعلام کند.

افراد مشکوک ممکن است استدلال کنند که استدلال من با نتایج تجربی رد می شود. آنها می گویند آزمایش روی شتاب دهنده ها نشان می دهد که جرم ذرات بنیادی با افزایش سرعت ، یعنی با افزایش انرژی تأمین شده به ذره برای افزایش سرعت آن ، افزایش می یابد. و از این واقعیت نتیجه گرفته می شود که در این آزمایشات ، انرژی به جرم تبدیل می شود. اما هنگامی که من اطلاعاتی را در مورد چگونگی انجام این آزمایشات و آزمایش های مشابه دیگر مطرح کردم ، یک چیز جالب کشف کردم: معلوم شد که در کل تاریخ تحقیقات علمی ، هیچ آزمایشی به طور مستقیم جرم را در هیچ آزمایشی اندازه گیری نکرده است ، بلکه همیشه میزان انرژی مصرفی را اندازه گیری کرده و سپس انرژی را به جرم منتقل کرده است. طبق فرمول E \u003d mc 2 و در مورد افزایش جرم صحبت کرد. با این حال ، می توان توضیح دیگری را برای افزایش مصرف انرژی در آزمایشات شتاب دهنده ارائه داد: انرژی تأمین شده به ذره نه به جرم ذره ، بلکه به غلبه بر مقاومت در برابر خلا physical اتر-فیزیکی اطراف ما تبدیل می شود. وقتی هر جسمی (و یک ذره ابتدایی نیز) با سرعت شتاب حرکت می کند ، با حرکت ناهموار خود خلاher اتر را تغییر شکل می دهد و دومی با ایجاد نیروهای مقاومت ، که برای غلبه بر آنها به انرژی نیاز دارد ، پاسخ می دهد. و هرچه سرعت جسم بیشتر باشد ، تغییر شکل خلاuum اتر بیشتر باشد ، نیروهای مقاومت بیشتر ، انرژی بیشتری برای غلبه بر آنها مورد نیاز است.

برای اینکه بفهمید کدام مفهوم صحیح است (سنتی به صورت افزایش جرم با افزایش سرعت یا جایگزین به صورت غلبه بر نیروهای مقاومت اتر-خلا) ، لازم است آزمایشی انجام شود که در آن جرم ذره متحرک مستقیماً بدون اندازه گیری میزان مصرف انرژی اندازه گیری شود. اما این آزمایش چگونه باید باشد ، من هنوز به نتیجه نرسیده ام. ممکن است شخص دیگری با این موضوع روبرو شود؟

I. A. Prokhorov

انیشتین با ساختن مدلی از مکان و زمان ، زمینه را برای درک چگونگی روشنایی و درخشش ستارگان فراهم کرد ، دلایل عمیق تری را برای عملکرد موتورهای الکتریکی و ژنراتورهای جریان الکتریکی کشف کرد و در حقیقت ، پایه و اساس تمام فیزیک مدرن را بنا نهاد. در کتاب او چرا E \u003d mc2؟ دانشمندان برایان کاکس و جف فروشاو نظریه انیشتین را زیر سوال نمی برند ، اما می آموزند به آنچه ما عقل سلیم می نامیم اعتماد نکنیم. ما در حال انتشار فصلهایی درمورد مکان و زمان هستیم ، یا بهتر بگوییم ، در مورد اینکه چرا باید مفاهیم غالب در مورد آنها را کنار بگذاریم.

کلمات "فضا" و "زمان" برای شما چه معنی دارند؟ شاید شما فضا را به عنوان تاریکی بین ستاره هایی که می بینید در یک شب سرد زمستانی به آسمان نگاه می کنند تصور کنید؟ یا به عنوان خلا بین زمین و ماه ، که در آن یک سفینه فضایی از ستارگان و راه راه ها ، توسط خلبان شخصی پسران به نام Buzz (Buzz Aldrin ، خلبان ماژول قمری آپولو 11) در حال مسابقه است؟ شما می توانید زمان را مثل تیک تاک ساعت خود بدانید ، یا برگهای پاییز با عبور خورشید از آسمان برای پنجمین میلیاردمین بار از سبز به قرمز و زرد تبدیل می شوند. همه ما بصری به فضا و زمان پی می بریم. آنها بخشی جدایی ناپذیر از وجود ما هستند. با کم شدن زمان ، ما از طریق فضای سطح سیاره آبی حرکت می کنیم.

تعدادی از اکتشافات علمی انجام شده در سالهای گذشته قرن نوزدهم ، در نگاه اول در مناطق کاملاً غیرمرتبط ، فیزیکدانان را بر آن داشت تا در تصویر ساده و شهودی از مکان و زمان تجدید نظر کنند. در آغاز قرن بیستم ، هرمان مینکوفسکی ، همکار و معلم آلبرت انیشتین ، آگهی معروف خود را در یک کره باستانی با مدارهایی که سیارات در آن طی می کنند نوشت: "از این پس ، خود فضا و زمان خود به سایه ای تبدیل نشده اند و فقط نوعی وجود دارد. اشتباه این دو مفهوم است. " منظور مینکوفسکی از مخلوط کردن مکان و زمان چیست؟ برای درک ماهیت این گفته تقریباً عرفانی ، لازم است نظریه نسبیت انیشتین را که معروف ترین معادلات E \u003d mc2 را به جهانیان معرفی کرده و برای همیشه در مرکز درک ما از ساختار جهان قرار دارد ، کمیتی که با علامت c - سرعت نور مشخص می شود ، لازم است.

نظریه نسبیت خاص اینشتین در واقع توصیف مکان و زمان است. مکان مرکزی در آن مفهوم یک سرعت خاص را اشغال می کند ، که هر شتابی ، هر چقدر هم که قدرت داشته باشد ، نمی تواند از آن عبور کند. این سرعت ، سرعت نور در خلا است که 299،792،458 متر در ثانیه است. با چنین سرعتی ، پرتوی نوری که زمین را ترک کرده در هشت دقیقه از کنار خورشید عبور خواهد کرد ، در طی 100 هزار سال از کهکشان راه شیری عبور کرده و دو میلیون سال دیگر به نزدیکترین کهکشان همسایه - سحابی آندرومدا می رسد. امشب ، بزرگترین تلسکوپ های زمین به سیاهی فضای بین ستاره ای نفوذ می کنند و پرتوهای نورانی ستاره های دور و دراز مرگ را در لبه جهان مشاهده می کنند. این اشعه ها سفر خود را بیش از 10 میلیارد سال پیش ، چند میلیارد سال قبل از ظهور زمین از ابر در حال فروپاشی گرد و غبار بین ستاره ای ، آغاز کردند. سرعت نور عالی است ، اما بسیار دور از حد بی نهایت است. در مقایسه با فاصله های بسیار زیاد بین ستارگان و کهکشان ها ، به نظر ناامیدکننده کم به نظر می رسد - به حدی که ما می توانیم با استفاده از تکنیک هایی مانند برخورد دهنده هادرونی بزرگ 27 کیلومتری در اروپا ، اجرام بسیار کوچک را به سرعتی که از سرعت نور متفاوت است ، سرعت دهیم. مرکز تحقیقات هسته ای در ژنو.

اگر ممکن بود از سرعت نور بیشتر شود ، در این صورت ما می توانیم یک ماشین زمان بسازیم که ما را به هر نقطه از تاریخ منتقل کند.

وجود یک سرعت کیهانی خاص و نهایی یک مفهوم نسبتاً عجیب است. همانطور که بعداً از این کتاب خواهیم آموخت ، ارتباط این سرعت با سرعت نور نوعی جایگزینی مفاهیم است. سرعت نهایی کیهانی نقش بسیار مهم تری در جهان اینشتین دارد و دلیل خوبی وجود دارد که چرا یک پرتوی از نور با این سرعت خاص حرکت می کند. با این حال ، بعداً به این موضوع باز خواهیم گشت. در حال حاضر ، کافی است بگوییم که وقتی اجسام به این سرعت خاص می رسند ، اتفاقات عجیبی شروع می شود. چگونه می توانید از این سرعت جسم جلوگیری کنید؟ به نظر می رسد یک قانون جهانی فیزیک وجود دارد که بدون توجه به قدرت موتور ، از شتاب بیش از 90 کیلومتر در ساعت شما جلوگیری می کند. اما برخلاف محدود کردن سرعت اتومبیل ، این قانون توسط برخی از پلیس های غیراخلاقی اجرا نمی شود. نقض آن به دلیل ساخت و ساز پارچه فضا و زمان کاملاً غیرممکن می شود و این یک شانس استثنایی است ، زیرا در غیر این صورت ما باید با عواقب بسیار ناخوشایندی کنار بیاییم. بعداً خواهیم دید که اگر ممکن بود از سرعت نور بیشتر شود ، در این صورت می توانیم یک ماشین زمان بسازیم که ما را به هر نقطه از تاریخ منتقل کند. به عنوان مثال ، ممکن است به دوره قبل از تولد سفر کنیم و به طور تصادفی یا عمدی از ملاقات والدین مان جلوگیری کنیم.

این یک داستان خوب برای داستان است ، اما نه برای خلقت جهان. در واقع ، انیشتین دریافت که جهان به این ترتیب تنظیم نشده است. فضا و زمان چنان ظریف در هم آمیخته اند که چنین پارادوکس هایی غیرقابل قبول است. با این حال ، همه چیز یک قیمت دارد و در این حالت این قیمت ، رد عقاید ریشه دار درباره مکان و زمان است. در جهان اینشتین ، ساعتهای متحرک کندتر حرکت می کنند ، اندازه اجسام متحرک کوچک می شوند و ما می توانیم میلیاردها سال به آینده سفر کنیم. این جهانی است که زندگی انسان می تواند تقریباً تا بی نهایت کشیده شود. می توانستیم بیرون رفتن خورشید ، تبخیر اقیانوس ها ، غرق شدن را تماشا کنیم منظومه شمسی به شب ابدی ، تولد ستارگان از ابرهای گرد و غبار میان ستاره ای ، شکل گیری سیارات و احتمالاً منشأ حیات در جهان های جدید و هنوز شکل نگرفته. جهان اینشتین به ما اجازه می دهد تا به آینده ای دور سفر کنیم ، در حالی که درهای گذشته را کاملاً بسته نگه داشته ایم.

در پایان این کتاب ، خواهیم دید که چگونه انیشتین مجبور به ارائه چنین تصویری خارق العاده از جهان شد و چگونه درستی آن در طول تعداد زیادی آزمایشات علمی و کاربردهای فن آوری. به عنوان مثال ، یک سیستم ناوبری ماهواره ای در اتومبیل برای در نظر گرفتن این واقعیت که زمان در مدار ماهواره ها و سطح زمین با سرعت های مختلف حرکت می کند. تصویر انیشتین رادیکال است: مکان و زمان اصلاً آن چیزی نیستند که ما فکر می کنیم.

تصور کنید هنگام پرواز روی هواپیما کتاب می خوانید. ساعت 12:00 نگاهی به ساعت خود انداختید و تصمیم گرفتید کمی استراحت کنید و دور کابین را بپیمایید و با دوستی که ده ردیف جلو نشسته صحبت کنید. ساعت 12:15 بعد از ظهر ، به جای خود برگشتید ، نشستید و دوباره کتاب را برداشتید. عقل سلیم حکم می کند که شما به همان مکان برگردید: یعنی همان ده ردیف را عقب بروید ، و هنگام بازگشت ، کتاب شما در همان مکانی بود که آن را رها کردید. حال بیایید کمی در مورد مفهوم "همان مکان" فکر کنیم. از آنجا که منظور ما از صحبت کردن در مورد مکان خاصی بصورت شهودی مشخص است ، همه اینها را می توان به عنوان مراقبت بیش از حد درک کرد. ما می توانیم یک دوست را برای نوشیدن آبجو به بار ببریم و تا زمانی که ما به آن آب می رسیم بار به جایی منتقل نخواهد شد. احتمالاً شب قبل در همان مکانی خواهد بود که آن را ترک کرده ایم. در این فصل مقدماتی ، ممکن است موارد زیادی را کمی بیش از حد عاطفی پیدا کنید ، اما ادامه مطلب را بخوانید. تفکر دقیق در مورد این مفاهیم به ظاهر واضح ما را در ردیف ارسطو ، گالیله گالیله ، آیزاک نیوتون و انیشتین رهنمون خواهد شد.

اگر شب بخوابید و هشت ساعت بخوابید ، تا زمان بیدار شدن بیش از 800 هزار کیلومتر حرکت کرده اید

بنابراین چگونه می دانید که منظور ما از "همان مکان" دقیقاً چیست؟ ما قبلاً می دانیم که چگونه این کار را در سطح زمین انجام دهیم. کره زمین با خطوط موازی موازی و نصف النهار پوشیده شده است ، به طوری که هر مکان در سطح آن را می توان با دو عدد نشان دهنده مختصات توصیف کرد. به عنوان مثال ، شهر منچستر انگلیس در 53 درجه 30 دقیقه شمالی و 2 درجه 15 دقیقه غربی واقع شده است. این دو عدد به ما می گویند که منچستر دقیقاً در کجا واقع شده است ، به شرطی که موقعیت خط استوا و نصف النهار اصلی با هم توافق داشته باشند. بنابراین ، موقعیت هر نقطه ، چه در سطح زمین و چه در آنسوی دیگر ، با استفاده از یک شبکه سه بعدی خیالی گسترش یافته از سطح زمین به سمت بالا قابل تعیین است. در واقع ، چنین شبکه ای می تواند از طریق مرکز زمین پایین برود و از طرف دیگر آن خارج شود. می تواند برای توصیف موقعیت هر نقطه - در سطح زمین ، زیر زمین یا هوا - استفاده شود. در واقع ، ما نیازی به توقف در سیاره خود نداریم. شبکه را می توان تا ماه ، مشتری ، نپتون ، آن سوی کهکشان راه شیری ، درست تا لبه جهان مشاهده پذیر کشید. چنین شبکه بزرگ و احتمالاً بی نهایت بزرگی به شما امکان می دهد مکان هر جسمی در جهان را محاسبه کنید ، که به تعبیر وودی آلن می تواند برای کسی که قادر به یادآوری نیست که چه چیزی را قرار دهد بسیار مفید است. بنابراین ، این شبکه منطقه ای که همه چیز در آن است را تعریف می کند ، نوعی جعبه غول پیکر که شامل تمام اشیا of جهان است. حتی ممکن است وسوسه شویم که این منطقه عظیم را فضا بنامیم.

اما به این سوال برگردیم که "همان مکان" به چه معناست ، و مثلاً با هواپیما. می توانیم فرض کنیم که در ساعت 12:00 و 12:15 در همان نقطه از فضا بوده اید. حال بیایید تصور کنیم دنباله رویدادها از منظر شخصی که هواپیمایی را از سطح زمین مشاهده می کند به نظر می رسد. اگر هواپیما با سرعتی مثلاً هزار کیلومتر در ساعت بر فراز سر او پرواز کند ، پس بین ساعت 12:00 تا 12:15 از دید وی 250 کیلومتر حرکت کرده اید. به عبارت دیگر ، در ساعت 12:00 و 12:15 در نقاط مختلف فضا بودید. پس چه کسی درست است؟ چه کسی نقل مکان کرد و چه کسی در همان مکان ماند؟

اگر قادر به پاسخ دادن به این سinglyال به ظاهر ساده نیستید ، در این صورت شرکت خوبی دارید. ارسطو ، یکی از بزرگترین متفکران یونان باستان ، کاملاً اشتباه می کند ، زیرا قطعاً می گوید مسافر هواپیما در حال حرکت است. ارسطو معتقد بود که زمین ثابت است و در مرکز جهان قرار دارد و خورشید ، ماه ، سیارات و ستارگان به دور زمین می چرخند و بر روی 55 کره شفاف متحدالمرکز ثابت قرار می گیرند ، مانند عروسک های لانه دار درون خود قرار دارند. بنابراین ، ارسطو تصور شهودی ما از فضا را به عنوان نوعی منطقه که زمین و کره های آسمانی در آن قرار دارند ، به اشتراک گذاشت. برای انسان مدرن ، تصویر جهان متشکل از زمین و در حال چرخش است کره های آسمانیکاملا مضحک به نظر می رسد اما خودتان فکر کنید که اگر کسی به شما نگوید زمین به دور خورشید می چرخد \u200b\u200bو ستاره ها چیزی بیشتر از خورشیدهای بسیار دور نیستند که در میان آنها ستاره هایی هزاران برابر روشن تر از نزدیکترین ستاره به ما وجود دارد ، می توانید به چه نتیجه ای برسید. اگرچه آنها میلیاردها کیلومتر از زمین فاصله دارند؟ مطمئناً ما این احساس را نخواهیم داشت که زمین در حال رانندگی غیرقابل تصور است جهان گسترده... جهان بینی مدرن ما به بهای تلاشهای زیاد شکل گرفت و اغلب در تضاد است حس مشترک... اگر تصویری از جهانی که ما طی هزاران سال آزمایش و تأمل ایجاد کرده ایم واضح باشد ، ذهن بزرگان گذشته (مانند ارسطو) این معما را خودشان حل می کردند. یادآوری این نکته هنگامی است که هر یک از مفاهیم توصیف شده در کتاب برای شما بسیار پیچیده بنظر می رسد. بزرگترین ذهن گذشته با شما موافق است.

میز اینشتین چند ساعت پس از مرگ او

برای یافتن نقص در پاسخ ارسطو ، بیایید لحظه ای از او عکس بگیریم و ببینیم که به کجا منجر می شود. از نظر ارسطو ، ما باید فضا را با خطوط یک شبکه خیالی متصل به زمین پر کنیم و از آن برای تعیین اینکه کجا کجاست و چه کسی حرکت می کند و چه کسی حرکت نمی کند ، استفاده کنیم. اگر فضا را به عنوان جعبه ای پر از اشیا ، در حالی که زمین در مرکز آن قرار دارد تصور کنید ، بدیهی است که این شما مسافر هواپیما هستید که موقعیت خود را در جعبه تغییر می دهید ، در حالی که شخصی که پرواز شما را تماشا می کند ، بی حرکت روی سطح زمین ایستاده و بدون حرکت در آن آویزان است فضا. به عبارت دیگر ، حرکت مطلق وجود دارد و از این رو فضای مطلق وجود دارد. یک جسم در صورت حرکت مطلق است اگر با گذشت زمان ، مکان خود را در فضا تغییر دهد ، که با استفاده از یک شبکه خیالی متصل به مرکز زمین محاسبه می شود.

البته ، مشکل این تصویر این است که زمین در مرکز جهان بی حرکت نمی ماند ، بلکه یک توپ چرخان است که در مدار دور خورشید حرکت می کند. در واقع زمین با سرعتی در حدود 107 هزار کیلومتر در ساعت نسبت به خورشید در حال حرکت است. اگر شب بخوابید و هشت ساعت بخوابید ، تا بیدار شوید بیش از 800 هزار کیلومتر حرکت کرده اید. شما حتی حق دارید بگویید که در حدود 365 روز دیگر اتاق خواب شما در همان نقطه از فضا قرار خواهد گرفت ، زیرا زمین یک انقلاب کامل به دور خورشید را انجام خواهد داد. بنابراین ، می توانید تصمیم بگیرید که فقط تصویر ارسطو را کمی تغییر دهید ، و روح تعالیم او را دست نخورده بگذارید. چرا فقط مرکز شبکه را به خورشید منتقل نمی کنید؟ افسوس ، این ایده نسبتاً ساده نیز نادرست است ، زیرا خورشید نیز در مداری به مرکز مرکز راه شیری حرکت می کند. کهکشان راه شیری جزیره محلی ما در جهان است که از بیش از 200 میلیارد ستاره تشکیل شده است. فقط تصور کنید کهکشان ما چقدر بزرگ است و چه مدت طول می کشد تا اطراف آن را بررسی کنیم. خورشید همراه زمین در امتداد کهکشان راه شیری با سرعتی در حدود 782 هزار کیلومتر در ساعت و در فاصله حدود 250 کوادریلیون کیلومتری از مرکز کهکشان حرکت می کند. با این سرعت ، تکمیل یک انقلاب حدود 226 میلیون سال طول می کشد. در این صورت ، شاید یک قدم دیگر برای حفظ تصویر ارسطو از جهان کافی باشد؟ بیایید ابتدای شبکه را در مرکز کهکشان راه شیری قرار دهیم و ببینیم که اتاق خواب شما برای آخرین بار چه مکانی در آن قرار دارد. و آخرین بار در این مکان ، یک دایناسور صبح زود برگهای درختان ماقبل تاریخ را بلعید. اما این تصویر نیز اشتباه است. در حقیقت ، کهکشان ها "پراکنده می شوند" و از یکدیگر دور می شوند و هرچه کهکشان از ما دورتر باشد ، سریعتر دور می شود. تصور اینکه حرکت ما در میان هزاران کهکشان که جهان را تشکیل می دهند بسیار دشوار است.

علم از عدم اطمینان استقبال می کند و می داند که این کلید کشف جدید است

بنابراین یک مشکل واضح در تصویر ارسطو از جهان وجود دارد ، زیرا به ما اجازه نمی دهد دقیقاً معنای "بی حرکت ماندن" را تعریف کنیم. به عبارت دیگر ، محاسبه اینکه کجا می توان مرکز یک شبکه خیالی را قرار داد ، غیرممکن است و بنابراین تصمیم می گیرد که چه چیزی در حرکت است و چه چیزی در جای خود باشد. خود ارسطو مجبور نبود با این مشکل روبرو شود ، زیرا تصویر او از زمین ساکن احاطه شده توسط کره های چرخان تقریباً دو هزار سال مورد اختلاف نبود. احتمالاً باید این کار انجام می شد ، اما ، همانطور که گفتیم ، چنین چیزهایی حتی برای بزرگترین عقاید نیز همیشه مشهود نیستند. کلادیوس بطلمیوس ، که او را به سادگی بطلمیوس می شناسیم ، در قرن دوم در کتابخانه بزرگ اسکندریه کار می کرد و آسمان شب را از نزدیک مطالعه می کرد. در نگاه اول ، دانشمند نگران حرکت غیرمعمول پنج سیاره شناخته شده در آن زمان یا "ستاره های سرگردان" (نامی که کلمه "سیاره" از آن نشأت گرفته است) بود. ماهها مشاهدات از زمین نشان داد که سیارات در پس زمینه ستارگان در یک مسیر مساوی حرکت نمی کنند ، بلکه حلقه های عجیبی را می نویسند. این حرکت غیرمعمول ، که با اصطلاح "واپس گرا" تعیین شده است ، برای هزاران سال قبل از بطلمیوس شناخته شده بود. مصریان باستان مریخ را سیاره ای توصیف می کردند که "به عقب حرکت می کند". بطلمیوس با ارسطو موافقت کرد که سیارات به دور زمین ساکن می چرخند ، اما برای توضیح حرکت عقب مانده ، او مجبور شد که سیارات را به چرخهای خارج از مرکز بچرخاند ، که به نوبه خود به کره های گردان متصل می شوند. چنین الگویی بسیار پیچیده ، اما به دور از ظرافت ، توضیح حرکت سیارات در آسمان را امکان پذیر کرده است. توضیح واقعی حرکت وارونه باید تا اواسط قرن شانزدهم منتظر بماند ، زمانی که نیکولاوس کوپرنیک نسخه ظریف تر (و دقیق تر) را پیشنهاد کرد ، که در آن واقعیت این بود که زمین در مرکز جهان آرام نمی گیرد ، بلکه همراه با بقیه سیارات به دور خورشید می چرخد. کارهای کوپرنیک مخالفان جدی داشت ، بنابراین توسط کلیسای کاتولیک ممنوع شد و این ممنوعیت فقط در سال 1835 برداشته شد. اندازه گیری دقیق تایکو براهه و کارهای یوهانس کپلر ، گالیله گالیله و ایزاک نیوتن نه تنها صحت کوپرنیک را کاملاً تأیید کرد ، بلکه منجر به ایجاد نظریه حرکت سیاره ای در قالب قوانین حرکت و گرانش نیوتن شد. این قوانین بود شرح بهتر حرکت "ستاره های سرگردان" و به طور کلی ، همه اجسام (از کهکشان های چرخان تا گلوله های توپ) تحت تأثیر جاذبه زمین. این تصویر از جهان مورد تردید قرار نگرفت تا سال 1915 که نظریه عمومی نسبیت انیشتین تدوین شد.

درک دائمی از موقعیت زمین ، سیارات و حرکت آنها در آسمان باید به عنوان یک درس برای کسانی باشد که کاملاً به برخی از دانش خود اطمینان دارند. نظریه های زیادی در مورد جهان پیرامون ما وجود دارد که به نظر می رسد در نگاه اول حقیقتی بدیهی است و یکی از آنها در مورد عدم تحرک ماست. مشاهدات آینده ممکن است ما را متعجب و متحیر کند ، چیزی که در بسیاری از موارد اتفاق می افتد. اگرچه نباید دردناک باشیم ، اما طبیعت غالباً با تصورات شهودی قبیله ای از فرزندان مشاهده کننده که در واقع یک شکل حیاتی مبتنی بر کربن در یک سیاره سنگی کوچک است که به دور ستاره ای میانسال در حومه راه شیری می چرخد \u200b\u200b، تعارض دارد. نظریه های مربوط به مکان و زمان که در این کتاب مورد بحث قرار می دهیم ممکن است در واقع موارد خاصی از یک نظریه عمیق تر باشد که هنوز تدوین نشده است (و به احتمال زیاد وجود خواهد داشت). علم عدم اطمینان را در آغوش می گیرد و می فهمد که این کلید کشف های جدید است.