Teoria relativității

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - „Relativitate” se referă aici. Dacă sunteți în căutarea principiului relativității, consultați Principiul relativității .
Negativ al plăcii lui Arthur Eddington care descrie eclipsa de soare din 1919, folosită pentru a demonstra deviația gravitațională a luminii prezisă de relativitatea generală

În fizică, teoria relativității înseamnă un set de teorii bazate pe principiul că forma legilor fizicii trebuie să fie invariantă pentru schimbarea sistemului de referință .

Primul principiu al relativității a fost formulat de Galileo cu privire la invarianța legilor mecanicii clasice între sistemele de referință inerțiale în mișcare relativă, principiu extins de Einstein la legile electromagnetismului cu teoria specială a relativității . Dezvoltarea relativității generale și, prin urmare, a principiului covarianței generale a făcut posibilă extinderea principiului relativității și la cadrele de referință non-inerțiale . [1]

Relativitatea galileană

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: relativitatea galileană și principiul inerției .

Știința modernă începe cu presupunerea fundamentală, datorită lui Galileo Galilei , că legile mecanicii au aceeași formă matematică în raport cu orice sistem de referință în care se aplică principiul inerției . Această presupunere, definită în 1609, este astăzi numită principiul relativității galilean.

Din punct de vedere matematic, transformările galileene , adică ecuațiile care guvernează schimbările de coordonate de la un sistem de referință la altul care sunt legate de relativitatea galileană , pe baza egalității legilor mecanicii în fiecare cadru de referință inerțial se mișcă cu viteza constantă comparativ cu prima.

Transformările galileene, valabile cu o aproximare excelentă în cazurile în care se poate presupune că viteza luminii este infinită față de alte viteze, ca în mecanica clasică , nu au valabilitate în alte domenii, ca de exemplu în electromagnetism .

Relativitatea lui Einstein

Albert Einstein în 1947

Spre sfârșitul secolului al XIX-lea, Ernst Mach și alți câțiva fizicieni s-au confruntat cu limitele relativității galileene, neaplicabile fenomenelor electromagnetice; printre acestea Hendrik Lorentz a reușit să obțină transformări în concordanță cu electromagnetismul.

Reprezentarea spațiu-timp a relativității speciale

Prin urmare, Albert Einstein s-a trezit confruntat cu două transformări: cele ale lui Galileo, valabile în mecanica clasică, și cele ale lui Lorentz, valabile pentru electromagnetism, dar lipsite de un suport teoretic convingător. Situația a fost foarte nesatisfăcătoare, deoarece aceste două transformări și principiile relativității asociate acestora erau incompatibile. Cu Einstein teoria relativității a avut o dezvoltare ulterioară și astăzi avem tendința de a asocia numele fizicianului german cu această teorie. Teoria sa constă din două modele matematice distincte, numite:

Relativitate restrânsă

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: relativitatea restricționată .

Relativitatea specială, numită și relativitate specială, a fost prezentată de Einstein cu articolul Zur Elektrodynamik bewegter Körper ( Despre electrodinamica corpurilor în mișcare ) din 1905 , pentru a reconcilia principiul relativității galilean, care include principiul compoziției vitezei , cu ecuații ale undelor electromagnetice , în care viteza luminii este exprimată ca o constantă, adică independentă de sistemul de referință.

Anterior, în acest scop, au fost propuse unele teorii care se bazau pe existența unui mijloc de propagare a undelor electromagnetice, eterul , care urma să constituie un sistem de referință privilegiat; cu toate acestea, niciun experiment nu reușise să măsoare viteza unui corp în raport cu eterul. În special, grație experimentului Michelson-Morley , s-a arătat că viteza luminii este constantă în toate direcțiile, indiferent de mișcarea Pământului, nu este afectată de așa-numitul vânt eteric . Teoria lui Einstein a respins complet conceptul de eter, care nu mai face parte din fizică.

Postulatele relativității speciale pot fi enunțate după cum urmează:

  • primul postulat ( principiul relativității ): toate legile fizice sunt aceleași în toate sistemele de referință inerțiale;
  • al doilea postulat ( invarianța vitezei luminii ): viteza luminii în vid are aceeași valoare în toate sistemele de referință inerțiale, indiferent de viteza observatorului sau a sursei.

Este posibil să se verifice dacă transformările Lorentz satisfac al doilea postulat: dacă pentru un observator într-un cadru inerțial viteza luminii este c , așa va fi și pentru orice alt observator dintr-un cadru inerțial care se mișcă față de al său.

Legile electromagnetismului, sub forma electrodinamicii clasice , nu se schimbă sub transformările Lorentz și, prin urmare, satisfac principiul relativității.

Relativitatea generală

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: relativitatea generală .
Curbura spațiului-timp în relativitatea generală

Teoria relativității generale a fost prezentată ca o serie de prelegeri la Academia de Științe din Prusia , începând cu 25 noiembrie 1915 , după o lungă fază de elaborare. Există o controversă de lungă durată cu privire la publicarea ecuațiilor de câmp între matematicianul german David Hilbert și Einstein; cu toate acestea, unele documente atribuie cu încredere primatul lui Einstein.

Fundamentul relativității generale este presupunerea, cunoscută sub numele de principiul echivalenței , că o accelerație nu poate fi distinsă local de efectele unui câmp gravitațional și, prin urmare, că masa inerțială este egală cu masa gravitațională. Instrumentele matematice necesare dezvoltării relativității generale au fost introduse anterior de Gregorio Ricci Curbastro ( 1853 - 1925 ) care a introdus practic ceea ce este acum cunoscut sub numele de calcul tensorial [2] .

Deși s-a dovedit extrem de precisă în timp, relativitatea generală s-a dezvoltat independent de mecanica cuantică și nu s-a împăcat niciodată cu aceasta, chiar dacă fizica cuantică ar putea include relativitatea specială. Limitele relativității generale sunt în esență tratamentul stărilor de materie în care interacțiunile gravitaționale și cuantice ajung să aibă același ordin de mărime, până la singularitățile gravitaționale . Dintre evoluțiile teoretice propuse, cele mai cunoscute și mai cercetate sunt teoria corzilor și gravitația cuantică în buclă .

Notă

  1. ^ Expresia teoriei relativității este, de asemenea, utilizată în limbajul comun pentru a se referi la teoriile relativității speciale sau relativității generale , ca exemple cele mai cunoscute ale principiului relativității.
  2. ^ Biografii - Gregorio Ricci-Curbastro , pe imss.fi.it. Adus la 18 iulie 2010.

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 22174 · LCCN (EN) sh85112497 · GND (DE) 4049363-5 · BNF (FR) cb11932745v (dată) · NDL (EN, JA) 00.571.478
Relativitatea Portalul relativității : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de relativitate