A teoria geral da relatividade de Einstein: quatro passos, tomou um gênio

Um físico usou a sua imaginação, e não a matemática, para chegar a seu mais famoso e elegante equação. A teoria geral da relatividade de Einstein é conhecido o fato de que prevê estranho, mas os verdadeiros fenômenos, como retardar o envelhecimento dos astronautas no espaço, em comparação com os homens na Terra e muda a forma de sólidos objetos em altas velocidades.

Mas o interessante é que se você pegar uma cópia do artigo original de Einstein sobre relatividade de 1905, será muito fácil de desmontar. O texto é simples e clara, e a equação principalmente algébrico — los será capaz de desmontar qualquer finalistas do ensino secundário.

Tudo porque, para que a complicada matemática nunca foi o patim de Einstein. Ele gostava de pensar metaforicamente, a realizar experimentos com a sua imaginação, e осмыслять-los até físicas idéias e os princípios não são visíveis cristalinas.

Com isso começou mentais experiências de Einstein, quando ele tinha apenas 16 anos, e como eles acabam, que o levou ao mais revolucionária equação da física moderna.

1895 ano: correr ao lado de um raio de luz

Neste momento da vida de Einstein-lo mal скрываемое desprezo aos alemães raízes, métodos autoritários de estudo na Alemanha já tem desempenhado o seu papel, e ele foi expulso da escola de ensino médio, então ele mudou-se para Zurique, na esperança de admissão do Swiss federal institute of technology (ETH).

Mas, primeiro, Einstein decidiu passar um ano de formação na escola, na vizinha cidade de Aarau. Neste local, ele logo descobriu que está interessado em saber qual é a sensação de correr ao lado de um raio de luz.

Einstein já aprendi físico de sala de aula, o que é um raio de luz: muitas oscilando de campos elétricos e magnéticos que se deslocam a uma velocidade de 300 000 quilômetros por segundo, medida da velocidade da luz. Se ele fugiu seria o próximo com a mesma velocidade, percebi Einstein, ele poderia ver um monte de oscilando de campos elétricos e magnéticos ao lado dele, como se estivesse congelado no espaço.

Mas isso não foi possível. Em primeiro lugar, fixos campo profanaram seria equações de Maxwell, a matemática, em que foi colocado tudo o que os físicos sabiam sobre a eletricidade, o magnetismo e a luz. Essas leis foram (e são) muito rigoroso: qualquer onda nestes campos devem se mover com a velocidade da luz e não pode ficar parado, sem exceções.

O que é Pior, fixo os campos não вязались com o princípio da relatividade, que era conhecido физикам desde os tempos de Galileu e de Newton, no século 17. De fato, o princípio da relatividade diz que as leis da física não podem depender de quão rápido você estiver em movimento: você pode medir apenas a velocidade de um objeto em relação a outro.

Mas quando Einstein aplicou esse princípio ao seu мысленному experiência, surgiu a contradição: a relatividade ditadas, que tudo o que ele podia ver, movendo-se ao lado de um raio de luz, incluindo telefones fixos de campo, deve ser algo приземленным, que os físicos podem criar em laboratório. Mas esse ninguém nunca observou.

Este problema vai animar Einstein ainda 10 anos, ao longo de todo o percurso de formação e de trabalho na ETH, e o movimento para a capital da Suíça Берну, onde ele se torna o examinador no escritório de patentes da suíça turismo. É lá que ele resolva o paradoxo de uma vez e para sempre.

1904 ano: medição da luz de um trem em movimento

Não foi fácil. Einstein tentou qualquer solução que lhe tinha ocorrido, mas nada funcionou. Quase em desespero, ele começou a ponderar, mas simples, mas radical decisão. Talvez, as equações de Maxwell funcionam para tudo, pensou ele, mas a velocidade da luz sempre foi uma constante.

Em Outras palavras, quando você vê пролетающий do feixe de luz, não importa se a sua fonte de passar para você, de você, de lado ou ainda a algum lugar, e não importa o quão rápido movimento de sua fonte. A velocidade da luz, que você medir, sempre será de 300 000 quilômetros por segundo. Entre outras coisas, isso significava que Einstein nunca verá fixas, oscilando de campos, porque nunca será capaz de pegar o feixe de luz.

Esta foi a única forma que viu Einstein, para conciliar as equações de Maxwell com o princípio da relatividade. À primeira vista, no entanto, esta decisão teve o próprio falha fatal. Mais tarde, ele explicou-lo por outro experimento mental: imagine um feixe que é executado ao longo de um aterro ferroviário, enquanto o trem passa na mesma direção com uma velocidade de, digamos, de 3.000 quilômetros por segundo.

Um homem de pé perto de um aterro deve medir a velocidade do raio de luz e de obterem o número de 300 000 quilômetros por segundo. Mas alguém no trem vai ver a luz, movendo-se com velocidade 297 000 quilômetros por segundo. Se a velocidade da luz é inconstante, a equação de Maxwell dentro do vagão deve ser diferente, fez Einstein, e em seguida, o princípio da relatividade será quebrado.

Esta aparente contradição levou Einstein a refletir a quase um ano. Mas então, em uma bela manhã, em maio de 1905, ele ia trabalhar com o seu melhor amigo Michel Бессо, o engenheiro, o qual ele sabia desde seus dias de estudante em Zurique. Dois homens falavam sobre o dilema de Einstein, como sempre. E, de repente, Einstein viu a solução. Ele trabalhou com ele a noite toda, e quando na manhã seguinte, eles se encontraram, Einstein disse Бессо: "Obrigado. Eu sou totalmente resolvido o problema".

Maio de 1905: zíper bate em trem em movimento

A Revelação de Einstein consistiu em que os observadores em movimento relativo percebem o tempo de forma diferente: é possível que os dois eventos vão acontecersimultaneamente, do ponto de vista de um observador, mas em momentos diferentes do ponto de vista do outro. E ambos observador serão errado.

Mais Tarde, Einstein ilustrou o seu ponto de vista de outro experimento mental. Imagine que junto com a ferrovia, novamente, vale a pena observador e por ele passa o trem. No momento em que o ponto central de um trem passa por um observador, em cada extremidade de um trem bate em zíper. Porque o zíper batem na mesma distância do observador, que a luz que entra nos olhos dele ao mesmo tempo. É justo dizer que o relâmpago batem ao mesmo tempo.

Enquanto isso exatamente no centro do trem senta-se outro observador. A partir de seu ponto de vista, a luz dos dois relâmpagos passa a mesma distância e a velocidade da luz seria a mesma em qualquer direção. Mas como o trem se move, a luz que vem da parte de trás do relâmpago deve percorrer uma distância maior, assim que chega ao observador vários momentos, mais tarde, que a luz de um começo. Porque pulsos de luz que vêm em momentos diferentes, pode-se concluir que os raios não simultânea — um é mais rápido.

Einstein percebeu que a relativa apenas esta simultaneidade. E como só você reconhece efeitos estranhos, que agora associamos com относительностью, são resolvidos simples de álgebra.

Einstein freneticamente gravou os seus pensamentos e enviou seu trabalho para publicação. O nome tornou-se "Sobre электродинамике movimento do corpo", e nele se reflete a tentativa de Einstein para amarrar as equações de Maxwell com o princípio da relatividade. Бессо foi apresentado uma gratidão.

Setembro de 1905: a massa e a energia

Este é o primeiro trabalho, no entanto, não foi o último. Einstein estava obcecado com a относительностью até o verão de 1905, e, em setembro, postei o segundo artigo para publicação, já hoje, em retrospectiva.

Ela foi fundada em um experimento de pensamento. Imagine um objeto em repouso, disse ele. Agora imagine que a emite simultaneamente dois idênticos de momentum de luz em direções opostas. O objeto irá permanecer no local, mas como cada um impulso realiza uma certa quantidade de energia contida em um objeto de energia vai diminuir.

Agora, escreveu Einstein, como será esse processo de movimento do observador? A partir de seu ponto de vista, o objeto simplesmente continuará a mover-se em linha reta, enquanto os dois ca serão partidas. Mas, mesmo se a velocidade de dois impulsos continuará a ser a mesma — velocidade da luz — a sua energia será diferente. O impulso que move-se para a frente na direção do movimento, vai ter mais energia, do que aquele que se move na direção oposta.

Adicionando um pouco de álgebra, Einstein mostrou que, para além de tudo isso tem sido consistente, o objeto não deve ser apenas perder energia quando você envia pulsos de luz, mas e a massa. Ou mesmo a massa e a energia devem ser intercambiáveis. Einstein escreveu a equação que os une. E ela tornou-se a mais famosa equação da história da ciência: E = mc².