Tre principali fenomeni relativistici, loro meccanismi e relazioni

Abbiamo precedentemente scoperto che il vero particelle elementari non sono costituiti da parti separate, ma possono essere ben descritte come correnti di spostamento curvilinee chiuse nel vuoto (etere). Poiché la corrente curvilinea (e la corrente, come la velocità, è una grandezza vettoriale perché ha una direzione) è una corrente accelerato, allora la corrente curvilinea è la corrente variabile(così come lo è il movimento lungo una traiettoria curvilinea uniforme in modulo di velocità accelerato). Qualunque corrente alternata(compresa la corrente di polarizzazione) provoca fenomeni di induzione. In altre parole, intorno alla variabile (e, di conseguenza, intorno curvilineo) sorge la corrente campo elettrico di induzione E. Questo è il cosiddetto campo "elettrostatico" attorno alle particelle cariche. E la "carica" ​​della particella q è solo un modo artificiale per stimare numericamente alcuni parametri di questo campo. Infatti la carica è ridotta a divE. Questo è il meccanismo di origine delle cariche elementari. Perché, in determinate condizioni, possono esistere stabilmente correnti di spostamento curvilinee chiuse nell'etere, lo abbiamo descritto in precedenza: questo è il risultato dell'azione simultanea di forze "magnetiche" e "induttive" tra sezioni microscopiche di tali correnti. Da questa descrizione risulta che la particella si trova "all'interno" di un vortice di etere polarizzato che ruota alla velocità della luce. All'esterno, sembra un campo elettrico costante a simmetria centrale. È un risultato intrinseco della disposizione interna delle particelle. Pertanto, la particella consiste di condizionalmente interno aree di correnti curvilinee e all'aperto aree del campo elettrico di induzione generato da queste correnti. In questa immagine il campo esterno alla particella è generato non da una misteriosa inspiegabile "carica", ma semplicemente da correnti di spostamento, le stesse che costituiscono le onde luminose ed elettromagnetiche in genere. Ora è facile capire come una particella carica possa nascere da onde elettromagnetiche "elettricamente neutre" (il moto circolare della corrente della particella può essere scomposto in due proiezioni armoniche, seno e coseno, cioè in due "fotoni"). Allo stesso tempo, il campo della particella non è una sorta di "applicazione" alla particella, ma ne è parte inevitabile e integrante. E poiché il campo di una particella non finisce da nessuna parte nell'Universo, quindi, di conseguenza, qualsiasi particella occupa l'intero Universo.

Ora, visto che abbiamo descritto la particella come un sistema di correnti curvilinee chiuse, ed essa ha le dimensioni caratteristiche di questa regione di corrente, chiediamoci cosa succede se la particella inizia a muoversi rispetto all'etere locale? A causa del fatto che la velocità della luce è la velocità limite del movimento delle perturbazioni nell'etere, e l'etere polarizzato "dentro" la particella si muove alla velocità della luce (questo condizione richiesta stabilità della particella), quindi per rimanere una corrente chiusa quando la particella si muove nel suo insieme, correnti interne costretto cambia la tua forma. Bene, infatti, immagina un movimento circolare di un punto alla velocità della luce lungo un certo cerchio. Ora sposta questo cerchio stesso in avanti con una certa velocità. In questo caso, il punto deve ruotare alla velocità della luce e persino avanzare a una certa velocità. Ma poi la sua velocità totale in alcuni momenti dovrebbe superare la velocità della luce, e questo è impossibile! Qual è la via d'uscita da un tale punto? Certo, non muoverti più in cerchio, ma lungo qualche altra curva. Solo allora sarà in grado di girare e andare avanti allo stesso tempo. La stessa cosa accade con le correnti all'interno della particella: le loro traiettorie cambiano, si "appiattiscono" durante il movimento. Questo è l'unico modo per mantenere l'equilibrio delle forze all'interno della particella. Ma se le correnti cambiano la loro curvatura, e la curvatura delle correnti è la ragione dell'apparizione del campo elettrico della particella, allora, di conseguenza, il campo elettrico della particella deve inevitabilmente cambiare. Quindi va bene fatto noto, denominata "distorsione di campo relativistica"! Così abbiamo scoperto l'"effetto relativistico" chiave: la distorsione della forma delle particelle (chiamata "contrazione relativistica della lunghezza") e l'inevitabile distorsione del campo elettrico all'esterno della particella (chiamata "distorsione relativistica del campo") ad essa associata. Ciò significa che Lorentz aveva ragione nel vedere la "contrazione di Lorentz delle lunghezze" alla base dei fenomeni relativistici, pur non avendo idea della struttura delle particelle elementari. Ma poiché la stessa particella elementare si è "appiattita", poiché anche il suo campo si è "appiattito", significa che anche tutti i sistemi di particelle si "appiattiranno", poiché sono sostenuti da forze elettriche. Appiattire gli stessi atomi, molecole e oggetti macroscopici. Quindi, in un certo senso, possiamo dire che nella direzione del movimento "tutte le lunghezze saranno ridotte". Questo sarebbe visto da un osservatore immobile, se possedesse la magica "visione istantanea". Ma l'osservatore materiale, muovendosi insieme agli oggetti di studio, si "rimpiccioliva". Tutti i suoi standard di lunghezza si sono ridotti e, quindi, non si accorgerà di nulla. Per lui, un bastone lungo un metro rimarrà lungo un metro, poiché la lunghezza è solo un numero che mostra quante volte un certo standard di lunghezza materiale si adatta a un bastone. E si è ridotto esattamente come il bastoncino stesso. Ecco la famosa formula per la contrazione della lunghezza di Lorentz:

Meraviglioso! Quindi, il fenomeno relativistico chiave, a quanto pare, è proprio l'effetto della "contrazione della lunghezza". E la ragione di ciò è la finitezza della velocità di propagazione dei disturbi elettromagnetici nel mezzo dielettrico mondiale. Ecco perché il postulato astratto di Einstein sulla costanza della velocità della luce in qualsiasi quadro di riferimento, di per sé inspiegabile, ha portato alla creazione di una teoria completamente funzionante (cioè che dà coincidenza con l'esperienza) di SRT. E il punto non è nei "sistemi di riferimento" speculativi, ma nei meccanismi fisici reali dei fenomeni all'interno dei più piccoli "mattoni" della materia: le particelle elementari. Se è così, allora la "crescita di massa relativistica" e la "dilatazione del tempo relativistica" dovrebbero derivare direttamente dalla contrazione delle lunghezze. Quindi cosa ci impedisce di verificarlo?

Abbiamo rivelato il meccanismo fisico del fenomeno dell'inerzia, della gravitazione e, di conseguenza, l'essenza fisica della massa. L'inerzia è il risultato dell'autoinduzione delle cariche elementari durante la loro accelerazione nell'ambiente mondiale. Il risultato dell'interazione elettrodinamica di una particella e di un mezzo durante la loro reciproca accelerazione. La gravità è lo stesso fenomeno di inerzia, ma non è più causato dal moto del corpo di prova rispetto al mezzo, ma dal moto accelerato del mezzo stesso, causato dalla sorgente di gravità. Prendiamo la formula della massa elettrodinamica:

Ora sostituiamo invece del raggio della particella r 0 (la "lunghezza" della particella) il suo raggio ridotto di Lorentz e prendi:

Vediamo che la "crescita di massa relativistica" completamente condizionato"contrazione della lunghezza relativistica". Un lettore attento dirà: ma questa è solo una massa trasversale, ma per quanto riguarda quella longitudinale? E non c'è massa "longitudinale"! Il fatto è che quando una particella viene accelerata in un acceleratore lineare, non si verifica un fenomeno (un aumento di massa), ma due tanto quanto un aumento di massa e una "distorsione relativistica del campo". Il campo di accelerazione dell'acceleratore si indebolisce dal punto di vista della particella. E viceversa, il campo della particella stessa (e, quindi, la sua "carica") si indebolisce dal punto di vista dell'acceleratore. Inoltre, si indebolisce di un fattore gamma quadrato. Come fa un acceleratore ad accelerare una particella? Esatto, il campo. E perché la "aggancia"? Per la "carica", i.e. per il proprio campo. Qualunque di essi si indebolisca di un tempo quadrato gamma, il risultato sarà lo stesso: diminuirà di un tempo quadrato gamma la forza della loro interazione. Di conseguenza, l'inerzia della particella (massa) aumenta di un fattore gamma e la forza di interazione tra la particella e l'acceleratore si indebolisce di un fattore gamma quadrato. Quante volte diminuirà accelerazione una tale particella in un tale acceleratore (lineare)? (a=F/m) Esatto, il cubo gamma volte. Questo è ciò che si osserva nell'esperimento. A merito degli scienziati moderni, va notato che loro stessi sospettavano ciò che abbiamo appena scoperto e hanno smesso da tempo di usare i termini massa "longitudinale" e "trasversale". Bene grazie a Dio!

Resta da affrontare il "tempo". Oh, questo tempo maledetto, l'eterno enigma che tormenta l'umanità! Tante opere, tante teorie, tante dispute e conversazioni attorno a questo concetto... E nel frattempo, questa è solo un'idea umana. Non è un oggetto fisico, non alcuni sostanza materiale, non può essere messo sul tavolo e sottoposto a un esperimento. È i-de-i! È nella testa delle persone e da nessun'altra parte. Questa è solo l'abitudine di confrontare un processo con un altro, più regolare, che chiamiamo "ore". Pensiamo per un momento, il concetto di "tempo" ha qualche significato per una vera particella elementare stabile, ad esempio un elettrone? Sì, nessuno! E perché? Sì, perché vive per sempre, a differenza di noi. Anche l'intera vita dell'Universo (secondo la teoria del Big Bang) per lui è un momento insignificante, un episodio indescrivibilmente breve della sua eterna esistenza. Perché? Perché è eterno? Sì, perché dentro di lui non cambia nulla! Qualunque cosa facciamo con un elettrone, al suo interno non accade nulla che possa essere visto dal suo stesso sistema. E quando nulla cambia, quando non accade nulla, il concetto di "tempo" perde completamente di significato. Il tempo è solo per i mortali. Come, tuttavia, e "spazio". Perché lo spazio è solo la reciproca disposizione degli oggetti. Oh, oh posizione relativa si può giudicare solo quando succede qualcosa, almeno qualcosa cambia. Quando possiamo spostare gli oggetti abbinandoli. E se non possiamo cambiare nulla (non possiamo nemmeno inviare un raggio di luce), allora lo "spazio" perde il suo significato. Qualunque cosa facciamo con un elettrone, dentro di esso con il suo proprio punto della visione, non cambieranno né i processi né la disposizione reciproca degli "oggetti". Per lui esiste solo l'eterno e onnipresente "qui e ora". Tuttavia, per noi, il tempo ha un senso e vogliamo capire come "rallenta" nei sistemi in movimento? La parola chiave qui è "sistema". Come mai? Perché sebbene le stesse particelle elementari siano eterne, i sistemi composti da esse non esistono più. Ad esempio, un atomo. L'idrogeno più semplice è un protone e un elettrone. Un elettrone può trovarsi in diverse "orbite", in diversi stati. E non per sempre, perché assorbimento o emissione radiazioni elettromagnetiche cambia il suo stato. E un tale cambiamento è evidente non solo a noi, osservatori mortali dall'esterno dell'atomo, ma anche "dall'interno" dell'atomo. Quelli. l'atomo o la struttura simile all'atomo (come lo sono tutte le "particelle" complesse e instabili) è già in relazione con il tempo. Bene. Occupiamoci dell'atomo, leggiamo, affrontiamo il "tempo" al livello più basso della materia, in cui questo concetto ha ancora senso. Cos'è il "tempo atomico"? O quante volte dicono "orologio atomico"? Questi sono precisamente gli intervalli di tempo che registriamo tra diversi stati dell'atomo, ad esempio lo stato fondamentale e lo stato eccitato. E come si definisce? Molto tempo fa, anche sul modello di Bohr dell'atomo, è stato stabilito che tutti i tempi atomici sono legati alla cosiddetta "costante di Rydberg".

Vediamo che se la massa dell'elettrone m aumenta di un fattore gamma (ad esempio, quando un atomo si muove), allora aumenterà anche la costante di Rydberg per tale atomo. E la costante di Rydberg è il reciproco della lunghezza d'onda emessa da un atomo durante le transizioni di energia dall'ennesimo livello all'ennesimo:

Allo stesso tempo, il periodo dell'onda emessa è correlato alla lunghezza d'onda come:

Ed infine, esprimendo il periodo T in termini della costante di Rydberg, abbiamo:

E poiché il "tempo" può essere espresso (ed è così che viene fatto nella pratica moderna) attraverso il numero di periodi T della radiazione atomica (standard di cesio, ecc.), vediamo che quando un atomo si muove, qualsiasi intervallo di tempo si riduce a causa dell'aumento relativistico della massa, che costituisce N periodi di tale radiazione, poiché si riduce lo stesso periodo T. Si scopre che l'intervallo di tempo misurato da un atomo in movimento (il moderno "orologio" atomico) sarà inferiore a quello misurato da un atomo fermo orologio. Se alcuni orologi mostrano cronicamente meno tempo di altri, quale funziona più lentamente? Certo, quelli che mostrano meno tempo. Quelli. questo orologio sta correndo lentamente. Questo è ciò che viene chiamato "dilatazione del tempo relativistica". Anche se il concetto (e il tempo è solo un concetto umano) non può "rallentare". Resta da concludere che non è il concetto di "tempo" che rallenta nei sistemi atomici in movimento, ma la velocità dei processi interni, una sorta di "ruote dell'orologio atomico" che semplicemente si muovono più lentamente.

Ora guarda, le lunghezze L sono diminuite di un fattore gamma, ma anche l'orologio T è rallentato di un fattore gamma. Se proviamo a misurare la velocità della luce con = L / T, allora è per noi Non cambierà! Ecco perché il postulato astratto dell'invarianza della velocità della luce in qualsiasi quadro di riferimento è stato così noiosamente confermato da esperimenti per più di 100 anni. Perché corrisponde alla realtà, anche se non spiega nulla. Soprattutto nell'universo SRT "vuoto". Ma nel nostro Universo dielettrico, che consiste nell'ambiente mondiale, tutto è naturale e comprensibile: in ogni ambiente esiste una velocità specifica di propagazione dei disturbi elettromagnetici, e per l'etere è uguale alla velocità della luce c. E poiché tutto è etere, incluso e le particelle elementari stesse, le onde elettromagnetiche e i "campi", allora tutta la materia di questo mondo è soggetta alla stessa condizione: la costanza della velocità di propagazione delle perturbazioni. Di conseguenza, tutti i "fenomeni relativistici" si basano su questa velocità e possono essere espressi attraverso di essa. Ma lo stiamo facendo non per mezzo del genio, ma speculativo congetture, e costantemente rivelatore meccanismi dei fenomeni fisici.

Quindi, parliamo della catena dei fenomeni relativistici di base nella loro interconnessione:

A causa della costanza della velocità di propagazione delle perturbazioni nell'etere e della struttura delle particelle, sono costrette a cambiare forma durante il movimento (restringersi nella direzione del movimento), ciò provoca una distorsione del loro campo elettrico e, come di conseguenza, una corrispondente riduzione delle dimensioni di qualsiasi oggetto materiale, ciò porta automaticamente ad un aumento dell'inerzia (massa) sia delle particelle stesse che di tutti gli oggetti materiali, che a sua volta porta a un rallentamento della velocità dei processi interni in tutti sistemi compositi, a partire da atomi e particelle composite simili ad atomi. Il risultato è l'impossibilità (dall'interno del sistema in movimento) di rilevare un cambiamento di dimensioni o un cambiamento di tempo. Pertanto, qualsiasi misurazione della velocità della luce all'interno di sistemi chiusi darà sempre lo stesso numero, pari alla velocità della luce nell'etere libero. Questo suggerisce molto chiaramente che nell'Universo non c'è nient'altro che un etere perturbato che si muove diversamente. Noi, persone, individuiamo solo una ristretta cerchia di perturbazioni e dei loro movimenti, che oggi siamo in grado di determinare in qualche modo e chiamarli onde, campi, particelle, atomi, ecc.

I.7.4 EFFETTI RELATIVISTICI

Gli effetti relativistici più comuni includono la contrazione della lunghezza e la dilatazione del tempo. Questa è una delle conseguenze più importanti che segue dalla trasformazione di Lorentz.

MA. Riduzione della lunghezza

Le dimensioni lineari dei corpi in un sistema di riferimento mobile sono ridotte. Ciò riduce le dimensioni longitudinali del corpo (misurate lungo la direzione del movimento). Le dimensioni trasversali del corpo non dipendono dalla velocità del suo movimento e sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Questa riduzione delle dimensioni è chiamata Contrazione di Lorentz .

Far muovere l'asta insieme al sistema di riferimento relativo al sistema come mostrato in Figura 44. La lunghezza dell'asta misurata nel sistema è pari a .

Viene chiamata la lunghezza del corpo nel sistema di riferimento in cui si trova (). propria lunghezza . Per determinare la lunghezza () di un'asta mobile nel sistema, è necessario trovare contemporaneamente le coordinate di entrambi i punti sia dell'estremità che dell'inizio dell'asta utilizzando l'orologio nel sistema: .

Dalle trasformazioni di Lorentz risulta che

, o

. (I.163)

La lunghezza del corpo dipende dalla velocità del suo movimento. La lunghezza del corpo è la sua massima lunghezza. Dimensione lineare un corpo che si muove rispetto a un sistema di riferimento inerziale diminuisce nella direzione del moto in una volta ( Contrazione della lunghezza di Lorentz).

La contrazione della lunghezza di Lorentz è un effetto cinematico della teoria della relatività ristretta e non è associata all'azione di alcuna forza che “comprime” l'asta lungo la sua lunghezza.

In pieno accordo con il principio di relatività, l'effetto della riduzione della lunghezza dell'asta è reciproco: se la stessa asta è ferma nel sistema di riferimento , allora la sua lunghezza in questo sistema di riferimento è , e nel sistema la lunghezza sarà inferiore secondo la formula di cui sopra.

Come si può vedere dalla formula (I.163), l'effetto della contrazione della lunghezza dipende dalla velocità relativa dei quadri di riferimento e diventa particolarmente evidente per velocità paragonabili alla velocità della luce. In , . La dipendenza della contrazione di Lorentz dalla velocità è mostrata in Figura 45.

Dalla contrazione di Lorentz risulta che nessun corpo può muoversi nello spazio con una velocità di . Altrimenti, ciò significherebbe che la lunghezza del corpo è un valore immaginario o svanisce.

A. Rallentamento del tempo

Passiamo ora alla seconda misurazione principale: la misurazione dell'orologio.

Se due eventi nel sistema non si verificano nello stesso punto allo stesso tempo, ma sono separati da un intervallo di tempo (questo intervallo di tempo è chiamato il proprio tempo), quindi l'intervallo nel sistema degli stessi eventi nel sistema secondo (I.161) sarà determinato dalla formula

(I.164)

Di conseguenza, perché otteniamo

(I.165)

Se un quadro di riferimento si muove rispetto all'altro, l'intervallo di tempo tra due eventi nel quadro di riferimento "in movimento" è maggiore che nel quadro "stazionario" ( paradosso dell'orologio ).

L'intervallo di tempo tra due eventi dipende dal quadro di riferimento, ad es. è relativo.

Poiché a qualsiasi velocità diversa da zero, allora il proprio tempo inferiore all'intervallo di tempo tra gli stessi eventi misurato in qualsiasi altro quadro di riferimento. Questo effetto è chiamato rallentamento relativistico o "allungamento" del tempo. La dilatazione del tempo è una conseguenza dell'invarianza della velocità della luce.

L'effetto della dilatazione del tempo è associato al cosiddetto paradosso dei gemelli. Il paradosso dei gemelli è un esperimento mentale con due gemelli che si muovono l'uno rispetto all'altro. Secondo l'effetto della dilatazione relativistica del tempo, ciascuno dei gemelli crede (e ciò è confermato dalle sue osservazioni) che l'orologio dell'altro gemello sia più lento del suo orologio. Se uno dei gemelli vola via e poi ritorna, quale dei due sarà più giovane?

Secondo la teoria della relatività ristretta, colui che è volato via ed è tornato sarà più giovane. Nasce un paradosso: "Perché, se tutti vedessero che il tempo rallenta per l'altro, è quello che è volato via che diventa più giovane?"

Proviamo a dare la spiegazione più semplice di questo paradosso.

Il gemello che tornava doveva inevitabilmente cambiare velocità. Pertanto, il suo sistema di riferimento non è inerziale (deve muoversi con accelerazione). E secondo SRT, solo i sistemi inerziali sono uguali. Pertanto, non sorprende che i sistemi risultino asimmetrici.

Sebbene questa situazione sia insolita, non vi è alcuna contraddizione interna e numerosi esperimenti sulla dilatazione del tempo relativistica confermano la teoria della relatività e danno motivo di affermare che sarà effettivamente così.

A causa della dilatazione del tempo e della contrazione della lunghezza, anche la velocità in un sistema inerziale che si muove rispetto a questo sistema cambia in grandezza e direzione.

DA. Legge relativistica dell'addizione delle velocità

Un'altra importante conseguenza delle trasformazioni di Lorentz è il cambiamento del teorema di addizione della velocità rispetto alla meccanica classica

Ci sono due modi per aggiungere le velocità, a seconda del sistema di riferimento in cui queste velocità sono definite.

io modo. regola del parallelogramma.

Lascia che il corpo si muova da un punto all'altro del vettore nel tempo (per definizione velocità media organi). Quindi, per lo stesso tempo, il corpo si sposta da un punto all'altro del vettore . Secondo la regola del parallelogramma per gli offset , dove (Fig.46). Sostituiamo , e con i loro valori, allora sarà possibile scrivere la seguente espressione . Da qui otteniamo un parallelogramma di velocità

, (I.166)

che non è in alcun modo connesso con il principio di relatività, poiché tutto il ragionamento è stato svolto nello stesso sistema di riferimento, dove e sono misurati. L'equazione (I.166) è la scomposizione di un vettore in componenti.

II metodo. La regola di Einstein.

Una situazione completamente diversa si verifica quando è necessario ricalcolare le velocità da un sistema di riferimento a un altro.

La legge di addizione delle velocità nella meccanica di Newton contraddice i postulati di SRT ed è sostituita in SRT da una nuova legge relativistica di addizione di velocità. relativistico chiamato legge di addizione delle velocità, che deriva dalle trasformazioni di Lorentz. Questa legge soddisfa i postulati di SRT e la natura limitante della velocità della luce nel vuoto.

Se un punto materiale o un corpo si muove lungo gli assi e in frame inerziali e ha velocità in questi frame uguali a e , rispettivamente, allora

fenomeni osservati a velocità dei corpi (particelle) paragonabili alla velocità della luce. Questi includono: contrazione di Lorentz-Fitzgerald, dilatazione del tempo relativistica, aumento della massa di un corpo con aumento della sua energia, ecc., considerati in particolare la teoria della relatività (ristretta) (Vedi Teoria della relatività). Chiamati anche relativistici sono gli effetti della teoria generale della relatività (la teoria relativistica della gravitazione), ad esempio, l'effetto del tempo che rallenta in un forte campo gravitazionale (vedi Gravitazione).

"Effetti relativistici" nei libri

Effetti cinematografici