Prostor i vrijeme u klasicnoj fizici
Isak Njutn (Isac Newton, 1642 -
1727) je bazirao njegovu 'Principia' na zabiljeskama o jednom 'Absolutnom
prostoru' i jednom 'Absolutnom vremenu'. Absolutni prostor i vrijeme postoje nezavisno od materije. Ovo shvatanje je mnogo napadano od
Lajbnica (Leibnitz) koji je propagirao da prostor i vrijeme nisu nezavisni, vec su izvedeni iz veze medju tijelima i procesima. Ulazilo se u argumentiranje za i protiv tvrdjenja ove postavke. Taj problem jesu ili nisu prostor i vrijeme absolutni pa onda racionalni, izronjavao je stalno u historiji razvoja fizike i do dana danasnjeg nije rijeseno. Na red ce doci inercijalni-sistem i principi relativiteta od Galileja; kanta od Njutna i principi od
Marca (Marcha); teorija od Maksvela (Maxwella) i elektromagnetni eter; eksperiment od
Mihelson-Morleja (Michelson-Morleya) i kontrakcija od
Lorenc-Ficdzeralda (Lorentz-Fitzgeralda).
Pojmovi kojima se susrecemo
Relativno
(lat. relative) odnosno,
srazmjerno.
Relativan
Relativan ili odnosan, koji se odnosi na sto ili prema cemu, koji se tice cega, koji je u vezi sa necim, koji vazi samo pod izvjesnim
uslovima.
Relativan (gramaticki)
Relativan, srazmjeran;
gramaticki: relativna zamjenica odnosna zamjenica; relativna ili odnosna recenica; ona koja se odnosi na koju rijec glavne recenice, pa tumaci subjekt, objekt, atribut i dr. glavne recenice, napr.: Neka dodje onaj koji mu je
porucio, ili: Neka istupi onaj koji ga gurnuo.
Relativna visina
Za razliku od apsolutne ili
nadmorske visine, relativna visina je odstojanje od neke tacke na
zamisljenoj povrsini paralelno sa morskom povrsinom, nap. visina jednog
brijega od neke tacke u njegovu podnozju do vrha.
Relativna vrijednost
Vrijednost koja zavisi od raznih okolnosti, te, prema tome, moze biti veoma razlicita, srazmjerna vrijednost; relativni pojmovi log. pojmovi koji postaju tek iz poredjenja jednog predmeta s nekim drugim; supr.
apsolutan.
Relativitet
(na latinskom relativitas) odnosnost, uslovljenost, srazmjernost.
Teorija relativiteta
Teorija ili nacin ucenja u novijoj fizici, koje je osnovao Albert Ajnstajn (1879-1955), po kojem su prostorne i vremenske velicine samo relativne velicine, te se
one ne mogu ni odredjivati nezavisno jedne od drugih.
Specijalna teorija relativiteta:
Svaki opci prirodni zakon koji vazi u odnosu prema koordinatnom sistemu
K mora takodjer nepromijenjeno vaziti u odnosu prema koordinatnom sistemu
K1 koji se u odnosu prema K krece jednako (uniformno) translatorno.
Ova teorija pociva dalje na nacelu da svjetlost u vakumu ima uvijek odredjenu brzinu
prostiranja.
Translatoran (lat. translatorius)
Pomjeren, pomjeranje, pomjeran,
pojam pri kojem se svaka tacka krece; pomjereno kretanje, kretanje jednog tijela kod koga sve njegove tacke opisuju paralelne, podjednake, istoupravljene
puteve.
Uniforman (lat. uniformis)
jednolik, istovjetan, jednoobrazan,
jednorodan; jedinstven, novog oblika, fizicki: uniformno kretanje jednako kretanje, kretanje cija se brzina ne mijenja;
suprotno od multiforman.
Opca teorija relativiteta:
Fizicki zakoni nezavisni su od stanja kretanja koordinatnog sistema; istovremenost zbivanja u prirodi odredljiva je jedino mjerenjem koje je skopcano sa
kretanjem.
Relativizam
(lat. relativus)
filozofski pravac koji smatra da je svako saznanje samo relativno, tj. uslovljeno i zavisno od odnosa u kome se nalazi onaj koji saznaje prema predmetu saznanja, i od stanovista koje on uzima s obzirom na svoju psihofizicku
organizaciju.
Eticki relativizam
Shvatanje
po kome su "dobro" i "zlo" relativni.
Teorija relativiteta
Princip relativiteta:
"Imagination is more important than
knowledge"
Prostor, vrijeme i relativitet:
od Euclidesa do Einsteina
Moderna fizika pociva na dva stupca, kvantummehanika i teorija relativiteta. Obadvije su razvijene na pocetku dvadesetog vijeka. Dok se kvantumske pojave prikazuju u svijetu vrlo male, relativisticke pojave
se prikazuju kod velikih masa i vrlo velikih brzina.
Specijalna i opca teorija relativiteta su napravile preokret u nasem razmisljanju o prostoru i vremenu, dva osnovna pojma fizike.
- Specijalna teorija relativiteta uci nas da prostor i vrijeme nisu striktno odvojeni pojmovi i da vrijeme nije nesto apsolutno.
- Opca teorija relativiteta govori da prostor-vrijeme i materija uticu jedno na drugo.
Sve ove predpostavke oznacavaju radikalni prelom sa vizijom klasicne fizike na prostor i vrijeme i imaju dalekosezne konsekvence, kao sto su ekvivalencija mase i energije. Cudne i protiv nase intuicije nazvane predpostavke specijalne teorije relativiteta na mnogo nacina su dokazane. Opcu teoriju relativiteta mnogo je teze testirati tj. potvrditi, ali nase danasnje poznavanje kosmosa ukazuje na to da su i ove teorije korektne.
Da bi sve podrobno objasnili trebalo bi krenuti od grckog ucitelja geometrije
Euklidesa sve do oca teorije relativiteta Einsteina.
Svi prirodni zakoni isti su u svim referentnim sistemima koji u medjusobnom pogledu posjeduju konstantnu brzinu.
Fuzija prostora i
vremena
Specijalna teorija relativiteta
Fuzija prostora i vremena: specijalnu teoriju relativiteta Einstein je publicirao 1905 godine pionirski artikal gdje je izlozio probleme sa elektromagnetizmom u eteru i na jedan radikalan novi nacin sa jednom analizom rijesio nacin po kojem ce se pojmovi prostor i vrijeme u fizici upotrebljavati. On je dosao do konkluzije da njegovu
hipotezu da je vrijeme apsolutno, mora je odbaciti, isto tako kao i ideju da su prostor i vrijeme striktno podijeljeni pojmovi. Ovo je vodilo ka novom fundamentu u fizici i do neocekivanih posljedica sa velikim konsekvencama, kao paradoks blizanaca i ekvivalencije mase i energije
(E=mc2). Ova takozvana specijalna teorija relativiteta moze biti zalivena, blijedo u formi, sa novom geometrijom prostor-vrijeme, geometrija od Minkovskog 1908. Ovim je postavljen vrlo vazan korak na putu koji ce Einsteina konacno odvesti do njegove opce teorije relativiteta 1915 godine i Nobelove nagrade.
Masa-Energija
Energija je jednaka masi puta kvadrat brzine svjetla. U formuli:
E=mc2. Najvazniji rezultat iz specijalne teorije relativiteta. Takodjer se moze citati kao
m=E/c2 ili: energija je istovjetna masi.
Relativna masa
Masa koja se mora pripisati pokretnom tijelu. Vrijednost se prikazuje sa
m/(1-v2/c2), pod
m se podrazumijevaju
cestice u mirnom stanju, v njihova brzina, c brzina tijela. Ako je
v manje u odnosu na c (napr. brzine iz svakodnevnog
zivota), onda ce podjela pod znakom korijena biti prakticno 1, cime je relativna masa jednaka mirnoj masi. U tom slucaju vrijedi pravilo klasicne mehanike. Medjutim ako je
v otprilike jednako c. onda se masa uvecava i tada se pristupa primjeni teorije relativiteta.
Cesta su pitanja u kojima ucenici i studenti
opisuju njihove predpostavke o zbrajanju brzina u cilju povecavanja brizine letenja do iznad brzine svjetlosti.
Ali posmatrano sa podrucja teorije relativnosti i nemogucnosti putovanja brzinom vecom od c, mnogi
su te pretpostavke odbacili. Medjutim, ako se prisjetimo cinjenice da se nekad nesto slicno tvrdilo kad su u pitanju zemaljske letilice, avioni.
Sam Njutn je tvrdio da je nemoguce letiti, posto je ta tvrdnja dolazila od
autoriteta kakav je bio Njutn i drugi su to prihvatili. Zbog toga se dugo nije
nista eksperimentiralo u tom pravcu. Naime mnogi su takodjer tvrdili da je nemoguce
letiti tako brzo da bi se probio zvucni zid. Za vrijeme eksperimentisanja prilikom pokusaja probijanja zvucnog zida, ciji je limit 1000 km/sat, mnogi piloti su izgubili zivot, jer tadasnja tehnologija letilica nije odgovarala zahtjevima, velikih brzina. Danas izgleda potpuno normalno da vojne letilice mogu da lete i do tri puta brze.
Optimisticki posmatrano, jednog dana ce mozda nekad neko dozivjeti da se i
ovo dokaze mogucim, mada u ovom nasem vremenu gdje jos kalasnikov odredjuje
ljudsku sudbinu, izgleda glupo o tome cak i misliti.
Kosmos ili svemir (svejedno) ustvari je velika fizicka laboratorija. Mnoge se
stvari samo predpostavljaju, cak je i Einstein mnoge pojmove podredio
predpostavkama, koje se onda naucno dokazuju i pobijaju. Sve dok se neka
hipoteza ne pobije ona se uzima kao vjerovatna.
Sto se tice zbrajanja brzina tu su mnoge polemike o tome. Medjutim jedno je
ispravno, relativisticko zbrajanje, sve dotle dok ga neko ne pobije valjanim
dokazima.
Prvi primjer:
Predpostavimo jedan leteci objekat ili kosmicki brod, koji se u kosmosu, daleko od svih orijentira i fizickih uticaja ostalih kosmickih objekata krece pravolinijski istom brzinom od recimo
W=0,7c u odnosu na Zemlju. Posto se iz kosmickog broda ne moze ustanoviti krece li se on ili ne, jer se bez promjene brzine ne ocitavaju nikakve sile, ljudi bi u njemu mogli pretpostaviti da on stoji i sa njega lansirati manju letilicu brzinom od takoder
V=0.7c. Tada bi se obicnim zbrajanjem u odnosu na Zemlju ili neki drugi objekt ta manja letilica kretala brzinom od 1,4c. Posto je veci kosmicki brod bio lansiran sa Zemlje, a manja letilica u kosmosu sa njega, iz relativistickog zbrajanja brzina i za nju bi u ovom slucaju zbrajanje rezultiralo brzinom mjerenom sa Zemlje.
Posto je relativisticko zbrajanje brzina takvo da bi mjerenje brzine manje letjelice sa Zemlje dalo rezultat
U=0.94 c, a ne 1.4 c. Na osnovu formule: U=(W+V)/(1+W*V), brzina manje letilice bi iznosila: (0.7+0.7)/(1+0.7*0.7) = 0,939597315436241610738255033557047
Drugi primjer:
Isto tako ako bi se veci brod sa Zemlje izbacio u orbitu brzinom od W=0,7 c, a potom sa njega lansirao manji brod istom brzinom od
V=0,9c, rezultat nebi iznosio 1,6 vec po relativistickom zbrajanju brzina U =
0,98c, kao sto je prikazano: (0.7+0.9)/(1+0.7*0.9) = 0,981595092024539877300613496932515
Mjerenje brzina nije samo neka zamisljena teorija bazirana na predpostavkama, zato sto je vec eksperimentalno dokazano na mjerenjem brzine fotona emitiranih od strane piona.
Pioni su specijalne subatomske cestice desetak puta lakše od protona. Premda su sami pioni letili brzinom od 0.99975c, mjerenja su pokazivala da je relativno prema laboratoriju brzina emitiranih fotona svejedno c (mala greška eksperimenta iznosila je samo oko desetinke promila), a ne 1.99975c kao što bi sugeriralo naivno zbrajanje brzina. Ovaj konkretan eksperiment izveden je u CERN-u 1964 god. , ali postoje i brojni drugi eksperimenti koji neposredno potvrdjuju da je naivno zbrajanje brzina pogresno. Teorije bazirane na
hipotezama uzimaju se u obzir sve dotle dok se ne pobiju eksperimentalnim dokazima.
Relativni Doppler efekat
Dopplerov efekt zvuka
Dopplerov
efekt je pojava koju je svako od nas upoznao prilikom prolaska auta: zvuk
motora je visok dok nam auto prilazi, a nizak dok se auto udaljava od nas.
To je posljedica zbijanja valnih frontova valova zvuka ispred, i njihovog širenja
iza izvora zvuka. Veci efekat se osjeca kod prelijetanja mlaznog aviona
iznad nas.

Dopplerov efekt svjetla
Dopplerov efekt svjetla u sustini je analogno poznatom zvučnom Dopplerovom
efektu, izvori svjetlosti pokazuju također taj efekt: svjetlost galaksije
koja se primiče pomaknuta je prema višim frekvencijama (prema plavom
dijelu spektra), a svjetlost galaksije koja se udaljava prema nižim
frekvencijama (crvenom dijelu spektra). E. Hubble je, opazivši da spektar
većine galaksija koje pokazuju crveno pomicanje, otkrio širenje svemira.


Vremenski interval "t" od naspram nas
udaljavajuci se brzinom "v" udaljeni sat ce od nas biti posmatran kao "t".