Оригиналът е на Ethan Siegel и предизвика много коментари и

Оригиналът е на Ethan Siegel и провокира доста мнения и научни разногласия

Даниел Десподов преди 44 секунди 1 Сподели

Най-четени

IT НовиниСветослав Димитров - 14:11 | 01.11.2023

Започва всеобщото разпространяване на вируса Ghostpulse – той се маскира като инсталационен файл на приложение

IT НовиниДаниел Десподов - 15:47 | 02.11.2023

Започват тестванията на напълно необикновена вятърна турбина с подсилен КПД

IT НовиниДаниел Десподов - 16:06 | 01.11.2023

В най-големия термоядрен реактор в света бе запалена първата плазма

Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/Новинар. Увличам се от модерни технологии, осведомителна сигурност, спорт, просвета и изкуствен интелект.

Концепцията за „ релативистка маса “ съществува съвсем толкоз дълго, колкото и теорията на относителността. Но дали това е рационален метод за показване на нещата?

Без значение кой сте, къде се намирате или с каква скорост се движите, законите на физиката ще наподобяват по същия метод за вас, както и за всеки различен наблюдаващ във Вселената. Тази идея, че законите на физиката не се трансформират, когато се движите от едно място на друго или от един миг в различен, е известна като принцип на относителността и води началото си не от Айнщайн, а още по-назад във времето: най-малко от времето на Галилей. Ако върху даден обект работи мощ, той се форсира (т.е. трансформира своя импулс), а размера на ускорението директно зависи от силата, настояща върху обекта, разграничена на неговата маса. На езика на математиката това изказване наподобява като известното уравнение на Нютон F = ma: силата е равна на масата, умножена по ускорението.

Но когато бяха открити частиците, движещи се със скорост, близка до тази на светлината, внезапно породи несъгласие. Дали в случай че върху дребна маса работи прекомерно огромна мощ и тя провокира непрестанно ускорение, тогава един солиден обект може да бъде интензивен до скоростта на светлината или даже да я надвиши! Това, несъмнено, е невероятно и точно теорията на относителността на Айнщайн ни даде опция да разгадаем този абсурд. Обикновено той се изяснява посредством концепцията за по този начин наречената „ релативистка маса„, т.е. че с приближаването към скоростта на светлината масата на обекта се усилва, тъй че една и съща мощ провокира по-малко ускоряване, което в последна сметка не разрешава да се доближи скоростта на светлината. Но дали това пояснение на „ релативистката маса “ е вярно? Само частично. Ето и научния отговор на този въпрос.

Във вакуума на космоса цялата светлина, без значение от дължината на вълната и силата, се популяризира с една и съща скорост – скоростта на светлината във вакуум. Когато следим светлина от далечна звезда, ние следим светлина, която към този момент е минала пътя от източника до наблюдаващия

Първото значимо нещо, което би трябвало да осъзнаем, е, че правилото на относителността, без значение от това какъв брой бързо се движите или къде се намирате, остава правилен когато и да е: законите на физиката са в действителност едни и същи за всички, без значение от това къде се намираме и по кое време вършим своите измервания. Това, което Айнщайн е знаел (което нито Нютон, нито Галилей са могли да знаят), е следното: скоростта на светлината във вакуум би трябвало да е безусловно идентична за всички. Това е необикновено изобретение, което опонира на интуитивните ни показа за света.

Представете си, че имате автомобил, който може да се движи със скорост 100 км/ч. Представете си, че имате оръдие, прикрепено към този автомобил, което може да форсира оръдейната топка от покой до безусловно същата скорост: 100 километра в час. Сега си представете, че колата ви се движи и вие стреляте с оръдието, като можете да контролирате накъде да се насочи оръдието.

Ако насочите оръдието в същата посока, в която се движи колата, то ядрото ще развие скорост от 200 км/ч: скоростта на колата плюс скоростта на оръдейното кълбо. Ако насочите оръдието напред и нагоре, до момента в който автомобилът се движи напред, оръдейната топка ще се движи със 141 км/ч: композиция от придвижването напред и нагоре под ъгъл 45°. А в случай че насочите оръдието в противоположна посока, изстрелвайки топката обратно, до момента в който автомобилът се движи напред, топката ще се движи със скорост 0 км/ч: двете скорости се тъкмо се анулират.

Както беше демонстрирано в един от епизодите на „ Ловци на легенди “, снаряд, изстрелян обратно от движещо се напред транспортно средство с тъкмо същата скорост, ще наподобява, че пада право надолу в покой; скоростта на камиона и скоростта на политане от „ оръдието “ в този случай ще се анулират тъкмо

Това е, което нормално следим, и то дава отговор на нашите упования. И това също е пробно правилно, най-малко за нерелативисткия свят. Но в случай че сменяем револвера с фенерче, историята ще бъде напълно друга. Бихме могли да вземем автомобил, трен, аероплан или ракета, движещи се с всякаква скорост, и да осветим с фенерчето от тях във всяка една посока.

Фенерчето ще излъчва фотони със скоростта на светлината, или 299 792 458 м/с, и тези фотони постоянно ще се движат със същата скорост (във вакуум).

Можете да изстрелвате фотони в същата посока, в която се движи автомобилът, и те отново ще се движат със скорост 299 792 458 м/с. Можете да изстреляте фотоните под ъгъл по отношение на посоката на придвижване и макар че това ще промени посоката на фотоните, те въпреки всичко ще се движат със същата скорост: 299 792 458 м/с. Или можете да изстреляте фотони тъкмо против посоката на придвижване и те отново ще се движат със скорост 299 792 458 м/с.

Скоростта, с която се движат фотоните, ще бъде същата, каквато постоянно е била – скоростта на светлината, и то освен от вашата позиция, а и от гледната точка на всеки наблюдаващ. Единствената разлика, която някой ще види според от скоростта, с която се движите вие (излъчвателят) и той (наблюдателят), е дължината на светлинната вълна: по-червена (с по-голяма дължина на вълната), в случай че взаимно се отдалечавате един от различен, и по-синя (с по-малка дължина на вълната), в случай че взаимно се приближавате.

При обект, който се движи със скорост, близка до тази на светлината, и излъчва светлина, предаваната от него светлина ще наподобява изместена според от местоположението на наблюдаващия. Някой отляво ще види, че източникът се отдалечава от него, и затова светлината ще бъде червена; някой отдясно на източника ще види, че тя става синя или се измества към по-високи честоти, когато източникът се движи към него

Айнщайн осъзнава това, когато създава първичната си специфична доктрина на относителността. Той се пробва да си показа по какъв начин би изглеждала светлината, за която знае, че е електромагнитна вълна, за човек, който се движи зад тази вълна със скорост, близка до тази на светлината.

Въпреки че не мислим постоянно за това в тези термини, фактът, че светлината е електромагнитна вълна, значи:

че тази светлинна вълна е притежател на сила, че до момента в който се популяризира в пространството, тя основава електрически и магнитни полета, тези полета трептят във фаза и на 90° едно по отношение на друго, и когато минават около други заредени частици, да вземем за пример електрони, те могат да ги накарат от време на време да се движат, защото заредените частици изпитват сили (и затова ускорения), когато върху тях работят електрически и/или магнитни полета.

Това е открито през 60-те и 70-те години на XIX в. посредством работата на Джеймс Кларк Максуел, чиито уравнения и до през днешния ден са задоволителни за изложение на класическия електромагнетизъм. Използваме тази технология всеки ден: всякога, когато антената „ улавя “ сигнал, това се дължи на заредените частици в антената, които се движат в отговор на електромагнитните талази.

Светлината не е нищо друго с изключение на електромагнитна вълна със синфазно осцилиращи електрически и магнитни полета, перпендикулярни на посоката на разпространяване на светлината. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкоз по-енергичен е фотонът, само че толкоз по-податлив е на промени в скоростта на разпространяване на светлината в съответната среда

И без значение кой сте, къде сте, по кое време сте или с каква скорост пътувате, вие и всички останали постоянно виждате светлината да се движи с една и съща скорост – скоростта на светлината.

Но не всички свойства на светлината са идентични за всички наблюдаващи. Фактът, че следената дължина на вълната на светлината се трансформира според от това по какъв начин се движат източникът и наблюдаващият един по отношение на различен, значи, че и някои други характерности на светлината също би трябвало да се трансформират.

Честотата на светлината би трябвало да се трансформира, тъй като честотата, умножена по дължината на вълната, постоянно е равна на скоростта на светлината, която е константа. Енергията на всеки квант светлина би трябвало да се трансформира, тъй като силата на всеки фотон е равна на константата на Планк (която си е константа), умножена по честотата. И импулсът на всеки квант светлина също би трябвало да се трансформира, защото импулсът (за светлината) е еднакъв на силата, разграничена на скоростта на светлината

Скали с размери, дължини на вълните и температури/енергии, съответстващи на другите елементи на електромагнитния набор. За да се изследват най-малките скали, е належащо да се премине към по-високи сили и по-къси дължини на вълните. Ултравиолетовата светлина е задоволителна, с цел да йонизира атомите, само че с разширението на Вселената светлината систематично се измества към по-ниски температури и по-дълги талази

Светлината може да има голям енергиен диапазон: от гама-лъчи с най-висока сила до рентгенови лъчи, ултравиолетова светлина, забележима светлина (от виолетова до синя, зелена, жълта, оранжева и червена), инфрачервена светлина, микровълнова светлина и най-после радиоизлъчване с най-ниска сила. Колкото по-висока е силата на един фотон, толкоз по-къса е дължината на вълната, по-висока е честотата и по-голям е импулсът; колкото по-ниска е силата на един фотон, толкоз по-голяма е дължината на вълната, по-ниска е честотата и по-малък е импулсът.

Светлината може също по този начин, както демонстрира самият Айнщайн през 1905 година, изследвайки фотоелектричния резултат, да предава сила и подтик на материята, т.е. на солидните частици. Ако единственият закон беше законът на Нютон, както сме привикнали да го възприемаме, където силата е равна на масата, умножена по ускорението (F = ma), светлината щеше да бъде в затруднено състояние. При отсъствието на маса, присъща на фотоните, това уравнение не би имало смисъл. Но самият Нютон не е написал уравнението „ F = ma “, както постоянно допускаме, а изказванието, че „ силата е скоростта на изменение на импулса във времето “ или че използването на мощ провокира „ изменение на импулса “ във времето.

В колайдера протоните прелитат един около различен със скорост 299 792 455 м/с, единствено с 3 м/с по-малка от скоростта на светлината

И по този начин, какво значи да имаш подтик? Въпреки че доста физици имат свои лични избрания, на мен постоянно ми е харесвало следното: „ Това е мярка за количеството на вашето движение„.

И по този начин, какво се случва с импулса на даден обект, когато той се приближи до скоростта на светлината? Именно това се опитваме да разберем, когато приказваме за мощ, подтик, ускоряване и скорост при доближаване към скоростта на светлината. Ако даден обект се движи със скорост 50% от скоростта на светлината и има оръдие, способно да изстреля снаряд със скорост 50% от скоростта на светлината, какво се случва, когато двете скорости са ориентирани в една и съща посока?

Знаете, че скоростта на светлината е недостижима за солиден обект, тъй че наивната концепция, че „ 50% скорост на светлината + 50% скорост на светлината = 100% скорост на светлината “ би трябвало да е неправилна. Но силата, настояща върху оръдейното гюлле, когато е изстреляно от релативистично движеща се насочна система, ще промени импулса му с тъкмо толкоз, колкото и когато е изстреляно от покой. Ако изстрелването на оръдейното гюлле, което се е намирало в положение на покой, трансформира неговия подтик с избрана стойност, вследствие на което то придобива скорост, равна на 50% от скоростта на светлината, то изстрелването по него от състояние, в което то към този момент се движи със скорост 50% от скоростта на светлината, би трябвало да промени неговия подтик със същата стойност. Защо тогава скоростта му да не е равна на 100 % от скоростта на светлината?

Моделиране на релативистично пътешестване до съзвездието Орион с разнообразни скорости. С приближаването към скоростта на светлината пространството освен се изкривява, само че и дистанцията до звездите се съкратява, а времето за пътешестване става по-кратко. За основаването на илюстрациите на съзвездието Орион беше употребен StarStrider, релативисткият 3D планетариум на FMJ-Software. Не е належащо да нарушавате скоростта на светлината, с цел да изминете над 1000 светлинни години за по-малко от 1000 години – само че това е единствено от вашата позиция

Разбирането на отговора е ключът към разбирането на теорията на относителността: целият смисъл е, че „ класическата “ формула за импулса – импулсът е еднакъв на масата, умножена по скоростта – е единствено нерелативистично приближение. В реалност би трябвало да се употребява формулата за релативисткия подтик, която е малко по-различна и включва коефициент, който физиците отбелязват (γ) – коефициентът на Лоренц, който се усилва толкоз повече, колкото повече се доближаваме до скоростта на светлината. За бързо движеща се парченце импулсът не е просто маса, умножена по скоростта, а маса, умножена по скоростта, умножена по гама.

Когато към имобилен обект се приложи същата мощ като към движещ се обект, даже релативистки, неговият подтик ще се промени с една и съща стойност, само че целият този подтик няма да отиде за увеличение на скоростта, а част от него ще отиде за увеличение на гамата – коефициента на Лоренц. В предходния образец ракета, която се движи със скорост 50% от скоростта на светлината и изстрелва оръдейна топка със скорост 50% от скоростта на светлината, ще накара оръдейната топка да лети със скорост 80% от скоростта на светлината, а коефициентът на Лоренц ще бъде 1,6667. Идеята за „ релативистка маса “ е доста остаряла и е разпространявана от Артър Едингтън, астрономът, чиято експедиция през 1919 година за наблюдаване на слънчево затъмнение удостоверява общата доктрина на относителността на Айнщайн.

Забавянето на времето (вляво) и скъсяването на дължината (вдясно) демонстрират, че времето тече по-бавно, а дистанциите стават по-малки, колкото повече се приближаваме към скоростта на светлината. С приближаването към скоростта на светлината часовникът се забавя от ден на ден и повече, а дистанциите се свиват до безпределно дребни стойности

За разлика от фотоните, когато обект с някаква маса стартира да се движи със скорост примерно 0.9999999999с, то е допустимо за малко време да бъдат преодолени огромни дистанции, само че за неподвижния наблюдаващ, който се намира да вземем за пример на Земята, ще изминат хиляди години.

Изкушаващо, само че в последна сметка неправилно е да се упреква за несъответствието сред класическия и релативисткия свят концепцията за релативистката смяна на масата. За солидни частици, движещи се със скорост, близка до скоростта на светлината, тази идея към момента може да се приложи, с цел да се разбере за какво обектите могат да се приближат до скоростта на светлината, само че не и да я доближат, само че тя се разпада незабавно щом бъдат включени частици без маса, каквито са фотоните.

Далеч по-добре е да разберем законите на относителността такива, каквито са в реалност, в сравнение с да се опитваме да ги вкараме в една по-интуитивна рамка, чието приложение е фундаментално лимитирано. Както и при квантовата физика, до момента в който не преведете задоволително време в света на относителността, с цел да придобиете интуитивна визия за това по какъв начин работят нещата, прекомерно опростената прилика ще ви помогне единствено по един метод. Когато достигнете нейните граници, ще съжалявате, че не сте я изучили вярно и изчерпателно още първия път.