특수 상대성 이론
아인슈타인의 두 번째 가설
아인슈타인의 두 번째 가설-시간과 공간
감마
우주 법 집행자의 모험
우주 법 집행자의 모험-미묘한 시간
질량 및 에너지 속도 한계
일반 상대성 이론의 기본 개념
아인슈타인의 세 번째 가설
아인슈타인의 네 번째 가설
우주기하학
아인슈타인의 첫 번째 가설은
모든 특수 상대성 이론은 주로 아인슈타인의 우주 본질에 대한 두 가지 가정에 기반을 두고 있다.
첫 번째는 이렇게 진술할 수 있습니다.
모든 관성계의 물리 법칙은 모두 같다.
여기서 유일하게 이해하기 어려운 것은 이른바 관성 참조 시스템이다. 몇 가지 예를 통해 이 점을 명확하게 설명할 수 있습니다.
당신이 비행기에 있다고 가정해 봅시다. 비행기는 시속 수백 마일의 일정한 속도로 수평으로 비행하여 어떠한 흔들림도 없다. 한 사람이 오두막에서 다가와서 말했다. "땅콩 한 봉지를 던져 주시겠습니까?" " 너는 땅콩 주머니를 잡았지만 갑자기 멈춰서 생각했다. "나는 시속 수백 마일의 비행기에 앉아 있다. 내가 얼마나 힘을 써서 이 땅콩 봉지를 그 사람에게 던져야 합니까? "
아니, 너는 전혀 생각할 필요가 없다. 공항에서와 같은 동작 (그리고 힘) 으로 던지기만 하면 됩니다. 땅콩의 운동은 비행기가 바닥에 멈추는 것과 같다.
봐라, 만약 비행기가 일정한 속도로 직선으로 비행한다면, 물체의 움직임을 제어하는 자연 법칙은 비행기가 정지될 때와 같다. 우리는 비행기 내부를 관성 참조 시스템이라고 부른다. 관성이라는 단어는 처음에 뉴턴의 제 1 운동 법칙을 가리킨다. 관성은 각 물체가 외부 힘이 없을 때 정지 또는 일정한 속도의 직선 동작을 유지하는 고유 속성입니다. 관성 참조 프레임은 이 법칙이 성립한 일련의 참조 시스템이다.
또 다른 예를 들어보죠. 지구 자체를 살펴봅시다. 지구의 둘레는 약 40,000 킬로미터이다. 지구는 24 시간마다 한 주씩 자전하기 때문에 지구 적도의 한 점은 실제로 시속1600km 의 속도로 동쪽으로 이동한다. 하지만 스티브 영이 제리 라이스에게 (둘 다 축구 선수) 라고 말하고 있다고 내기합니다. 내가 공을 바닥에 패스할 때 나는 결코 걱정하지 않는다. 이는 지구가 거의 일정한 속도의 직선 운동을 하고 있기 때문에 지구 표면은 거의 관성 참조 시스템이기 때문이다. 그래서 그 운동은 다른 물체에 미치는 영향이 매우 적고, 모든 물체는 지구가 정지된 것처럼 행동한다.
사실, 우리가 지구가 돌고 있다는 것을 의식하지 않는 한, 어떤 현상은 매우 난해하게 될 것이다. (즉, 지구는 직선 운동을 하는 것이 아니라 지축을 중심으로 큰 원 운동을 하는 것이다.)
예를 들어, 우리가 그것을 고려하지 않는 한 날씨 (변화) 의 여러 측면은 물리 법칙을 완전히 위반하는 것 같다. 또 다른 예를 들어보죠. 장거리 포탄은 관성계에서와 같이 직선으로 움직이지 않고 약간 오른쪽 (북반구) 또는 왼쪽 (남반구) 으로 움직입니다. (야외 공 친구, 이것은 당신의 마찰을 설명하는 데 사용할 수 없습니다. ) 대부분의 연구 목적을 위해 우리는 지구를 관성 참조 시스템으로 볼 수 있다. 그러나 때때로, 그것의 비 관성 성과는 심각 할 것 이다 (나는 더 정확 하 고 싶다).
여기에 최소값이 있습니다: 아인슈타인의 첫 번째 가정은 그러한 시스템의 모든 물리 법칙을 그대로 유지했습니다. 움직이는 평면과 지구 표면의 예는 단지 사람들이 평소에 생각하지 않고 할 수 있는 합리적인 가정이라는 것을 설명하기 위한 것이다. (존 F. 케네디, 생각명언) 아인슈타인이 천재라고 누가 그래?
아인슈타인의 두 번째 가설
19 세기 중반, 전기와 자기에 대한 사람들의 인식은 혁명적인 도약을 이루었는데, 그중에서도 제임스 맥스웰의 업적은 대표였다. 오스터와 암페어가 전기가 자성을 생산한다는 것을 증명할 때까지 전기와 자기는 상관이 없는 것으로 여겨진다. 패러데이와 헨리는 자기 에너지가 전기를 생산할 수 있다는 것을 증명했다. 이제 우리는 전기와 자기와의 관계가 너무 가까워서 물리학자들이 자연력을 열거할 때 전기와 자기는 종종 하나의 것으로 여긴다는 것을 알고 있다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 자기명언)
맥스웰의 업적은 당시 알려진 모든 전자기 지식을 네 개의 방정식에 집중시키는 것이다.
(이 방정식을 이해하는 데 필요한 3 ~ 4 학기 미적분 과정을 거치지 않았다면, 앉아서 몇 분 동안 앉아서 아름다운 경치를 감상하세요. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언) ) 을 참조하십시오
맥스웰 방정식은 우리에게 큰 의미가 있다. 왜냐하면 그것은 알려진 모든 전자기 지식을 묘사할 뿐만 아니라 사람들이 모르는 것을 드러내기 때문이다. 예를 들어, 이러한 방정식을 구성하는 전자기장은 진동파 형식으로 공간에서 전파될 수 있습니다. 맥스웰이 이 이 파동의 속도를 계산했을 때, 그는 그것들이 모두 광속과 같다는 것을 발견했다. 맥스웰 (방정식) 이 빛이 전자파라는 것을 밝히는 것은 우연이 아니다.
우리가 기억해야 할 중요한 점은 빛의 속도가 모든 전자기장을 설명하는 맥스웰 방정식에서 직접 파생되었다는 것입니다.
이제 아인슈타인으로 돌아가 봅시다.
아인슈타인의 첫 번째 가정은 모든 관성 참조 프레임이 동일한 물리 법칙을 가지고 있다는 것입니다. 그의 두 번째 가정은 단순히 이 원리를 전기와 자기로 확장하는 법칙이다. 즉, 맥스웰의 가설이 자연의 법칙이라면, 맥스웰의 가설은 모든 관성계에서 성립되어야 한다는 것이다. 한 가지 추론은 아인슈타인의 두 번째 가정이다. 모든 관성 시스템에서 빛은 같은 속도로 전파된다.
아인슈타인의 첫 번째 가설은 일리가 있는 것처럼 보였고, 그의 두 번째 가설은 첫 번째 가설의 합리성을 이어갔다. 그런데 왜 불합리해 보이나요?
기차에서의 테스트
아인슈타인의 두 번째 가설의 합리성을 설명하기 위해, 아래의 이 기차의 그림을 살펴보자. 기차는100,000,000 미터/초 속도로 달리고 데이브는 기차에 서 있고 노란은 철도 옆 바닥에 서 있다. 데이브는 손에 든 손전등으로 광자를 발사했다.
광자는 데이브에 비해 300,000,000m/s, 데이브는 노란에 비해100,000,000m/s 입니다. 그래서 우리는 놀란과 관련된 광자의 속도가 400,000,000M/S 라는 결론을 내렸습니다.
문제가 발생했다: 이것은 아인슈타인의 두 번째 가설과 일치하지 않는다! 아인슈타인은 놀란 참조 시스템의 광속과 비교했을 때 데이브 참조 시스템의 광속, 즉 초당 300,000,000 미터와 정확히 일치해야 한다고 말했다. 그렇다면 과연 우리의 상식감이 틀렸을까, 아니면 아인슈타인의 가설이 틀렸을까?
음, 많은 과학자들의 실험 (결과) 이 아인슈타인의 가설을 지지하기 때문에, 우리는 아인슈타인이 옳다고 가정하여 상식 상대성 이론의 잘못을 찾아낼 수 있도록 도와준다.
기억나? 속도를 더하는 결정은 매우 간단하다. 1 초 후 광자는 이미 데이브 앞 300,000,000 미터, 데이브는 노란 앞100,000,000 미터로 이동했다. 그들 사이의 거리는 4 억 미터가 아니다. 두 가지 가능성이 있습니다.
1, 300,000,000 미터 데이브와의 거리는 노란에게 300,000,000 미터가 아니다.
데이브의 1 초와 노란의 1 초는 다르다.
이상하게 들릴지 모르지만, 사실 그들 둘 다 옳다.
아인슈타인의 두 번째 가설
시간과 공간
우리는 모순된 결론을 얻었다. 한 참조 시스템에서 다른 참조 시스템으로 속도를 변환하는 데 사용하는 상식 상대성 이론은 모든 관성 시스템에서 빛의 속도에 대한 아인슈타인의 동일한 가정과 충돌합니다. 아인슈타인의 가정은 두 가지 경우에만 정확하다: 두 관성계의 거리가 다르거나 두 관성계의 시간이 다르다.
사실 둘 다 옳다. 첫 번째 효과는 "길이 수축" 이라고 하고, 두 번째 효과는 "시간 팽창" 이라고 합니다.
길이 수축:
길이 수축은 때때로 로렌츠 수축 또는 프리즈제라드 수축이라고 불린다. 아인슈타인 이전에 로렌츠와 프리즈그라드는 수축을 묘사하는 수학 공식을 연구했다. 그러나 아인슈타인은 그 중요성을 깨닫고 그것을 완전한 상대성 이론에 이식했다. 원리는 움직이는 물체가 참조 시스템에서 정지 물체의 길이보다 짧다는 것이다. 이해를 돕기 위해 다음은 그래픽으로 설명됩니다.
위 그림은 참조 프레임에서 눈금자가 정지된 상태를 보여 줍니다. 참조 프레임에서 정지 물체의 길이를 "정확한 길이" 라고 합니다. 사이즈의 정확한 길이는 1 야드입니다. 아래 그림의 자가 이동하고 있다. 좀 더 길고 정확한 표현으로 바꿔 봅시다. 우리는 그 (자) 가 어떤 참조 프레임에 상대적으로 움직이고 있다는 것을 알게 되었습니다. 길이 수축 원리는 이 참조 프레임에서 움직이는 자가 더 짧다는 것을 지적한다.
이런 수축은 환각이 아니다. 자가 우리 곁을 지나갈 때, 어떤 정확한 테스트도 그것이 정지될 때보다 길이가 더 짧다는 것을 보여준다. (존 F. 케네디, 공부명언) 자가 짧아 보이지 않는데, 확실히 짧다! 그러나 동작 방향으로만 수축합니다. 다음 그림에서는 눈금자가 수평으로 이동되므로 가로 방향이 짧아집니다. 너는 이미 두 그림의 수직 방향의 길이가 같다는 것을 알아차렸을 것이다.
시간 확장:
이른바 시간 팽창 효과는 길이 수축과 매우 유사하며 다음과 같습니다.
두 이벤트가 서로 다른 곳에서 발생할 때 하나의 참조 프레임에서 발생하는 시간 간격입니다.
그것은 항상 같은 장소에서 발생한 같은 두 사건 사이의 시간 간격보다 길다.
이것은 이해하기가 더 어렵습니다. 우리는 여전히 전설을 사용하여 설명합니다.
그림의 두 알람 시계는 모두 첫 번째 알람 시계가 A 시에서 B 시로 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하는 데 사용할 수 있지만 두 알람 시계가 주는 결과는 다르다. 우리는 이렇게 생각할 수 있다: 우리가 언급한 두 가지 사건은' 자명종이 A 시를 떠나는 것' 과' 자명종이 B 시에 도착하는 것' 이다. 우리의 참조 프레임에서 이 두 사건은 서로 다른 장소 (A 와 B) 에서 발생했다. 하지만 사진의 상반부에 있는 알람 시계 자체의 참조 프레임에서 이 일을 관찰하자. 이 관점에서 볼 때, 상반부의 자명종은 정적이고 (모든 물체는 자신에 대해 정지됨), A 점과 B 점이 새겨진 선은 오른쪽에서 왼쪽으로 이동한다. 그래서 "A 지점에서" 와 "B 지점으로" 모두 같은 장소에서 발생합니다! (상반부 알람시계가 측정한 시간을' 정확한 시간' 이라고 함) 위에서 언급한 점에 따르면 하반부 알람시계가 기록한 시간은 반부 알람시계가 A 부터 B 까지 기록한 시간보다 길다.
이 원리의 더 간단하지만 정확하지 않은 진술은 운동 시계가 정지된 시계보다 느리게 움직인다는 것이다. 시간 팽창에 관한 가장 유명한 가설은 흔히 쌍둥이 역설이라고 불린다. 쌍둥이, 해리, 메리가 있다고 가정해 봅시다. 마리는 빠르게 지구를 떠나는 우주선에 올라 (효과를 분명히 하기 위해서는 우주선이 광속에 가까운 속도로 움직여야 함) 빨리 돌아왔다. 우리는 두 사람의 몸을 시계로 생각하고 나이를 사용하여 시간의 흐름을 계산할 수 있다. 마리가 빨리 걸었기 때문에, 그녀의 시계는 해리보다 느리다. 그래서 마리가 지구로 돌아왔을 때, 그녀는 해리보다 젊을 것이다. 젊음은 그녀가 얼마나 빨리 갔느냐에 달려 있다.
시간 팽창은 결코 미친 생각이 아니며, 이미 실험에 의해 증명되었다. 가장 좋은 예는 개자라고 하는 아원자 입자이다. 개자 쇠퇴가 얼마나 걸리는지는 이미 매우 정확하게 측정되었다. 어쨌든 광속 운동에 가까운 개자는 정지 또는 느리게 움직이는 개자보다 수명이 더 긴 것으로 나타났다. 이것이 바로 상대성론 효과입니다. 운동개자 자체의 관점에서 볼 때, 그것은 더 이상 존재하지 않는다. 이것은 그 자신의 관점에서 볼 때 정적이기 때문입니다. 실험실의 관점에서 개자를 봐야 수명이' 연장' 되거나' 단축' 된 것을 발견할 수 있다. -응?
보충해야 할 것은 많은 실험들이 상대성 이론의 이 추론을 증명했다는 것이다. (상대성 이론) 다른 추론은 나중에 확인할 수 있습니다. 내 견해는 상대성 이론을' 이론' 이라고 부르지만, 그것이 증명되어야 한다고 착각하지 말고, 그것은 (사실) 매우 완전하다는 것이다.
감마 매개변수 (γ)
이제 궁금해하실 수 있습니다. 왜 일상생활에서 길이 수축과 시간 팽창의 영향을 전혀 눈치채지 못했을까요? 예를 들어, 제가 방금 말씀드렸듯이, 오클라호마시에서 캔자스시티까지 차를 몰고 다시 돌아오면 집에 갈 때 시계를 재설정해야 합니다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 네가 운전할 때, 너의 시계는 너의 집의 정지된 시계보다 느리게 걸어야 하기 때문이다. 만약 네가 집에 갈 때 3 시 정각이라면, 너의 집 시계는 좀 더 늦은 시간을 보여줄 것이다. 왜 이런 상황을 줄곧 발견하지 못했을까?
대답은: 이 효과가 현저하다는 것은 너의 운동 속도에 달려 있다. 그리고 당신은 천천히 움직입니다. (당신은 당신의 차가 빨리 달리고 있다고 생각할지 모르지만, 상대성론에는 매우 느립니다.) 길이 수축과 시간 팽창의 영향은 빛의 속도에 접근할 때만 알아차릴 수 있다. 광속은 초당 약 186300 마일 (또는 초당 3 억 미터) 입니다. 수학에서 상대성론 효과는 일반적으로 하나의 계수로 표현되는데, 물리학자들은 보통 그리스 글자 감마선으로 표현된다. 이 계수는 물체가 움직이는 속도에 달려 있다. 예를 들어, 미터 (정확한 길이는 1 미터) 가 우리 앞을 빠르게 날아가는데, 그것은 우리의 참조 프레임에 상대적인 길이가1/감마미터이다. 시계가 A 지점에서 B 지점으로 이동하는 데 3 초가 걸린다면, 이 과정은 우리의 참조 시스템에 비해 3/5 초 동안 지속됩니다.
왜 우리가 현실에서 상대성론 효과를 알아차리지 못했는지 이해하기 위해, 분모의 v2/c2 라는 공식을 살펴봅시다. V 는 물체의 운동 속도이고, C 는 광속이다. 정상 크기의 물체의 속도는 빛의 속도보다 훨씬 작기 때문에 v/c 는 작습니다. 우리가 그것을 제곱할 때, 그것은 더 작아진다. 따라서 실제 생활의 모든 정상 크기의 물체에 대하여, 감마값은 모두 1 이다. 그래서 일반 속도의 경우, 우리가 곱하면 얻은 길이와 시간은 변하지 않는다. 이를 설명하기 위해 다른 속도에 해당하는 감마 값 테이블이 있습니다. 마지막 열은 미터가 이 속도로 움직일 때의 길이 (즉 1/γ 미터) 입니다.
첫 번째 열의 C 는 여전히 빛의 속도를 나타냅니다. . 9c 는 광속의 10 분의 9 에 해당한다. 참고로 토성 5 호 로켓의 속도는 시속 약 25,000 마일입니다. 보시다시피, 어떤 합리적인 속도라도 γ는 거의 1 입니다. 그래서 길이와 시간은 거의 변하지 않았다. 생활 속에서 상대성론 효과는 공상 과학 소설 (우주선이 토성 5 호보다 훨씬 빠름) 과 미시물리학 (전자와 양성자는 종종 광속에 매우 가까운 속도로 가속된다) 에서만 나타난다. 시카고에서 덴버까지 이런 효과는 나타나지 않을 것이다.
우주 법 집행자의 모험
우주 법 집행자 AD 는 A 행성에서 사악한 은박사에게 포로로 잡혔고, 은박사는 AD 에게 13 시간 후에 터진 독주를 주었고, AD 해독제는 400000000km 떨어진 B 행성에 있다고 말했다. AD 는 이 사실을 알게 되자 즉시 스타플릿을 타고 0.95 배의 광속으로 B 성으로 날아갔습니다.
AD 는 심지어 B 별에 도착하여 해독제를 받을 수 있습니까?
다음 계산을 수행합니다.
두 행성 A 와 B 사이의 거리는 400 억 킬로미터이다. 우주선의 속도는 1, 025,000,000km/h 입니다. 이 두 숫자를 나누면 행성 A 에서 행성 B 까지 39 시간이 걸립니다.
그리고 AD 는 죽었습니다.
잠깐만요! A 행성에 서 있는 사람에게만 해당된다. 독이 AD 에서 대사되기 때문에 AD 의 참조 프레임에서 이 문제를 연구해야 한다. 우리는 두 가지 방법으로 할 수 있고, 그들은 같은 결론을 내릴 것이다.
1. 큰 자가 행성 A 에서 행성 B 까지 고르게 뻗어 있다고 상상해 보세요. 이 자는 길이가 400 억 킬로미터입니다. 그러나 AD 의 관점에서 볼 때, 이 통치자는 빛의 속도에 가까운 속도로 그의 곁을 날아갔다. 우리는 이미 이런 물체의 길이가 줄어들 것이라는 것을 알고 있다. AD 의 참조 프레임에서 행성 A 에서 행성 B 까지의 거리는 매개변수 감마선으로 수축됩니다. 빛의 속도의 95% 에서 γ의 값은 약 3.2 이다. 그래서 AD 는 거리가12,500,000,000km (400 억 나누기 3.2) 에 불과하다고 생각합니다. 우리는 이 거리를 AD 의 속도로 나누어 12.2 시간을 얻으면 AD 는 1 시간에 앞당겨 행성 B 에 도착할 것이다!
2. 행성 A 의 관찰자들은 AD 가 B 에 도착하는 데 약 39 시간이 걸린다는 것을 알게 될 것이다. 그러나, 이것은 인플레이션 후의 시대이다. 우리는 AD 의' 시계' 가 매개변수 γ(3.2) 에 따라 느려지는 것을 알고 있다. AD 참조 시스템의 시간을 계산하기 위해 39 시간을 3.2 로 나누어 12.2 시간을 얻었습니다. 약 1 시간 정도 AD 를 남겨둡니다.
AD 는 살아남아 악에 대항할 것이다.
만약 네가 나의 위의 묘사를 자세히 연구한다면, 너는 그럴듯하고 매우 미묘한 것을 많이 발견할 수 있을 것이다. 당신이 깊이 생각할 때, 일반적으로 당신은 결국 이런 질문을 하게 됩니다. "잠깐만요, AD 의 참조 시스템에서 en 의 시계가 더 느리게 작동한다면, AD 의 참조 시스템에서 우주여행은 더 짧지 않고 더 오래 걸릴 것입니다." ...
이 문제에 관심이 있거나 혼란스럽다면, "우주 법 집행의 큰 모험-미묘한 시간" 이라는 문장 중 하나를 살펴보아야 할 것입니다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 도전명언) 아니면 제가 "모든 인과를 알아내면 모든 것이 옳다" 고 말한 것을 믿을 수 있습니다. 질량과 에너지 장으로 점프합니다. (존 F. 케네디, 에너지명언) (알버트 아인슈타인, 에너지명언)
우주 법 집행의 모험-미묘한 시간
자, 이것이 우리가 방금 본 것입니다. 우리는 참조 프레임에 상대적인 시간 팽창을 발견했다. EN 참조 프레임에서 AD 는 운동하기 때문에 AD 의 시계가 느리게 움직입니다. 결국 이번 비행에서 EN 의 시계는 39 시간을 달렸고, AD 의 시계는 12 시간을 달렸다. 이로 인해 사람들은 종종 이런 문제를 겪게 됩니다.
EN 은 AD 시스템에 비해 움직이고 있기 때문에 EN 의 시계는 좀 느리게 가야 한다. 그래서 AD 가 행성 B 에 도착했을 때, 그의 시계는 en 보다 더 오래 작동했다. 누가 옳아요? 길거나 짧습니까?
좋은 질문입니다. 네가 이 문제를 물었을 때, 나는 네가 이미 상황에 들어가기 시작했다는 것을 안다. 내가 설명을 시작하기 전에, 나는 이전 문장 에서 묘사한 모든 것이 정확하다는 것을 성명해야 한다. 내가 묘사한 상황에서, AD 는 제때에 해약을 받을 수 있다. 이제 이 역설을 설명해 보겠습니다. 이것은 내가 아직 언급하지 않은' 동시성' 과 관련이 있다. 상대성 이론의 한 가지 추론은 같은 참조 프레임에서 동시에 발생하는 두 가지 사건이 다른 참조 시스템에 비해 동시에 발생하는 것은 아니라는 것이다.
동시에 발생하는 사건들을 연구합시다.
먼저, AD 가 행성 A 를 떠날 때 EN 과 AD 가 스톱워치를 동시에 눌렀다고 가정해 봅시다. EN 의 표에 따르면 이번 B 별 여행은 39 시간이 걸린다. 즉, 서기가 행성 B 에 도착했을 때, 은의 손목시계는 39 시간 ... 동시에 시간이 팽창하기 때문에 AD 의 전기계량기 판독값은 12.2 시간입니다. 즉, 다음 세 가지가 동시에 발생합니다.
1 과 EN 의 검침 수는 39 입니다.
2. 서기에 행성 b 에 도착하다.
3.AD 의 검침 수는 12.2 입니다.
이 사건들은 유럽 표준의 참조 체계에서 동시에 발생한다.
이제 AD 의 참조 프레임에서 이 세 가지 사건은 동시에 발생할 수 없습니다. 또한 en 의 테이블이 매개 변수 γ (여기서 γ는 약 3.2) 으로 느려져야 한다는 것을 알고 있기 때문에 AD 의 테이블 판독이 12.2 시간이면 EN 의 테이블 판독은12.2/3.2 = 3 이라고 계산할 수 있습니다 그래서 광고 부서에서는 이런 일이 동시에 일어납니다.
1, AD 가 행성 b 에 도착했습니다.
2.AD 의 클럭 판독값은 1.2 입니다.
3.EN 의 클럭 판독값은 3.2 입니다.
처음 두 용어는 같은 장소, 즉 행성 B 에서 발생하기 때문에 두 시스템에서 동일합니다. 같은 장소의 두 사건이 동시에 발생하거나 동시에 발생하다. 여기서는 참조 프레임이 작동하지 않습니다.
다른 각도에서 이 문제를 보면 너에게 도움이 될 수 있다. 관심 있는 이벤트는 AD 에서 행성 A 를 떠나 AD 에서 행성 B 에 도달하는 것입니다 ... 중요 팁: AD 는 두 이벤트 모두에 존재합니다. 즉, 기원 참조 프레임에서 이 두 사건은 같은 장소에서 발생했다. 따라서 AD 참조 시스템의 이벤트를 "정확한 시간" 이라고 하며, 다른 모든 시스템은 이 시스템보다 시간이 더 오래 걸립니다 (시간 팽창 원리 참조). 어쨌든, 만약 네가 광고 모험중의 시간 팽창에 대해 곤혹스러움을 느낀다면, 나는 이것이 그것을 분명히 할 수 있기를 바란다. 만약 네가 곤혹스럽지 않다면, 나는 네가 지금 곤혹스럽지 않기를 바란다.
슬라빈
길이 수축과 시간 팽창 외에도 상대성 이론에는 많은 추론이 있다. 그중에서 가장 유명하고 중요한 것은 에너지에 관한 것이다.
에너지는 많은 상태를 가지고 있다. 움직이는 물체는 모두 자신의 운동 때문에 물리학자가 말하는' 운동 에너지' 를 가지고 있다. 운동 에너지의 크기는 물체의 속도와 질량과 관련이 있다. ("질량" 과 "무게" 는 비슷하지만 정확하지는 않음) 선반 위에 놓인 물체는 모두 "중력 에너지" 를 가지고 있다. 선반을 제거하면 중력으로 인해 운동 에너지를 얻을 가능성이 있기 때문이다.
열도 에너지의 한 형태이며, 결국 물질을 구성하는 원자와 분자의 운동 에너지, 그리고 많은 다른 형태의 에너지로 귀결될 수 있다.
위의 현상은 모두 에너지와 관련이 있습니다. 즉, 그들 사이의 관계, 즉 에너지 보존의 법칙입니다. 이 법칙은 우주의 모든 에너지를 더하면 (줄 또는 킬로와트시와 같은 단위로 에너지를 정량화할 수 있음) 그 총량은 결코 변하지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 에너지는 한 형식에서 다른 형식으로 변환될 수 있지만 결코 생성되거나 소멸되지 않습니다. 예를 들어, 자동차는 엔진의 실린더에서 열을 운동 에너지 (자동차의 운동 중) 로 변환하는 장치입니다. 전구는 전기를 빛 에너지로 변환할 수 있습니다 (빛 에너지는 또 다른 형태의 에너지).
아인슈타인은 그의 상대성론에서 또 다른 형태의 에너지를 발견했는데, 때로는' 정적 에너지' 라고 불리기도 한다. 나는 이미 움직이는 물체가 그 운동으로 인해 에너지를 가지고 있다고 지적했다. 그러나 아인슈타인은 같은 물체가 정지될 때도 에너지가 있다는 것을 발견했다. 물체의 정적 에너지는 질량에 따라 다르며 공식 e = mc2 에 의해 제공됩니다.
빛의 속도는 이렇게 큰 숫자이기 때문에 전형적인 물체의 정적 에너지는 다른 유형의 에너지와 비교할 수 없다. 그러나 일상 생활에서 물체의 정적 에너지는 일종의' 조용한' 상태를 유지하는 것이기 때문에, 우리가 알아차릴 수 있는 다른 형태의 에너지 (예: 열에너지나 운동 에너지) 로 변환되지 않기 때문이다. 원자력 발전소, 원자 무기 및 태양에서는 상대적으로 작은 부분의 정지 질량이 다른 형태의 에너지로 변환되지만, 대부분의 경우 정적 에너지는 일반적으로 눈에 띄지 않습니다.
물체의 운동 에너지와 정적 에너지의 합도 다음과 같은 수학 공식으로 쉽게 표현할 수 있다.
E=mc2γ
일일 속도에서 γ는 약 1 과 같습니다. 따라서 정적 에너지와 동적 에너지의 합은 약 하나의 정적 에너지와 같습니다. 즉, 일상 속도에서 정적은 운동 에너지보다 훨씬 클 수 있다. 그러나 속도가 빛의 속도에 매우 가까울 때, 텅스텐은 1 보다 훨씬 클 수 있다. (정적 에너지는 물체의 질량과 관련이 있으며, 물체의 움직임과는 무관하다.) 이것은 시카고 근처의 페르미 실험실과 스위스 국경에 있는 CERN 연구소의 물리학자들에게 매우 중요하다.
광속 제한
"AD 모험" 을 읽을 때, AD 의 속도는 거의 0 이지만 빛의 속도와 같지 않다는 것을 알 수 있습니다. 빛의 속도보다 훨씬 낮은 상대성론 효과가 크지 않다는 좋은 이유가 있는 것 같다. 그러나 현실은 초광속이 물리학적으로 불가능하다는 것이다.
왜 그런지 말씀드리겠습니다. AD 가 힘을 다해 그의 우주선을 광속으로 가속시켰다고 상상해 보세요. 음, 우리는 이미 물질의 에너지가 γ 매개 변수에 비례한다는 것을 알고 있습니다. 이것은 상대 론적 계산에서 너무 흔합니다. 하지만 이제 너도 알다시피, 물체의 속도가 광속과 같을 때, 플루토늄 매개변수는 무한대가 된다. 따라서 AD 의 우주선을 빛의 속도로 가속하기 위해서는 무한한 에너지가 필요할 것이다. 이것은 분명히 불가능하다. 따라서 물체가 빛의 속도에 가깝게 움직일 수 있는 정도는 제한이 없지만, 질량이 있는 물체는 빛의 속도에 도달할 수 없다. 사실 질량이 없는 물질은 반드시 광속으로 운동해야 하는데, 여기서는 원인을 논의하고 싶지 않다. 질량이 없는 유일한 물질은 빛 ("광자" 라고 함) 이며, 아마도 중성미자 (얼마 전에 중성미자가 질량이 있다는 것이 증명되었다. 번역자)
물체가 광속으로 움직일 수 없는 또 다른 이유가 있다. 그 중 하나는 인과 관계와 관련이 있습니다. 내가 소프트볼을 던지고 창문을 깨뜨렸다고 가정하면,' 내가 공을 던졌다' 는 것이 창문이 깨진 원인이다. 만약 초광속이 가능하다면, 반드시 어떤 참고체계가 있을 것이다. 이 참고체계에서' 창문이 깨졌다' 는 것은' 내가 공을 던지다' 전에 발생한다. 이로 인해 다양한 논리적 충돌이 발생합니다 (특히 창문이 깨졌으며, 누군가가 비행 중에 공을 가로막아 창문이 깨지는 것을 방지했습니다! 그래서 우리는 물체가 초광속으로 작동할 가능성을 배제했다. 게다가 인과관계는 광속으로의 운동뿐만 아니라 어떤 초광속 교류도 배제한다.
우리가 아는 한, 빛의 속도는 극복 할 수없는 장애물입니다.
만약 네가 나처럼 공상 과학 팬이라면, 이것은 나쁜 소식이 될 것이다. 태양계가 지구를 제외하고는 지적인 생명이 없다는 것은 거의 확실하다. 하지만 별 사이의 거리가 너무 멀어요! 비록 우리가 광속으로 여행한다 해도, 우리는 4 년이 걸려야 가장 가까운 별에 도달할 수 있다. 따라서 빛의 속도보다 더 빠른 교통수단이 없다면 은하계를 돌아다니며 외계 문명을 만나 은하계의 왕좌에 서는 것은 불가능할 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)
반면에, 길이의 수축으로 인해, 아마도 상황은 그렇게 절망적이지 않을 것이다. 우주선에 올라 빛의 속도에 가까운 속도로 10 광년 밖의 별을 향해 날아간다고 가정해 봅시다. 지구의 참고로 볼 때 이번 여행은 10 년 동안 계속될 것이다. 그러나 이 여행의 승객들에게는 길이가 짧아졌다. 그래서 이번 여행은 10 년도 안 걸렸습니다. 그리고 우주선이 빛의 속도에 가까울수록 그 길이는 더 많이 줄어든다 (지구와 별에 비해). (시간팽창의 관점에서도 이 문제를 고려할 수 있다.) (알버트 아인슈타인, 시간명언)
이를 설명하기 위해 다른 속도로 다른 목적지에 도착하는 데 필요한 시간을 보여주는 표가 있습니다. 그들이 의미하는 바를 설명하겠습니다.
첫째, 상당한 길이 단축을 일으키기 위해서는 광속에 매우 가까워야 한다. 그래서 저는 우주선이 여행 중에 안정된 가속도를 낼 수 있다고 가정했습니다. 즉, 우주선 안의 사람들은 지속적인 가속도를 느낄 수 있다. 예를 들어 전반부, 1g(g 는 지구의 중력 가속도입니다. 후반전에 1g 에서 속도를 늦추다.
두 번째 열은 지구에서 우리 목적지까지의 거리를 광년 단위로 제시한다 (광년은 빛이 1 년 안에 전파되는 거리, 약 6 조 마일). 나는 세 가지 다른 가속도 계산을 추가했는데, 하나는 작고 다른 하나는 크다. 다른 하나는 지구의 중력 가속도와 같습니다. 2g 가속도로 여행하는 것은 불편할 수 있기 때문에, 이보다 높은 모든 속도를 전혀 고려하지 않아도 될 것이다.
네 번째 열에는 최대 속도 (우주선이 감속될 때의 중간점) 와 광속의 비율이 나열됩니다. 마지막 두 열은 여행에 필요한 시간을 제공합니다. 먼저 지구를 참고로 한 다음 우주선을 참고로 삼다. 차이가 중요하다. 제 말은, 가속도가 2g 인 우주선을 타고 오리온으로 날아가면, 6.8 년을 우주선에서 보내야 오리온에 도착할 수 있다는 겁니다. (거리가 멀지만 "우주선 시간" 이 천천히 증가했습니다. 거리가 클수록 속도를 늦추기 전에 빛의 속도에 더 가깝게 날 수 있기 때문에 더 많은 길이를 얻을 수 있습니다! ) 하지만 그곳에 도착한 지 이미 지구상에서 500 여 년이 되었다. 오리온에 도착하면 보내는 모든 메시지는 500 년 후에 지구에 도착할 것이고, 회신도 마찬가지이다. 그래서 언젠가 인간이 은하계를 걸을 수 있다면, 다른 거주지는 격리될 것이다. 지구상의 사람들은 어떤 관례적인 방식으로도 오리온 근처의 사람들과 통화할 수 없다.
이렇게 무한히 가속할 수 있는 우주선을 만들려면, 지금은 기술의 난이도가 무궁무진해 보인다. 이러한 어려움은 극복할 수 없는 것으로 증명될 수 있기 때문에 우리는 환상의 공간으로만 여행할 수 있다. 그러나 만약 그들이 극복할 수 있다면, 만약 우리 인류가 그것들을 극복하기에 충분한 시간을 살 수 있다면, 내가 방금 묘사한 것은 좁은 상대성론에 기초한 이론상 (실행 가능한) 장거리 우주여행이다.
물론, 많은 공상 과학 소설은 여전히 초광속 비행에 가입했다. 그러나 그들은 종종 "(시공간) 왜곡" "하이퍼 스페이스" 와 같은 이상한 개념을 도입해야합니다. 마지막으로, 우리가 오늘 알고 있듯이, 시간과 공간에서 광속보다 더 멀리 날 수는 없다. (알버트 아인슈타인, 시간명언) 하지만 원하신다면, 어떤 시공간의' 창' 이나 물체의 초광속 운동을 허용하는 새로운 물리적 분기를 항상 발견할 수 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 시간명언)
그러면 우리는 대은하제국을 세울 수 있을 것이다!
일반 상대성 이론-매우 놀라운 세계
일반 상대성 이론의 기본 개념에 대한 설명;
이 에세이를 읽고 일반 상대성 이론의 핵심 특징을 이해하기 전에, 우리는 반드시 한 가지를 가정해야 한다: 특수 상대성 이론이 정확하다. 즉, 일반 상대성 이론은 특수 상대성 이론을 바탕으로 한 것이다. 만약 후자가 틀린 것으로 증명된다면, 전체 이론빌딩은 무너질 것이다.
일반 상대성 이론을 이해하기 위해서는 질량이 고전 역학에서 어떻게 정의되었는지 알아야 한다.
품질의 두 가지 다른 표현:
우선, 우리의 일상생활에서 품질이 무엇을 의미하는지 생각해 봅시다. "몸무게"? 사실, 우리는 질량이 무게를 잴 수 있는 것이라고 생각합니다. 우리처럼, 우리는 질량을 측정해야 하는 물체를 저울에 올려놓습니다. 우리는 어떤 품질로 이 일을 합니까? 지구와 측정된 물체가 서로 끌린다는 사실입니다. 이 질량을 "중력 질량" 이라고 합니다. 우리가' 중력' 이라고 부르는 것은 우주에 있는 모든 별의 움직임을 결정하기 때문이다. 지구와 태양 사이의 중력 질량은 지구를 거의 원주운동에 가까운 방식으로 후자를 둘러싸고 움직이게 하기 때문이다.
이제 평평한 바닥에서 차를 밀어 보세요. 너는 너의 차가 네가 주고 싶은 가속도를 강하게 거부한다는 것을 부인할 수 없다. 이것은 너의 차의 질이 크기 때문이다. 가벼운 물체를 움직이는 것이 무거운 물체를 움직이는 것보다 쉽다. 질량은 또 다른 방법으로 정의할 수 있습니다: "가속에 대항합니다." 이 질량을 관성 질량이라고 합니다.
그래서 우리는 두 가지 방법으로 품질을 측정할 수 있다고 결론을 내렸습니다. 우리는 그것을 무게 (매우 간단) 라고 부르거나 가속도에 대한 저항을 측정합니다 (뉴턴의 법칙 사용).
같은 물체의 관성 질량과 중력 질량을 측정하기 위해 많은 실험을 했다. 모든 실험 결과는 관성 질량이 중력의 질량과 같다는 동일한 결론을 내린다.
뉴턴 자신도 이 질량이 그의 이론이 해석할 수 없는 어떤 원인으로 인해 생겨났다는 것을 깨달았다. 그러나 그는 이 결과가 단순한 우연의 일치라고 생각한다. 반면 아인슈타인은 이 등식에 뉴턴의 이론을 대체할 수 있는 통로가 있다는 것을 발견했다.
일상적인 경험은 이러한 동등성을 검증합니다. 즉, 두 물체 (1 중 1 중 1 중) 가 같은 속도로 "떨어지는" 것입니다. 그러나 무거운 물체는 가벼운 물체보다 더 큰 중력을 받는다. 그렇다면 왜 더 빨리 "쓰러지지" 않았을까요? 가속에 대한 저항력이 더 강하기 때문이다. 결론적으로,