Što ako se brzina tijela pomnoži s vremenom. Potražite ubrzanje slobodnog pada. Zašto je potrebna formula ubrzanja?

Zamislite da se odjednom, s njegove lijeve strane, ispred njega pojavi fotonski sat koji se kreće slijeva nadesno. Foton se više ne kreće okomitom putanjom odozdo prema gore i zatim odozgo prema dolje, već kosom putanjom. Zapravo, kad foton krene odozdo, potrebno je Određeno vrijeme, a kako se sat pomiče, promatrač mjeri dužu putanju. Isto vrijedi i kada se foton kreće gore-dolje. Udaljenost koju prijeđe foton u kretanju veća je od udaljenosti koju prijeđe foton koji miruje u odnosu na promatrača.

A budući da foton održava istu brzinu, to znači da se između dva "ticka" mjeri dulje trajanje u odnosu na foton koji se kreće i da sekunde prolaze sporije. Prema promatraču, pokretni sat će kasniti u usporedbi sa stacionarnim. Zamislite da se pokretni sat nalazi na ruci promatrača po imenu Hervé. Za njega bi situacija bila obostrana. Vidjet će kašnjenje Henrijeva sata u odnosu na njega. Za njega se Henri i njegov sat pomiču dok su on i njegov sat nepomični.

Ujedinjenje prostora i vremena

Imajte na umu da što se sat brže pomiče, to je duži put i duže vrijeme između dva otkucaja. Svatko zna što je kretanje; ono je veliki dio našeg svakodnevnog života. Aristotel je proglasio zakon koji dijele obični smrtnici: kretanje je povezano sa silom koja djeluje na objekt. U svakodnevnom životu to svatko može doživjeti. Morate gurati kolica da napredujete, podići kamen tako da prati stazu odozdo prema gore. Uzbuđeni ovakvim trivijalnim primjerima, prekinut ćete me i pitati što sve te analize mogu učiniti.

Trebamo li doista razmišljati o takvim svakodnevnim primjerima? Pa, razmislimo: evo kolica. Stavljate naglasak na to, s određenom snagom. Nakon nekog vremena pomaknut će se i odmoriti. Za to vrijeme on će prijeći određenu udaljenost. Ako ga pritisnete s većom snagom, opet će se pomaknuti, s više velika brzina, prijeći će veću udaljenost i ponovno se zaustaviti. Želite da prijeđe veću udaljenost istom snagom. Podmazujete kotače kotača, uklanjate sve neravnine koje vam smetaju.

Ponovno ga gurnete istom snagom i on prijeđe veću udaljenost. Zaključili ste da je razlog zbog kojeg je utrka zaustavljena jer postoji trenje kotača na cesti. Također zaključujete da, kako biste prešli veću udaljenost, morate eliminirati što više trenja. Imajte na umu da se u svim ovim pokusima kolica guraju istom silom. Tada radite ono što bi se moglo nazvati misaonim eksperimentom. Einstein ga je često koristio. Zamišljate da možete potpuno eliminirati trenje.

Odjednom eliminirate razlog zaustavljanja kolica. Razumijete da će nastaviti svoju utrku na neodređeno vrijeme konstantnom brzinom i ravnom linijom. Naravno, u stvarnosti nikada ne možete u potpunosti eliminirati trenje, odnosno silu koja se suprotstavlja njegovom kretanju i koja uzrokuje njegovo usporavanje, a zatim i nepomično kretanje. Ali u mislima, lako možete učiniti iskustvo nemogućim za postizanje određenog cilja. Što je rezultat takvog iskustva? Prvo, sila nije odgovorna za gibanje jer s istom silom možete produžiti vrijeme micanja objekta eliminirajući trenje, a to je sila. suprotan smjer kretanje kočije i tko je odgovoran za njeno usporavanje i zaustavljanje.

Sila usporava ili ubrzava kretanje. Dakle, nije odgovoran za brzinu, već za promjenu brzine i smjera tijela. Potpunom eliminacijom trenja omogućili ste objektu da se nastavi kretati neograničeno, konstantnom brzinom u ravnoj liniji. Sve dok sila koja na njega djeluje ne promijeni svoju brzinu i smjer. Galileo je vidio da nije potrebna nikakva sila da bi se proizvelo pravocrtno gibanje konstantnom brzinom, ali je Newton bio taj koji je formalizirao ovo načelo. Možete ispravno navesti prvi Newtonov zakon, načelo tromosti: "Svako tijelo nastavlja mirovati ili jednoliko kretanje duž ravne linije u kojoj se nalazi, ako neka sila djeluje na njega ne prisiljava ga da promijeni svoje stanje.”

Koje se lekcije mogu izvući iz takvog iskustva? Prvo, ne vjerujte očitom. Ovaj te kao nevjerni prijatelj prvom prilikom izda. Zatim, oslobođeni očitog, nemojte se zatvarati u svakodnevna iskustva, nemojte se ustručavati razmišljati o eksperimentu, pa čak i ako ga ne možete smisliti, zamislite ga! Ovaj se nikada ne otkriva gol, treba ga ići tražiti, a za ovo treba razmišljati. Naravno, na kraju ćete morati testirati svoje rezultate razmišljanja suočavajući ih s iskustvom i eksperimentiranjem.

Ali ne oklijevajte, teoretski, razmišljati o nevjerojatnom, nečuvenom. Naravno, nemojte misliti da mu treba malo truda, potreban je apetit za znanjem, puno rada. Poslušajmo Einsteina, koji učenje o zakonu inercije izvlači iz knjige nevjerojatno bogate, on piše: Ovaj zakon se ne može dobiti izravno iz iskustva, već samo iz spekulativne misli dosljedne promatranju. Idealizirano iskustvo nikada se ne može učinkovito realizirati, iako vodi do dubokog razumijevanja stvarnog iskustva.

Prije nego započnemo prostorno-vrijeme putovanje, moramo reći koju riječ o Galilejevom principu relativnosti. Uglavnom je poznat kao pojedinačni električni i magnetski fenomen. Posebno je pokazao da se električno i magnetsko polje šire u prostoru u obliku vala i brzinom svjetlosti. Sada se val širi u materijalnom mediju, barem je tako klasična mehanika govori. Ako bacite kamen u vodu, vidjet ćete formiranje valova nošenih medijem vode.

Postavite zvono ispod stakla u kojem ste prethodno bili evakuirani, nećete čuti zvuk zvona. Prema Maxwellovim jednadžbama i raznim eksperimentima za mjerenje brzine svjetlosti, sve je upućivalo na to da je ta brzina konstantna, bez obzira na kretanje izvora. Ako se oba auta kreću istom brzinom, oba će međusobno mirovati. I Einstein se sa 16 godina pitao što bi osjećao kad bi slijedio snop svjetlosti. Vidjet će val koji se ne miče.

Sada, s Maxwellovim jednadžbama, Einstein je bio razuvjeren; nikad nije vidio takav prizor: nepomičan val svjetlosti. Međutim, ova konstantnost brzine svjetlosti, kao što smo već rekli, proturječila je zakonu zbrajanja brzina za dva promatrača koji se kreću relativno jedan prema drugom. Ako je svjetlost val, koji je medij koji joj omogućuje širenje? Fizičari su izumili materijalni medij kroz koji svjetlost može putovati: eter. Međutim, brzina svjetlosti je konstantna. To znači da se ne kreće s eterom, već kroz eter.

Nepokretan eter i kroz koji se kreće svjetlost. Prema principu relativnosti, kretanje stalne brzine nije ništa drugačije, mi ga ne osjećamo. Svi zakoni prirode ekvivalentni su svakom relativnom gibanju. Sjetite se Galileovog iskustva u njegovom čamcu. Nepokretni eter znači da nisu svi promatrači jednako kvalificirani za izvođenje eksperimenata. Postojat će preferirani sustav u kojem čovjek miruje u odnosu na nepomični eter. To je proturječilo načelu relativnosti.

Kakve veze imaju zakoni prirode s našim relativnim gibanjem? Nema više objektivnosti zakona prirode, nema više znanosti, nema više znanja. Ne, ovo ne može biti za Einsteina. Priroda bi bila neshvatljiva, nedostupna. Einstein je shvatio da eter stvara više problema nego što ih on rješava i došao je do jedinog racionalnog rješenja: eliminirati eter. Svjetlost se ne širi ni u jednom mediju, već u vakuumu. Zakoni prirode ne ovise o kretanju promatrača. Svako kretanje je relativno; apsolutno mirovanje ne postoji kao apsolutno kretanje.

Ako mjerite brzinu, morate znati tko mjeri iu odnosu na koga ili što mjerite. Da, princip konstantnosti brzine svjetlosti je točan. Ova dva principa su suprotna. Ali zašto je to tako? Vratimo se Einsteinovoj metodi. Postavimo probleme bez da ih previše kompliciramo. Dakle, brzina je udaljenost podijeljena s trajanjem. Ti ćeš mi reći; U redu je, razumijemo! Ovo je mjera prostora koja odvaja 2 točke. To je mjera vremena između dva događaja. Dakle, brzina je povezana s prostorom i vremenom.

U sredinu kombija smo stavili bacače. Obje lopte putuju istom brzinom. Lansiraju se istovremeno. Za mene, koji sam u vlaku, to znači da vlak stoji u usporedbi sa mnom. Dvije loptice koje se kreću istom brzinom, kreću se na istoj udaljenosti, lako je razumjeti da je trajanje njihovog udarca isto i da će dvije loptice stići do svog zida u isto vrijeme, dakle u isto vrijeme. Što se događa s nekim tko gleda događaje s pristaništa? Vlak se kreće u odnosu na njega.

Oduzimanje se mora izvršiti jer je lopta usmjerena suprotno od smjera vlaka. Zapravo, za one na platformi, ova lopta će putovati kraćom rutom, ali manjom brzinom. Recimo da je duljina automobila 120 kilometara. Dakle, svaka se lopta na početku nalazi 60 kilometara od svog zida. Tako će se ova lopta kretati 10 kilometara na sat. Za onoga tko je na peronu, poput onoga u vlaku, dvije će lopte doći do svojih zidova unutar jednog sata, a dva će događaja biti istovremena za jednog i za drugog promatrača.

Ako je brzina udaljenost podijeljena s trajanjem, to znači da se i brzine i udaljenosti moraju pretvoriti kako bi se dobilo isto trajanje. U gornjem primjeru, brzine nisu bile iste, kao ni udaljenosti, ali je trajanje bilo isto za svakog promatrača.

Drugim riječima, vrijeme je univerzalno i prolazi istom brzinom za svakog promatrača. Vrijeme je odvojeno od prostora; ono postoji neovisno o prostoru. Vrijeme, odnosno trajanje, mjereno u galaksiji Andromeda, dva milijuna i pol svjetlosnih godina, ostaje isto u galaksiji koja nas nastanjuje, mliječna staza. To je ono što se smatralo teorijom ograničene relativnosti. Zato što su takve mjere poduzete u gornjem primjeru pogrešne. Pretpostavljalo se da bi udaljenosti i vremena mjerena u kočiji i na molu trebala biti ista.