Teoria Rel

7/26/2019 Teoria Rel

1/26

15057898


2/26


3/26

=onceptul este simplu, dar pentru o implementare de succes, semnalele desincroni-are trebuie s% 7e eEtrem de precise, cu o mar>% de eroare permis% dedoar c@teva miliardimi de secund%, astfel 1nc@t calculele de distan&% s% poat% 7garantate cu o mar>% de eroare de doar c@&iva metri. 0entru a atinge acest nivelde eEactitate, semnalele de sincroni-are (practic ora indicat% de ceasurile

atomice ale sateli&ilor) trebuie cunoscute cu o preci-ie de GLG de nanosecunde.*ar, deoarece sateli&ii se deplasea-% 1ncontinuu fa&% de observatorii tere'tri,efectele pre-ise de teoria relativit%&ii nu pot 7 negli>ate pentru a atinge aceast%preci-ie.

=ele dou% teorii reunite generic sub numele de Teoria 2elativit%&ii, 'i despre careve&i aa numeroase detalii pe parcursul pre-entei serii, relativitatea special% 'irelativitatea generali-at%, pre-ic am@ndou% diferen&e 1ntre indica&iile ceasuriloratomice de la bordul sateli&ilor (a'a cum ar 7 acestea v%-ute de pe Terra, de lanivelul observatorului de la sol) 'i cele ale observatorilor tere'tri. *e pild%,relativitatea special% presupune apari&ia unui efect de dilatare a timpului (despre

care ve&i putea citi 1n p%r&ile urm%toare ale seriei) din cau-a c%ruia ceasurilesateli&ilor vor r%m@ne 1n urm% -ilnic cu M microsecunde fa&% de cele terestre.

3ai mult, relativitatea generali-at% ne spune, printre altele, c% ceasurile maiapropiate de un obiect masiv (cum e planeta 0%m@nt), merg ceva mai 1ncet (dinperspectiv% terestr%) dec@t cele de la bordul sateli&ilor. #'a 1nc@t, calculele care&in cont de acest efect pre-is de relativitatea generali-at% indic% faptul c%ceasurile sateli&ilor o iau 1nainte fa&% de cele de la sol cu IK de microsecunde-ilnic.

NA alt% pre-icere a relativit%&ii generali-ate este c% timpul trebuie s% par% c%trece mai 1ncet l@ng% un corp masiv ca p%m@ntul. #ceasta deoarece eEist% orela&ie 1ntre energia luminii 'i frecven&a sa (adic% num%rul de unde de lumin% pesecund%)O cu c@t este mai mare energia cu at@t este frecven&a mai mare.

#tunci c@nd lumina se propag% 1n sus 1n c@mpul gravita&ional ai p%m@ntului, eapierde energie 'i astfel frecven&a sa scade. (#ceasta 1nseamn% c% timpul dintreun v@rf al undei 'i urm%torul cre'te.) 0entru cineva aat la 1n%l&ime ar p%rea c%tot ce se 1nt@mpl% >os necesit% un timp mai lung. #ceast% pre-icere a fost testat%1n !P, cu a>utorul unei perechi de ceasuri foarte precise montate 1n v@rful 'i laba-a unui turn de ap%. a descoperit c% ceasul de la ba-%, care era mai aproapede p%m@nt, mergea mai 1ncet, 1n eEact% concordan&% cu relativitateagenerali-at%.

*iferen&a de vite-% a ceasurilor la diferite 1n%l&imi deasupra p%m@ntului esteacum de importan&% practic% considerabil%, o dat% cu apari&ia sistemelor denaviga&ie foarte precise ba-ate pe semnale de la sateli&i. *ac% se ignor%pre-icerile relativit%&ii generali-ate, po-i&ia calculat% va 7 gre'it% cu c@&ivakilometriN.

$Etras din 8curt% istorie a timpului8 de tephen Hawking

=ombin@nd aceste dou% efecte ale relativit%&ii a>ungem la conclu-ia c% ceasurilede la bordul sateli&ilor Qc@'tig%N -ilnic LR de microsecunde fa&% de cele de la sol(1n realitate se manifest% 'i alte efecte relativiste, dar ne vom limita acum lapre-entarea acestora dou%). $ste o valoare enorm% (LR.GGG de nanosecunde) 1n


4/26

compara&ie cu preci-ia de nanosecund% necesar% bunei func&ion%ri a sistemului/0. *ac% aceste efecte nu ar 7 luate 1n calcul, un raport de po-i&ie al unuidispo-itiv /0 ar 7 fals dup% doar minute de la contactul ini&ial cu sateli&ii, 'i,mai mult, erorile globale de po-i&ionare sar acumula cu o rat% de !G kilometri 1n7ecare -i.

#'adar, av@nd 1n vedere mi'carea 'i vite-a semnalelor folosite, timpii 'idistan&ele trebuie m%surate cu gri>%. %r% interpretarea dat% de $insteinrelativit%&ii, preci-ia istemului /lobal de 0o-i&ionare ar varia cu mai bine de !Gkilometri 1n 7ecare -i.

:ar acum, convin'i 7ind pe deplin de faptul c% teoria relativit%&ii nu estenicidecum doar un construct matematic complicat f%r% nicio consecin&% 1n vie&ilenoastre cotidiene, s% 1ncepem c%l%toria noastr% 1n fascinantul univers al lui #lbert$instein.

2$6#T:;:T#T$# =6#:=S

4ine1n&eles c% relativitatea, ca 'i concept, nu sa n%scut odat% cu $instein.0roblema modului 1n care doi oameni se pun de acord cu privire la observa&iilelor asupra lumii, dac% unul dintre ei este 1n mi'care, a fost de-b%tut% de secole.

% p%trundem 1n lumea relativit%&ii cu a>utorul unor eEemple concrete din via&ade -i cu -i...

#tunci c@nd c%l%tori&i cu ma'ina cu vite-% constant% pe o por&iune plan% 'irectilinie de autostrad%, nu resim&i&i deloc sen-a&ia c% v% aa&i 1n mi'care. #cestlucru 1nseamn% c%, de pild%, a&i putea citi cu u'urin&% o carte, turna o b%utur%1ntrun pahar ori arunca 1n aer o moned% 'i totul va p%rea ca 'i c@nd ma'ina sar

aa pe loc. #cest lucru se 1nt@mpl% deoarece 2$6#T:; 6# 3#D:9S dumneavoastr%, cartea, b%utura 'i moneda nu v% mi'ca&i.

*e remarcat c% toate acestea sunt valabile doar dac% ma'ina nu 1'i modi7c%direc&ia ori vite-a de deplasare. *ac% ma'ina 1'i schimb% direc&ia de deplasareori accelerea-%, turnatul b%uturii 1n pahar devine o adev%rat% provocare. +ns%mi'carea cu vite-% constant% 'i 1n linie dreapt% (cunoscut% din 7-ica de liceudrept mi'carea rectilinie uniform%) este resim&it% precum repausul.

$ su7cient s% ne g@ndim la mi'carea planetei Terra prin spa&iu pentru acon'tienti-a faptul c% ceea ce noi consider%m ca 7ind 1n repaus la suprafa&aplanetei, este 1n fapt mi'care 1ntrun conteEt diferit.

*in cau-a mi'c%rii de rota&ie a 0%m@ntului 1n >urul propriei aEe, ne deplas%m cuvite-a de circa !GG de kilometri pe or%.

*in cau-a mi'c%rii planetei noastre 1n >urul oarelui, Terra ne poart% prin spa&iucu o vite-% de aproEimativ !GR,GGG de kilometri pe or%.

3ai mult, datorit% mi'c%rii sistemului nostru solar 1n >urul centrului galaEiei =alea6actee noi ne deplas%m cu mai bine de RGG.GGG de kilometri pe or%.

9umai c% nu este su7cient s% ne 1ntreb%m c@t de repede ne deplas%m, ci1ntrebarea complet% ar suna cam a'aO c@t de repede ne deplas%m 2$6#T:; la un

alt lucru?


5/26

+953#2$# D: =S*$2$# ;:T$B$6A2 +9 =A9=$0C:# =6#:=S *$02$2$6#T:;:T#T$.

% introducem o regul% simpl% care permite unor observatori, doi la num%r, s% sepun% de acord cu privire la vite-a de deplasare a unui obiect. % 1ncepemeEerci&iul nostru pe o band% rulant%, un trotuar mobil dintrun aeroport. 4anda semi'c% cu vite-a constant% de L mile pe or%. #stfel c% dac% usan, una dintreeroinele 7lmului de mai sus, st% pur 'i simplu nemi'cat% pe trotuarul mobil, ea seva deplasa cu vite-a de L mile pe or% relativ la ara (cealalt% protagonist% amicului nostru eEperiment video), care st% 'i ea nemi'cat%, dar nu pe trotuar.

*ac% usan merge pe trotuar cu vite-a de L mile pe or%, ea poate spune, 1n modcorect, c% se deplasea-% cu L mile pe or%, dar ara o va vedea mi'c@nduse cuvite-a de mile pe or%. :ar dac% usan se deplasea-% cu L mile pe or% 1n senscontrar ben-ii trotuarului, usan va putea sus&ine 1n continuare c% ea sedeplasea-% cu L mile pe or%, dar 1n acest moment ara o va vedea 1n repaus (Gmile pe or%).

#stfel c% prima noastr% conclu-ie spune c% doi observatori, pentru a se pune deacord cu privire la m%sur%torile de vite-% efectuate, pot, pur 'i simplu, s% aduneori s% scad% din re-ultatele ob&inute vite-a relativ% a unuia fa&% de cel%lalt, 1nca-uri similare celui de fa&%. #ceast% idee repre-int% temelia relativit%&ii clasice.

59 #6T $$3065. A=56 *$ 4#$4#66 0$ 59 =#3:A9 +9 3:D=#2$ 2$=T:6:9:$59:A23S.

:at% un alt scenariu, unul care implic% >ocul de baseball. % presupunem c% uncamion se deplasea-% pe un drum drept cu vite-a constant% de KG de mile peor%. +n partea din spate se a% un arunc%tor, un prin-%tor 'i antrenorul lor, dotat

cu un aparat de m%sur% al vite-ei mingii care func&ionea-% pe principiulradarului. #t@ta vreme c@t camionul nu accelerea-% ori nu 1ncetine'te 'i nici nu1nt@lne'te obstacole de mari dimensiuni, cei trei 1'i pot desf%'ura 'edin&a deantrenament ca 'i cum sar aa pe un teren de baseball. =@nd prin-%torul arunc%mingea cu vite-a de !GG de mile pe or%, radarul antrenorului va 1nregistravaloarea de !GG de mile pe or%. +ntradev%r, mingea se deplasea-% cu vite-a de!GG de mile pe or% 2$6#T:; 6# arunc%tor, prin-%tor, antrenor 'i camion.

*ar s% presupunem c% un spectator se a% pe marginea drumului 'i 1nregistrea-%vite-a aceleia'i mingi de baseball. =e vite-% va m%sura acest observatorneimplicat 1n mi'carea camionului? $i bine, mingea se a% de>a 1n mi'care cu

vite-a de KG de mile pe or% atunci c@nd se g%se'te 1n m@inile arunc%torului. #'ac% acest spectator va m%sura o vite-% a arunc%rii de !KG de mile pe or%, vite-amingii relativ la camion plus vite-a camionului relativ la spectator.

ig. " 2elativitatea (front)

Teoria relativitii pe nelesul tuturor 2

CUPRINSUn alt eemplu de relativitate clasic


6/26

Rezist relativitate a clasic la viteze $oarte mari &

"!C! '()*+,, i teoria electroma%netismului

CRI-( de la s$.rit de secol )I)

Scurt perspectiv istoric!+terul!+perimentul 'IC/+,S0N#'0R,+1!+perim entul lui (,23G+R!

Postulatul lui +instein

!!!mer%i direct la videoclip

0artea a doua a seriei dedicate teoriei relativit%&ii face o trecere 1n revist% aideilor din 7-ic% la momentul revolu&iei ini&iate de $instein. #stfel, ve&i aadespre .=.3aEwell 'i teoria electromagnetismului, despre eEperimentul3ichelson3orley 'i semni7ca&ia acestuia, precum 'i despre eEperimentul lui#lvUger.

59 #6T $$3065 *$ 2$6#T:;:T#T$ =6#:=S

% 1ncepem anali-a pe tema relativit%&ii 'i luminii folosind persona>ele 'ipovestea unui vechi show de televi-iune americanO ky


7/26

+n continuare, s% facem un pas 1nainte, 1nlocuind pu'ca cu o lantern%. ;om aveanevoie de un scenariu imaginar. % presupunem c% sunte&i 1mpreun% cu noopy(eroul unor ben-i desenate) 'i al s%u aparat imaginar de -bor, numit Qopwith=amelN (de fapt, casa c@inelui s%u). Dti&i cu certitudine faptul c%, la sol, luminalanternei dvoastr% c%l%tore'te cu vite-a de LGG,GGG de kilometri pe secund%. +n

continuare, din noul aparat de -bor 1ndrepta&i lanterna c%tre 1nainte 'i aprinde&io.

noopy 'i al s%uopwith =amel

;a c%l%tori lumina cu LGG,GGG de kilometri pe secund% 065 vite-a 8avionului8 luinoopy? Aricine a avut contact 1n liceu, prin intermediul unui 7lm documentarori 1ntro simpl% discu&ie cu vreun prieten pasionat de 7-ic%, cu teoria relativit%&ii,intuie'te c% avem dea face cu o 1ntrebare capcan% 'i cunoa'te r%spunsul (unulnegativ), f%r% 1ns%, de cele mai multe ori, al 'i 1n&elege.

2$B:TS 2$6#T:;:T#T$# =6#:=S 6# ;:T$B$ A#2T$ 3#2: ?

$Eemplul cu 1nsumarea vite-elor glon&ului 'i a avionului este poate cel mai reu'itmod de a eEplica relativitatea clasic%. ;ersiunea clasic% a relativit%&ii simpla1nsumare a vite-elor a func&ionat perfect pentru multe secole, pentru descrierea

mi'c%rii tr%surilor, vapoarelor, >ocului de baseball 'i camioanelor, ba chiar 'i a-borului avioanelor, rachetelor 'i gloan&elor.

9umai c% relativitatea clasic% este doar o foarte bun% aproEimare a realit%&ii.

6a vite-e foarte, foarte mari, relativitatea clasic% nu mai func&ionea-%. *ar acestlucru nu a devenit clar dec@t c@nd oamenii de 'tiin&% au 1nceput s% -boare(imaginar, asemenea lui $instein) cu 8opwith =amels8 'i au eEaminat naturacelui mai rapid lucru cunoscut de om lumina.

#3$ =6#2< 3#W$66 D: T$A2:# $6$=T2A3#/9$T:3565:

6a mi>locul secolului al :lea, era de>a cunoscut de mult% vreme faptul c%

electricitatea putea 7 folosit% pentru a crea un magnet, respectiv c% magne&iiputeau 7 folosi&i pentru a genera electricitate. :ar omul care a reali-at prima


8/26

fotogra7e color, ames =lerk 3aEwell, a uni7cat toate cuno'tin&ele care eEistaudespre electricitate 'i magnetism sub forma a I ecua&ii splendide. #ceste ecua&iidescriu comportamentul unei unde electromagnetice care c%l%tore'te prin vid cueEact vite-a m%surat% a luminii. +n fapt, aceast% und% este repre-entat% de 1ns%'ilumina. #'adar, potrivit lui 3aEwell, lumina este o und% electromagnetic% care se

mi'c% prin spa&iul cosmic cu vite-a de LGG,GGG de kilometri pe secund%.9umai c%, privind problema din punct de vedere al relativit%&ii, se na'te, 1n modabsolut 7resc, o 1ntrebare ... relativ la ce este m%surat% aceast% vite-%? $cua&iilelui 3aEwell p%reau a spune c% lumina se deplasea-% cu LGG,GGG de kilometri pesecund% relativ la oriceV

=2:B# *$ 6# X2D:T *$ $=A6 al :lea

#ceasta era confu-ia cu care se confruntau 7-icienii la 1nceputul secolului .*ac% 3aEwell avea dreptate, atunci lumina se deplasea-% 1ntotdeauna cu vite-a8c8, de LGG,GGG de kilometri pe secund%. *ar dac% relativitatea clasic% este oteorie corect%, atunci nu eEist% vite-e absolute, iar vite-a luminii ar trebui s%depind% de cel care face m%sur%torile 'i s% &in% cont de mi'carea acestuia relativla sursa de lumin%.

=um ar putea aceste idei s% 7e corecte simultan? ie 1n&elegerea noastr% afenomenului mi'c%rii, 7e teoriile despre electromagnetism 'i lumin%, erau 1npericol. +ns%'i ba-ele fundamentale ale 7-icii se aau 1n fa&a unei cri-e profunde.5n func&ionar de doar de ani de la 4iroul de 0atente din ora'ul elve&ian 4erna,pe nume #lbert $instein avea s% ofere o cale de a dep%'i aceast% cri-%.

=52TS 0$20$=T:;S :TA2:=S. $T$256. $0$2:3$9T56 3:=H$6A93A26$Y.$0$2:3$9T56 65: #6;Z/$2.

0entru o 'i mai bun% 1n&elegere a cadrului istoric care precede revolu&ia introdus%de #lbert $instein 1n 7-ica modern%, s% facem o scurt% trecere 1n revist% a ideilorma>ore din 7-ica 7nalului de secol : legate de caracterul 'i vite-a luminii. +nacea vreme era 1nc% 1n discu&ie subiectul naturii luminii, continu@nd disputevechi de secole 1ntre adep&ii ideilor lui :saac 9ewton, care sus&ineau c% lumina arun caracter corpuscular, respectiv sus&in%torii ultimelor teorii, 'i anumeelectromagnetismul lui 3aEwell despre care am pomenit anterior. 4alan&a1nclinase 1n favoarea naturii ondulatorii a luminii, care era privit% acum ca o

form% de radia&ie electromagnetic% pe care ecua&iile lui 3aEwell o descriau ca7ind o und% format% din c@mpuri magnetice 'i electrice 'i care are vite-a de!R,LGG de mile pe secund%, aceea'i valoare cu cea determinat% eEperimentalde #lbert 3ichelson la !RMP (!R,LKG de mile pe secund%, cu o eroare de aproE.LG de mile pe secund%).

0rin analogie cu comportamentul undelor sonore, care au nevoie de un mediuprin care s% se propage, 'i sub inuen&a ideilor relativit%&ii clasice, se considerac% este nevoie de un mediu prin care s% se propage lumina, relativ la care s% 7eraportat% valoarea vite-ei acesteia ob&inut% pe cale eEperimental% 'i aat% 1nacord 'i cu valoarea teoretic% pre-is% de ecua&iile lui .=. 3aEwell. 9umele datacestui mediu 1n epoc% era de eter luminifer sau pur 'i simplu eter. #cestmaterial misterios, care era presupus a 7 omnipre-ent, 1ncon>ur@nd totul 'ip%trun-@nd prin oricare alt material, pre-ent 'i 1n spa&iul interstelar, era imaginat


9/26

ca 7ind foarte u'or 'i foarte greu de comprimat pentru a permite luminii s%c%l%toreasc% cu aceast% vite-% uluitoare. Toate aceste propriet%&i imaginare alesale 1l f%ceau eEtrem de greu detectabil. *ar era acesta real sau doar unconstruct necesar pentru a sus&ine relativitatea clasic%? Di dac% era real, cum s%1l detect%m?

#cela'i #lbert 3ichelson imaginea-% un aran>ament eEperimental folosind uninstrument inventat tot de el, interferometrul, cu a>utorul c%ruia sar 7 pututdetecta vite-a eterului relativ la 0%m@nt. 2e-ultatele, chiar 'i dup%perfec&ionarea aran>amentului cu a>utorul lui $dward 3orley, au fost completneconcludente, iar singura consecin&% acceptabil% din punct de vedere logic, darpe care autorii eEperimentului cu greu au admiso ca real%, era ineEisten&aeterului. $ra astfel eliminat% posibilitatea ca vite-a luminii determinat%eEperimental s% 7e una relativ% la acest mediu imaginar numit eter.

(*espre eEperimentul 3ichelson3orley, 1n detaliu, 1ntrun articol viitor).

A alt% variant% luat% 1n calcul la acea vreme a fost ca lumina s% aib% vite-acunoscut% atunci pe ba-e eEperimentale relativ la surs%. Trebuie s% scoatem dinnou 1n eviden&% ideea c% relativitatea clasic% era foarte ad@nc 1nr%d%cinat% 1nmodul de a g@ndi al comunit%&ii 'tiin&i7ce de atunci, de unde 'i nevoia acut% de araporta vite-a m%surat% a luminii la un sistem de referin&%. +n epoc% aceast%teorie, care poart% numele de 8teoria emi&%torului8 a fost respins% pe ba-egre'ite. #dev%rata invalidare a acestei idei avea s% vin% pe cale eEperimental%de abia 1n anul !PI, c@nd o echip% condus% de Torsten #lvUger, folosind

de-agregarea spontan% a unor particule numite pioni, a demonstrat f%r% putin&%de t%gad% c% lumina nu putea avea (din perspectiva interpret%rii clasice aeEperimentului) o vite-% 7E% fa&% de sursa sa.

#ceste particule neutre numite pioni se descompun 1n urma unor microeEplo-ii 1ncadrul c%rora emit lumin%. #cceler@nd pionii la vite-e relativistice (sa reu'itaccelerarea lor la !RK,GGG de mile pe secund%), este posibil% monitori-areadescompunerii acestora, deci 'i detectarea luminii emise de ei (care devinemi&%torii pomeni&i de teorie), la aceste vite-e foarte mari. a constatat, a'acum era de a'teptat din perspectiv% modern%, c%, 1n ciuda 8impulsului8 oferit deemi&%torul aat 1n mi'care cu o vite-% impresionant%, vite-a luminii emise are

valoarea normal%, de !R,LGG de mile pe secund%. Di asta pentru observatoruluman. +n sistemul de referin&% al pionului, valoarea nu mai putea 7 aceea'i, dac%>udecata sar 7 f%cut 1n secolul :...

#'adar, 1n lumina celor a7rmate mai sus, era nevoie de o nou% paradigm%, iarpostulatul introdus 1n !PGK de $instein 'i pe care vil vom pre-enta 1n cele ceurmea-%, avea s% repre-inte un model teoretic 1n acord cu toate observa&iileeEperimentale eEistente pe atunci. #lbert $instein avea s% m%rturiseasc% ulteriorc% la momentul formul%rii relativit%&ii restr@nse nu avusese cuno'tin&% deeEperimentul 3ichelson3orley. 3ai preci-%m 'i faptul c% relativitatea special%nu re-ult% ca o consecin&% logic% a celor de mai sus. ;orbim 1n schimb de un

construct teoretic la ba-a c%ruia st% un postulat, o aEiom%, construct care sa


10/26

dovedit a 7 1n acord cu eEperimentele 'i ideile trecute 'i care a re-istat 'i testeloreEperimentale care au urmat.

0AT56#T56 65: $:9T$:9

$instein a acceptat ca 'i corecte aceste dou% no&iuni aparent contradictorii

(relativitatea 'i electromagnetismul) 'i a modi7cat cursul 'tiin&ei. $l a acceptatideea de relativitate a mi'c%rii, reformul@ndo dup% cum urmea-%O QAricepersoan% aat% 1n mi'care cu vite-% constant% va observa acelea'i legi ale 7-iciicu un observator sta&ionarN. Di, din moment ce vite-a luminii este parteintegrant% a acestor legi ale 7-icii, $instein a postulat c% to&i observatorii vorm%sura aceea'i valoare a vite-ei luminii, indiferent de starea lor de mi'care oride repaus.

9umai c% vite-a este m%sura varia&iei distan&ei 1n timp. :ar pentru a se pune deacord cu privire la vite-a luminii, diver'ii observatori trebuie s% 7e 1n de-acord 1nceea ce prive'te distan&a 'i timpulV *ac% trebuie s% 7m de acord 1n ceea ce

prive'te vite-a luminii, se pare c% va trebui s% 7m 1n de-acord 1n ceea ce prive'tecomponentele vite-ei, distan&a 'i timpul. =e a spus $instein 1n aceast% privin&%, 'ianume despre fenomenele de dilatare a timpului 'i contrac&ie a lungimilor, ve&iaa 1n episodul urm%tor...

ig.L " =easuri relative

Teoria relativitii pe nelesul tuturor - 3

Teoria relativit%&ii

cris de cientia.ro

3ar&i, GK :anuarie G!G !PO

+n partea a treia a seriei dedicate teoriei relativit%&ii vorbim despre semni7ca&iaconceptului de anlumin%, despre deformarea timpului 'i a spa&iului, precum 'i

despre eEperimentul Hafele


11/26

!!!mer%i direct la videoclip

=$ $T$ $=59*#653:9S ?

0robabil sunte&i familiari-a&i cu conceptul de 8anlumin%8, folosit 1ndeosebi 1nastronomie ori cosmologie. #nullumin% repre-int% distan&a pe care lumina ostr%bate 1ntrun an 1n >ur de trilioane de mile sau P.I de trilioane dekilometri. #stfel c% am putea a7rma c% ;:T$B# luminii este un anlumin% (odistan&%) pe an (o unitate de m%sur% a timpului). 6a fel de simplu se poate spunec% secundalumin% este distan&a pe care lumina o parcurge 1ntro secund% 1n >urde !R,GGG de mile (ori LGG,GGG de kilometri). *eci, altfel spus, vite-a luminiieste o secund%lumin% (o distan&%) pe secund% (o unitate de m%sur% a timpului).

*:6#T#2$# T:30565:

0ute&i vedea 1n cadrul 7lmului pre-entat mai >os dou% nave spa&iale, una aat% 1n

repaus, iar cealalt% 1n mi'care. cenariul ales pentru ilustrarea conceptelor dedilatare a timpului, respectiv de contrac&ie a lungimii, este ca atunci c@nd navaaat% 1n mi'care trece prin dreptul celei sta&ionare, ambele s% 1'i aprind% propriullaser.

Teoria relativitatii pe 1ntelesul tuturor ) L.webm

0otrivit postulatelor lui $instein, vite-a luminii laserelor nu depinde de starea demi'careJrepaus a navelor. #stfel c% putem observa ambele ra-e c%l%torind unaal%turi de cealalt%, cu aceea'i vite-%. $chipa>ul navei spa&iale aat% 1n repausobserv% cum ra-a laser emis% de nava lor c%l%tore'te ! secundelumin% 1n !secunde 'i raportea-%, 1n mod corect, faptul c% lumina c%l%tore'te cu vite-a de !

secund%lumin% pe secund%V

*ar care este situa&ia ra-ei laser emise de nava spa&ial% aat% 1n mi'care?0arcurge aceasta doar secundelumin% 1n ! secunde 'i, dac% da, va raportaechipa>ul s%u c% lumina c%l%tore'te cu o vite-% egal% cu doar >um%tate dinvaloarea cunoscut%? 9u, nu se va 1nt@mpla a'a " dar de ce nu?

0otrivit lui $instein, lumina c%l%tore'te +9TAT*$#59# cu vite-a de o secund%lumin% pe secund%, indiferent de starea de mi'careJrepaus ori de vite-a dedeplasare a persoanei care efectuea-% m%sur%torile. #'adar, ce nu este 1n ordine1n ca-ul de fa&%? =um re-olv%m problema ivit% 'i care sunt eEplica&iile corecte?

A parte a r%spunsului re-id% 1n faptul c% ceasurile de pe nava spa&ial% aat% 1nmi'care 1ncetinesc. #'a cum am a7rmat la 7nele p%r&ii a doua a pre-entei serii,


12/26

dac% trebuie s% c%dem de acord asupra valorii m%surate a vite-ei luminii, vatrebui s% 7m 1n de-acord 1n ceea ce prive'te timpul cronometratV *ac% ceasurilede la bordul navei spa&iale aate 1n mi'care ar 8merge8 doar la >um%tatea vite-eicelor aate 1n repaus (deci ar tic%i 1ntrun ritm de dou% ori mai lent), problemanoastr% ar 7 complet re-olvat%. +n acest ca-, ra-a laser emis% de nava spa&ial% 1n

mi'care ar parcurge tot secundelumin%, fapt care, combinat cu 1ncetinireaceasurilor, ar dura doar secunde. #stfel c% echipa>ul 1n mi'care ar raporta c%lumina c%l%tore'te cu eEact vite-a de ! secund%lumin% pe secund%.

*ar, 1n realitate, se dovede'te c% ceasurile nu 1ncetinesc dea>uns de mult pentruca acest fenomen s% 7e su7cient pentru a repre-enta r%spunsul complet. +nc@teva clipe vom pre-enta 'i a doua parte a eEplica&iei, oferind o imaginecomplet% 'i corect% a fenomenului. Trebuie men&ionat 'i c% cele de mai sus nu serefer% $=65:; la ritmul de rotire a limbilor ceasurilor, care ar putea 7 modi7catprin interven&ii de ordin mecanic ori electronic asupra unui ceas (1n fapt, rotireamai lent% a limbilor unui ceas aat 1n mi'care, vi-ibil% astfel din perspectiva

observatorului uman aat 1n repaus, este mai degrab% o modalitate metaforic%de a pre-enta fenomenul, 'i asta mai ales deoarece e imposibil, cel pu&indeocamdat%, de pus 1n practic% un monta> eEperimental care s% permit%vi-uali-area limbilor unui ceas aat 1n mi'care la vite-e relativiste, de c%tre unobservator 1n repaus). Timpul 1nsu'i se scurge mai lent pentru cei aa&i 1nmi'careV +n ultimii !GG de ani au fost efectuate nenum%rate eEperimente care audovedit, 1n afara oric%rei 1ndoieli, c% timpul 1nsu'i este cel care trece mai 1ncet.*ar de ce se 1nt@mpl% acest lucru? pentru a oferi o eEplica&ie solid%, s% 1n&elegemceva mai bine conceptul de ceas...

=$ $T$ 59 =$#?

5n 8ceas8 este repre-entat de orice dispo-itiv care num%r% evenimente care auloc la intervale regulate de timp. $venimentul care pune 1n mi'care ceasul poate7 de diverse tipuriO balansarea unui pendul, rico'eurile repetate ale unei mingi,relaEarea 'i contrac&ia unui arc sau chiar alternan&a curentului 1ntrun circuitelectric. Arice eveniment repetitiv poate 7 utili-at.

% ne imagin%m c% am putea construi un ceas care folose'te o ra-% de lumin%care se reect% 1n mod repetat 1ntre dou% oglin-i po-i&ionate una deasupraceleilalte. *e 7ecare dat% c@nd lumina atinge discul (oglinda) de >os, ceasulavansea-%. #vanta>ul folosirii unui asemenea ceas este c% putem 7 siguri c% oriceobservator care 1l prive'te va observa mecanismul de cronometrare ra-a delumin% mi'c@nduse cu aceea'i vite-%. *ac% dou% asemenea ceasuri sunt 1nrepaus, ne a'tept%m ca timpii indica&i de ele s% 7e perfect identici.

=$#52: +9 3:D=#2$

*ar ce se 1nt@mpl% atunci c@nd unul dintre ceasuri este 1n mi'care? ;om remarcac%, de'i ambele ceasuri sunt identice, cel aat 1n mi'care va tic%i mai lent dec@tcel aat 1n repaus. 0entru a 1n&elege de ce se 1nt@mpl% acest lucru, urm%ri&i 1n7lm traseele celor dou% ra-e de lumin% ale celor dou% ceasuri. 6umina ceasuluiaat 1n repaus parcurge o distan&% vertical, de sus 1n >os 'i 1napoi c%tre 1n sus.*ar ra-a de lumin% a ceasului aat 1n mi'care trebuie s% str%bat% o distan&% mai


13/26

mare, pe diagonal%. *in moment ce ambele 2#B$ *$ 653:9S c%l%toresc cuvite-a 8c8, iar ra-a de sus (cea corespun-%toare ceasului aat 1n mi'care)parcurge o distan&% mai lung%, observatorul sta&ionar observ% ceasul aat 1nmi'care merg@nd mai 1ncet dec@t al s%u. #ceast% 1ncetinire a ceasurilor aate 1nmi'care poart% numele de *:6#T#2$# T:30565:.

Trebuie subliniat c% o persoan% care se mi'c% al%turi de ceasul aat 1n mi'carenu remarc% nimic neobi'nuit 1n leg%tur% cu trecerea timpului. *e fapt nu remarc%nimic neobi'nuit 1n leg%tur% cu...nimic. =easul, dar 'i trecerea timpului, par s%evolue-e absolut normal. 0otrivit unui asemenea observator, el este cel care sea% 1n repaus, iar cel%lalt se a% 1n mi'care relativ la acesta. 0otrivit lui, cel%laltceas tic%ie'te mai 1ncet. =urgerea timpului 1n universul lui $instein este completrelativ%.

Di acum s% revenim la problema cu navele spa&iale 'i ra-ele laser pentru ade-v%lui a doua parte a eEplica&iei prin care re-olv%m problema ini&ial%.

=A9T2#=C:# 659/:3::

+n mod asem%n%tor efectului pe care mi'carea 1l are asupra curgerii timpului, semanifest%, de asemeni, 'i un efect relativist care implic% distan&a. Arice obiectaat 1n mi'care devine mai scurt pe direc&ia sa de 1naintare. #cest efect poart%numele de =A9T2#=C:$ # 659/:3::.

=ontrac&ia lungimii este a doua consecin&% necesar% a postulatului lui $insteincare spune c% vite-a luminii este aceea'i pentru to&i observatorii. Dtim 1n pre-entc%, f%r% putin&% de t%gad%, at@t contrac&ia lungimilor, c@t 'i dilatarea timpului,

sunt efecte reale. #cestea chiar se 1nt@mpl% 1n realitateV 6u@nd 1n calcul1mpreun% dilatarea timpului 'i contrac&ia lungimii, ob&inem eEplica&ia 7nal%pentru modul 1n care este posibil ca, pe ba-a postulatelor lui $instein, cele dou%nave spa&iale s% m%soare aceea'i vite-% a luminii.

0e m%sur% ce nava 1n mi'care trece pe l@ng% noi, observ%m c% ceasurile eitic%iesc mai 1ncet dec@t cele ale navei aate 1n repaus. 2emarc%m 'i c% aceanav% 1ns%'i este mai scurt%, ori, mai corect spus din punctul observatoruluista&ionar, contractat%. *up% ce trec ! secunde pe ceasul aat 1n repaus,observ%m c% au trecut doar P secunde conform celui aat 1n mi'care ('i nu celedoar secunde pe care leam presupus 1n eEplica&ia de mai devreme).

*ar, din cau-a contrac&iei lungimii, nava 1n mi'care, c@t 'i toate riglele aate labordul s%u sunt contractate cu eEact valoarea necesar% pentru ca m%sur%toriles% ofere r%spunsul corectV 0otrivit echipa>ului aat 1n mi'care, ra-a de lumin%parcurge P secundelumin% 1n P secunde. 3embrii acestui echipa> vor raportaacum c% ra-a de lumin% va c%l%tori cu vite-a =A2$=TS a luminii de ! secund%lumin% pe secund%.

*ar oare chiar a'a stau lucrurile 1n realitate? 2%spunsul este unul a7rmativ 'ilipsit de orice urm% de 1ndoial%. 3ii de eEperimente au fost efectuate de c@nd$instein a formulat postulatele relativit%&ii speciale 'i 7ecare dintre acestea auscos 1n eviden&% faptul c% dilatarea timpului 'i contrac&ia lungimii sunt efecte

reale, observabile, m%surabile. +n !PM!, patru ceasuri atomice cu cesiu au fostsincroni-ate 'i montate la bordul unor avioane comerciale care au 1ncon>urat


14/26

Terra de c@te dou% ori, iar indica&iile lor au fost ulterior comparate cu un ceasfolosit ca referin&% 'i aat 1n dotarea Abservatorului 3arinei .5.#. 2e-ultatul afost c% ceasurile aate 1n mi'care au indicat timpi diferi&i de cel al referin&eista&ionare cu eEact valorile pre-ise de teoria relativit%&ii.

$Eperimentul Hafele% de eroare deaproEimativ !G\, a faimosului paradoE al gemenilor (care va 7 pre-entat pescientia.ro 1n cur@nd), folosind ceasuri macroscopiceN.

tudiul a fost semnat de .=. Hafele 'i 2. $.


15/26

:mplica&iile relativit%&ii

$_mc 'i echivalen&a mas%energie

0oten&iale surse de energie ale viitorului heliulL de pe 6un%.

...mergi direct la videoclip.

0#C:56 D: T:3056. =A9T:955356 0#C:AT$30A2#6

;om 1ncerca 1n cele ce urmea-%, pentru u'urin&a 1n&elegerii no&iunilor pre-entate,o analogie 1ntre deplasarea unei ma'ini 1n planul de7nit de direc&iile nord 'i est 'ideplasarea unui obiect prin cele patru dimensiuni, cele trei ale spa&iului 'i timpul.

+n prima parte a episodului pre-entat 1n acest articol pute&i vedea un gra7c alunei ma'ini care circul% spre est cu vite-a sa maEim%O !GG de mile pe or%. prenord nu avansea-% deloc toat% vite-a sa este folosit% pentru 1naintarea 1nspreest. +naintea-% spre est c@te !GG de mile 1n 7ecare or%. *ac% schimb%m direc&iade deplasare a ma'inii spre nordest, de'i ma'ina circul% 1n continuare cu vite-ade !GG de mile pe or% (cea maEim disponibil%), ea parcurge acum mai pu&in de!GG de mile pe or% 1nspre est deoarece o parte din vite-a sa este folosit% pentrua 1nainta 'i pe direc&ia nordului.

*eplasare spre nordest

pa&iutimpul este un model matematic care combin% cele trei dimensiuni alespa&iului 'i timpul 1ntrun continuum unic. *e obicei, timpul >oac% rolul celei deapatra dimensiuni, oarecum diferit% de cele trei dimensiuni spa&iale. 0rin

combinarea spa&iului 'i a timpului 1ntrun construct matematic unic, 7-icienii ausimpli7cat numeroase teorii, reu'ind de asemeni s% descrie 1ntrun mod mai


16/26

uniform func&ionarea universului la nivelul macrocosmosului, dar 'i la nivelcuantic. *e'i spa&iutimpul poate 7 privit ca o consecin&% direct% a teorieirelativit%&ii restr@nse introduse de $instein 1n !PGK, un prim model matematic alcontinuumului spa&iotemporal a fost propus eEplicit de c%tre unul dintreprofesorii lui $instein, pe numele s%u Hermann 3inkowski, care 1ntrun eseu

publicat 1n !PGR 'i care avea la ba-% lucr%rile lui $instein, introducea conceptulde spa&iu 3inkowski. pa&iul 3inkowski este cea mai timpurie abordare a perechiispa&iu 'i timp ca 7ind dou% aspecte ale unui 1ntreg uni7cator, idee carerepre-int% 'i esen&a relativit%&ii speciale. :deea de spa&iu 3inkowski a condus 'i lao interpretare mai geometric% a relativit%&ii restr@nse, abordare cu implica&iiimportante 'i 1n relativitatea generali-at%.

+n mod similar ne putem g@ndi 'i la spa&iu 'i timp.Totul 1n 5nivers c%l%tore'te prinspa&iu 'i timp cu vite-a luminii vite-a 3#:3S posibil%. % ne imagin%m c%1nlocuim estul 'i nordul din eEemplul anterior cu timpul 'i spa&iul (vomrepre-enta cele L dimensiuni ale spa&iului ca 7ind una dintre cele dou% aEe aleplanului pe care desen%m gra7cul nostru, cea corespun-%toare nordului).

pa&iutimpul 8redus8 gra7c la numai dimensiuni

*ac% sta&i pe loc 1n spa&iu (neavans@nd deci c%tre direc&ia nord), asta 1nseamn%c% v% deplasa&i cu vite-% maEim% prin timp (c%tre ceea ce anterior era estul). *ardac% 1ncepe&i s% v% deplasa&i prin spa&iu (c%tre nord), vite-a de deplasare printimp scade deoarece o parte din aceast% vite-a a fost deviat% pe aEa spa&iului.=u c@t v% deplasa&i mai repede pe aEa spa&iului, cu at@t scade avansul dvoastr%pe cea a timpului. *ac% a&i putea c%l%tori prin spa&iu, deci raportat la aEaspa&iului (nord) cu vite-a luminii, nu a&i avansa deloc pe aEa timpului, deci timpul8ar 1nghe&a8 pentru dvoastr% (a'a cum se 1nt@mpl% cu ra-ele de lumin%)V :ardac% a&i putea c%l%tori mai repede dec@t lumina, a&i putea c%l%tori 1napoi 1n timpV


17/26

:306:=#C::6$ 2$6#T:;:TSC::

#minti&iv% de faptul c% diferi&ii observatori trebuie s% se pun% mereu de acord cuprivire la vite-a luminii, iar asta 1nseamn% c% vor 7 1n de-acord cu privire la

8componentele vite-ei8O timpul 'i distan&a. #t@t timpul c@t 'i distan&a devin maiscurte pentru observatorii aa&i 1n mi'care. $fectele contraintuitive alerelativit%&ii dilatarea timpului 'i contrac&ia lungimii depind 1n mod dramatic devite-a dvoastr% de deplasare. 6a vite-ele cu care ne deplas%m 1n via&a cotidian%aceste efecte trec pur 'i simplu neobservate. =ele mai mari vite-e cu care saudeplasat vreodat% oamenii nu dep%'esc c@teva mile pe secund%, doar o mic%,foarte mic% frac&iune din vite-a cu care c%l%tore'te lumina!R,GGG de mile pesecund% (ori LGG,GGG de kmJs).

Teoria relativitatii pe 1ntelesul tuturor ) I.webm

*ar 1n universul lui #lbert $instein, spa&iul 'i timpul nu mai sunt absolute. 9u

putem vorbi de un timp unic, la care oricine din 5nivers s% se poat% raporta 'inici de distan&e prin spa&iu cu privire la care s% se pun% toat% lumea de acord.pa&iul 'i timpul, asemenea vite-elor 1n 7-ica clasic%, cap%t% sens doar relativ laun anumit observator.

$instein a preferat s% vorbeasc% despre o singur% entitate spa&iutimpul(adesea numit 'i continuumul spa&iutimp) 1n care evenimentele 'i m%sur%torileau loc. 5n observator poate 1nregistra dou% evenimente ca separate printromare distan&% 1n spa&iu, dar petrec@nduse 1n aproape acela'i punct 1n timp

(aproape simultan din punctul s%u de vedere), 1n timp ce un alt observator vedeacelea'i dou% evenimente ca av@nd loc 1n -one vecine ale spa&iului, dar lamomente de timp 1ndep%rtate unul de altul. +n timp ce separ%rile 1n timp 'i spa&iu1ntre cele dou% evenimente vor 7 diferite 1n cele dou% ca-uri, ecua&iile lui $insteinpermit celor doi observatori s% 7e de acord cu privire la distan&a combinat% prinspa&iutimp.

$_mc. $=H:;#6$9C# 3#S$9$2/:$

9u doar ideile noastre referitoare la spa&iu 'i timp au fost radical modi7cate de

teoria relativit%&ii a lui $instein. $instein a 1n&eles c% trebuie s% reg@ndim 1ntregulmodel teoretic eEistent despre energie. *ac% privim cu aten&ie la un proton aat


18/26

1ntrun accelerator de particule, este simplu pentru oamenii de 'tiin&% s% observec% doar o parte din energia utili-at% cre'te 1n mod efectiv vite-a particulei. 2estulde energie introdus% 1n sistem cre'te masa particulei. =u c@t particula sedeplasea-% mai repede, cu at@t ea devine mai greaV =@nd c%l%tore'te cu aproapevite-a luminii, aproape toat% energia folosit% se reg%se'te 1ntrun surplus de

mas% al particulei. #cesta este 'i motivul pentru care o particul% cu masa nenul%nu poate atinge niciodat% vite-a luminii. $a devine mai grea 1n loc s% sedeplase-e mai repedeV

#cest fapt este re-umat de cea mai faimoas% ecua&ie a lui $instein, poate ceamai faimoas% ecua&ie din 1ntreaga istorie a 'tiin&eiO $ _ mc. *incolo de faptul c%de7ne'te energia unui corp aat 1n repaus, semnul egal semni7c% 'i faptul c%materia poate 7 transformat% 1n energie 'i viceversa. actorul de conversie vite-a luminii la p%trat (c) repre-int% un num%r enorm. 0otrivit ecua&iilor lui$instein, o cantitate in7m% de materie ar putea 7 convertit% 1ntro cantitateenorm% de energie, lucru reu'it de oameni 1n practic% prin controlarea reac&iei de

7siune nuclear%, folosit% 1n ca-ul bombelor atomice ori pentru producereaenergiei 1n centralele nuclearelectrice. *ar $_mc repre-int% mai mult dec@tbombele atomice. +n&elegerea faptului c% masa poate 7 convertit% 1n energie af%cut posibil% descifrarea mecanismului fu-iunii nucleare, de producere aenergiei la nivelul oarelui 'i altor stele, 1nc% un mister 1n vremea lui $instein. #deschis 'i drumul pentru eEplorarea misterioaselor t%r@muri din interiorulatomilor 'i descoperirea unor 1ntregi familii de noi particule, toate create dinenergie pur% cu a>utorul unor puternice acceleratoare de particule.

6a 1nceputul secolului al :lea, centralele atomoelectrice furni-ea-% 1n >ur deG\ din necesarul energetic al 5#, convertind o mic% parte din masa 7ec%rui

atom de uraniu folosit 1n energie utili-abil%. a&% de ideile sale despre spa&iu 'itimp, ecua&ia care eEprim% echivalen&a dintre mas% 'i energie a lui $instein aavut un impact chiar mai profund asupra lumii noastre, dar 'i asupra moduluinostru de via&%.

3:9$2:T56 0$ 659S D: 5B:59$# 95=6$#2S =A9T2A6#TS

$Eist% voci din comunitatea 'tiin&i7c% potrivit c%rora p@n% la >um%tatea secoluluial :lea reactoare de fu-iune nuclear% alimentate cu heliuL (un i-otop alheliului similar tritiului) eEtras de pe 6un%, unde este disponibil din abunden&%,vor converti 'i mai mult% mas% 1n energie (cu un randament superior celui atins1n reac&iile de 7siune nuclear%), iar asta f%r% a da na'tere unor de'euripericuloase, 7e acestea radioactive ori de alt% natur%.

Teoria relativit%&ii pe 1n&elesul tuturor K


cris de cientia.ro

6uni, !! :anuarie G!G !IOLG

9ewton a avut revela&ia c% un m%r care cade spre p%m@nt se a% sub inuen&aunei for&e misterioase, numite gravita&ie. $instein vine 1ns% cu o alt% teorieO nu


19/26

eEist% o 8for&% misterioas%8 care s% trag% m%rul spre p%m@nt, ci pre-en&a0%m@ntului 1n spa&iu duce la curbarea spa&iutimpului dimpre>urul planetei (videoinclus).

ig.K " $instei are dreptateOgravita]ia curbea-% lumina (The 4oston 0ost)

=502:9

isteme de referin&% iner&iale 'i neiner&iale

0rincipiul echivalen&ei

pa&iutimpul curb

$clipsa din !P!P. 0rima con7rmare eEperimental% a 2elativit%&ii /enerali-ate

...mergi direct la videoclip

:T$3$ *$ 2$$2:9CS

2elativitatea se ocup% cu modul 1n care doi oameni se pun de acord cu privire laceea ce v%d c@nd unul dintre ei este 1n mi'care. #tunci c@nd aceast% mi'care sedesf%'oar% cu o vite-% constant% 'i 1n linie dreapt% (mi'care rectilinie uniform%),spunem c% cei doi observatori se a% 1n sisteme de referin&% 8iner&iale8.2elativitatea lui $instein pentru sisteme de referin&% iner&iale poart% numele deTeoria 2elativit%&ii 2estr@nse (2elativitatea pecial% ori 2estr@ns%). #ceast% teoriepostulea-% c% orice persoan% aat% 1n mi'care cu vite-% constant% va observaacelea'i legi ale 7-icii ca 'i una aat% 1n repaus.

=e se 1nt@mpl% 1ns% 1n ca-ul sistemelor de referin&% aate 1n mi'care accelerat%ori care 1ncetinesc sau care 1'i schimb% direc&ia de deplasare? Aare principiile lui$instein vor mai 7 valabile 'i 1n acest ca-? 0utem oare spune c% legile 7-icii suntacelea'i pentru observatorii din sisteme de referin&% accelerate? :ar lumina vamai c%l%tori oare cu vite-% constant% 'i 1n sistemele de referin&% neiner&iale?

02:9=:0:56 $=H:;#6$9C$:

% ne imagin%m pe cineva 1nchis 1ntro incint% i-olat% undeva 1n spa&iul cosmic,la milioane de kilometri de inuen&a gravita&ional% a oric%rei planete. 0ersoana

respectiv% ar pluti prin 1nc%pere f%r% niciun efort. Abiectele aate 1n repaus ar


20/26

r%m@ne 1n repaus, iar obiectele aate 1n mi'care ar pluti prin incinta respectiv% 1nlinie dreapt% p@n% ce sar lovi de un perete.

+ns% 1n momentul 1n care motoarele unei rachete ata'ate incintei ar 1ncepe s%imprime ansamblului o accelera&ie prin spa&iu (s% spunem, de >os 1n sus, dinperspectiva unei 1nc%peri de pe Terra, cu podea 'i tavan, de'i 1n acea -on% aspa&iului no&iunile de sus 'i >os 'iar pierde sensul), eroul situa&iei imaginate denoi ar sim&i ceva destul de diferit. ar sim&i 1mpins de podeaua aat% 1n mi'careaccelerat%. Abiectele aate 1n repaus ar p%rea s% cad% pe m%sur% ce podeaua araccelera c%tre 1n sus p@n% la 1nt@lnirea cu ele.

Teoria relativitatii pe 1ntelesul tuturor ) K.webm

*ac% accelera&ia ar 7 su7cient de mare, persoana respectiv% ar putea sta 1npicioare 'i merge prin 1nc%pere ca 'i cum sar aa pe Terra, supus% atrac&ieigravita&ionale a 0%m@ntului. *e fapt, $instein sus&inea c% nu eEist% niciomodalitate prin care s% sesi-%m diferen&a 1ntre starea de repaus sub inuen&agravita&iei, respectiv deplasarea accelerat% prin spa&iu. *in moment ce to&iobservatorii trebuie s% se pun% de acord cu privire la legile fundamentale ale7-icii, legile 7-icii care descriu gravita&ia trebuie, 1ntrun anume sens, s% 7eechivalente cu cele care descriu accelera&ia prin spa&iul cosmic.

+n plus, din moment ce mi'carea prin spa&iu modi7c% m%sur%torile noastreasupra timpului 'i asupra distan&elor, la fel pre-en&a unui c@mp gravita&ionalalterea-% spa&iul 'i timpul. #cest tip de logic% la condus pe $instein la conclu-iac% trebuie s% abandone-e modelul vechi al gravita&iei ca for&% invi-ibil% deatrac&ie 1ntre obiecte. +n loc, acesta avea s% introduc% noua perspectiv%, 1n caregravita&ia este o distorsiune a spa&iutimpului 1nsu'i.

0#C:5T:3056 =524

0otrivit 2elativit%&ii /enerali-ate, pre-en&a materiei 1n anumite -one din 5niversmodi7c% geometria spa&iului. 5n mod 1n care putem vi-uali-a acest lucru este s%ne imagin%m o minge de bowling plasat% pe o plas% elastic% (1n genul celorfolosite pentru acroba&ii). 3ingea de bowling deformea-% plasa, f%c@nd caobiectele de pe suprafa&a acesteia s% se mi'te spre minge.

5n fenomen asem%n%tor este responsabil, 1n vi-iunea lui $instein, 'i pentruapari&ia for&ei de atrac&ie gravita&ional%. *e'i valoarea accelera&iei gravita&ionalea fost calculat% 1nc% din vremea lui :saac 9ewton, p@n% la $instein nu a eEistat odescriere clar% a mecanismelor de func&ionare ale gravita&iei. #dic%O conform lui9ewton, am putea spune c% un m%r cade spre suprafa&a terestr% deoarece

anumite for&e invi-ibile de atrac&ie care se eEercit% 1ntre m%r 'i planet% fac cacele dou% obiecte s% 7e 1mpinse unul spre cel%lalt. *ar care este cau-a apari&iei


21/26

acestei for&e gravita&ionale? =um se 1nt@mpl%, de fapt, aceast% atrac&ie? 9imeni,p@n% la $instein, nu 'tia s% r%spund% la aceste 1ntreb%ri. :ar acesta a renun&atcomplet la ideea unei for&e invi-ibile.

9u eEist% o 8for&% misterioas%8 care s% trag% m%rul spre 0%m@nt. 3ai degrab%pre-en&a 0%m@ntului 1n spa&iu duce la apari&ia unei curburi a spa&iutimpuluidimpre>urul planetei. :ar m%rul nu face dec@t s% urme-e cel mai u'or de parcursdrum disponibil 1n mi'carea sa prin acest spa&iu curbat, cale ce 1l poart% spresuprafa&a planetei...

$=6:0#

*ac% $instein are dreptate, iar obiectele masive curbea-% 1ntradev%r spa&iul,atunci gravita&ia ar trebui s% afecte-e mi'carea tuturor obiectelor prin spa&iu inclu-@nd aici 'i lumina. :magina&iv% c% lumina de la o stea dep%rtat%c%l%tore'te prin apropierea oarelui. 0otrivit lui :saac 9ewton, gravita&iarepre-int% o for&% de atrac&ie 1ntre toate obiectele care posed% mas%, iar dinmoment ce lumina nu are mas%, lumina provenind de la steaua 1ndep%rtat% nu ar7 nicicum afectat% de gravita&ia oarelui.

*ar, 1n accep&iunea lui $instein, un obiect masiv, a'a cum este 'i ca-ul oarelui,curbea-% 1nsu'i spa&iutimpul, astfel c% lumina stelei dep%rtate, travers@nd acelspa&iu deformat din imediata vecin%tate a oarelui, ar trebui s% 7e la r@nduicurbat%.

=ine are dreptate? /reu de spus, mai ales 1n !P!K, c@nd $instein deabia 1'ipublicase teoriile despre gravita&ie, iar mul&i dintre oamenii de 'tiin&% 1nc% se

raportau la teoriile lui 9ewton ca la o veritabil% dogm%.*evia&ia traiectoriei luminii pre-is% de ecua&iile lui $instein este eEtrem de mic%'i, mai mult dec@t at@t, nu putem vedea lumina provenind de la stelele aate1napoia oarelui deoarece acesta este mult prea str%lucitor. #r 7 nevoie deobservarea acelor stele pe timpul -ilei.

*in fericire, la doar I ani dup% ce $instein publicase 1n !P!K Teoria 2elativit%&ii/enerali-ate, a avut loc o eclips% de soare observabil% dea lungul Aceanului#tlantic, din nordul 4ra-iliei 'i p@n% pe coastele vestice ale #fricii. +n ambelelocuri au fost organi-ate eEpedi&ii conduse de astronomi de renume, echipa&i cutelescoape 'i aparate de fotogra7at pentru a surprinde pe pelicul% stelele pem%sur% ce acestea devin vi-ibile 1n spatele oarelui acoperit de 6un%.

*ac% $instein avea dreptate, po-i&ia aparent% a acestor stele la acel moment al-ilei ar trebui s% 7e modi7cat% fa&% de adev%rata lor po-i&ie fotogra7at% cu luni 1nurm%, c@nd oarele se aa 1n alt% parte pe bolta cereasc%. 2e-ultatul? #stronomiiau anun&at c% predic&iile lui $instein fuseser% con7rmate (un 7lm documentar

reali-at de 44= 'i intitulat sugestiv Q$instein and $ddingtonN pre-int% povestea


22/26

eEpedi&iei conduse de sir #rthur tanley $ddington 1n insula 0rincipe din vestul#fricii).

5lterior acestor con7rm%ri eEperimentale relativitatea avea s% 7e acceptat% curapiditate de c%tre comunitatea 'tiin&i7c% interna&ional% 'i nu avea s% dure-eprea mult p@n% c@nd #lbert $instein avea s% devin% o celebritate interna&ional%,prima adev%rat% vedet% provenind din comunitatea 'tiin&i7c%.

0ute&i citi aici despre inelul $instein, un ca- particular al efectului de lentil%gravita&ional% observabil 1n astronomie 'i pre-is de teoria relativit%&iigenerali-ate, iar pentru o list% a testelor eEperimentale care con7rm% predic&iileteoretice ale Teoriei 2elativit%&ii /enerali-ate, pute&i consulta aceast% pagin%(limba engle-%).

ig. A gaur% neagr%

Teoria relativit%&ii pe 1n&elesul tuturor


cris de cientia.ro

3ar&i, ! :anuarie G!G !RO!

+n ultima parte a seriei dedicate teoriei relativit%&ii pe 1n&elesul tuturor vorbimdespre implica&iile relativit%&ii generali-ate. ;edem ce este o gaur% neagr%, care

sunt principalii ei parametri 'i care sunt predic&iile relativit%&ii generali-ate carenu au fost deocamdat% con7rmate eEperimental (video inclus).

=502:9

:mplica&iile relativit%&ii generali-ate

=e sunt g%urile negre ?

ingularitatea 'i ori-ontul evenimentelor

Tipuri de g%uri negre

=um detect%m o gaur% neagr%

0robleme 1nc% nere-olvate

=onclu-ie

...mergi direct la videoclip


23/26

:306:=#C::6$ 2$6#T:;:TSC:: /$9$2#6:B#T$

+n anii de dup% con7rmarea pe cale eEperimental% a teoriei relativit%&iigenerali-ate a lui $instein (1n timpul eclipsei din !P!P) al&i oameni de 'tiin&% au

1nceput s% deduc% o serie de implica&ii 'i urm%ri ale relativit%&ii generali-ate.

/S52:6$ 9$/2$

e cunoa'te faptul c% masa distorsionea-% spa&iul. Dtim 'i c% traiectoria luminiieste afectat% de gravita&ie. 3ai 'tim c% teoria relativit%&ii generali-ate a lui$instein pre-ice eEisten&a unuia dintre cele mai stranii obiecte imaginatevreodat% de 7-icieni " g%urile negre.

*ac% ar putea 7 produs% o deformare su7cient de mare 1n structura spa&iu

timpului prin plasarea unei mase imense 1ntrun volum su7cient de mic, atuncicontinuumul spa&iutimp ar 7 at@t de puternic curbat 1n acea -on% 1nc@t nimic,nici m%car lumina, nu ar putea s%i scape. Di din moment ce nimic nu poatec%l%tori mai rapid dec@t lumina, orice ar p%trunde 1n acea regiune a spa&iutimpului ar 7 prins 1n interiorul acesteia p@n% c@nd diverse efecte cuantice iarpermite s% scape.

Gurile negrepot 7 de diverse dimensiuni 'i pot avea diferite mase. $stenecesar doar ca su7cient% materie (mas%) s% 7e concentrat% 1ntrat@t de mult1nc@t s% se ating% punctul 1n care aceasta s% sufere un colaps sub inuen&apropriei gravita&ii.

Teoria relativitatii pe 1ntelesul tuturor ) ?.webm

/%urile negre stelare se formea-% atunci c@nd stele de cel pu&in G de ori maimasive dec@t oarele 1'i epui-ea-% combustibilul nuclear 'i nu mai pot 1ntre&inereac&iile care au loc 1n interiorul lor. #cestea se r%cesc rapid, sufer% un colaps dincau-a propriei gravita&ii, iar unda de 'oc astfel generat% duce la eEplo-ia1nveli'ului eEterior al stelei 1n cadrul unui fenomen cosmic de propor&ii colosalecare poart% numele de 8supernov%8.

9umai c% nucleul dens de mici dimensiuni al stelei poate r%m@ne compactdatorit% aceleia'i for&e a gravita&iei. Di pe m%sur% ce colapsul continu% sub


24/26

inuen&a greut%&ii proprii, particulele atomice din acest nucleu dens se -drobescunele de altele p@n% c@nd tot ceea ce mai r%m@ne este o gaur% neagr%.

:9/56#2:T#T$# D: A2:BA9T56 $;$9:3$9T$6A2

+n centrul s%u eEist% ceea ce poart% numele de 8singularitate8, masa unei 1ntregistele concentrat% 1ntrun punct al spa&iului. +n >urul s%u este un 1nveli' invi-ibilcunoscut drept 8ori-ontul evenimentelor8. $ste un punct limit% la nivel cosmic.Adat% dep%'it% aceast% grani&%, nimic, nici m%car lumina, nu mai poate sc%pagravita&iei g%urii negre dec@t prin intermediul unor efecte 'i procese cuantice.

T:052: *$ /S52: 9$/2$

/%urile negre supermasive pot 1ngloba de c@teva miliarde de ori mai mult%

materie dec@t con&ine oarele. #ce'ti mon'tri cosmici eEist% 1n centrul 7ec%reigalaEii de mari dimensiuni.

/%urile negre microscopice au mase minuscule 'i 1n acest ca- efectele mecaniciicuantice devin foarte importante. $Eist% teorii care a7rm% c% acest tip de g%urinegre ar 7 ap%rut la momentul 4ig 4angului 'i ar 7 disp%rut repede sub inuen&aefectelor cuantice. e crede c% 1n momentul dispari&iei lor acestea ar emite bruscrafale de particule de energii 1nalte, numai c% asemenea evenimente nu au fostdetectate, cel pu&in p@n% 1n GGR.

=53 *$T$=TS3 A /#52S 9$#/2S ?$cua&iile care pre-iceau eEisten&a g%urilor negre erau considerate corecte, dar1ntrebarea care sa n%scut era dac% acestea chiar eEist% 1n realitate. $Eist% vreunproces 1n natur% 1n urma c%ruia materia s% 7e comprimat% la densit%&ile eEtremenecesare cre%rii unei g%uri negre? :ar r%spunsul a fost c% *#, ar putea eEista, iarlocul na'terii unui asemenea proces ar putea 7, cum am men&ionat 'i maidevreme, nucleul unor sori gigan&i 'i muribun-i...

9u este posibil% studierea 'i observarea direct% a fenomenelor de dincolo deori-ontul evenimentelor unei g%uri negre. *e altfel, despre un obiect caretraversea-% aceast% grani&% imaginar% se poate spune c% a p%r%sit pentru

totdeauna 5niversul nostru. Di atunci, din moment ce nimic, nici m%car lumina,nu poate sc%pa ac&iunii unei g%uri negre, cum reu'esc astronomii s% detecte-easemenea fenomene cosmice.

6ocali-area unei g%uri negre i-olate 1n spa&iul cosmic este posibil% datorit%

observ%rii traiectoriilor curbe pe care lumina provenit% de la stelele dinapoia sale urmea-%. A 'i mai bun% 'ans% de a detecta o gaur% neagr% ar eEista dac%


25/26

aceasta nu ar 7 i-olat% 1ntro regiune a spa&iului cosmic, ci ar 7 1nso&it% de o steapereche care se rote'te 1n >urul s%u. #cest tip de gaur% neagr% ar absorbi materiedin steaua vecin%, care ar orbita 1n >urul s%u, la o distan&% sigur%, 1n eEteriorulori-ontului de evenimente. 3ateria provenit% din stea sar 1nc%l-i pe m%sur% cear 7 atras% 1nspre gaura neagr%, 7ind astfel emise cantit%&i imense de radia&ie de

mare energie. 2adia&iile foarte intense care provin din -one mici ale spa&iului saude la stele care gravitea-% 1n >urul unor parteneri invi-ibili iat% care sunt indiciilecu a>utorul c%rora putem locali-a o gaur% neagr%.

02A46$3$ +9=S 9$2$BA6;#T$

e pare c% oricum ar ar%ta o eventual% teorie uni7catoare din 7-ic%, 2elativitateava >uca 1ntotdeauna un rol central 1n 1n&elegerea realit%&ii, a mediului 1ncon>ur%tor'i a 5niversului din care facem parte. 0oate p%rea surprin-%tor, dar ast%-i lamai bine de !GG de ani dup% publicarea de c%tre $instein a primelor sale lucr%ri

pe tema 2elativit%&ii eEist% 1nc% aspecte ale teoriilor sale care nu au fostveri7cate pe cale eEperimental%.

5nul se refer% la ideea c% producerea 1n spa&iu a unui eveniment violent depropor&ii cosmice precum coli-iunea a dou% g%uri negre ori eEplo-ia uneisupernove ar avea ca efect apari&ia unor unde care ar trebui s% se propage prinstructura spa&iutimpului. A asemenea 8und% gravita&ional%8 ar produce efecteminuscule la nivelul 0%m@ntului, dar oamenii de 'tiin&% sper% ca 1ntro bun% -i s%pun% la punct eEperimente su7cient de so7sticate, cu aparatur% foarte sensibil%,astfel 1nc@t s% poat% detecta micile distorsiuni ale spa&iului cau-ate de acestea'anumite 8unde gravita&ionale8.

A alt% predic&ie a relativit%&ii generali-ate care nu fusese testat% p@n% 1n secolul: are leg%tur% cu efectele obiectelor rotative asupra continuumului spa&iotemporal. *ac% un obiect masiv curbea-% spa&iul din vecin%tatea sa, unul care se1nv@rte'te va face mai multO va r%suci structura spa&iutimpului. #cest lucru afost con7rmat recent de observa&iile eEperimentale.

enomenul despre care se face vorbire mai sus poart% numele de 8framedragging8 'i se refer% la efectul pe care corpurile aate 1n mi'care de rota&ie 1l auasupra spa&iutimpului. =omponenta de rota&ie a acestui efect (eEist% 'i una

liniar%) a fost derivat% pe ba-a ecua&iilor relativit%&ii generali-ate de c%tre7-icienii austrieci osef 6ense 'i Hans Thirring, 1n anul !P!R, din care cau-%poart% 'i numele de efect 6enseThirring. =ei doi austrieci au pre-is c% rota&iaunui obiect alterea-% continuumul spa&iotemporal, deviind astfel un corp aat 1nvecin%tatea sa de pe po-i&ia pre-is% de 7-ica newtonian%. ;aloarea acesteidevia&ii este minuscul% 1n >ur de ! la c@teva trilioane fa&% de po-i&ia pre-is% de7-ica clasic%, astfel c% detectarea eEperimental% a acestui efect necesit% 7eeEaminarea unui corp ceresc foarte masiv, 7e construirea unor aparate dem%sur% eEtrem de sensibile. *omeniul care se ocup% cu studierea efectelorgenerate de masele 1n mi'care asupra spa&iutimpului poart% numele degravitomagnetism.

*e'i autorii materialului video a7rm% c% acest efect a fost con7rmateEperimental, niciunul dintre testele efectuate nu se bucur% de o acceptare pe


26/26

scar% larg%, ma>oritatea n%sc@nd controverse. 0ute&i citi detalii despreeEperimentele de>a efectuate 1n acest domeniu, despre controversele eEistente,dar 'i despre ce se preg%te'te 1n viitor 1n acest domeniu, la aceast% adres%(limba engle-%).

=A9=65B:$

+ntradev%r, mo'tenirea lui #lbert $instein este una solid%, profund% 'ir%sun%toare, iar reali-%rile sale 1l plasea-%, al%turi de /alileo /alilei 'i ir :saac9ewton, 1n galeria restr@ns% a oamenilor de 'tiin&% care au schimbat profund 'iradical modul 1n care 1n&elegem 'i ne raport%m la 5nivers. *ar ideile 'tiin&i7cerevolu&ionare au nevoie de timp pentru a p%trunde 1n con'tiin&a publicului larg.0oate peste 1nc% !GG de ani, oamenii vor considera relativitatea spa&iului 'itimpului la fel de normal% cum ni se pare nou% ast%-i rota&ia -ilnic% a 0%m@ntului1n >urul propriei aEe. 0oate c% p@n% atunci, c%l%toria 1ntre stele va deveni la fel de

obi'nuit% cum este 1n pre-ent -borul cu avionul. #lbert $instein a fost cucertitudine un om al tuturor timpurilor.

Teoria Rel

Documents

Transcript of Teoria Rel