Teoria Relativitati

iAlbert Einstein

Mihai AdrianClasa a XII-a A

Albert Einstein• Albert Einstein (n. 14 martie 1879, Ulm — d. 18 aprilie 1955, Princeton) şi-a

petrecut tinereţea la München, unde familia sa deţinea un mic atelier de produse electrice. A început să vorbească abia la vârsta de 3 ani, dar încă de mic copil a arătat interes pentru natură precum şi abilitate în a înţelege concepte matematice dificile. La vârsta de 12 ani a învăţat geometria euclidiană. Einstein ura plictiseala şi lipsa de imaginaţie din şcoala de la München.

• Când eşecurile repetate ale afacerilor familiei au dus la părăsirea Germaniei cu destinaţia Milano, Italia, Einstein a rămas la München până la sfârşitul anului şcolar. După ce a petrecut un an cu părinţii în Milano, s-a hotărât să-şi creeze singur drumul în viaţă şi s-a înscris la liceul cantonal din Aarau, Elveţia, după care, în 1896, a intrat la Politehnica din Zürich. Lui nu îi plăceau metodele de instruire de aici, lipsea des de la ore şi folosea acest timp pentru a studia singur fizica şi pentru a cânta la vioară. A trecut totuşi examenele şi a absolvit Politehnica în 1900, studiind notiţele unui coleg. Profesorii nu aveau o părere foarte bună despre el şi nu i-au recomandat nici continuarea studiilor. În acelaşi an a căpătat cetăţenia elveţiană.

Teoria Relativitatii• Teoria relativităţii reprezintă în fizica modernă un

ansamblu a două teorii formulate de Albert Einstein: relativitatea restrânsă şi relativitatea generală.

• Ideea de bază a acestor două teorii este că timpul şi distanţele unui eveniment măsurate de doi observatori au, în general, valori diferite, dar se supun totdeauna aceloraşi legi fizice. Când doi observatori examinează configuraţii diferite, şi anume deplasările lor, una în raport cu cealaltă, aplicând regulile logice, se constată că legile fizice au în mod necesar o anumită formă.

• Relativitatea restrânsă, formulată în 1905, s-a născut din observaţia că transformarea care permite schimbarea unui sistem referenţial, transformarea lui Galilei, nu este valabilă pentru propagarea undelor electromagnetice, care sunt dirijate de ecuaţiile lui Maxwell. Pentru a putea împăca mecanica clasică cu electromagnetismul, Einstein a postulat faptul că viteza luminii, măsurată de doi observatori situaţi în sisteme referenţiale inerţiale diferite, este totdeauna constantă (ulterior a demonstrat că acest postulat este de fapt inutil, pentru că viteza constantă a luminii derivă din formele legilor fizice).

• Aceasta l-a condus la revizuirea conceptelor fundamentale ale fizicei teoretice, cum sunt timpul, distanţa, masa, energia, cantitatea de mişcare, cu toate consecinţele care derivă. Astfel, obiectele în mişcare apar mai grele şi mai dense pe direcţia lor de mişcare, pe când timpul se scurge mai lent la ceasurile aflate în mişcare. O cantitate de mişcare este acum asociată vitezei luminii, viteza luminii în vid devenind viteză limită atât pentru obiecte, cât şi pentru informaţii. Masa şi energia devin echivalente. Două evenimente care par simultane unui observator, apar în momente diferite altui observator care se deplasează în raport cu primul. Relativitatea restrânsă nu ţine cont de efectele gravitaţiei, elementul central al formulării ei matematice sunt transformările lui Lorenz.

• Relativitatea generală a fost formulată de Einstein în 1916. Această teorie utilizează formulele matematice ale geometriei diferenţiale şi a tensorilor pentru descrierea gravitaţiei. Spre deosebire de relativitatea restrânsă, legile relativităţii generale sunt aceleaşi pentru toţi observatorii, chiar dacă aceştia se deplasează de o manieră neuniformă, unii faţă de ceilalţi.

• Relativitatea generală este o teorie geometrică, care postulează că prezenţa de masă şi energie conduce la "curbura" spaţiului, şi că această curbură influenţează traiectoria altor obiecte, inclusiv a luminii, în urma forţelor gravitaţionale. Această teorie poate fi utilizată pentru construirea unor modele matematice ale originei şi evoluţiei Universului şi reprezintă deci unul din instrumentele cosmologiei fizice.

Gaura Neagra• Dacă miezul lăsat în urmă de către explozia unei supernove are masa

mai mare decât cea a soarelui nostru, forţa care ţine laolaltă neutronii nu este suficient de mare ca să poată echilibra forţa gravitaţională proprie. Miezul continuă să se stingă. În momentul în care masa miezului este suficient de concentrată, forţa gravitaţionala a acestuia este imensă.

• Această forţă nu se poate explica în fizica clasică şi astronomii folosesc teoria relativităţii a lui Einstein ca să explice comportamentul luminii şi al materiei faţă de aceasta imensă forţă gravitaţională.

• Potrivit relativităţii generale, spaţiul din jurul miezului este atât de puternic curbat încât atrage şi lumina. O stea de zece ori mai mare decat soarele nostru se poate transforma intr-o gaură neagră doar dacă se comprimă până la un diametru de aproximativ 90 km sau chiar mai puţin.

• Presupunerile astronomilor spun că mijlocul galaxiei noastre este o gaură neagră imensă.

Ecuaţia lui Einstein• În relativitatea generală, gravitaţia este o manifestare a

curburii spaţiu-timp. Obiectele masive distorsionează spaţiul şi timpul, astfel încât regulile uzuale ale geometriei nu se mai aplică. Lângă o gaură neagră, distorsiunea spaţiu-timpului este foarte severă şi din această cauză găurile negre au nişte proprietăţi foarte ciudate. O gaură neagră are ceva ce se cheama 'orizontul evenimentului' sau Raza Schwarzschild. Acesta este o suprafaţă sferică ce marchează graniţa găurii negre. Poţi "intra" în gaură prin acest orizont, dar nu mai poţi ieşi niciodată. De fapt, odată ce ai trecut de orizontul evenimentului, eşti condamnat să te apropii din ce in ce mai mult de 'punctul de singularitate' din centrul găurii negre. S-a estimat că punctul de singularitate este „traducerea” unei forţe gravitaţionale care tinde, ca şi valoare, spre infinit.

Undă gravitaţională

• O undă gravitaţională este o fluctuaţie în curbura spaţiu-timp care se propagă ca o undă. Radiaţia gravitaţională apare atunci când unde gravitaţionale sunt emise dintr-un obiect sau de un sistem de obiecte care gravitează.

Singularitate gravitaţională

• Singularitatea gravitaţională reprezintă un punct de volum ce tinde spre zero cu o masă ce tinde spre infinit. Cu alte cuvinte, este un punct de concentraţie infinită si cu o forţă gravitaţională imensă. Se presupune că singularitatea ar reprezenta inima unei găuri negre. De asemenea, este punctul in care legile fizicii Newtoniene nu mai au aplicaţie.

Constanta Planck• Constanta Planck (notată cu h) este o constantă fizică

folosită pentru a descrie dimensiunile cuantelor. Joacă un rol central în teoria mecanicii cuantice, şi îşi trage numele de la Max Planck, unul din fondatorii teoriei cuantice. O cantitate strâns legată de aceasta este constanta Planck redusă (cunoscută şi sub numele de Constanta lui Dirac şi notată cu ħ, pronunţat "h-bar"). Constanta Planck se foloseşte şi la măsurarea energiei emise de fotoni, ca în ecuaţia E=hν, unde E este energia, h este constanta lui Planck, iar ν este frecvenţa.

• Constanta Planck şi constanta Planck redusă sunt utilizate pentru a descrie cuantificarea, un fenomen ce are loc la nivelul particulelor subatomice, cum ar fi electronul şi fotonul unde anumite proprietăţi fizice apar în cantităţi fixate, şi nu pot lua valori dintr-un spectru continuu.

• Unităţi, valoare şi simboluri

• Constanta Planck are dimensiune de energie înmulţită cu timp, care sunt şi dimensiunile acţiunii. În Sistemul Internaţional de Unităţi, constanta Planck este exprimată în joule-secunde. Dimensiunea constantei poate fi scrisă impuls ori distanţă (N·m·s), care sunt dimensiunile impulsului unghiular. Adesea, unitatea aleasă este eV·s, datorită energiilor mici adesea întâlnite în fizica cuantică.

• Valoarea constantei Planck constant este:

• Cele două cifre dintre paranteze reprezintă incertitudinea standard a ultimelor cifre ale valorii.

• Valoarea constantei Dirac este:

• Cifrele citate aici sunt valorile recomandate de CODATA în 2006 pentru constante şi incertitudinile lor. Rezultatele CODATA din 2006 au fost publicate în Martie 2007 şi reprezintă cele mai bine cunoscute, internaţional acceptate valori pentru aceste constante, bazate pe toate datele disponibile la data de 31 Decembrie 2006. Noi cifre CODATA sunt publicate la intervale de patru ani.

• Unicode rezervă poziţiile U+210E ( ) pentru constanta Planck, şi U+210F ( ) pentru ℎ ℏconstanta Dirac.

• un corp pus in miscare va continua sa-si pastreze aceasta stare la nesfarsit, schimbarea survenind doar atunci cand asupra corpului va acţiona o forta exterioara.de la principiu 1 ia nastere de fapt teoria restransa a relativitatii. Principiului Relativitatii zice ca legile mecanicii sunt aceleaşi în orice SRI. Asta a zis galileo galilei,adevaratul parinte al relativitatii. Einstein l-a completat.Dupa o lunga perioada de studiu Principiul Relativitatii a primit forma sa finala, conform careia nu doar legile mecanicii, ci legile întregii naturi sunt aceleasi in toate sistemele de referinţă inertiale. Teorema relativitatii cuprinde mai multe descoperiri precedente,fara de care Einstetein nu ar fi reusit sa faca mare lucru.De mare greutate este descoperirea ecuatiilor campului electromagnetic de catre Maxwell,realizand astfel unificarea celor doua campuri.

• Odata cu fundamentarea acestei teorii au aparut aproape imediat si inevitabil primele dispute de fond ale fizicienilor asupra modului obiectiv de descriere al naturii. Pe de o parte se afla tabara mecanicistiilor, conform carora toate procesele şi fenomenele din Univers erau descrise cu ajutorul mecanicii lui Newton, iar în cealalta tabara erau sustinatorii teoriei lui Maxwell. Din confruntarea celor doua tabere s-a nascut Teoria Relativitatii. Adevarata buba era incompatibilitatea teoriei lui Maxwell si a principiului Relativitatii cu legea clasica de compunere a vitezelor. Cu alte cuvinte daca un observator dintr-un SRI masoara viteza luminii ca avand valoarea c, toti observatorii din toate SRI-urile trebuie sa masoare aceeasi viteza.

• Aparent paradoxal, chiar daca ne deplasăm in acelasi sens cu lumina sau in sens opus, viteza relativa a acesteia fata de noi nu va fi c-v sau c+v, ci c .

• Asta e unul dintre principiile fundamentale ale naturii, fiind sustinut de experimente. deci legea constantei vitezei luminii în vid va deveni astfel unul din postulatele Teoriei Speciale a Relativitatii.