Forskel mellem versioner af "Speciel relativitetsteori"

1.886 bytes tilføjet ,  for 4 år siden
Ændret på kapitlet om elektromagnetisme og lys, og tilføjet andre småændringer
(Omfattende ændringer på kapitlet om den klassiske fysik)
(Ændret på kapitlet om elektromagnetisme og lys, og tilføjet andre småændringer)
'''Den specielle relativitetsteori''' er en [[fysik|fysisk]] teori publiceret i [[1905]] af [[Albert Einstein]]. Den erstattede den [[newtons love|Newtonske]] opfattelse af [[tid]] og [[rum|rum,]] ved at gøre brug af det faktum at lysets hastighed er konstant (Teorien kaldes desuden for 'speciel', fordi den er et specialtilfælde af den mere generelle relativitetsteori; således ses der bort fra tyngdekraften). Ti år senere publicerede Einstein den generelle relativitetsteori, som medinddrager tyngdekraften.
 
Den specielle relativitetsteori er i dag anset for en af de mest betydningsfulde teorier indenfor fysikken, da den gør op med klassiske idéer om tid og rum, og har indflydelse på en lang række tilsyneladende urelaterede felter, såsom [[Termodynamik|termodynamikken]] og [[Kvantemekanik|kvantemekanikken]].
== Baggrund ==
 
== Baggrund og introduktion ==
I den klassiske [[fysik]], det vil sige før Einsteins relativitetsteorier, var mekanikken grundlagt af [[Galileo Galilei]] og [[Isaac Newton]]. Da de i deres tid kom med deres teorier om bevægelse og kræfter, revolutionerede det fysikken. Det ville senere vise sig, at deres teorier på samme vis ville blive overskrevet af en nyere og meget mere generel teori, den specielle relativitetsteorien.
 
=== Den klassiske fysik ===
 
==== Absolut rum & relativitetsprincippet ====
Newton havde en idé om at der eksisterede absolut rum, og at det var muligt at stå stille eller bevæge sig i forhold til dette rum. Udtrykt mere forståeligt mente han altså, at det giver mening at tale om at være i bevægelse eller i hvile. Dette virker umiddelbart logisk nok. Til daglig bruger vi f.eks. i flæng udtryk som "Se, toget bevæger sig" eller "Bilen kører fremad med 100 km/t" eller "Jeg står stille lige nu." Vi anvender altså begreberne i en sammenhæng, hvor vi får udsagnene til at lyde som absolutte sandheder, som alle kan være enige om. Der er dog et problematisk aspekt ved denne tankegang. Forestil dig at du står på et fortov og ser en bil passere forbi: du vil mene, at bilen er i bevægelse, og at du står stille. Men fra synspunktet af chaufføren i bilen vil synet være helt anderledes: han vil se dig og fortovet og alt andet omkring ham bevæge sig bagud, mens ham og hans bil ifølge ham står stille. Relativitetprincippet siger at din og chaufførens observationer er lige gode, og således giver det ikke mening at tale om, at bilen bevæger sig og du står stille, da dette blot er det du observerer, og chaufførens observationer (at han står stille og hele verdenen bevæger sig bagud) er nøjagtig lige så gode.
 
I Newtons fysik var det samtidigt antaget at tid var absolut. Det vil sige, at den tid der går mellem to begivenheder, må være den samme for alle der observerer dem. Igen kan vi forestille os, at du står på et fortov, og en bil passerer forbi. Hvis du knipser med fingrene, idet bilen passerer dig, og knipser igen efter to sekunder, når bilen har kørt et stykke, kan vi sige at der mellem de to begivenheder, er gået to sekunder. Ser vi det fra chaufførens i bilens synspunkt, vil han se dig knipse, idet han passerer forbi dig, og igen se dig knipse - nu lidt længere væk - efter to sekunder. Han vil altså også vurdere det andet knips til at komme to sekunder efter det første. Det faktum at i begge to er enige om at tiden mellem de to knips er to sekunder, kaldes at "tiden er absolut." En varighed på to sekunder for én observatør, er også en varighed på to sekunder for en anden observatør. Dette virker jo logisk nok, men relativitetsteorien modbeviste senere netop dette postulat, da Einstein gennem relativitetsteorien kom frem til, at tiden (antallet af sekunder) mellem to begivenheder afhænger af observatørens hastighed - en konsekvens der ofte forkortes til sætningen "tiden er relativ".
 
=== Elektromagnetisme og lys ===
I [[1865]] kom fysikeren [[James Clerk Maxwell]] med nogle ligninger, der forudsagde, at lyset var en elektromagnetisk bølge med en bestemt hastighed. Af Maxwells ligninger fremgik det dog ikke hvilket medium lys bevægede sig i forhold til, hvilket af daværende fysikere blev set som et krav for enhver form for bølge (f.eks er det tillfældet at det medium lydbølger bevæger sig igennem er luft, og det medium vandbølger bevæger sig igennem er vand.)
I [[1865]] kom fysikeren [[James Clerk Maxwell]] fremsatte en række ligninger, der opsummerede elektromagnetismen ud fra de eksperimentelle opdagelser, der var blevet gjort i løbet af 1800-tallet indenfor feltet. Ud fra ligningerne kunne han udregne hastigheden af en såkaldt [[Elektromagnetisk stråling|elektromagnetisk bølge]], der opstår når en ladet partikel oscillerer i rummet. Hastigheden fandt han til at være utrolig tæt på lysets hastighed, som var blevet estimeret ved tidligere forsøg, og han antog derfor korrekt, at lys i virkeligheden bare er elektromagnetiske bølger. Når du ser noget, foregår det således ved, at lys bliver udsendt fra lyskilderne i nærheden (det vil typisk være solen eller eventuelle lamper), rammer et bestemt objekt, og bliver reflekteret tilbage af objektet for til sidst at ramme dit øje.
 
I [[1865]] kom fysikeren [[James Clerk Maxwell]] med nogle ligninger, der forudsagde, at lyset var en elektromagnetisk bølge med en bestemt hastighed. Af Maxwells ligninger fremgik det dog ikke hvilket medium lys bevægede sig i forhold til, hvilket af daværende fysikere blev set som et krav for enhver form for bølge (f.eks er det tillfældettilfældet, at det medium lydbølger bevæger sig igennem er luft, og det medium vandbølger bevæger sig igennem er vand.) Man opfandt derfor et medium, den såkaldte [[Æter (fysikhistorie)|æter]]. Her bliver det væsentligt at nævne en fundamental forskel mellem bevægelsen af almindeligt stof og bølger.
 
Forestil dig, at du står på et fortov og observerer en bil køre forbi dig med 50 km/t. Chaufføren i bilen kaster nu en tennisbold afsted, som han kaster med 20 km/t. Sund fornuft fortæller os, at den hastighed du vil se bolden bevæge sig med er 50 km/t + 20 km/t = 70 km/t. Situationen er imidlertid en anden for bølger: hvis dig, bilen og chaufføren er i helt samme konfiguration som tidligere, men hvis chaufføren istedet vælger at råbe højt og dermed sender lydbølger gennem luften, vil lydbølgerne altid bevæge sig med samme hastighed i forhold til dig uafhængigt af den hastighed bilen måtte køre med. Det vil altså sige, at tennisboldscenariet og lydbølgescenariet er meget forskellige. Når chaufføren kaster en tennisbold med 20 km/t ifølge ham, vil den hastighed du observere for tennisbolden afhænge af bilens hastighed (tennisbolden får så at sige et "boost" fra bilens hastighed, idet en højere hastighed for bilen leder til en højere hastighed for bolden.) Når chaufføren derimod vælger at råbe og sende lydbølger gennem luften, får lydbølgen ikke noget tilsvarende "boost" af bilens hastighed, og lydbølgens hastighed er derfor uafhængigt af bilens hastighed.
Lyset måtte bevæge sig med konstant fart i forhold til et eller andet. Her opfandt man [[Æter (fysikhistorie)|æteren]]. Et slags medium, som lyset bevæger sig igennem, på nøjagtig samme måde som lyd bevæger sig gennem luft. Som følge af Galileis love måtte en bold, der bliver kastet med 20 km/t, fra en bil der bevæger sig med 50 km/t i alt bevæge sig med 70 km/t. I [[1887]] forsøgte [[Michelson–Morley eksperimentet|Albert Michelson og Edward Morley]] at undersøge lysets fart relativt til jordens, og derved deres egen bevægelse gennem æteren. De opstillede et apparat, som gjorde dette muligt.
 
Det viste sig til stor overraskelse, at lysets fart var den samme, ligegyldigt om de bevægede sig i lysets retning, mod eller vinkelret på. Altså selv om de jagede lyset gennem æteren, bevægede lyset sig ikke langsommere i forhold til dem. Det voldte store kvaler i fysikkens verden, og man forsøgte i det næste årti at finde en løsning. Det lykkedes ikke rigtigt, indtil Einstein i 1905 udgav sin artikel om den specielle relativitetsteori.
Anonym bruger