Forskel mellem versioner af "Speciel relativitetsteori"

m
Gendannelse til seneste version ved 62.199.75.228, fjerner ændringer fra 188.120.84.23 (diskussion | bidrag)
(Noget)
m (Gendannelse til seneste version ved 62.199.75.228, fjerner ændringer fra 188.120.84.23 (diskussion | bidrag))
[[Fil:Einstein patentoffice.jpg|thumb|Einstein som han så ud omkring det tidspunkt, hvor han udviklede den specielle relativitetsteori (ca. 1905)]]
'''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.
 
== Baggrund og introduktion ==
Den specielle relativitetsteori er i dag anset for en af de mest betydningsfulde fysiske teorier, da den gør op med klassiske idéer om tid og rum, og har indflydelse på en lang række felter indenfor fysikken, såsom [[Termodynamik|termodynamikken]], [[Kvantemekanik|kvantemekanikken]] og elektromagnetismen. Den gør også op med andre grundlæggende begreber som energi og masse. Noget mærkeligt
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 bliveblev overskrevet af en nyere og meget mere generel teori, den specielle relativitetsteorien.
 
=== Absolut rum & relativitetsprincippet ===
== Baggrund og introduktion ==
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. Han havde altså en idé om at man kunne tale om at være i hvile og at være i bevægelse i absolut forstand, ikke blot i relativ forstand. Hvis du f.eks sidder på en stol og læser det her, mente Newton at du enten var i hvile eller i bevægelse, og at det gav mening at tale om disse to begreber. Umiddelbart lyder dette logisk nok, men går man bare et spadestik dybere synes der, at være et problematisk aspekt i denne konklusion: Da jorden bevæger sig og dermed dig, er du vel ikke i hviletilstand? Eller hvad? For hvis en person bevægede sig ved siden af jorden og med samme hastighed som denne, ville han konkludere det modsatte: at du er i hvile. Om du (eller ethvert andet objekt) er i hvile eller bevægelse er altså ikke noget man kan tale om i absolut forstand. Forskellige observatører vil altså komme til forskellige konklusioner om et objekts hastighed. Desuden er de fysiske love de samme for alle hastigheder og du vil derfor heller ikke kunne afgøre din bevægelses tilstand ud fra et fysisk eksperiment; de fysiske love vil være de samme!
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.
 
Fænomenet beskrevet ovenfor (at de fysiske love er de samme for alle observatører) kaldes "relativitetsprincippet" og blev første gang udviklet af Galileo Galilei i hans bog "''Dialog om de to store verdenssystemer"''. (Bemærk at dette princip dog kun kalder for jævne hastigheder dvs. for objekter med konstant fart uden nogen form for acceleration involveret). Dette fænomen har de fleste lagt mærke til, når de har siddet i et tog og ikke vidst, om det var det modsatte tog der bevægede sig bagud eller det tog man sad i, der bevægede sig frem. Man kunne forestille sig at forsøge at kaste en bold op i luften eller lave et andet fysisk eksperiment, men igen vil resultatet af eksperimentet være det samme uafhængigt af, hvorvidt man er i bevægelse eller ej: Bolden vil gå op i en lige linje og falde ned i en lige linje igen. Faktisk vil intet fysisk/mekanisk eksperiment kunne fortælle dig, om du er i konstant bevægelse eller i stillestående tilstand. (Navnet "relativitetsprincippet" er meget misvisende, da det antyder det modsatte af det princippet egentlig siger, nemlig at de mekaniske love er de samme for alle observatører og dermed absolutte.)
=== Den klassiske fysik ===
 
==== Absolut rumtid & relativitetsprincippet ====
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. 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 "tid er relativit".
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[[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 tilfældet,tillfældet 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.
Tankeeksperimentet ovenfor er imidlertid et tænkt eksempel og er kun rigtigt, hvis bilen bevæger sig med jævn hastighed i forhold til dig (i så fald kaldes bilen et "inertialsystem"). Så snart bilen begynder at accelere (speede op), vil tingene og personerne i bilen brat blive skubbet bagud, og den effekt vil tydeligt indikere - selv overfor chaufføren -, at han er den, der er i bevægelse. Ideen er derfor mere rigtig, når man sidder i et tog, da toge almindeligvis bevæger sig med jævn hastighed i forhold til hinanden. Mange har netop oplevet relativitetsprincippet, når de har siddet i et tog, kigget ud af vinduet, set toget ved siden af bevæge sig bagud, og derfor antaget at deres eget tog nu måtte være i bevægelse, mens det i virkeligheden er omvendt (den kendsgerning kommer man typisk til, når det andet tog har passeret én, og man opdager, at man faktisk bare har stået stille hele tiden.)
 
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.
Fænomenet beskrevet ovenfor (at de fysiske love er de samme for alle observatører) kaldes som sagt "relativitetsprincippet" og blev første gang udviklet af Galileo Galilei i hans bog fra 1632 "''Dialog om de to store verdenssystemer."'' Det hedder relativitetsprincippet fordi det lægger vægt på, at udsagn som "Jeg står stille, og den genstand bevæger sig" dybest set er relative, som beskrevet i den første paragraf.
 
Newton var opmærksom på relativitetsprincippet - det var blevet udviklet 50 år tidligere af Galilei -, men han holdt fast i ideer om absolut hvile og bevægelse på grund af hans filosofiske og religiøse standpunkt.
 
==== Absolut tid ====
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]] 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.
 
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 tilfældet, 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.
 
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.
17.488

redigeringer