Principy speciální teorie relativity

27. září 2008 | 06.00 |

V roce 1905 přistoupil Albert Einstein k problému relativity pohybu zcela novým způsobem. Navrhl založit fyziku na dvou základních principech – postulátech: principu relativity a principu konstantní rychlost světla. Cesta k nim však vedla mnohými úskalími, která popsali Newton a Galilei.

Newtonovy pohybové zákony platí ve všech inerciálních vztažných soustavách (IVS), to jsou soustavy, které podle 1. Newtonova zákona (zákona setrvačnosti) jsou buď v klidu nebo v pohybu rovnoměrném přímočarém. Ve všech takových soustavách musí však také platit dynamické zákony, které z Newtonových pohybových zákonů vyplývají (zákon zachování hybnosti, mechanické energie...). Všechna tato fakta shrnuje mechanický (Galileiho) princip relativity: zákony Newtonovy mechaniky jsou ve všech inerciálních soustavách stejné.
Pokud v letadle letícím vodorovným směrem stálou rychlostí provádíme různé mechanické pokusy, jako např. upuštění předmětu z ruky na zem, pak výsledky těchto pokusů jsou v souladu s fyzikálními zákony, které platí i pro klidovou laboratoř někde na zemském povrchu. Jinými slovy – žádnými mechanickými pokusy se nemůžu podle Galileiho přesvědčit, že letadlo se pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem nebo je někde na letišti v klidu.
Z mechanického principu relativity tedy plyne, že dva pozorovatelé ve dvou různých inerciálních soustavách mohou použít ke studiu mechanického pohybu daného tělesa stejné dynamické zákony. Jestliže např. ze stožáru na lodi plující po klidné hladině vody konstantní rychlostí upustíme předmět, pak vzhledem k pozorovateli na lodi padá svisle dolů volným pádem a pro pozorovatele někde na ostrově se předmět pohybuje po složitější křivce – části paraboly. Oba pozorovatelé však mohou ve svých vztažných soustavách použít ke studiu daného pohybu stejné dynamické zákony. Rozdílný charakter obou pohybů je dán různými počátečními podmínkami v každé soustavě.
Jelikož mechanické děje probíhají ve všech inerciální vztažných soustavách stejným způsobem, nelze žádnými mechanickými pokusy provedenými uvnitř inerciální soustavy rozhodnout, zda se soustava pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem vzhledem k určité inerciální vztažné soustavě a jakou rychlostí, nebo je-li vzhledem k této soustavě v klidu. Z hlediska Newtonovy mechaniky jsou všechny inerciální soustavy rovnocenné. Žádná inerciální soustava nemá z dynamického pohledu nějakou význačnou vlastnost, kterou by se odlišovala od ostatních.
Ve skutečném světě však čistě mechanické děje neexistují. Vždy jsou provázeny dalšími ději např. elektromagnetickými, tepelnými, apod. Potřebu rozšíření principu relativity na všechny děje ukazuje i výsledek Michelsonova pokusu, který neumožnil pozorovateli v uzavřené laboratoři v inerciální vztažné soustavě zjistit její pohybový stav.
Einstein svůj princip relativity formuloval následovně:
Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné fyzikální zákony.
Podle klasického zákona skládání rychlostí rychlosti dvou těles ve vzájemném pohybu jednoduše sčítáme nebo odečítáme podle vzniklé situace. Pokud se například vlak pohybuje jistou rychlostí vzhledem ke kolejím a my se po vlaku procházíme ve směru jeho jízdy, pak naše rychlost vzhledem ke kolejím je součet těchto dvou rychlostí. Pokud ovšem se procházíme po vlaku opačným směrem než se vlak pohybuje, pak naši výslednou rychlost vzhledem ke kolejím získáme vhodným odečtením obou rychlostí.
Se skládáním rychlostí srovnatelných s rychlostí světla ve vakuu to však není tak jednoduché – prosté sčítání rychlostí je nyní zakázáno! Porušili bychom 2. Einsteinův princip stálé rychlosti světla:
Ve všech inerciálních vztažných soustavách má rychlost světla ve vakuu stejnou velikost, nezávislou na vzájemném pohybu zdroje a pozorovatele. Rychlost světla ve vakuu je v libovolné inerciální soustavě ve všech směrech stejná.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.33 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Související články

žádné články nebyly nenalezeny

Komentáře