Languota liemenė | Artūras Jukna
Klausimas
Edgaro klausimas: mokykloje mokiausi apie šviesos greitį. Mokytoja pasakė, kad šviesos greitis vakuume yra c = 300 000 000 m/s ir tai pats didžiausias egzistuojantis greitis. Be to, taip pat teigia Einšteino reliatyvumo teorija. Man iškilo klausimas. Jeigu 2 lazeriai, sklindantys šviesos greičiu, būtų pastatyti tam tikru atstumu ir nukreipti vienas į kitą, taip išeitų, kad tą atstumą, esantį tarp jų, jie kartu veikdami įveiktų per 2c, t. y. 2 kartus greitesniu greičiu negu šviesos greitis. Tai kaip čia iš tikrųjų yra? Į klausimą atsako "Languotos liemenės" konsultantas Artūras Jukna.Atsakymas
Turint du priešpriešiais sklindančius lazerių šviesos spindulius, abu spinduliai, vienas kito atžvilgiu, sklis šviesos greičiu. Šį rezultatą patvirtina reliatyvumo teorija, kurią 1905 m. paskelbė vokiečių fizikas teoretikas Albert Einstein (1879–1955). Reliatyvumo teorija skelbia, jog bet kokiam stebėtojui šviesos greitis vakuume c = 300 000 km/s išlieka vienodas visomis kryptimis. Greitis c nepriklauso nuo šaltinio ar jį stebinčio stebėtojo judėjimo greičių.
Kodėl c išlieka pastovus?
Taip atsitinka todėl, kad greičiau judančio kūno aplinkoje laiko tėkmė lėtesnė nei nejudančio stebėtojo aplinkoje, t. y. kuo greičiau judame, tuo lėčiau mums kinta laikas.
Laikas sulėtėja? Ką tai reiškia? Kaip įvertinti laiko sulėtėjimą didėjant judesio greičiui?
Laiko tėkmė skirtinga stebėtojams, judantiems skirtingu greičiu v (artimu šviesos greičiui c). Pavyzdžiui, mums judant greičiu v, artimu c greičiui (t. y. v≈c), atrodytų, jog nejudančio stebėtojo aplinkoje laikas t kinta pagal formulę:
Kodėl c išlieka pastovus?
Taip atsitinka todėl, kad greičiau judančio kūno aplinkoje laiko tėkmė lėtesnė nei nejudančio stebėtojo aplinkoje, t. y. kuo greičiau judame, tuo lėčiau mums kinta laikas.
Laikas sulėtėja? Ką tai reiškia? Kaip įvertinti laiko sulėtėjimą didėjant judesio greičiui?
Laiko tėkmė skirtinga stebėtojams, judantiems skirtingu greičiu v (artimu šviesos greičiui c). Pavyzdžiui, mums judant greičiu v, artimu c greičiui (t. y. v≈c), atrodytų, jog nejudančio stebėtojo aplinkoje laikas t kinta pagal formulę:
(1)
čia – to laikas, jei abu stebėtojai nejudėtų. Reikėtų dar priminti, jog ar kūnas juda, ar jis rimties būvyje priklauso nuo to, kokią pasirinksime atskaitos sistema, kurios atžvilgiu nagrinėsime kūno judėjimą. Čia svarbu, ar pati atskaitos sistema juda su pagreičiu, ar ne. Susiekime atskaitos sistemą su stebėtoju, judančiu greičiu v.
Iš lygties (1) aišku, jog stebėtojo greičiui v prilygus c, santykis taptų artimu vienetui. Tuomet kvadratinės šaknies pašaknis taptų artimu nuliui, o t → ∞.
Išvados:
1. Stebėtojui, judant greičiu v≈c , laiko tėkmė nejudančio stebėtojo atžvilgiu sulėtėtų. Taip atrodytų nejudančiam stebėtojui. Stebėtojui judančiam greičiu v≈c atrodytų, jog nejudančio stebėtojo aplinkoje laikas kinta be galo lėtai. Čia pasireikštų judėjimo reliatyvumas.
2. Įsivaizduojant, jog keliaujame šviesos greičiu c kartu su pirmojo lazerio spindulį sudarančiais fotonais, stebėdami antrojo (priešpriešinio spindulio) lazerio spinduliuojamus fotonus mes įsitikintume, jog pastarieji sklinda erdve šviesos greičiu c. Kodėl? Todėl, kad priešpriešinio spindulio fotonams laiko tėkmė mūsų atžvilgiu būtų be galo lėta. Toks pat įspūdis susidarytų, jei įsivaizduotume save keliaujant kartu su priešpriešinio spindulio fotonais. Tuomet mums atrodytų, jog pirmojo lazerio skleidžiami fotonai keliauja erdve šviesos greičiu, nes laikas mūsų atžvilgiu jiems kistų be galo lėtai.
Iš lygties (1) aišku, jog stebėtojo greičiui v prilygus c, santykis taptų artimu vienetui. Tuomet kvadratinės šaknies pašaknis taptų artimu nuliui, o t → ∞.
Išvados:
1. Stebėtojui, judant greičiu v≈c , laiko tėkmė nejudančio stebėtojo atžvilgiu sulėtėtų. Taip atrodytų nejudančiam stebėtojui. Stebėtojui judančiam greičiu v≈c atrodytų, jog nejudančio stebėtojo aplinkoje laikas kinta be galo lėtai. Čia pasireikštų judėjimo reliatyvumas.
2. Įsivaizduojant, jog keliaujame šviesos greičiu c kartu su pirmojo lazerio spindulį sudarančiais fotonais, stebėdami antrojo (priešpriešinio spindulio) lazerio spinduliuojamus fotonus mes įsitikintume, jog pastarieji sklinda erdve šviesos greičiu c. Kodėl? Todėl, kad priešpriešinio spindulio fotonams laiko tėkmė mūsų atžvilgiu būtų be galo lėta. Toks pat įspūdis susidarytų, jei įsivaizduotume save keliaujant kartu su priešpriešinio spindulio fotonais. Tuomet mums atrodytų, jog pirmojo lazerio skleidžiami fotonai keliauja erdve šviesos greičiu, nes laikas mūsų atžvilgiu jiems kistų be galo lėtai.
Optinė iliuzija:
Pabandykime dar kiek sukomplikuoti Jūsų klausimą paklausdami, o kaip būtų, jei keliautume kartu su pirmojo lazerio spinduliuojamu vienu iš fotonų ir stebėtume kitus to šviesos pluošto fotonus, keliaujančius ta pačia kryptimi drauge su mumis? Koks būtų tų fotonų greitis mūsų atžvilgiu?
3. Reliatyvumo teorija paaiškina ir šį „loginį nesusipratimą“. Keliaudami kartu su vienu iš pirmojo lazerio spindulį sudarančių fotonų ir stebėdami ta pačia kryptimi šviesos spindulyje judančius fotonus galėtume įsitikinti, jog mūsų atžvilgiu jie sklis šviesos greičiu c. Susiejus atskaitos sistemą su vienu iš lazerio pluošto fotonų, likusiems fotonams laiko tėkmė sulėtėtų, o mums ji būtų be galo greita. Todėl šviesos pluoštas mūsų atžvilgiu sklistų šviesos greičiu lazerio išspinduliuota kryptimi.
Papildant reikėtų pridurti, jog reliatyvumo teorijos išvadose taip pat teigiama, jog didėjant kūnų judėjimo greičiui, nejudančiam stebėtojui atrodys, jog jų matmenys trumpėja, o masė – didėja. Pavyzdžiui, kūno, judančio greičiu, masė didėja proporcingai:
(2)
čia mo – kūno rimties masė.
Ši įdomi materijos savybė jau buvo nekart patikrinta elementariųjų (pavadinimas „elementariųjų“ reiškia nedaliųjų į dar mažesnes. Todėl elementariosios dalelės turbūt neegzistuoja) dalelių greitintuvuose. Daleles greitinant (t. y. didinant greitinimui skirtą energijos dalį), nuo tam tikros greičio vertės dalelių greitis nebedidėja. Tai aiškinama dalelių masės didėjimu. Dėl šio reiškinio elementariųjų dalelių greitintuvuose daleles galima įgreitinti tik iki tam tikro ribinio, mažesnio už c greičio.
"Languotos liemenės" konsultantas Artūras Jukna
3. Reliatyvumo teorija paaiškina ir šį „loginį nesusipratimą“. Keliaudami kartu su vienu iš pirmojo lazerio spindulį sudarančių fotonų ir stebėdami ta pačia kryptimi šviesos spindulyje judančius fotonus galėtume įsitikinti, jog mūsų atžvilgiu jie sklis šviesos greičiu c. Susiejus atskaitos sistemą su vienu iš lazerio pluošto fotonų, likusiems fotonams laiko tėkmė sulėtėtų, o mums ji būtų be galo greita. Todėl šviesos pluoštas mūsų atžvilgiu sklistų šviesos greičiu lazerio išspinduliuota kryptimi.
Papildant reikėtų pridurti, jog reliatyvumo teorijos išvadose taip pat teigiama, jog didėjant kūnų judėjimo greičiui, nejudančiam stebėtojui atrodys, jog jų matmenys trumpėja, o masė – didėja. Pavyzdžiui, kūno, judančio greičiu, masė didėja proporcingai:
(2)čia mo – kūno rimties masė.
Ši įdomi materijos savybė jau buvo nekart patikrinta elementariųjų (pavadinimas „elementariųjų“ reiškia nedaliųjų į dar mažesnes. Todėl elementariosios dalelės turbūt neegzistuoja) dalelių greitintuvuose. Daleles greitinant (t. y. didinant greitinimui skirtą energijos dalį), nuo tam tikros greičio vertės dalelių greitis nebedidėja. Tai aiškinama dalelių masės didėjimu. Dėl šio reiškinio elementariųjų dalelių greitintuvuose daleles galima įgreitinti tik iki tam tikro ribinio, mažesnio už c greičio.
"Languotos liemenės" konsultantas Artūras Jukna
Komentuok
Paieška
