Τι είναι η σχετικότητα;

Τι είναι η σχετικότητα;
Ερώτηση από τον Κωνσταντίνο και το Γιώργο!
Όλα ξεκίνησαν κάπως έτσι …
Οι επιστήμονες αναρωτιώντουσαν πόσο γρήγορα μπορεί να τρέξει ένα σώμα :

Το σαλιγκάρι κινείται με ταχύτητα μέχρι 0.04 km/h
Το αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα μέχρι 200 km/h
Το αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα μέχρι 10000 km/h
Το νέτρίνο κινείται ελάχιστα πιο αργά από το φως
Το φως κινείται στο κενό με ταχύτητα 1 080 000 000 km/h
ή 300 000 μέτρα το δευτερόλεπτο

Εώς τότε δεν είχε βρεθεί τίποτε που μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από το φως.

Και σκέφτηκαν το εξής !
Οι επιστήμονες σκέφτηκαν λοιπόν ότι μπορεί να μην είναι δυνατόν να κατασκευάσουμε μια μηχανή που κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός αλλά μπορούμε να κάνουμε το φως να τρέξει πιο γρήγορα. Εάν βάλουμε μια λάμπα επάνω σε ένα πολύ γρήγορο τρένο που κινείται με 200 km/h τότε το φως θα μπορέσει να ξεπεράσει τα 300 000 μέτρα το δευτερόλεπτο!

Το φως όμως δεν έτρεχε πιο γρήγορα . . .

Ένα πανδεμόνιο ακολούθησε
Πολλές προσπάθειες έγιναν από τότε να βρεθεί ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός με αποκορύφωμα ένα από τα πιο διάσημα πειράματα της ιστορίας το Michelson-Morley. Παρόλα αυτά, το φως δεν μπορούσε να κινηθεί στο κενό ούτε λιγότερο ούτε περισσότερο γρήγορα από 300000 μέτρα το δευτερόλεπτο

Και τότε ήλθε ο Einstein . . .
Το 1905 νεαρός Albert Einstein παρουσιάζει την ειδική θεωρία της σχετικότητας . Σε αυτή επαναδιατυπώνει γνωστούς μέχρι τότε νόμους της φυσικής παραδεχόμενος ότι η μεγαλύτερη ταχύτητα που μπορεί να υπάρξει στο σύμπαν είναι αυτή του φωτός (Χωρίς να εξηγήσει και πως και γιατί! ).

Η σκέψη του Einstein
Για να το καταφέρει αυτό επινοεί το εξής (περίπου) θεωρητικό πείραμα :

Στην οροφή ενός τρένου που κινείται με 50 μίλια την ώρα ένας ληστής τρέχει προσπαθόντας να ξεφύγει από την αστυνομία. Ξαφνικά ένας αστυνομικός Α που βρίσκεται στο τελευταίο βαγόνι τον πυροβολεί και η σφαίρα του όπλου του εκτοξεύεται με 100 μίλια την ώρα! Ταυτόχρονα ένας άλλος αστυνομικός Β που βρίσκεται κάτω από το κινούμενο τρένο βλέπει το δράστη και τον πυροβολεί με τη σφαίρα του όπλου του να αποκτά ταχύτητα 100 μίλια την ώρα.

Η σκέψη του Einstein

Έτσι η σφαίρα του αστυνομικού Α θα χτυπήσει το ληστή με 100 μίλια την ώρα ενώ η σφαίρα του αστυνομικού Β που πυροβολεί κάτω από το τρένο θα χτυπήσει το δράστη με 50 μίλια την ώρα γιατί το τρένο τρέχει ήδη με 50 μίλια την ώρα και πρέπει να το προλάβει (100mph-50mph=50mph). Το συμπέρασμα είναι ότι η ταχύτητα της σφαίρας έχει σχέση με το αν ο αστυνομικός βρίσκεται επάνω ή κάτω από το τρένο. Στην περίπτωση μας η σφαίρα του αστυνομικού Α είναι πιο γρήγορη σχετικά με αυτή του Β.

Η σκέψη του Einstein

Ας υποθέσουμε τώρα ότι οι αστυνομικοί χρησιμοποιούσαν όπλα laser η ακτίνα των οποίων κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Σε αυτή τη περίπτωση και οι δύο ακτίνες θα χτυπήσουν το ληστή με την ίδια ταχύτητα σε αντίθεση με τις σφαίρες που η μία είναι πιο γρήγορη από την άλλη. Αυτό συμβαίνει γιατί όπως είπαμε η ταχύτητα του φωτός πρέπει πάντα είναι ίση με 300 000 μέτρα το δευτερόλεπτο ανεξαρτήτως εάν τρένο κινείται ή όχι.

Μα πως είναι δυνατόν ;
Μα γιατί συμβαίνει αυτό; Τι διαφορά έχει το laser από τις σφαίρες;;;
Η σφαίρα Α είναι γρηγορότερη από τη σφαίρα Β. Μήπως η ακτίνα Α είναι πιο αργή από την ακτίνα Β και έτσι η ακτίνα Β καταφέρνει και προλαβαίνει το τρένο; Ένα λεπτό! Αυτό δεν είναι δυνατόν αφού η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα ίδια στο κενό !

Μα τι συμβαίνει τέλος πάντων;
Και ο Άλμπερτ είπε !
Ο Einstein είπε λοιπόν: Η ταχύτητα του laser δεν αλλάζει. Απλά το ρολόι που μετράει το χρόνο επάνω στο τρένο είναι πιο αργό από ότι εκείνο που μετράει το χρόνο κάτω από το τρένο. Μπορεί και οι δύο ακτίνες να “τρέχουν” με 300 000 μέτρα το δευτερόλεπτο, αλλά το 1 δευτερόλεπτο για την ακτίνα Α είναι μικρότερο χρονικά από το 1 δευτερόλεπτο για την ακτίνα Β. Άρα ουσιαστικά όσο πιο γρήγορα κινείται το τρένο τόσο περισσότερο αργά κυλάει ο χρόνος για την ακτίνα Α και έτσι καταφέρνει να την προλάβει η ακτίνα Β.

Στην ταινία Matrix ο χρόνος για την
σφαίρα κυλάει πιο αργά από ότι ο
χρόνος για τον Νιο ακόμα και αν η
σφαίρα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα
από αυτόν. Έτσι ο Νιο καταφέρνει
να την αποφύγει.
Όλοι περάσαν το Αλβέρτο για τρελό!
Πολλοί περνούσαν τον Einstein για τρελό καθώς η ιδέα που είχε προκαλούσε πολλά παράδοξα. Ένα από τα πιο κλασικά είναι η ιστορία των δίδυμων αδελφών Σταμάτη και Γρήγορη το νόημα της οποίας είναι το εξής : Εάν κάποιος ζει σε ένα διαστημόπλοιο που κινείται με πολύ μεγάλη ταχύτητα τότε θα μπορέσει να κάνει ταξίδι στο μέλλον αφού ο χρόνος θα κυλάει πολύ αργά για αυτόν και δεν θα γερνάει.
Διαβάστε την εδώ ολόκληρη

Το 1918 η θεωρία της σχετικότητας επιβεβαιώθηκε από το αστρονόμο Eddington και ο Αινστάιν έγινε διάσημος.
Η θεωρία της σχετικότητας στην πράξη
Οι νόμοι της φυσικής που εφαρμόζουμε καθημερινά για να κατασκευάσουμε αυτοκίνητα και να χτίσουμε σπίτια είναι εντελώς λανθασμένοι και αν θέλουμε να είμαστε σωστοί πρέπει να τους αντικαταστήσουμε λαμβάνοντας υπόψη τη θεωρία της σχετικότητας . Παρόλα αυτά τους χρησιμοποιούμε ακόμη γιατί είναι εύκολοι και λειτουργούν χωρίς σημαντικά προβλήματα. Η θεωρία της σχετικότητας χρησιμοποιείται σήμερα :

Στα συστήματα πλοήγησης GPS
Στους επιταχυντές σωματιδίων (μικροσκόπια)
Στην Κοσμολογία