We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ek is weer verward deur die tweelingparadoks. Gestel ek is op 'n interstellêre sterreskip wat 0,6c vlieg van 'n ster wat 30 ligjaar van die aarde af is, na 'n ster van 50 ligjaar van die aarde en 40 ligjare van mekaar af. Hoe sou u die verskil skat tussen die tyd op die skip wanneer u die bestemming bereik en die tyd wat 'n persoon op aarde dink dit moet wees? Laat ons nou sê ek reis terug na die oorspronklike ster (in albei omstandighede versnel ek teen 1g tot ek 0,6c bereik.) Ek sou aanvaar dat ek die tweelingparadoksformule kon gebruik om die verskil in die verstreke tyd op die skip te bepaal, gemeet aan die 'n horlosie links by die eerste ster.
Laat ons nou sê dat ek op dieselfde manier reis (1g versnelling totdat ek 0,6c bereik en 1g vertraging vir dieselfde duur tot my aankoms), begin by die aarde, reis na 16 sterre en keer terug na die aarde. Ek dink dat die tydsverskil tussen die skeepsklok (datum) en die Aardtyd gebaseer sal wees op die afstands- en versnellings- / vertragingssegmente van elke been van die reis, onafhanklik van die komponente van die reisvektore in die rigting (na of weg van die aarde). Is ek reg??
Sou die aarde boodskappe stuur na die skip gebaseer op konvensionele metings (dws Fisika 101)? Ek wil die verskil bepaal tussen die tyd op Aarde wanneer die boodskap gestuur word en die skeepstyd wanneer die boodskap ontvang word, met inagneming van die tyd van die boodskap (met ligspoed).
In die eerste voorbeeld kan u die berekening van spesiale relatiwiteit beslis gebruik om die verskil te meet in die tyd wat op 'n horlosie op 'n hoë snelheid en 'n rustige tyd aangedui word. Die besonderhede kan die berekening moeiliker maak, maar ons kan die plat minowsky-ruimte van die klok in rus gebruik om die berekening te doen, dus dit is relatief eenvoudig. [sien wat ek daar gedoen het?]. Dit sou 'n faktor van ongeveer 1,6 wees, dus die reis van iets meer as 67 jaar sou aan boord van die skip 67 * 1,6 = 41 jaar duur. (Ek het die tyd wat spandeer is om te versnel en te vertraag, geïgnoreer om die wiskunde eenvoudig te hou. Die aarde sou sien dat die skip 30 jaar daarna vertrek (ligafstand) en na 67 jaar aankom, aangesien die lig egter verder moet beweeg) blyk te wees na 67 + 50-30 jaar = 87 jaar.
Vir die meervoudige reis is die berekening net langer. Die rigting van die reis beïnvloed nie tydsberekening nie, net die snelheid. Dit sou dus weer eenvoudig wees om die totale tydskakeling te bereken.
Dit sou heel moontlik vir die aarde wees om met die skip te kommunikeer. Maar die boodskappe sou tot 50 jaar nie verskyn nie. Boodskappe sou beslis verouderd wees.
Interstellêre sterre skepe: haalbaar of fiksie?
Terwyl die Klingon-skip die Starship Enterprise afneem, voorberei om 'n spervuur foton-torpedo's af te vuur, skree kaptein Picard 'Maximum warp!' en die onderneming spring weg na 'n ander sterstelsel, vinniger as die ligspoed. Is hierdie toneel van Star Trek suiwer wetenskapsfiksie, of is daar waarheid in die konsep van interstellêre sterre? Ondanks die beduidende wetenskaplike vordering wat op hierdie gebied gemaak is, hou energiebehoeftes, hoë koste en die tydprobleem steeds enorme uitdagings in vir die visie van interstellêre reis soos uitgebeeld in Star Trek en ander films.
Die naaste sterstelsel, Alpha Centauri, is ongeveer 25 triljoen myl van die aarde af. Teen die snelheid van 'n gewone ruimtetuig sou dit meer as 900 duisend jaar neem om hierdie afstand af te lê (Millis, 2008a)! Dit is duidelik dat een van die eerste groot hindernisse vir interstellêre reis 'n manier is om die snelhede te bereik wat nodig is om naburige sterre binne 'n redelike tydperk te bereik. Dit sou op die minste nodig wees om naby die snelheid van die lig te reis. Die hoeveelheid energie wat nodig is om 'n skip soos Star Trek s'n te versnel Onderneming om net die helfte die spoed van die lig sou "meer as 2000 keer die totale jaarlikse energieverbruik van die wêreld vandag wees" (Bennett, Donahue, Schneider, & amp Voit, 2014, p. 715). Waar sou sulke groot hoeveelhede energie vandaan kom? Alhoewel baie idees voorgestel is, was dit miskien die beste Projek Orion, 'n voortstuwingstelsel waarmee geëksperimenteer is vanaf die 1950's tot 1960's, wat die voortdurende ontploffing van kernbomme agter 'n ruimteskip behels het om dit voort te dryf. Ongelukkig sou hierdie benadering nie net 'n ongemaklike rit meebring nie, maar dit sou ook die bemanning aan gevaarlike stralingsvlakke blootstel (Dyson, 2002). In die woorde van die Ruimtevaartingenieur Marc G. Millis (2008a), 'het ons óf 'n deurbraak nodig waar ons die energie in die ruimtevakuum kan benut, 'n deurbraak in die fisika vir energieproduksie, of 'n deurbraak waar die wette van kinetiese energie gebruik word. nie van toepassing nie ”(laaste paragraaf).
Gestel dat die energieprobleem opgelos is, en 'n skip konstante versnelling oor enige afstand kan behaal, sal dit slegs ongeveer vyf jaar neem (vanuit die Aarde se perspektief) om die naaste ster te bereik, en dertien jaar om Sirius te bereik (White, 2002). Aangesien die afstand, die versnellingsperiode en die ooreenstemmende snelheid egter 'n interessante effek verhoog, wat bekend staan as tyddilatasie begin duidelik word. Hoe groter die skip se spoed, hoe stadiger sal die tyd verbygaan vir diegene aan boord. 'N Reis wat dertien jaar neem vanuit die perspektief van die aarde, duur net sewe jaar vir die reisigers en nog minder tyd teen 'n versnellingstempo groter as 1G (White, 2002). Vir baie lang reise kan duisende jare op die aarde verbygaan terwyl die reisigers slegs 'n paar dekades ervaar! Alhoewel dit voordelig kan lyk, aangesien dit reisigers in staat stel om bestemmings baie verder te bereik as wat anders moontlik is, bied dit 'n groot probleem vir interstellêre reise. Wat sou die sin wees om individue na ander sterre te stuur as diegene wat op aarde geen werk het nie? Enige reis na 'n ver bestemming sal byna seker eenrigting wees.
Dit bring ons by die spekulatiewe gebied van wurmgate en skering. Die spesiale relatiwiteitsteorie verbied voorwerpe om binne ruimtetyd vinniger as lig te beweeg, maar met genoeg materie of energie is dit bekend dat ruimtetyd self skeefgetrek en verdraai kan word (Millis, 2008b). Teoreties kan ruimte skeefgetrek of 'gevou' word om twee afsonderlike punte aan mekaar te koppel ('n wurmgat te skep). Ongelukkig is die skep van die wurmgat nodig om 'n reuse-ring ("die grootte van die aarde se baan om die son") van superdigte materie aan elke punt van die wurmgat te plaas, wat hulle met enorme hoeveelhede energie laai en tot " naby die snelheid van die lig ”(Millis, 2008b). Al sou daar die een of ander manier wees om die nodige energie en uiters digte materiaal te bekom, hoe sou dit aan die eindpunt geplaas word sonder om eers daarheen te reis? Alhoewel wurmgate hipoteties nuttig kan wees vir gereelde reise tussen twee interstellêre bestemmings, bied dit nie 'n lewensvatbare oplossing om daarheen te kom nie.
Wat van warp drives soos gebruik in Star Trek? Alhoewel die konsep onmoontlik kan klink, kan volgens 'n fisikus met die naam Miguel Alcubierre ruimte teoreties voor die skip saamgepers word en daaragter uitgebrei word, sodat 'n skip vinniger as lig kan reis sonder om die relatiwiteitsteorie te oortree (Peckham, 2012). In werklikheid is dit ruimte wat beweeg, eerder as die skip. Ongelukkig sou 'n ring van "negatiewe energie" genereer moet word om 'n skeeftrekking soos hierdie te skep, en of dit moontlik is om sulke energie te bestaan, word nog steeds bespreek (Millis, 2008b). As ons aanneem dat dit moontlik is, wil dit voorkom asof dit die mees praktiese metode van interstellêre reis sou wees. Dit benodig nie lang tydperke om te versnel en te vertraag nie, passasiers sal nie deur veranderings in die versnelling geskud word of met deeltjies interstellêre gas bestook word nie, en die beste van alle tye sal in dieselfde tempo vir die kosmiese reisigers sowel as die res oorbly op die aarde. NASA is tans in die vroeë stadium van ondersoek of so 'n rit uitvoerbaar is.
Met al die praatjies rondom die moontlikheid om sterrekepe met vinniger as ligspoed deur die ruimte te beweeg, is dit maklik om te vergeet dat die kry van die skepe in ruimte in die eerste plek is ook 'n probleem. In 'n artikel wat vroeër vanjaar op Gizmodo gepubliseer is, word beraam dat die koste van die konstruksie van 'n ruimteskip soos die Starship Enterprise met behulp van die huidige tegnologie ongeveer $ 480 miljard sou beloop (Limer, 2013). Verbasend, meer as 95% van hierdie koste is bloot om die nodige materiaal na die ruimte te vervoer! Dit illustreer die buitensporige hoë koste van die tegnologie vir ruimtevervoer soos dit tans bestaan - om 'n ruimteskip in die ruimte te plaas, is op hierdie stadium eenvoudig nie ekonomies sinvol nie, selfs al sou ons een bou.
Kortom, die enorme energiebehoeftes, die hoë koste en die tydprobleem hou almal belangrike versperrings vir interstellêre reise in. Die teorieë wat voorgestel word vir vinniger reis as die lig, is hoogstens spekulatief en ver van prakties. Alhoewel 'n deurbraak in aandrywing wat bekostigbare, veilige en volgehoue versnelling moontlik maak, ons in staat stel om die naaste sterre te bereik, sal die probleem van tydsverspreiding dit moontlik maak om verder te gaan. Sonder groot wetenskaplike vooruitgang op die gebied van negatiewe energie en ruimte-tydmanipulasie, blyk die moontlikheid om 'n vreemde tuiswêreld te besoek binne die afsienbare toekoms hoogs onwaarskynlik.
Bennett, J., Donahue, M., Schneider, N., & amp Voit, M. (2014). Die kosmiese perspektief (Sewende uitg.). San Francisco, CA: Pearson Education, Inc.
Купить PC / VR ASTRONOMIE EN AARDRYKSKUNDE НАБОР (?)
Лаборатория содержит 4 под-игры. В этих под-играх вы сможете ощутить великолепие Вселенной, красоту земли, увидеть луну и совершенно другой мир, который вы видите, управляя космическим кораблем со скоростью, близкой к скорости света. Влияние относительности. Наша команда происходит from this Калифорнийского технологического института and факультета физии
Лабораторный сценарий 1: Путешествие по лунной системе
Вы окажетесь в диспетчерской и сможете наблюдать за этой красивой планетой на геостационарной спутниковой орбите. Вы увидите Гималаи, американские мегаполисы, леса Амазонки and густо меняющиеся облака. Мы сформировали Землю, которая имитирует мир с чрезвычайно высоким разрешением! Конечно, есть и Луна. Вы испытаете посадку Аполлона на Луну, выйдете на поверхность Луны лично, увидите бесчисленные ударные кратеры и испытаете особое гравитационное поле Луны (намного ниже, чем на Земле). По ,алуйста, помните, чтобы не упасть в mетеорит Ударные кратеры, потому что некоторые метеоритные кратеры имеют гле Вместе с детьми вы сможете наблюдать for землей, облаками and яркими огнями ночного города с совершенно другой точки зр
Экспериментальный сценарий 2: Странники в солнечной системе
Мы привыкли быть оцепеневшими и гоняться за славой и богатством. Когда мы действительно успокоимся и взглянем на myre, in котором живем? Отпустите свои заботы и ведите свой космический корабль, чтобы путешествовать по солнечной системе и исследовать планеты.
Сабораторная сцена 3: кругосветное путешествие на воздушном шаре
Путешествуйте на воздушном шаре и наслаждайтесь красочным миром, таким как:
Замки на острове, извержения вулканов, городские руины, восточные деревни и т.д. здесь вы можете перемещать воздушный шар с помощью клавиш на клавиатуре компьютера.
Мы продолжим добавлять аттракционы, а затем выпустим новые обновления.
Экспериментальный сценарий 4: Путешествие со скоростью 80% скорости света.
Сто смоделированная лаборатория, с помощью которой вы сможете отправиться в путешествие по миру, где скорость света невысока. Dit is 'n beskuldigde van 'n goeie beskrywing (die eerste keer dat dit 'n probleem is, dit is 'n bedrag wat dit nie meer is nie) Мы испытали различные релятивистские эффекты (например, сокращение длины, замедление времени, доплеровский сдвиг, оптическую аберрацию) во время путешествия, чтобы получить представление и углубить нашу интуицию в отношении основных концепций специальной теории относительности.
Я окончил Оксфордский университет en начал бизнес, признанный моим университетом. (Кандидат астрофизики.)
Признан Оксфордским университетом:
Danksy Einstein kan my sterrebeelde interstellêre spoedwette oortree
Relativistiese fisika lê een van die mees frustrerende beperkings wat die wetenskap voorspel. Dit vertel ons dat daar 'n onontkombare spoedbeperking in die heelal bestaan: ons kan nie vinniger as die spoed van die lig gaan nie. Wat beteken dit?
Lig beweeg vinnig. Laat ons 'n paar vergelykings maak om 'n idee te kry van hoe vinnig. 'N Motor in die Interstate kan 60 kilometer per uur ry. 'N Skip in 'n wentelbaan kan teen 17,000 myl per uur ryuur. Daarteenoor beweeg lig 670,000,000 myl per uur. Dit lyk skaars 'n beperking. Dit hang egter alles af van die betrokke afstande. As ons na ander sterstelsels wou reis, is dit ver genoeg dat selfs as ons amper met die ligspoed kan gaan, dit nog jare, dekades of eeue sal neem om dit te bereik.
Dit skep probleme vir wetenskapfiksieskrywers. Galaktiese ryke is 'n stapelvoedsel van ruimte-avontuurverhale. Gestel jy wil skryf oor beskawings wat oor baie sterrestelsels of selfs die sterrestelsel strek. As dit honderde jare neem om van plek tot plek te reis, beperk dit u storielyn drasties.
Sommige skrywers aanvaar die uitdaging. Hulle werk binne 'n raamwerk waar, byvoorbeeld, die stuur van 'n boodskap oor die sterre dekades of langer duur. Die regering, kultuur, ekonomie, militêre lewe en die lewens van die karakters sou dramaties anders wees as op die hedendaagse aarde, waar kommunikasie byna onmiddellik is. Ander skrywers is van mening dat sterreskip dryf wat vinniger as die lig kan reis, maar die skrywers gee nie wetenskaplike besonderhede nie. Die rit bestaan net. Nog ander skrywers, soos ek, begin met bekende fisika en ekstrapoleer die vergelykings in die koninkryk van: "Wat as? & # 8221
As wetenskaplike sowel as skrywer wou ek nie die fisika van relatiwiteit ignoreer nie, maar ek hou ook nie van die beperkings wat dit aan my verhale opgelê het nie. Ek het dus wiskunde gebruik om die relativistiese spoedwette te omseil. Ek het die idee op die laerskool gekry toe ek uitstel om my huiswerk vir 'n toegepaste wiskundeklas te doen. Ek het komplekse veranderlike teorie bestudeer, wat handel oor denkbeeldige getalle, dit wil sê getalle wat die vierkantswortel van negatiewe een insluit. Sulke numeriese diere het geen fisiese analoog in ons werklike heelal nie, dus die naam "denkbeeldig. & # 8221
In plaas daarvan om my huiswerk te doen, het ek besluit om 'n ruimteskiprit vir my romans te ontwerp (dit is ten minste 'n meer unieke verskoning as 'die hond het my huiswerk geëet. & # 8221). Ek het uiteindelik weer by die probleemstelling opgekom, en ek het selfs verdien 'n A daarop, maar ek het ook 'n skuit pret gehad deur die komplekse veranderlike teorie toe te pas op die vergelykings van spesiale relatiwiteit, wat van toepassing is op voorwerpe wat regtig baie vinnig reis.
Uiteindelik skryf ek 'n referaat oor hierdie idees, 'Complex snelhede en spesiale relatiwiteit', wat in die American Journal of Physics gepubliseer is. 'N Komplekse spoed het geen fisiese betekenis nie, dus was my referaat 'n gedagte-eksperiment, 'n wiskundespeletjie sonder 'n fisiese analoog. As wetenskapfiksieskrywer het ek egter die idee 'n goudmyn gevind. Ek het nou 'n raamwerk gebaseer op relativistiese fisika wat ek kon gebruik om my sterrekepe die interstellêre spoedwette te laat breek. Ek het die proses 'inversie' genoem, want as jy vinniger as lig gaan, voorspel relatiwiteit die sterrebeelde wat jy sien, sal van hul posisies af weggedraai word (omgekeer) teen laer as ligspoed.
Gestel ons is op 'n sterreskip. Terwyl ons ligsnelheid nader, merk waarnemers op Aarde 'n paar vreemde gevolge op. Vir hulle vertraag ons tyd, ons lengte trek saam (in een dimensie) en ons massa neem toe. As ons dit ooit sou kon bereik, sou ons massa en energie oneindig raak, sou ons lengte verminder tot niks en die tyd sou stop. Daarom is dit onmoontlik om met ligspoed te reis. U kan u dit voorstel as 'n oneindig hoë boom wat ons pad versper. Ons kan nie die ander kant van die boom & # 8212 vinniger bereik as die ligsnelheid nie & # 8212, want dit sal oneindig baie energie verg om bo-op die boom te kom.
Om ons spoedkompleks te maak, is soos om die pad te verlaat en om daardie groot boom te gaan. Sodra ons met vinniger as ligsnelhede ry, neem ons massa af, tyd krimp en lengte vergroot. Nou het ons 'n laer spoedbeperking! Ons kan nie stadiger as lig gaan nie. Die moontlikhede vir die wetenskapfiksieskrywer is wonderlik vermaaklik. Ek beskryf die idees in meer besonderhede in 'n opstel wat verskyn in my bloemlesing, Aurora in Four Voices.
In die regte wêreld het wetenskaplikes nog nooit bewyse gevind dat enigiets vinniger as die ligspoed kan verloop nie. Maar dan bewys 'n gebrek aan bewyse nie 'n gebrek aan bestaan nie. As dit moontlik is om die lastige spoedbeperking te omseil, is dit onwaarskynlik dat die fisika in die vinniger as die ligterrein dieselfde sal wees as in die stadiger as die ligte heelal, en dit is nie net die fisika van relativistiese ruimtereise nie. dieselfde as wat ons daagliks ervaar in ons baie stadiger bestaan. Op 'n dag sal nuwe wetenskaplike ontwikkelinge ongetwyfeld 'n rewolusie vir ons begrip van die heelal hê, net soos Einstein se teorieë ons wêreld verander het. Ons het skaars die oppervlak gekrap van wat die kosmos ons moet leer. Oor nog 'n honderd jaar lag wetenskaplikes dalk aan ons sonderlinge idees oor die spoed van die lig, maar om tot op daardie dag te kom, sal 'n rit wees.
Redakteur se opmerking: Die NewsHour bied hierdie week 'n reeks rubrieke aan wat ooreenstem met die 100ste herdenking van Einstein se aanbieding van die veldvergelykings van algemene relatiwiteit op 25 November.
- Sean Carroll, 'n navorsingsprofessor in teoretiese fisika aan die California Institute of Technology en skrywer van & # 8220The Particle at the End of the Universe & # 8221 skryf oor Einstein se ontdekking dat ruimte en tyd nie vas is nie en die implikasies van daardie ontdekking vir fisika
- S. James Gates, Jr., 'n Amerikaanse teoretiese fisikus wat bekend is vir sy werk oor supersimmetrie, super-swaartekrag en superstring-teorie, bespreek die impak van Einstein op sy eie basiese navorsing
- en Catherine Asaro, 'n chemiese fisikus en skrywer van meer as 25 boeke, waaronder wetenskapfiksie, rillers en fantasie, skryf oor hoe sy die vergelykings agter spesiale relatiwiteit in haar eie wetenskapfiksie en fantasieliteratuur opneem. '
Links: Die reis na galaktiese ryke bied 'n uitdaging vir wetenskapfiksieskrywers. Catherine Asaro het Einstein se relatiwiteit gebruik om 'n oplossing te ontwerp. Illustrasie deur Victor Habbick Visions / Science Photo biblioteek
Die hemelse siening vanuit 'n relatiwistiese ruimteskip: Deel 1
Dit is nog een van die onderwerpe (soos Coriolis-effek en blootstelling aan menslike vakuum) waarvan baie wetenskapfiksieskrywers blykbaar genoeg weet om dit in hul verhale op te neem, maar nie heeltemal genoeg om reg te kry nie.
In hierdie boodskap (en na raming drie daaropvolgende berigte) gaan ek skryf oor hoe die sterrehemel sou lyk as u teen 'n beduidende fraksie van die ligspoed sou reis, byvoorbeeld as iemand ooit 'n werkende Bussard sou bou. interstellêre ramjet (soos die foto hierbo). In 'n latere boodskap wys ek u enkele illustratiewe beelde wat ek met behulp van gegenereer het CelestiaSe ster databasisse en 'n bietjie brute-force kodering. Ek sal probeer om dit wiskundevry te hou, maar sal 'n paar relevante vergelykings in voetnote plaas vir almal wat belangstel om self met hierdie idee te speel.
Twee dinge transformeer jou siening van die heelal as jy naby die snelheid van die lig beweeg - aberrasie en Doppler-verskuiwing. In hierdie pos sal ek die afwyking hanteer in die volgende pos, sal ek die Doppler-effek beskryf.
LIGE AFWERKING
Die basiese beginsel onderliggend aan ligte afwyking is duidelik vir almal wat ooit deur reën of deur sneeu gery het. As u deur vertikale dalende reën deurloop, sal u voorkant natter word as u rug, want dit lyk asof die reën van voor af skuins as u hardloop. En as u al snags in 'n sneeustorm gery het, sal u onthou hoe, ongeag in watter rigting u ry, die sneeu wat sag val, amper horisontaal op u afkom, reguit na die voorruit. Dit gebeur omdat u horisontale snelheid die vallende neerslag as 'n vektor byvoeg, wat 'n resulterende snelheid produseer wat skuins na u rigting beweeg, soos volg:
Dieselfde gebeur met die lig van verre sterre. In werklikheid beweeg die aarde vinnig genoeg in sy wentelbaan dat ligafwyking so lank gelede al vroeg in die agtiende eeu teleskopies opgespoor is deur James Bradley, wat opgemerk het dat die lig van die ster Eltanin (Gamma Draconis) gedurende die loop van 'n bietjie verskillende rigtings kom. van die jaar. (Dieselfde blyk natuurlik ook vir elke ander ster te wees.)
Net so sal 'n waarnemer aan boord van 'n ruimtetuig in vinnige beweging 'n verdraaide uitsig op die lug sien, met al die sterre in die lug blykbaar in posisie na die vlieglyn van die ruimtetuig verskuif:
Al die verplasing is parallel met die vluglyn van die ruimtetuig, en hoe vinniger die ruimtetuig en beweging is, hoe groter word die hoekverskuiwing. Maar ons kan die hoek nie bereken met behulp van die eenvoudige geometriese konstruksie hierbo nie, want ons moet ook die koördinaat-effekte van spesiale relatiwiteit in ag neem. Sodra ons dit doen, kom ons agter dat hoe nader die skip aan die snelheid van die lig kom, hoe ekstremer is die voorwaartse verplasing van die sterre, totdat die onbereikbare limiet van die ligspoed self is, die hele lug blyk te wees verplaas in 'n dimensielose punt, dood voor die vinnige ruimtetuig.
Nou is dit tyd om 'n paar simbole en terminologie bekend te stel. Wat ons doen, is om die & # 8220normale & # 8221 uitsig oor die lug te vergelyk (soos gesien deur 'n waarnemer ongeveer in rus ten opsigte van die agtergrondsterre) met die uitsig gesien deur 'n waarnemer wat in vinnige beweging is relatief tot daardie stilstaande waarnemer- verbyjaag in 'n interstellêre ruimtetuig, vir ons doeleindes hier. Die waarnemer wat onbewegend is ten opsigte van die afstandsterre, beset die & # 8220rest-raam & # 8221 die waarnemer op die ruimtetuig beset die & # 8220bewegende raam & # 8221. Volgens konvensie in Spesiale Relatiwiteit word aan die veranderlikes wat in die rusraam gemeet word (soos hoeke, afstande en tye) eenvoudige letters of syfers toegeken, terwyl die ooreenstemmende metings wat in die bewegende raam gemaak word, geïdentifiseer word deur die toevoeging van 'n priemteken (').
Die snelheid van die bewegende raam relatief tot die rusraam word gewoonlik gegee as 'n verhouding tot die snelheid van die lig en aangedui met die simbool β (beta). Dus β = 0 wanneer ons ruimtetuig tussen die sterre rus, en β = 1 op die onbereikbare grens van die lugsnelheid.
Laat ons nou die hoek tussen 'n gegewe ster en die vluglyn van die ruimtetuig aanwys as θ (theta). θ = 0º vir 'n voorwerp wat dood is, θ = 180 ° vir 'n voorwerp wat agter dood is, en θ = 90 ° vir 'n voorwerp direk aan die kant. Volgens die konvensie gebruik ons gewone θ vir die posisie van die sterre soos gesien in die rusraam en θ ′ vir die ooreenstemmende hoek gesien in die bewegende raam van die ruimtetuig.
Nou kan ek 'n grafiek teken wat die effek van β op θ ′ toon, vir die volledige reeks beginwaardes van θ:
U kan sien dat namate β toeneem, dit lyk asof al die sterre na θ ′ = 0 verdring. Sterre wat eweredig in die lug gespasieer is vir 'n waarnemer in rus, sal vir 'n reisende waarnemer sterk vooruit wees en dun agtertoe versprei.
Hierdie proses van verdigting vorentoe en dunner agteruit het interessante gevolge as ons kyk wat gebeur met die voorkoms van 'n uitgebreide voorwerp, soos 'n konstellasie. Hier is 'n voorbeeld wat na die sferiese lug geprojekteer word:
Aangesien 'n sterrebeeld aan die agterkant van die ruimtetuig vorentoe in die lug verplaas word deur die toenemende snelheid, sal sy sterre aanvanklik afwykende koers volg en uitmekaar trek en die konstellasie groter laat lyk. Hierdie proses duur voort totdat die skip vinnig genoeg beweeg om die oënskynlike posisie van die konstellasie na to ′ = 90º te verplaas, waarna die sterre weer op mekaar sal begin saamtrek en die konstellasie sal krimp. Dit sal sy oorspronklike grootte bereik wanneer dit verplaas word na 'n posisie waarin dit so ver van die voorwaartse rigting verskyn as sy rusraamposisie van die agterste rigting (dit wil sê wanneer θ ′ = 180 º-θ). By verder verplasing (deur die snelheid te verhoog), sal die konstellasie dan tot 'n kleiner grootte krimp.
Dit lyk dus asof konstellasies wat in die vooraansig in die rusraam lê, krimp as hulle vorentoe verplaas word deur afwyking. Maar dit lyk asof konstellasies aan die agterkant van die ruimtetuig in grootte groei, tot 'n maksimum wat teen 'n kritieke waarde van β sal voorkom wanneer die konstellasie verplaas is sodat dit direk sywaarts van die vluglyn af verskyn. En hoe verder die konstellasie agter in die rusraam lê, hoe hoër is die waarde van β wat nodig is om in hierdie posisie te bring.
Wat op konstellasies van toepassing is, is van toepassing op enige uitgebreide voorwerp, insluitend die skyf van 'n ster as dit deur 'n baie kragtige teleskoop gekyk word - sterre wat voorlê, lyk asof hulle kleiner word as hulle vanuit 'n bewegende ruimtetuig gekyk word, sterre agter word groter (tot 'n maksimum grootte) wanneer dit lyk asof hulle op die θ ′ = 90º-posisie is).
As hulle kleiner word, kyk hulle verder as hulle groter word, kyk hulle nader. En as waarnemers aan boord van die ruimtetuig die afstand na die sterre probeer meet met behulp van parallaks (byvoorbeeld deur twee ruimtetuie in tandem te vlieg en waarnemings te vergelyk), sal hulle vind dat ligte afwyking die parallaksmetings beïnvloed het om die afstande wat afgetrek is van oënskynlike grootte. Die gekrimpte sterre voorlê regtig sou dit lyk asof dit proporsioneel verder weg is, sal die vergrote sterre aan weerskante sigbaar wees.
Al hierdie komplikasies kom saam om 'n redelike eenvoudige en aangename resultaat te lewer. Gestel ons begin met 'n sfeer van sterre wat eweredig van mekaar is, versprei rondom ons ruimtetuig in die rusraam, soos volg:
Vanuit die oogpunt van 'n bewegende ruimtetuig op dieselfde plek is die ruimte, dit lyk asof die sterre verplaas word sodat die oorspronklike sfeer in 'n ellipsoïde verander, met die ruimtetuig op een fokus, soos volg:
Ek het die rigting van verplasing met rooi pyle vir 'n paar sterre gemerk. U moet kan sien hoe die algemene tendens werk. Hoe vinniger die ruimtetuig beweeg, hoe langerwerpig is die ellips. Die bostaande is vir die helfte van die ligspoed, β = 0,5. Hieronder het ek die ellipsoïde bygevoeg vir 'n ruimtetuig wat teen β = 0.85 beweeg:
As u na die boonste rooi pyltjie kyk, kan u sien hoe 'n ster wat effens agter die ruimtetuig in die rusraam is, direk aan die een kant van die ruimtetuig lyk as dit beweeg met β = 0,5 en effens vooruit. van die ruimtetuig as dit beweeg teen β = 0.85. En as dit van posisie verander, lyk dit asof dit nader aan die ruimtetuig kom op β = 0.5, en dan weer verder weg by β = 0.85.
Onthou dat dit die hemel is lyk soos aan waarnemers aan boord van hul ruimtetuig. Spesiale Relatiwiteit vertel ons dat koördinaatafstande voor en agter 'n bewegende waarnemer krimp, maar die aberrasieberekeninge vertel dat hierdie koördinaatverandering eintlik verduister word deur die verskuiwing in die oënskynlike rigting van die lig.
Onthou ook dat hierdie diagramme slegs akkuraat is as vergelykings tussen die aansig van 'n stilstaande waarnemer en 'n waarnemer op 'n ruimtetuig wat oor dieselfde punt in die ruimte vee. As ons wil nadink oor hoe 'n spesifieke hemelbeeld sal krom as 'n ruimtetuig van rus tot hoë snelheid versnel, moet ons ook die beweging van die ruimtetuig in verhouding tot die sterre in ag neem. Dit is miskien 'n onderwerp vir 'n ander boodskap, maar nie iets om op hierdie stadium voor te stel nie. Die bespreking hier gee 'n algemene indruk van hoe die hemelse siening vir enige ruimtetuig verdraai sou word.
Dit is nou vir eers. Tot dusver het ek & # 8217ve gehandel oor hoe die ligging van die sterre blyk te verander as ons met 'n hoë snelheid beweeg. In die volgende berig gaan ek oor hoe Doppler-effek hul kleure en helderheid verander.
Wiskundige aantekeninge
Die verhouding tussen θʹ en θ hang af (soos gesien in my grafiek) van β.
Die skynbare radiale afstand tot die ster in die bewegende raam (rʹ) hang af van die radiale afstand (r) in die rusraam, en van β en θʹ.
Dit lyk baie ooreen met die polêre vergelyking van 'n ellips met een fokus op die oorsprong, gegee in terme van die semiminor-as (b) en eksentrisiteit (e).
Dus sal 'n sfeer van sterre op afstand r van die ruimtetuig in die rusraam verskyn in die bewegende raam om verplaas te word in 'n ellipsoïde met half-as (b), half-as (a) en eksentrisiteit (e) gegee deur: In kartesiese koördinate met die z-as in lyn met die snelheidsvektor van die ruimtetuig, kry ons die transformasie:
Die x- en y-koördinate (in 'n vlak dwars op die vluglyn) is onveranderd deur die transformasie, wat bevestig dat die skynbare verplasing van die sterre as gevolg van afwyking suiwer parallel is met die vluglyn, soos in my diagramme uitgebeeld.
Waarom Warp Drives nie net wetenskapfiksie is nie
Die astrofisikus Eric Davis is een van die leiers op die gebied van vinniger as ligte (FTL) ruimtereise. Maar vir Davis is die potensiaal van die mensdom om die uitgestrektheid van die ruimte op 'n warpsnelheid te ondersoek, nie wetenskapfiksie nie.
Davis se jongste studie, "Faster-Than-Light Space Warps, Status and Next Steps" het die American Institute of Aeronautics and Astronautics '(AIAA) se 2013 beste toekenning vir kernkrag en toekomstige vlugaandrywing gewen.
TechNewsDaily het Davis onlangs gehaal om sy nuwe referaat te bespreek, wat in die Maart / April-bundel van die Journal of the British Interplanetary Society verskyn het en die basis sal vorm van sy komende toespraak op Icarus Interstellar se 2013 Starship Congress in Augustus. [Supersnelle ruimtelike reis-voortstuwingsidees (prente)]
"Die bewys van die beginsel vir die voortstuwing van FTL-ruimtetuig is dekades gelede gepubliseer," het Davis gesê met verwysing na 'n artikel van die fisikus Miguel Alcubierre uit 1994. "Alle konvensionele gevorderde voortstuwingsfisika-tegnologieë is beperk tot snelhede onder die ligspoed ... Die gebruik van 'n FTL-ruimtetuig sal die tyd en afstande van interstellêre vlug drasties verminder."
Warp spoed: 'n onderlaag
Voordat u in Davis se studie ingaan, is hier 'n vinnige oorsig van vinniger as die lig:
Volgens Einstein se teorie van spesiale relatiwiteit kan 'n voorwerp met massa nie so vinnig of vinniger as die ligspoed gaan nie. Sommige wetenskaplikes glo egter dat 'n leemte in hierdie teorie mense eendag binne 'n paar dae ligjare kan laat reis.
In die huidige FTL-teorieë beweeg dit nie die skip nie - die ruimte self beweeg. Daar is vasgestel dat ruimte eintlik buigsaam is, en die ruimte het sedert die oerknal geleidelik uitgebrei.
Deur die ruimte rondom die skip te verdraai in plaas van die skip self te versnel, sal hierdie teoretiese skeringaandrywings nooit Einstein se spesiale relatiwiteitsreëls oortree nie.Die skip self gaan nooit vinniger as lig met betrekking tot die ruimte daar rondom nie.
In die artikel van Davis word die twee beginselteorieë ondersoek hoe om vinniger as die lig te bereik: skering en wurmgate.
Die verskil tussen die twee is die manier waarop ruimte gemanipuleer word. Met 'n skeringaandrywing word die ruimte voor die vaartuig saamgetrek terwyl die ruimte daaragter uitgebrei word, wat 'n soort golf skep wat die vaartuig na sy bestemming bring.
Met 'n wurmgat sou die skip (of miskien 'n buite-meganisme) 'n tonnel skep deur die ruimtetyd, met 'n gerigte in- en uitgang. Die skip sou die wurmgat binnegaan met onderliggiesnelheid en weer op 'n ander plek verskyn, baie ligjare weg.
In sy artikel beskryf Davis 'n wormgatingang as ''n sfeer wat die spieëlbeeld van 'n heel ander heelal of afgeleë streek in ons heelal bevat, ongelooflik gekrimp en verdraai.'
Sci-fi-aanhangers dink aan "Star Trek" en "Futurama" vir warp drives. Dink 'Stargate' vir wurmgate.
Spieël, spieël op die romp
Die volgende vraag is: hoe kan u hierdie verdraaiing in die ruimtetyd skep, sodat vaartuie vinniger as lig kan reis? Daar word geglo - en dit lyk of sekere voorlopige eksperimente bevestig - dat die vervaardiging van geteikende hoeveelhede van die negatiewe energie die gewenste effek sal bereik.
Negatiewe energie is in 'n laboratorium geproduseer via die Casimir-effek. Hierdie verskynsel draai om die idee dat vakuum, in teenstelling met die weergawe daarvan in die klassieke fisika, nie leeg is nie. Volgens die kwantumteorie is vakuum vol elektromagnetiese skommelinge. As hierdie skommelinge verwring word, kan dit negatiewe energie skep.
Volgens Davis word die Ford-Svaiter-spieël een van die belowendste metodes om negatiewe energie te skep, genoem. Dit is 'n teoretiese hulpmiddel wat al die kwantumvakuumskommelings op die spieël se brandpunt fokus.
"As die skommelinge daar beperk is, het dit 'n negatiewe energie," het Davis gesê. "U kan tipes negatiewe energie hê wat 'n wurmgat kan maak waardeur u 'n persoon kan steek en, as u 'n groter spieël maak, 'n sterrekip kan deurbring. Die [spieël] is skaalbaar ... dit is die skoonheid daarvan."
Davis het 'n teoretiese opstelling van Ford-Svaiter-spieëls beskryf wat die FTL-ruimtevlieg moontlik sou maak: 'Vir 'n deurkringbare wormgat moet dit aparte Ford-Svaiter-spieëls in 'n skikking wees om die wormgat te skep en dan 'n skip met spieëls daarby om die wurmgat uit te brei na die bestemmingsster. '
Die kommer daar is hoe om die uitgang van die wurmgat te rig.
'Ons weet nog nie wat die antwoord op die vraag is nie,' het Davis gesê. "Einstein se algemene relatiwiteitsteorie antwoord dit nie."
Dit is die verskil tussen fisika en ingenieurswese, het Davis verduidelik. Volgens ons huidige begrip van fisika is die doelwit van die uitgang van die wurmgat moontlik, maar ingenieurs moet nog uitvind hoe om dit te bereik. [Kyk ook: NASA gaan na 3D-drukwerk vir selfbouende ruimtetuie]
"Op die skerm, nommer een."
'N Ander kwessie wat in Davis se artikel bespreek word, is hoe om 'n FTL-sterreskip te navigeer.
"As jy in 'n wurmgat is, gaan jy nie vinniger as lig nie - jy gaan teen normale spoed, maar jou visualisering en sterre navigasies is weg [omdat] ... daar is geen sterre om deur te navigeer nie."
Die ikoniese beeld van sterre wat deur 'n ruimteskipskerm gewild is wat deur franchises soos 'Star Trek' en 'Star Wars' gewild is, is eenvoudig nie akkuraat nie, het Davis gesê. "Die lig wat deur die wurmgat gaan, word verdraai ... jy gaan 'n baie vreemde visuele vertoning hê."
Dit is omdat die negatiewe energie wat nodig is om 'n wurmgat of 'n skering te skep 'n afstootlike swaartekrag skep wat lig rondom die skip verdraai.
Dus kan skepe wat met vinniger as ligspoed beweeg, nie hul omgewing waarneem om hul ligging te bereken nie. Ruimtevaarders sal op gesofistikeerde rekenaarprogramme moet staatmaak om hul waarskynlike ligging te bereken. "U het iets nodig in die orde van 'n superrekenaar wat met parallelle verwerking toegerus is," het Davis gesê. "[Die rekenaar sal] alle uitwerkings moet doen ... [insette] data vanaf die laaste posisie en skatting."
Dit is meer kommerwekkend vir skeringaandrywings, wat die ruimte aktief hervorm terwyl hulle reis, maar nie soveel met dwarsbare wurmgate nie, waarvan die ingange en uitgange waarskynlik voor die vlug vooraf ingestel sal wees. 'Jy kan net een kant deur die wurmgat gaan, so dit is nie asof jy verdwaal nie,' het Davis gesê
Dit is ook belangrik dat die rekenaar 'n visuele voorstelling van sy vlugplan en ruimtelike ligging kan lewer. Hierdie beelde word dan weergegee en vertoon in die kajuit of brug van die sterreskip vir die bemanning om te sien en te bestudeer. "Dit sal die sielkundige behoefte van mense help om in real time te verstaan hoe die posisieveranderings van die sterre gaan lyk," het Davis gesê.
Waarheen niemand voorheen gegaan het nie
Die kern van Davis se artikel is die beginsel - ondersteun deur streng wetenskaplike teorie - dat vinniger reis as 'n reële en selfs tasbare moontlikheid is. In die laaste gedeelte van die referaat word nege 'volgende stappe' voorgestel wat die veld na ingenieursprototipes en ander praktiese toetse van vinniger teoretiese teorieë sal dryf.
Hierdie stappe sluit in die skep van rekenaarsimulasies om die struktuur en effekte van ruimtetuig te modelleer. Davis vra ook vir 'n noukeuriger ondersoek na die Ford-Svaiter-spieël, wat steeds 'n grootliks teoretiese toestel is. Die spieël is net een moontlike manier om negatiewe energie op te wek. Verdere studie is nodig om te bepaal of daar ander praktiese metodes is om dieselfde effek te bereik. [Kyk ook: Hypersonic 'SpaceLiner' is van plan om passasiers te vlieg in 2050]
Davis beskryf die ontwikkeling en implementering van reis met ruimte-kromtrekkings as 'tegnies afskrikwekkend' in sy referaat, maar in 'n gesprek het hy gesê dat hy geen twyfel het dat vinniger reis as die dag nie net moontlik sal wees nie, maar ook nodig sal wees.
"Die aarde is onderworpe aan natuurlike en buitenste ruimtes en ekologiese rampe, dus is die lewe te broos, terwyl die planete in die sonnestelsel nie baie gasvry vir die menslike lewe is nie. Daarom moet ons buitekolêre planete ondersoek vir alternatiewe huise," het Davis gesê.
Definisieerder
Die raamwerk vir die formulering van die fisiese wette wat die wêreld reguleer op mikroskopiese lengte-skale - die fisika van die mikro-wêreld, byvoorbeeld van atome, atoomkerne of elementêre deeltjies, maar ook die fisika van ultra-presiese metings soos gemaak deur gravitasiegolfverklikkers.
Die wette van die kwantumteorie verskil fundamenteel van ons alledaagse ervaring en van die klassieke fisika.
Die eerste ongewone kenmerk is dat die kwantumteorie in baie gevalle bloot uitsprake toelaat waarskynlikhede. In die klassieke fisika kan 'n mens byvoorbeeld aan elke deeltjie, op elke tydstip, 'n plek en snelheid toewys. Wie die hoeveelhede presies kan meet, kan in beginsel voorspel waar die betrokke deeltjie op elke punt in die toekoms gevind kan word. In die kwantumteorie kan al wat 'n mens aan 'n deeltjiesisteem kan toewys, 'n abstrakte kwantumtoestand wees waaruit geen presiese voorspellings verkry kan word nie, maar bloot die waarskynlikheid om 'n spesifieke deeltjie op 'n gegewe tydstip op 'n gegewe plek op te spoor. Of iemand regtig die deeltjie op die plek sal vind, word toevallig beheer.
Die tweede ongewone kenmerk is 'n fundamentele beperking op die akkuraatheid van sekere metings (Heisenberg-onsekerheidsverhouding). Hoe noukeuriger 'n mens die ligging van 'n deeltjie meet, hoe minder definitief kan jy die uitsprake maak oor die snelheid daarvan.
Die derde kenmerk is hoe kwantumteorie sy naam gekry het: 'n Aantal fisiese hoeveelhede in die natuur kom in klein pakkies, in kwanta. Volgens die kwantumteorie word elektromagnetiese straling byvoorbeeld gemaak van klein hoeveelheid energie wat fotone genoem word.
vlak 'n Oppervlak waarbinne die aksiomas van die Euklidiese meetkunde (sinoniem: vlak meetkunde) geld - die reëls van meetkunde soos dit op hoërskool geleer word, met bekende formules soos die stelling van Pythagoras en 'die omtrek van 'n sirkel is 2 keer pi keer sy radius "hou. relativisties (periheliumvooruitgang, relativisties) Vir planeetbane is daar 'n klein verskil tussen die voorspellings van Newtonse swaartekrag en algemene relatiwiteit. In die teorie van Newton is die wentelbaan van 'n eensame planeet wat om 'n ster wentel byvoorbeeld 'n ellips. In die algemene relatiwiteit is dit 'n soort roos- of rhodonea-kromme. So 'n kurwe is soortgelyk aan 'n ellipsekurwe wat met elke bykomende baan 'n bietjie skuif. Die verskuiwing kan gedefinieer word deur te kyk na die punt wat die naaste aan die son (perihelion) op elke baan is. Die addisionele relativistiese verskuiwing word dus relativistiese perihelie-verskuiwing of relativistiese perihelie-voorskot genoem. 'N Foto kan gesien word op die bladsy 'n Planeet dwaal in die hoofstuk Algemene relatiwiteit van Elementêre Einstein. meganika Tak van fisika wat handel oor bewegings van voorwerpe en hoe dit reageer op kragte wat daarop inwerk. Afhangend van die raamwerk wat gebruik word, is daar klassieke meganika, relativistiese meganika en kwantummeganika. klassieke meganika (meganika, klassiek) Sinoniem: Newtoniese meganika. Volgens klassieke meganika word die bewegings van liggame gereguleer deur Newton se drie meganikawette. Die eerste wet bepaal dat liggame waarop geen eksterne krag inwerk nie, in rus bly of met konstante spoed langs 'n reguit pad beweeg ('traagheidswet'). Die tweede wet het betrekking op die krag wat op 'n liggaam inwerk, die liggaamsmassa en die versnelling wat deur die krag veroorsaak word: krag is gelyk aan massatye versnelling. Die derde wet is die wet van 'aksie is gelyk aan reaksie': as 'n liggaam A met 'n sekere krag op 'n liggaam B inwerk, dan ervaar A self dat B daarop reageer met 'n krag wat ewe sterk is, maar die teenoorgestelde rigting het. 'N Alternatiewe weergawe van die tweede wet gebruik die konsep van momentum: Die krag wat op 'n liggaam inwerk, is gelyk aan die verandering van die momentum van die liggaam oor tyd. Vergelykings van Maxwell Die vier fundamentele vergelykings van elektromagnetisme wat beskryf hoe magnetiese en elektriese invloede (in fisika: elektriese en magnetiese velde) geproduseer word: elektriese velde word voortgebring wanneer daar elektriese ladings is, of as die magnetiese velde oor tyd verander. Magnetiese velde word vervaardig wanneer daar elektriese strome is (bewegende elektriese ladings), maar ook wanneer elektriese velde oor tyd verander. Die feit dat elektriese en magnetiese velde sonder die aanwesigheid van ladings of strome kan bestaan, bloot deur wedersydse opwinding waar 'n verandering in die magneetveld 'n elektriese veld voortbring en omgekeerd, is die basiese verskynsel agter elektromagnetiese golwe. lig Lig in die streng sin van die woord is elektromagnetiese straling wat die menslike oog kan waarneem, met golflengtes tussen 400 en 700 nanometer. In die relatiwiteitsteorie en in die sterrekunde word die woord in 'n meer algemene sin gebruik, wat allerhande elektromagnetiese straling insluit. Sterrekundiges kan byvoorbeeld praat oor 'infrarooi lig' of 'gamma-lig' in hierdie konteks; lig in die strenger sin word 'sigbare lig' genoem. Binne die klassieke fisika word die eienskappe van lig beheer deur Maxwell se vergelykings in die kwantumfisika, en dit blyk dat die lig 'n stroom energiepakkies is wat ligkwantas of fotone genoem word. In die konteks van relativistiese fisika is lig van groot belang, en om verskeie redes. In die eerste plek speel die snelheid van die lig 'n sentrale rol in die spesiale en algemene relatiwiteit. Daar is ook 'n aantal interessante effekte in die algemene relatiwiteit wat verband hou met die voortplanting van lig, naamlik afbuiging, die Shapiro-effek en die swaartekrag-rooi verskuiwing. ligspoed Sien snelheid van lig. swaartekrag Sien gravitasie swaartekrag (gravitasie) In die klassieke fisika: 'n aksie-op-'n-afstand krag waardeur alle liggame wat massa besit mekaar aantrek (sien Newtonse gravitasieteorie), sinoniem: gravitasiekrag. In Einstein se algemene relatiwiteitsteorie: Die feit dat materie met massa, energie, druk of soortgelyke eienskappe die ruimtetyd verdraai, en dat hierdie vervorming op sy beurt 'n invloed het op die materie wat daar mag wees. 'N Inleiding tot die basiese idees van algemene relatiwiteit word aangebied deur die afdeling Algemene relatiwiteit van Elementêre Einstein. Meer inligting oor die aard van swaartekrag in die algemene relatiwiteit kan gevind word in die kolligteks Gravity: From weightlessness to curvature. vloeibare toestand van materie waarin die samestellende atome en molekules so los verbind is dat die materie geen vorm kan handhaaf sonder eksterne ondersteuning nie: as u 'n vloeistof in 'n houer plaas, sal die vorm daarvan aanpas by die vorm van die houer (in teenstelling met 'n vaste stof liggaam, wat sy vorm sal behou). Voorbeelde van vloeistowwe is gasse, vloeistowwe en plasma. klassiek In die fisika word die woord met twee betekenisse gebruik. In die eerste plek word dit aangedui op fisiese modelle of teorieë wat nie die gevolge van Einstein se relatiwiteitsteorieë of die kwantumfisika in ag neem nie, byvoorbeeld klassieke meganika. Dit word egter ook gebruik om modelle of teorieë aan te dui wat nie in die sin van die kwantumfisika geformuleer is nie. Algemene relatiwiteit is 'n voorbeeld vir 'n klassieke teorie. klassieke meganika
Primêre sybalk
As u entoesiasties is oor ons missie, sluit ons dan aan. Saam kan ons 'n roete beplan na 'n toekoms onder die sterre - en die eerste praktiese stappe op die lang reis begin neem.
Principium 33 is uit!
Principium 33 is uit! U kan nou ons gratis interstellêre tydskrif onder hierdie skakel aflaai! ■ Praktika en probleme van 'n missie na & # 8216Oumuamua ■ The Self Replicating Factory ■ Project Pinpoint: Pushing the Limits of Miniaturization ■ Book Reviews -Etratrestrest Loeb ■ The Generation Starship In Science Fiction Caroti ■ News Features -The 10 parsec [& hellip]
Beginsel 33
Uitgawe 33 van Principium, die kwartaallikse publikasie van die Initiative and Institute for Interstellar Studies, is nou gepubliseer.
Interstellêre studies somerkursus
Teken in op die 1ste i4is / Limitless Space Institute interstellêre kursus op 26 Julie! Besonderhede en aanmelding via hierdie skakel!
Kan u 'n asteroïde ontgin?
Groot asteroïde-mynbou-podcast met i4is se uitvoerende direkteur, Andreas Hein!
Lede kry toegang tot eksklusiewe video's. Hier is 'n voorsmakie:
Grense en kontroversies in astrofisika
Hoofstuk 1. Lesse uit Einstein & # 8217s Discovery of Relativity [00:00:00]
Professor Charles Bailyn: Ons het gepraat oor relatiwiteit. En waar ons laas beland het, het ons gepraat oor spesiale relatiwiteit en al die vreemde dinge wat met ruimte en tyd gebeur. En die vraag het ontstaan, weet u, wat het Einstein aangespoor om hierdie gedagtes te bedink? En ons het 'n bietjie gepraat oor die feit dat die spoed van die lig altyd dieselfde is, maak nie saak wat die snelheid is van die persoon wat dit waarneem nie, en hoe dit dan, as u dit letterlik opneem, dit vir u sê dat ruimte en tyd vreemd is, en is nie konstant en absoluut soos u in Newtonse sin sou dink nie, maar wissel volgens die snelheid van die waarnemer en het op hierdie verskillende maniere te doen met die parameter gamma.
En so, Einstein se groot genialiteit was nie om hierdie klein probleempies met die eksperiment op 'n soort, soort lapwerk te probeer oplos nie, of om 'n klein verandering in die natuurwette te probeer oproep nie, maar om besef dat dit 'n groot saak was, en dat dit fundamenteel moes verander hoe ons dink dat ruimte en tyd werk.
Dit is dus 'n baie bekende wetenskapfabel, weet u. Dit is die ding waar Einstein 'n jong man is, en hy 'n soort rebel is. En hy weier om sy eksamen af te lê en hy maak sy professore kwaad. En die gevolg is dat hy nie 'n goeie werk kry nie. En hy kry hierdie werk by die patentkantoor reg, in Bern, Switserland, waar hy in duisternis werk. En dan, skielik, in 'n glans van glorie in 1905, publiseer hy drie referate, waarvan die een oor relatiwiteit handel, waarvan die een die begin van die kwantummeganika is, en die ander bewys dat atome bestaan. En so, dit is drie van die beste artikels van alle tye, gepubliseer in 'n enkele jaar, deur een of ander nar wat 'n klerk in 'n patentkantoor is. Goed so. Baie groot saak. Dit het in 1905 gebeur, twee jaar gelede was dit die honderdste herdenking hiervan. Dit is tot Einstein-jaar verklaar, en daar word allerlei ophef daaroor gemaak.
Daar is dus verskillende sedes wat hieruit geput kan word. En ek gaan 'n paar van hulle teken in wat u kan noem toenemende orde van verfyning. Dus, die lae verfyning morele, morele nommer een, hier, is, weet jy, oor die genie in duisterheid. 'N Genie in duisterheid kan die wetenskap 'n rewolusie maak.
Dit is 'n baie gevaarlike manier om die Einstein-verhaal te benader. Omdat dit & # 8211jy weet, is dit regtig maklik om jouself te oortuig dat jy 'n genie in duisterheid is. Baie mense het hulself oortuig dat hulle genies in duisterheid is. Ek weet hiervan, want hulle stuur vir my e-pos. En hulle verduidelik my in hul e-pos dat hulle vir my stuur en dit gebeur met, weet u, enige wetenskaplike, veral iemand wat in die astrofisika of fundamentele fisika werk, en hulle verduidelik my waarom Einstein verkeerd was. En inderdaad, waarom alle wetenskap wat tot dusver bekend is verkeerd is, en dat hulle reg is. En dan, sê hulle, weet u, ook niemand het Einstein geglo nie & # 8211 as dit op die een of ander manier bedoel was om u te laat glo. Hulle is geneig om alles in hoofletters te skryf. Daar is 'n soort patologie. Toe hulle dit op potlood en papier geskryf het, skryf hulle so dat u elke duim papier bedek het. En jy weet, hulle skryf iets, dan skryf hulle om die kantlyn, terug na bo. Daar is 'n sielkundige ding & # 8211 Ek weet nie wat dit is nie. Maar die legende van Einstein vra 'n hele klomp mense om te dink dat hulle ook patentbediendes kan wees. Ja?
Student: Hoe vind mense u?
Professor Charles Bailyn: Ag, wel, kyk. U kan die webwerf van die astronomie-afdeling van Harvard, Yale en Princeton naslaan, en u sal 'n hele klomp mense vind, veronderstel ek. Ek het ook artikels oor swart gate gepubliseer en dinge wat in die media beweeg het. Ek het hieroor eintlik 'n val gekry, want ek weet nog nie dat ek opinies oor swart gate in Die New York Times onlangs.Maar tien jaar gelede verduidelik ek dit oor 'n paar weke. Daar het 'n interessante ding gebeur. In elk geval, weet u, as u u teorie wil bekend maak, is dit 'n klomp redelik prominente mense in die veld, en u stuur 'n groot skerm met die boodskap: u sal spyt wees as u dit nie doen nie. waardeer my genie.
Student: Lees u dit ooit? Lees jy dit?
Professor Charles Bailyn: Soms doen ek dit. Ons het 'n klein lêertjie in die biblioteek genaamd die Crank File, in die Astronomie Departement-biblioteek. En van tyd tot tyd, weet jy, wys ons gegradueerde studente toe om uit te vind waarom hulle verkeerd is. Ons het dit die afgelope tyd nie gedoen nie.
Soms vermaak mense hulself deur hulle te antwoord. Dit kan u in verskillende soorte probleme bring. Daar was die heer met die teorie van die heelal, wat hy met kleurpotlode geïllustreer het, terwyl hy sy tyd by 'n medium veiligheidsinstelling in die staat Washington gedien het. En ons het gedink, weet u, wat 'n goeie manier om & # 8211 weet u, 'n baie beter manier om u tyd in die tronk deur te bring as ander dinge waaraan u kan dink. Dus, ons het vir hom 'n klomp handboeke en goed gestuur. Toe begin ons briewe terugkry en sê, nadat ek my sin voltooi het, kom ek by u studeer en verduidelik waarom hy onskuldig was aan die misdaad waaraan hy gepleeg is. En so, op 'n sekere punt het ons dinge begin teruggee, weet u. Nee, verskriklik jammer, hierdie individu het Yale verlaat. Ons weet nie waar hy is nie, wie dit ook al was. Dit is Jerry Orosz wat hierdie gesprek 'n rukkie gevoer het. En so, jy moet 'n bietjie versigtig wees.
En dan was daar die man en dit was ongelooflik. Daar was 'n man wat aan die begin van die semester opgedaag het. Hy & # 8217; s geklee in 'n pak en das, dra 'n aktetas, loop in die departement kantoor en sê, "Waar & # 8217; s my klaskamer? Ek is veronderstel om kosmologie te gee. ” En hy het baie respekvol gelyk. Die sekretaresse het gedink dat hy nie by ons is nie, en hy het hom nie na die Departement Fisika gestuur nie. Hy het dieselfde vraag aan die Departement Fisika gevra. Hy het pas van die straat af ingestap met 'n aktetas vol sy handboek. En hy was baie geïrriteerd omdat ons hom nie 'n klaskamer toegewys het nie en studente toegewys het om sy spesifieke teorie van kosmologie te kom leer. Uiteindelik moes hy van die perseel af begelei word en gevra word om nooit weer terug te keer nie.
So ja, alle soorte patentbediendes in die wêreld, maar die meeste van hulle is nie Einstein nie. Dit & # 8217; s soort van die morele. En die rede waarom jy kan weet & # 8211Jy het gevra of ek hierdie dinge gelees het. Dit is baie maklik om te weet of daar iets is wat u nuttig kan lees. Omdat dit wat hierdie mense geneig is om te sê as dit nie die moeite werd is om te lees nie, is dit geneig om te sê dat alle vorige wetenskap verkeerd is. Ek revolusioneer dinge. Einstein is verkeerd, sê hulle.
Maar Einstein het nie gesê dat Newton verkeerd was nie. Dit was nie & # 8217; t wat gebeur het nie. Dit was nie & # 8217; t hoe'n rewolusie werk nie. U maak 'n rewolusie in die wetenskap slegs as die nuwe teorie omvat wat voorheen bekend was en die vorige teorieë. En dit is hierdie saak van die parameter gamma, waar gamma een is onder toepaslike omstandighede. En onder daardie omstandighede gee u die teorie weer wat reeds bestaan. En so weet jy, daar was honderde en honderde jare van Newtonse fisika, wat alles basies reg is, op die een of ander manier. Wat u nuwe idee ook al is, moet al die dinge insluit wat reg was met die ou idee. En so, jy moet Newton nie omverwerp nie. Wat u doen, is dat u demonstreer dat die teorie van Newton slegs 'n deel van 'n groter teorie is. En dan, die groter teorie is die nuwe teorie, en dit omvat nuwe soorte data en verduidelik nuwe soorte dinge, terwyl dit terselfdertyd nie al die dinge wat u weet reg is met die ou teorie omverwerp nie.
En dit is die ding wat die mense wat wens dat hulle Einstein was, maar nie verstaan nie. En so, wanneer u iets sien waar u 'n rewolusie gaan maak in die hele wetenskap, is dit beslis verkeerd. Omdat daar 'n groot fraksie van die wetenskap bestaan wat korrek is. En jy moet dit verstaan. En jy moet dit omvat en verder gaan as & # 8211maar dit gaan nie omvergewerp word nie. Die planete gaan nie ophou om in Kepleriaanse bane te gaan nie, want iemand het 'n nuwe idee. En dit moet dus die ou idee insluit.
Onlangs, in samewerking, gedeeltelik met Einstein Year, twee jaar gelede, het die wetenskaphistorici herbesin oor wat met Einstein aangaan en wat in daardie patentkantoor gebeur het. En daar is 'n nuwe idee dat dit eintlik nie was dat hy in die duisternis gewerk het nie, en dat 'n paar burgers of iets anders, dat sy werk in die patentkantoor baie belangrik was vir die manier waarop hy sy teorie ontwikkel het. En dat een van die redes waarom Einstein gedoen het wat hy gedoen het, was dat hy in 'n patentkantoor gewerk het en nie aan 'n universiteit nie. Want wat het hy in die patentkantoor gedoen?
Wel, dit blyk dat in die vroeë deel van die twintigste eeu een van die groot uitvindings wat deurgekom het, maniere was om horlosies te sinkroniseer. Dit draai & # 8211 omdat spoorweë pas uitgevind is. En tot dan het u 'n situasie gehad waarin elke stad sy eie tyd gehad het. Elke stad het 'n klein sterrewag gehad. Hulle sou agterkom wanneer die son direk bokant was. Hulle sou verkondig dat dit middagete sou wees. Hulle het 'n fluitjie afgevuur. Almal sou al hul horlosies opstel. Maar dit beteken & # 8211maar hulle het nie tydsones gehad nie. En dit het beteken dat elke klein dorpie 'n ander tydstelsel gehad het. Daar was & # 8211 Boston-tyd was anders as Hartford-tyd, was 22,5 minute anders as New York-tyd, of wat ook al die toepaslike bedrag sou wees. En dit is alles goed as jy stadig tussen hierdie stede beweeg. As u treine begin bestuur, moet die treinstelsel 'n verenigde stelsel van tyd hê, anders loop hulle mekaar raak. En daar was ongelukke en verskriklike dinge.
En so moet jy dan & # 8211okay hê. Dan moet u Boston en New York dieselfde tyd hê. So, hoe sinkroniseer u die horlosies? Wel, u het die telegraaf pas uitgevind, en u stuur dan 'n elektromagnetiese sein teen die ligspoed van Boston na New York, en dan weer terug om u horlosies te sinkroniseer. Daar was verskillende uitvindings wat Einstein in die patentkantoor nagegaan het om dit te bewerkstellig. En so, in sy werk, in sy dagtaak, het hy al sy tyd bestee aan die horlosies en tyd, en die sein beweeg teen die snelheid van die lig. Dus, miskien is dit nie verbasend dat hy diep insigte in hierdie soort dinge gehad het nie.
Dus, die huidige gevoel onder, ten minste, sommige historici van die wetenskap, is dat die patentkantoor in werklikheid die sleutel was tot die denke van Einstein. Dus, hy het glad nie uit die onduidelikheid gekom nie. Hy kom uit die enigste plek waar die omgewing so was dat u hierdie gedagtes sou dink. Dit hou verband met onder andere 'n wetenskaplike historikus met die naam Peter Galison, wat 'n boek geskryf het Einstein & # 8217s Clocks and Poincare & # 8217s Maps om te probeer demonstreer hoe die praktiese werk wat hierdie mense doen, hul teoretiese werk beïnvloed het. Ja?
Student: Is dit deur een gebeurtenis veroorsaak?
Professor Charles Bailyn: Wel nee, hy en # 8211 is hy veroorsaak deur een spesifieke gebeurtenis? Wat hom aangespoor het om hieroor na te dink, was 'n hele reeks eksperimente wat uitgevoer is en waarvan almal, soos ek die vorige keer genoem het, op die een of ander manier getoon het dat hierdie besigheid dat die snelheid van die lig konstant is in alle verwysingsraamwerke. En dat daar geen eter was waardeur die medium kon dink waardeur elektromagnetiese golwe moes beweeg nie. En daar was 'n reeks eksperimente om geringe veranderinge in die spoed van die lig op te spoor as u dit op 'n spoor plaas & # 8211 wanneer u dit op 'n trein sit, of hoe? Dit gaan alles oor treine en hysbakke, wat pas uitgevind is. En & # 8211maar dit was nie 'n besondere triggering-gebeurtenis nie. Daar was hierdie hele reeks dinge.
En Einstein, moet gesê word, was by verre nie die enigste persoon wat hieraan gedink het nie. Ons noem die transformasies Lorentz-transformasies, want daar was 'n man met die naam Lorentz wat dit uitgedink het. Wiskundiges soos Poincare, fisici soos Minkowski en # 8211 daar was 'n hele klomp mense wat hieraan gedink het, en dit was 'n dringende probleem in die fisika. En dit moes hanteer word. En as Einstein nie bestaan het nie, sou dit miskien 'n bietjie langer geneem het, maar ons sou op die ou end spesiale relatiwiteit gekry het.
Dit geld nie noodwendig vir algemene relatiwiteit nie, soos ek in 'n sekonde sal verduidelik. Algemene relatiwiteit & # 8211 as Einstein nie bestaan het nie, sou algemene relatiwiteit dalk eers in die 1960's gebeur het, omdat dit nie deur 'n verskeidenheid eksperimentele resultate gelei is nie. Die ander klomp eksperimentele resultate wat destyds prominent was, was die atoomfisika-eksperimente wat ook gelei het tot kwantummeganika, waarin Einstein ook 'n hand gehad het.
Hoofstuk 2. Algemene Relatiwiteit as 'n teorie oor swaartekrag [00:13:27]
Goed, so, laat ek nou aanbeweeg na algemene relatiwiteit. Dit is 'n goeie oomblik om hierdie oorgang te maak. Algemene relatiwiteit, kortweg bekend as GR, is dus 'n teorie van swaartekrag. Die deel van die Newtoniese fisika wat, soos ek gesê het, omvergewerp of omring word deur spesiale relatiwiteit, is die bewegingswette. Die algemene relatiwiteit het nou die wet en dieselfde bewegingswette, maar bevat ook 'n teorie oor swaartekrag wat fundamenteel verskil van die manier waarop Newton oor swaartekrag gedink het. Dus word Newtonse swaartekrag as 'n krag beskou. Dit is 'n besondere krag. Dit is die swaartekrag. Daar is 'n klein vergelyking, die swaartekrag is gelyk aan die gravitasiekonstante, G, keer die massa van een voorwerp, keer die massa van die ander voorwerp, gedeel deur die afstand tussen hulle in die kwadraat.
En die vreemde ding & # 8211en dit was soort van die beginpunt van Einstein se gedagtes. Die vreemde ding is hierdie massas. En omdat & # 8211 onthou, het iemand my laas gevra, wat is massa? En ek het u 'n hele ding oor die traagheidsmassa gegee. Hoeveel weerstaan dit om gestoot te word. En dit kom van F = ma. En so, die soort massa wat ek die vorige keer gedefinieer het, is die traagheidsmassa en hoeveel weerstaan dit om gedruk te word.
En so, konseptueel en die massa wat in die swaartekragvergelykings van Newton is, is dit 'n ander soort massa. Dit hoef nie dieselfde nommer te wees nie. Dit is gravitasiemassa, want dit word anders gedefinieer. Dit word nie gedefinieer deur hoeveel 'n voorwerp weerstaan om deur 'n krag gedruk te word nie, maar deur hoeveel die voorwerp 'n spesifieke soort krag skep. Dus, hierin is dit & # 8217s hoeveel dit weerstaan kragte. Hierin is dit & # 8217s hoeveel die krag geskep word. En dit is konseptueel verskillende dinge.
Dit blyk dat die twee soorte massa presies dieselfde is, volgens die beste eksperimentele bewyse dat u kan optel, wat nou baie, baie desimale plekke is. Dit het 'n eksperimentele gevolg wat al in die sewentiende eeu aan Galileo bekend was. Kyk wat het gebeur. Veronderstel M1 is die aarde, en M2 is 'n voorwerp wat jy van 'n hoë toring af laat sak. Die verhaal is dus dat Galileo na die top van die Toring van Pisa gaan. Hy laat val 'n kanonskogel, of iets, en kyk hoe dit val.
Wat gebeur dan? U vervang Fswaartekrag in die vergelyking van beweging. En wat kry jy? Dus, jy gebruik 'n spesifieke soort geweld. So, jy kry GM van die voorwerp, M van die Aarde, gedeel deur die kwadraatafstand, waar die afstand die afstand tussen die middelpunte van die voorwerpe is & # 8211so, dit is basies die afstand tot die middelpunt van die Aarde & # 8211 is gelyk aan die massa van die voorwerp, keer sy versnelling.
En kyk. As hierdie massa dieselfde is as die massa, kanselleer dit. Wat beteken dit? U kan dit dus doen. Dit beteken dat die beweging, die versnelling van die voorwerp, nie afhang van die massa daarvan nie. Die versnelling van die voorwerp sal vir enige voorwerp dieselfde wees, want as dit groter traagheid het, genereer dit ook presies eweredig 'n groter krag. En so val alles in dieselfde tempo van die toring af. En dit is wat Galileo gedoen het. Hy het 'n kanonskogel en 'n houtbal en 'n hele klomp ander voorwerpe gebring, dit neergegooi en ontdek dat die Grieke verkeerd was. Die Grieke het hulle voorgestel hoe swaarder die ding is, hoe vinnig val dit. Maar die enigste rede waarom u dink dit is omdat u dinge soos vere laat val, wat wel stadig en wisselvallig val. Dit het niks met swaartekrag te doen nie. Dit is lugdruk, of hoe? En as u dinge wat swaar genoeg is, laat val sodat lugdruk nie belangrik is nie, val dit in dieselfde tempo. Dit is dus die eksperiment wat bewys dat swaartekragmassa dieselfde is as traagheidsmassa.
Alle ander kragte het nie hierdie gevolg nie. Daar is byvoorbeeld & # 8211 wel, laat ek nie hier op die hoek teken nie. Ek sal net soos die krukas wees. Weet jy, ek sal hier begin trek al om die rand van die ding. Laat ons dus aangaan. Laat ons sien. Daar is byvoorbeeld elektriese krag wat 'n soortgelyke vergelyking het. Dit is 'n konstante, keer die lading van een voorwerp, keer die lading van 'n ander voorwerp, gedeel deur die afstand tussen hulle in die kwadraat. Dit lyk amper identies aan hoe die gravitasiekrag daar uitsien.
Maar omdat die lading van 'n voorwerp nie gelyk is aan die massa daarvan nie, reageer verskillende voorwerpe verskillend op & # 8211wanneer dit geplaas word & # 8211 wanneer 'n elektriese krag daarop uitgeoefen word. As u 'n proton, wat 'n massa subatomiese deeltjie van lading een is, vergelyk met 'n positron, wat 'n laemassa-deeltjie van lading een is. En jy plaas dieselfde hoeveelheid krag op hulle, die positron sal baie meer beweeg omdat dit soveel minder massa het. En so reageer verskillende voorwerpe op verskillende maniere op alle kragte behalwe swaartekrag.
Dus, die ongewone ding oor swaartekrag & # 8211so, swaartekrag is vreemd, want die swaartekragmassa blyk ten minste presies gelyk te wees aan die beste moontlike metings, as die traagheidsmassa. En daar is geen verskoning in die Newtonse teorie om te verduidelik waarom dit kan wees nie, en waarom alle voorwerpe beweeg en beweeg daarom dieselfde as dit in 'n swaartekragveld geplaas word.
Goed, so, hierdie foutiewe Einstein. Dit is die soort ding wat hom gepla het. En om hierdie en ander verwante soort konseptuele kwessies te verduidelik, het hy 'n heeltemal ander teorie afgekondig en ook # 8211 naamlik. Einstein sê & # 8211okay.
Dus, swaartekrag, sê Einstein, is nie 'n krag nie. Dit is nie die regte manier om daaraan te dink nie. En so, wat & # 8211 hoe werk dit dan? Goed, so punt een. Voorwerpe beweeg in 'n reguit lyn, as dit nie in 'n reguit lyn is nie, in die afwesigheid van 'n krag. Dit is die eerste wet van Newton, of iets. As u teen 'n konstante snelheid beweeg, sal u in dieselfde rigting voortgaan, met dieselfde spoed, tensy iets soos 'n krag op u toegepas word. As swaartekrag nie 'n krag is nie, moet dit steeds waar wees. Voorwerpe beweeg heeltyd in reguit lyne, of daar nou 'n gravita is, of daar nou swaartekrag is of nie.
Dit lyk baie vreemd, want ons weet goed dat dinge & # 8211dat jy 'n swaartekrag het, en jy in 'n baan is, gaan jy in 'n sirkel rond, glad nie in 'n reguit lyn nie. So, hoe versoen Einstein dit met die werklikheid? En dit is deel twee van die teorie.
Hoofstuk 3. Ruimtetydkromming [00:21:30]
Deel twee van die teorie is dat die teenwoordigheid van massa en intreemassa nou kromming in ruimte-tyd, ruimte en tyd skep. Nou, hoe help dit? Dit help omdat u dan moet teruggaan en dink: wat bedoel u met 'n reguit lyn as u in 'n geboë ruimte is? Ek gee u voorbeelde hiervan wat u binne 'n minuut kan sien. Wat u met 'n reguit lyn bedoel, is die kortste afstand tussen twee punte.
Nou weet ons uit ervaring, of baie van ons weet uit ervaring, en dat die kortste verskil tussen twee punte op 'n geboë afstand nie presies is wat u sou verwag nie. Het iemand byvoorbeeld met 'n vliegtuig van hier na Asië gevlieg? Vlieg van New York na Beijing. Laat ons dus 'n kaart maak, 'n plat kaart. Dus, hier is 'n plat ruimte en noord, oos, wes, suid. Hier & # 8217s in New York. Hier & # 8217s Beijing. En u kan dink dat die manier waarop u sou kry en die vinnigste manier waarop die lugdienste geld sou bespaar, sou wees, omdat hulle nie direk oos sou vlieg nie. Omdat dit min of meer op dieselfde breedtegraad is, New York en Beijing.
Maar dit is nie & # 8217; t wat gebeur nie. Dit is glad nie wat gebeur nie. Wat u doen, as u daardie roete vlieg, of as u die ander pad na Europa gaan, waar u ook al is, vlieg u hierdie kant toe. Jy gaan noordwaarts op. Jy kyk halfpad af, daar is die Artic. Hoekom doen jy dit? Dit is omdat die aarde nie plat is nie. Die aarde is 'n sfeer. En so, hoe dit regtig lyk, is dit. Hier is die aarde. Hier & # 8217s New York. Hier is Beijing, en jy vlieg hierdie kant toe, want dit is die kortste afstand oor 'n oppervlak van die sfeer, tussen twee punte. Ek het êrens 'n sfeer.
Laat ons sien, hier is 'n sfeer [hou 'n basketbal op]. En hierdie reël hier & dink hieraan as die ewenaar. En as u van hier na hier gaan, is dit die kortste afstand tussen die twee punte en sal u regoor die ewenaar kan gaan. Maar ons gaan nie op die ewenaar nie. Ons is in die noordelike halfrond. So nou gaan ek dit opwaarts laat kantel sodat hierdie twee dinge albei in die noordelike halfrond is. En nou gaan hierdie lyn op en dwars.En as ek dit heeltemal boontoe kantel, sodat u met twee stede aan die oorkant van die wêreld te doen het, soos New York en Beijing, naby genoeg, gaan dit en die naaste lyn tussen hulle gaan nie hieroor nie manier, dit gaan reguit bo-oor. As u dit dus op 'n plat kaart projekteer, lyk dit so. Maar in werklikheid, op 'n sfeer, op die oppervlak van 'n sfeer, is dit die kortste afstand tussen die twee punte. Dit is presies dieselfde afstand as in die ewenaar. U gee die ding net 'n draai, en dit is duidelik dat dit die lang pad is.
Dus, as u 'n geboë ruimte het en u probeer om op die kortste manier van die een punt na die ander te kom, en u weet nie dat u op 'n geboë ruimte is nie, interpreteer u dit as 'n plat ruimte, dan u sal die pad wat u volg as geboë interpreteer. En so, die verklaring van Einstein is dat die teenwoordigheid van massa nie 'n swaartekrag uitoefen nie. Dit is die verkeerde manier om daaraan te dink. Wat dit doen, is dat dit 'n kromming in die ruimte-tyd skep. En so beweeg voorwerpe wat van een plek na 'n ander reis in reguit lyne, gedefinieer as die kortste afstand tussen die twee punte. Maar as ons nie die kromming in ag neem nie, lyk dit of dit in sirkels rondloop. Goed so. Moeilike konsep.
Hoofstuk 4. V&A oor spesiale relatiwiteit [00:25:45]
Professor Charles Bailyn: Die blad is veronderstel om ruimte-tyd voor te stel. Ruimtyd is nou en nou moet ek dit verduidelik, of hoe? So, wat is ruimtetyd? Want dit & # 8217; s ruimte-tyd dat & # 8217; s doen die geboë. Dit & # 8211Jy kan dit beskou as 'n vier-dimensionele koördinaatstelsel, waar die vier dimensies die drie bekende ruimtelike dimensies is, X, Y, Z, en T vir tyd. En u kan verstaan waar elke gegewe gebeurtenis, waar 'n gebeurtenis iets is wat gebeur, met vier getalle geïdentifiseer kan word. Dit is die ruimtelike posisie en dit is drie getalle en die tyd waarop dit voorkom.
Om hierdie dinge in dieselfde eenhede te kry, moet u dit eintlik voorstel as die spoed van die lig tye tyd, want die vermenigvuldiging deur die spoed van die lig verander tydseenhede in ruimteenhede, want dit is myl per uur. of ruimte per keer. Dus, een jaar tyd is gelykstaande aan een ligjaar afstand. Dit is hoe dit verander. En so, een interessante ding & # 8211 en natuurlik was die laken 'n tweedimensionele ruimte, en het net X en Y wat enige punt op die blad kan identifiseer. Die metafoor is dus om twee ruimtelike dimensies te gebruik om 'n vier & # 8211 konseptueel 'n vier-dimensionele ruimte voor te stel. Daarom is dit 'n metafoor en nie iets eg nie. Ja?
Student: [Onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Ja ja. Heeltemal korrek. Buig swaartekrag ook tyd? Dit het 'n effek op tyd soortgelyk aan tydsverwyding wanneer u regtig vinnig gaan. As u regtig naby 'n swart gat kom, sal u horlosies vertraag. Ja, ja?
Student: Hoekom is dit?
Professor Charles Bailyn: Hoekom is dit? Laat ek die volgende keer die Schwarzschild-maatstaf neerskryf, en ek sal die vraag probeer beantwoord. Laat ek 'n oomblik hier aangaan en 'n belangrike ding oor hierdie ooreenkoms aanwys, hier, wat beteken dat die aarde in 'n beweging byvoorbeeld in een jaar is en die tyd wat die koördinaat een ligjaar beweeg. , wat 10 16 meter is. Die ruimte-koördinaat beweeg 2π keer die semi-hoofas, wat 1 Astronomiese Eenheid is. Dit & # 8217s is 2π keer 1,5 keer 10 11 meter. Dit is iets soos 10 12 meter.
Die aarde beweeg dus 10 000 keer verder in die tyd as wat dit in 'n jaar in die ruimte beweeg. En dit beteken dat die beweging van die aarde in ruimtetyd amper presies 'n reguit lyn is wat reguit vorentoe gaan. So, hier & # 8217s tyd. Hier & # 8217 s, ek weet nie, die X-as. En u sou u kan voorstel dat die aarde, soos u weet, in die tyd om die son beweeg. So sy X-as & # 8211so sy X-koördinaat gaan heen en weer & # 8211 heen en weer. Hier & # 8217s die son, wat, jy weet, wikkel 'n bietjie, baie minder as die aarde, soos ons bespreek het.
Maar hierdie prentjie hier is onakkuraat, want eintlik is hierdie afstand hier, wat 'n half jaar is, 10 000 keer langer as hierdie afstand hier, wat 'n halwe baan is. En so & # 8211 en so, in werklikheid word die Aarde se beweging voorgestel deur iets wat amper presies 'n reguit lyn is, en so baie dat ek die wiggle nie moontlik sou kon teken op 'n manier dat u dit kon sien nie. So, hier gaan die aarde betyds vorentoe. En die wikkel is regtig klein. Dit is nie verbasend nie, want die swaartekrag van die son is klein genoeg sodat die aarde se baan korrek beskryf word deur die Newtonse fisika.
Dit is dus een van die situasies waarin u 'n Newtonse fisika in relatiewe lae gravitasievelde het. En soos die gravitasievelde sterker word, skop vreemde relativistiese effekte in. Maar dit gebeur nie vir die aarde nie. Daar is dus die nommer. Schwarzschild-radius gedeel deur afstand, is die maatstaf van hoe relatief 'n baan is. En as hierdie getal klein is, kry u korrekte antwoorde uit die Newtonse teorie. En ons kan dit uitwerk. Die Schwarzschild-straal van die Son, 3 x 10 3 meter. Die afstand vanaf die aarde na die son, 1,5 x 10 11 meter. Dit is 2 x 10 -8 en dit is 'n klein getal. Dus, die aarde werk goed in 'n Newtonse sin. Ja?
Student: Is dit? R die radius van die baan of die radius van die [onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Dit is die afstand van die bewegende voorwerp vanaf die middel van die swaartekrag wat die kromming laat gebeur. Ja. So, ja, is die antwoord. Dit is die radius van die baan. Ja?
Student: Was die teorie van algemene relatiwiteit 'n teorie wat pas afgekondig is, of hou dit vergelykings in?
Professor Charles Bailyn: O ja. Het vergelykings daaraan verbonde? Jy wed. U wil hulle nie sien nie. Daar is 'n tak van wiskunde wat differensiële meetkunde genoem word, want & # 8211 wat gebeur, hierdie kromming is alles meetkunde. En die probleem is dat hoe verder jy van 'n voorwerp af kom, hoe minder is die ruimte gebuig. Dus, die hoeveelheid op die sfeer, op die oppervlak van die sfeer & dit is oral oral op dieselfde manier geboë. Dus, die vergelykings wat die kromming beskryf, is op enige plek in 'n sfeer dieselfde. Maar u kan u iets voorstel wat begin met 'n sterk kromming en sterte. En dan verskil die hoeveelheid kromming op enige gegewe punt van enige ander punt. U moet dit dus met 'n differensiële hoeveelheid kromming beskryf en dan integreer oor die pad wat dinge neem. Dit raak gruwelik, en ons gaan nie daarheen nie. Maar ek sal u volgende keer 'n paar spesifieke voorbeelde van sommige van hierdie vergelykings wys, want dit sal help om dinge te verduidelik soos waarom ruimte en tyd binne 'n gebeurtenishorison en dinge omgekeer word.
Maar, jy wed, daar is 'n hele wiskundige teorie. Eintlik was Einstein nie die wêreld se grootste wiskundige nie, en dit het hom tot 1917 geneem om al hierdie dinge uit te werk. Hy moes wiskundeonderrig aan die Universiteit van Göttingen gaan haal en & # 8211 sodat hy die meetkundige eienskappe kon verstaan. So, ja, daar is 'n groot wiskundige teorie daaragter. Ja?
Student: Dus, as swaartekrag nie 'n krag is nie, hoe kan u dit gebruik? F = ma?
Professor Charles Bailyn: F = ma is 'n algemene bewegingsvergelyking. Dit hoef nie die swaartekrag te wees nie. Daar is baie ander kragte in die wêreld.
Student: Maar as jy & # 8217; re instelling F = ma aan GMM of [onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Reg, so, dit is die Newtonse idee wat u gestel het F = ma gelyk aan GMM verby D 2. En die ding wat Einstein laat dink het, was die feit dat die twee verskillende soorte massas aan elke kant van die vergelyking gelyk blyk te wees. En u kan sien waarom dit dit verklaar. Want as dit & # 8217; s gebeur is dat jy ruimte buig, en dan dinge volg'n trajek gedikteer deur die kromming van die ruimte, dan is dit heeltemal sinvol dat alle voorwerpe volg dieselfde baan, ongeag hul massa. Omdat hulle nie eintlik gedwing word om êrens heen te trek nie. Hulle gaan net in reguit lyne, en reguit lyne is dieselfde, maak nie saak wat u massa is nie. En dit is die rede waarom hierdie soort kromming 'n verklaring bied vir wat in die Newtonse benadering die gelykheid van die traagheids- en gravitasiemassa is. Hoe gaan dit met ons? O, ons het nog 'n bietjie tyd gekry, goed. Gaan voort.
Student: Sou 'n horlosie regtig stadiger word as dit na die [onhoorbare] beweeg
Professor Charles Bailyn: Ja.
Student: [onhoorbaar] sou u 'n persepsie hê van [onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Wel, natuurlik, jy is 'n horlosie, of hoe? Jy & # 8211nie, jy sou dit nie raaksien nie. Maar wat sou gebeur, is dit. Gestel jy val in 'n swart gat of iets. Jy kyk na jou horlosie. Jy voel jou pols, weet jy. U pols wat u klok meet, het nie verander nie. Maar jy kyk terug na die wêreld wat ver van die swart gat af is, en dinge beweeg regtig vinnig daar buite. En so, as u aan die begin van u reis twee gesinkroniseerde, identiese horlosies gehad het, en u dophou wat hier buite gebeur, sal u ontdek dat dit skielik lyk asof u klok stadig beweeg. En ewe skielik weet jy dat mense ouer word en op aarde sterf, terwyl dit net 'n week in jou persepsie was.
En so, draai dit om. Jy sit op aarde en kyk hoe jou vriend deurval en in 'n swart gat val. En dit lyk asof hy stadiger word, en vertraag, en vertraag en miskien & # 8211 en nooit regtig by die geleentheidshorison uitkom nie, selfs in 'n oneindige hoeveelheid tyd. Maar die persepsie van die persoon wat deurval, is dat hulle net deurval. Dit is net, die hele heelal is ontwikkel in die tyd dat hulle dit gedoen het.
Dit is dus een van hierdie vreemde dinge waar tyd uitdraai en hoe vinnig die tyd verbygaan 'n eienskap is van wie dit meet. Baie vreemde konsep, en baie kontra-intuïtief vir die manier waarop ons ons lewe leef. Omdat ons almal dink & # 8211om ons in lae gravitasievelde teen lae snelhede woon, dink ons tyd is 'n absolute ding wat op dieselfde manier vir almal tik, maar dit blyk dat dit nie waar is nie.
Ja? En weer, ek sal u 'n vergelyking wys wat eintlik baie makliker is om in vergelykings te hanteer as wat dit konseptueel is, en ek sal u volgende keer 'n vergelyking wys wat kan help.
Student: Kan u die name agter die twee relatiwiteitsteorieë verduidelik? Ek bedoel, dit lyk nie asof die algemene teorie 'n veralgemening van die spesiale teorie is nie.
Professor Charles Bailyn: Dit is eintlik omdat dit aspekte van die spesiale teorie bevat. En dit is 'n veralgemening in terme van wat die maatstaf genoem word. Die maatstaf is die wiskundige formule wat die kromming beskryf. En die spesiale relatiwiteitsteorie is die spesiale geval waar die maatstaf plat is. En dan is die rede waarom algemene relatiwiteit 'n veralgemening is, omdat dit ander en ander soorte maatstawwe toelaat. Of, ten minste, dit is een manier om daaraan te dink. Ja meneer.
Student: [Onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Ja, ek is te klein om te teken.
Student: [Onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Die wikkel is van die beweging van die aarde om die son. En dit word veroorsaak deur & # 8211 die massa van die son draai die ruimte & # 8211
Student: [Onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: Ja, ja, ja. Dit is net & # 8211 alles wat ek in die tweede een bedoel het & jammer, ek het dit nie duidelik verduidelik nie. Al wat ek in die tweede een bedoel het, was dat hierdie een onakkuraat is in terme van skaal.
Student: Goed, ag ek sien.
Professor Charles Bailyn: En dat die skaal, die ware skaal, sodanig is dat hierdie lengte 10 000 keer langer moet wees as dit. En onder daardie omstandighede sou u dit nooit kon sien nie. Dit is alles wat ek daarmee bedoel het. Ja?
Student: Wat gebeur met die tyd wanneer jy gevang het om te reis & # 8211Jy het dit genoem, maar wat gebeur met die tyd wanneer jy naby die snelheid van die lig reis?
Professor Charles Bailyn: Stadiger ja. Ja?
Student: [Onhoorbaar]
Professor Charles Bailyn: So, hoe werk dit, hoe werk dit? Reg. Ons weet dat u die beweging van die Aarde aan die hand van hierdie sogenaamde ruimtetyddiagramme kan verklaar, waar u die vier-dimensionele ding neem. U projekteer dit op twee dimensies. U kan 'n ruimte-tyddiagram vir u skryf en u kan al die bewegings en al die dinge wat deur so 'n geboë ding gebeur, verduidelik. So, wat gebeur as jy byvoorbeeld spring? In die Newtonse teorie, spring jy, moet jy reguit aanhou, behalwe dat daar 'n krag is wat jou terugtrek. So, dat ons dit verstaan.
Wat gebeur & # 8211 Hoe word dit in die algemene relatiwiteit verklaar? Jy spring en jy gaan in 'n reguit lyn, maar die reguit lyn is deur 'n geboë ruimte en is gebuig vanweë die teenwoordigheid van die aarde. En dit blyk dat die reguit lyn so lyk. Dit gaan op en kom weer af, op dieselfde manier as wat die reguit lyn tussen New York en Beijing oor die Noordpool gaan. Dit gaan op en kom weer af, want ruimtetyd is gebuig vanweë die swaartekrag van die Aarde.
Dus, iets wat ons as 'n geboë baan beskou en opspring, terugval, as u dit in ruimtetyd projekteer, is eintlik die kortste afstand tussen twee gebeurtenisse. Daar is dus twee alternatiewe verduidelikings van hierdie dinge.
In die situasie waar u nie naastenby 'n swart gat is nie, blyk dit dat hulle wiskundig presies gelykstaande is. As hulle presies ekwivalent is, is dit baie makliker om die Newtonse manier te bereken, en baie makliker om daaraan te dink. Dus, totdat u in 'n situasie kom waar die Schwarzschild-radius vergelykbaar is met die betrokke afstande, is dit beter om Newtoniaans te dink, want ons is net beter daaraan toe. Ja?
Student: Ek verstaan dat u tyd moet vermenigvuldig met 'n snelheid om eenhede wat u op enige manier uniek kan opstel, te kry. Maar ek is 'n bietjie verward oor & # 8211 Ek bedoel ek weet dit c is dit regtig 'n belangrike nommer & # 8211
Professor Charles Bailyn: Ja.
Student: - maar as die enigste rede waarom die wikkel in die bewegingsgrafiek baie klein is, is omdat c is so enorm. Ek bedoel -
Professor Charles Bailyn: Kon u nie 'n ander snelheid kies nie?
Student: Reg.
Professor Charles Bailyn: Ja.
Student: Wat maak dit 'n akkurate skaal?
Professor Charles Bailyn: Goed, so, die rede dat & # 8217s 'n akkurate skaal is, een van die dinge wat uit die relatiwiteitsteorie kom, is dat daar 'n natuurlike eenheid is. Daar is 'n natuurlike stel eenhede. En die natuurlike stel eenhede is die eenhede waarin hierdie belangrike konstantes is c is een en G is 'n ander, en H & # 8211die Planck-konstante, wat die kwantummeganika beheer, is almal gelyk aan een. En dit word diegene wat Planck-eenhede genoem word, en hulle het die omskakeling tussen verskillende soorte energie, massa na energie, sulke dinge, alles werk as gelykhede in die spesifieke stel eenhede, waar al die konstantes uitkom. wees een.
Daar is dus 'n rede waarom die spesifieke snelheid gekies word, en dit is nie verbasend dat as u 'n snelheid moet kies nie, u die spoed van die lig sal hê, wat hierdie diepgaande belang het. Goed, ons gaan volgende keer voort.
