Θεωρία της σχετικότητας: οι έννοιες

2) Ειδική σχετικότητα και μηχανική

Αϊνστάιν χιούμορ

Δεν ήταν δύσκολο να τροποποιήσουμε την κλασική μηχανική έτσι, ώστε να μην έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της σχετικότητας. Η παλιά μηχανική ισχύει για μικρές ταχύτητες και αποτελεί την οριακή περίπτωση της νέας.
Ας δούμε ένα παράδειγμα αλλαγής που εισάχθηκε από τη θεωρία της σχετικότητας.

Ας φανταστούμε ένα σώμα ορισμένης μάζας, που κινείται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής και υφίσταται τη δράση μιας εξωτερικής δύναμης κατά την κατεύθυνση της κίνησης του. Για την κλασική μηχανική, δύναμη είναι ανάλογη με την αλλαγή της ταχύτητας. Για την θεωρία της σχετικότητας, ο νόμος αυτός ισχύει προσεγγιστικά και μόνο για μικρές ταχύτητες. Για αυτήν, όσο πιο πολύ πλησιάζει μια ταχύτητα την ταχύτητα του φωτάς, τόσο πιο δύσκολο είναι να αυξηθεί. Κι όταν μια ταχύτητα είναι ίση με του φωτάς, είναι αδύνατο να την αυξήσουμε περισσότερο.

Ένα ακίνητο σώμα έχει ορισμένη μάζα, που ονομάζεται μάζα ηρεμίας. Ένα σώμα αντιπαρατάσσει στην αλλαγή της ταχύτητας μεγαλύτερη αντίσταση, όχι μόνο αν η μάζα ηρεμίας του είναι μεγαλύτερη, αλλά κι αν η ταχύτητα του είναι μεγαλύτερη και γίνεται απείρως μεγάλη, όταν η ταχύτητα πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός.

Το αποτέλεσμα αυτό υποβάλλει μιαν άλλη σπουδαία γενίκευση. Ένα σώμα σε ηρεμία έχει μάζα, όχι όμως και κινητική ενέργεια. Ένα κινούμενο σώμα έχει και μάζα και κινητική ενέργεια. Το σώμα αυτό αντιστέκεται στην αλλαγή της ταχύτητας, ισχυρότερα από το ακίνητο σώμα. Θα 'λέγε κανείς πώς η κινητική ενέργεια του κινούμενου σώματος, αυξάνει την αντίσταση του. Αν δυο σώματα έχουν την ίδια μάζα, αυτό που έχει μεγαλύτερη κινητική ενέργεια, αντιστέκεται πιο έντονα στη δράση μιας εξωτερικής δύναμης.
Ας φανταστούμε ένα κουτί που περιέχει σφαίρες και ηρεμεί, τόσο αυτό, όσο κι οι σφαίρες, στο Σ.Σ. του. Για να το κινήσουμε, για να το επιταχύνουμε, χρειάζεται κάποια δύναμη. Άραγε αυτή η ίδια δύναμη θα προκαλέσει την ίδια επιτάχυνση, αν οι σφαίρες κινούνται μέσα στο κουτί προς όλες τις διευθύνσεις με μέση ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός; Όχι. Θα χρειαστεί μια μεγαλύτερη δύναμη, εξ αιτίας της αυξημένης κινητικής ενέργειας των σφαιρών, η οποία αυξάνει την αντίσταση του κουτιού. Η κινη­τική ενέργεια λοιπόν, αντιστέκεται στην κίνηση, όπως ακριβώς και οι ζυγίσιμες μάζες. Ισχύει άραγε το ίδιο για όλα τα είδη της ενέργειας;

Η θεωρία της σχετικότητας συνάγει, λοιπόν, από τη θεμελιώδη της παραδοχή ότι κάθε ενέρ­γεια αντιστέκεται στην αλλαγή της κίνησης. Κάθε ενέργεια συμπεριφέρεται όπως η ύλη.
Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας δεν υπάρχει ουσιώδης διάκριση ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια. Η ενέργεια έχει μάζα και η μάζα αντιπροσωπεύει ενέργεια. Κι αντί για δυο νόμους διατήρησης (ενέργειας και μάζας), έχουμε ένα μονάχα, το νόμο για τη μάζα-ενέργεια.

Ο λόγος για την έλλειψη άμεσης εμπειρίας αυτών, είναι η εξαιρετικά μικρή σχέση αναλογίας ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια. Η ποσότητα της θερμότητας πού μπορεί να μετατρέψει τριάντα χιλιάδες τόνους νερού, σε ατμό, θα ζύγιζε ένα γραμμάριο περίπου δεδομένου ότι ισχύει η περίφημη εξίσωση:

    e=mc2    
όπου c η ταχύτητα του φωτός.

 

  Δείτε τη συνέχεια: επόμενο
Ή μεταβείτε στην ενότητα:

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Σφάλμα: Ο περιηγητής σας θα έπρεπε να δείχνει περιεχόμενο flash. Για να το δείτε παρακαλούμε εγκαταστείστε / ενεργοποιήστε το flash player.

Get Adobe Flash player

1 ειδική θεωρία της σχετικότητας
2 Ειδική σχετικότητα και μηχανική
3 Ο χωρόχρονος
4 γενική θεωρία της σχετικότητας
5 Η νέα αντίληψη για τα «μη αδρανειακά» συστήματα
6 Η καμπύλωση του χωροχρόνου