ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษคืออะไร?

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เป็นการอธิบายว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุส่งผลต่อการวัดเวลา พื้นที่ และมวลของมันอย่างไร

การทดลองที่ช่วยสร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงให้เห็นคลื่นในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งเราเห็นเป็นแสง)ซิปผ่านพื้นที่ว่างด้วยความเร็ว 299,792,458 เมตรต่อวินาที (ประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที)

ไม่เคยเร็วกว่านี้อีกแล้ว ไม่เคยช้ากว่านี้อีกแล้ว

นี้จำกัดความเร็วเดียวก็เกิดขึ้นเหมือนกันไม่ว่าผู้สังเกตการณ์จะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน ซึ่งในตอนแรกไม่สมเหตุสมผลเลย ดังนั้นในปี 1905 ไอน์สไตน์เขียนกระดาษอธิบายรายละเอียดแปลกๆ

ความเร็วส่งผลต่อเวลาและพื้นที่อย่างไร?

ไอแซก นิวตันกฎการเคลื่อนที่สามข้ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวลของวัตถุ และความเร่ง กฎหมายเหล่านี้บังคับใช้กับทุกคน ไม่ว่าพวกเขาจะเดินทางด้วยวิธีใดก็ตาม

ตัวตลกที่ให้ความบันเทิงแก่ผู้โดยสารบนรถไฟสามารถวางใจได้ว่าลูกบอลที่เล่นปาหี่จะขึ้นลงในอัตราที่ช้าและสม่ำเสมอ ในทางกลับกัน ผู้โดยสารที่เดินทางด้วยรถไฟความเร็วสูงขบวนที่สองจะมองผ่านหน้าต่างเพื่อดูลูกบอลที่วิ่งไปมาด้วยความเร็วรวมกันของรถไฟทั้งสองขบวน ไม่มีอะไรแปลกที่นั่น

หากลูกบอลเหล่านั้นเป็นคลื่นแสง พวกมันสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วเดียวเท่านั้น ไม่ว่าใครจะมองดูอยู่ก็ตาม ผู้โดยสารที่นั่งข้างนักเล่นปาหี่จะเห็นลูกบอลขยับขึ้นลงด้วยความเร็วแสง ผู้ที่นั่งอยู่บนรถไฟที่แล่นผ่านไปจะเห็นพวกเขาเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน แม้ว่าความเร็วของรถไฟจะแตกต่างกันก็ตาม

สำหรับลูกบอลที่เคลื่อนที่ช้าๆ นี่เป็นเรื่องยากพอที่จะจินตนาการได้ เร่งความเร็วแสงได้ต้องใช้ความคิดที่ชาญฉลาดจึงจะเข้าใจได้

วิธีแก้ปัญหาของไอน์สไตน์คือการมองเวลาและพื้นที่เป็นปัจจัยสัมพันธ์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ความเร่งจะเปลี่ยนการเปรียบเทียบเวลาและระยะทางระหว่างผู้สังเกตการณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเร่งนั้นเร็วมาก

คนที่อยู่บนรถไฟที่แล่นผ่านโดยมีนักเล่นปาหี่ที่บางเฉียบและช้ามากบนรถไฟ ลูกบอลที่บางเฉียบของเขาเกือบจะล็อคอยู่ในอวกาศเมื่อเขาผ่านไปด้วยความเร็วสูง นักเล่นปาหี่ไม่คิดว่าพวกมันช้าหรือผอมเลย แต่จะคิดว่ารถไฟขบวนอื่นดูผอมและช้าเป็นพิเศษแทน

ไม่มีอะไรที่ 'ผิด' ในสิ่งที่พวกเขาเห็น ไม่มีตำแหน่งที่แน่นอนในเรื่องเวลาหรือระยะทาง 'ถูกต้อง' ขึ้นอยู่กับบริบทของความเร็วที่แตกต่างกันของแต่ละคน

E = mc2 หมายถึงอะไร?

ไอน์สไตน์คิดสมการใหม่ขึ้นมาเพื่ออธิบายว่ามวลและแรงเกี่ยวข้องกันอย่างไรเพื่อสนับสนุนแนวคิดใหม่ของเขา เขาไม่ใช่คนเดียวที่ครุ่นคิดถึงความสัมพันธ์นี้ในขณะนั้น – นักฟิสิกส์คนอื่นๆเช่น อองรี ปัวน์กาเรยังแสดงให้เห็นว่าพลังงานและมวลมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกันอย่างไร

สำหรับวัตถุที่อยู่นิ่ง ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่ามวลรวมของมันเท่ากับพลังงานของมันคูณด้วยความเร็วยกกำลังสองของแสงอย่างไร หรือพูดอีกอย่างคือ E = mxc^2

เนื่องจากความเร็วแสงคงที่ มวลและพลังงานจึงเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน การเพิ่มพลังงาน เช่น การกด จะเป็นการเพิ่มมวลด้วย เมื่อวัตถุที่กำลังเร่งความเร็วได้รับมวลมากขึ้น ก็ต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการเร่งความเร็ว ซึ่งจะทำให้ยากต่อการผลักมากขึ้น

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอาจดูแปลก แต่กว่าหนึ่งศตวรรษหลังจากที่ไอน์สไตน์เขียนข้อเสนอของเขา มันก็กลายเป็นหนึ่งในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษทฤษฎีที่ได้รับการสนับสนุนอย่างดีที่สุดในวิชาฟิสิกส์

สำหรับสิ่งใดๆ ที่เดินไปมาอย่างธรรมดาๆ ในทุกๆ วัน ไม่ว่าจะเป็นการโยนลูกบอล จรวด กระสุน หรือมดวัว กฎของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้สร้างความแตกต่างมากนัก แต่สำหรับวัตถุใดๆ ที่มีความเร็ว 'สัมพัทธภาพ' ที่เร็วอย่างบ้าคลั่ง (นั่นหมายถึงความเร็วที่เข้าใกล้ความเร็วแสง) ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นอัดแน่นไปด้วยหมัดจริงๆ

บทความตามหัวข้อทั้งหมดถูกกำหนดโดยผู้ตรวจสอบข้อเท็จจริงว่ามีความถูกต้องและเกี่ยวข้อง ณ เวลาที่เผยแพร่ ข้อความและรูปภาพอาจมีการเปลี่ยนแปลง ลบ หรือเพิ่มเป็นการตัดสินใจของบรรณาธิการเพื่อให้ข้อมูลเป็นปัจจุบัน