Mity i Prawda o Szczególnej Teorii Względności

1. Konferencja Przedmiotowo-Metodyczna Mity i Prawdao Szczególnej Teorii Względności Byłoby lepiej, gdybyś zabrał się do uczenia innych dopiero wtedy, gdy sam się czegoś nauczysz Zespół Szkół Technicznych nr 2 Chorzów, 8.02.2005

2. Dlaczego 2005 rok został ogłoszony Światowym Rokiem Fizyki? • Setna rocznica Annus Mirabilis 1905 • Pięćdziesiąta rocznica śmierci Alberta Einsteina • Okazja do popularyzacji fizyki w społeczeństwie

3. Wiadomo, że taki a taki pomysł jest nie do zrealizowania. Ale żyje sobie jakiś nieuk, który o tym nie wie. I on właśnie dokonuje tego wynalazku 1905-Annus Mirabilis • 17 marca - praca o kwantowej naturze światła • 30 kwietnia - rozprawa doktorska o rozmiarach molekuł • 11 maja – praca o ruchach Browna • 30 czerwca – pierwsza praca o STW • 27 września – druga praca o STW (zawierająca wzór E=mc2)

4. Albert Einstein 1879-1955

5. Światowy Rok Fizyki 2005 stworzy możliwość właściwego uczczenia setnej rocznicy tego Cudownego Roku Einsteina poprzez należyte podniesienie wiedzy społeczeństwa o fizyce. Milionerzy

6. Wstęp Popularyzacja nauki ma chyba swoje granice. Nie może być łatwa i przyjemna. Łatwo można podać jedynie banały. Nowe, istotne koncepcje wymagają wysiłku nie tylko od piszącego, ale także od czytelnika. Jerzy Gluza „Relikt w fizyce- pojęcie masy relatywistycznej” Fizyka w Szkole 1/1994

7. MIT- fałszywe przekonanie, pogląd o czymś, wymysł Istnieją tylko dwie rzeczy, które nie mają granic: Wszechświat i ludzka głupota. Choć co do tej pierwszej to mam wątpliwości

8. Lista problemów • Czy STW „twierdzi”, że wszystko jest względne? • Czy z postulatów STW wynika, że informacje nie mogą • rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła? • Czy zdarzenia jednoczesne w jednym układzie są • niejednoczesne w innym układzie? • Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej? • Czy masa ciała zależy od prędkości? • Czy zasada zachowania masy nie obowiązuje? • Czy masa może przekształcić się w energię?

9. Czy STW „twierdzi”, że wszystko jest względne? Względność zależność od wyboru inercjalnego układu odniesienia (pojęcia względne np. ruch, prędkość, tor ruchu) Absolutność niezależność od wyboru inercjalnego układu odniesienia (przed powstaniem STW uważano, że czas i długość są absolutne)

10. Pojęcia absolutne wg STWto m.in.: • Prawa fizyki i prędkość światła (postulaty STW) • Interwał czasoprzestrzenny s • Czas własny τ • Masa m(tzw. spoczynkowa)

11. Czy z postulatów STW wynika, że informacje nie mogą rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła?

12. Postulaty STW • (Zasada względności Einsteina) Wszystkie prawa fizyki we wszystkich inercjalnych układach odniesienia mają jednakową postać. • Szybkość światła (w próżni) względem wszystkich obserwatorów w inercjalnych układach odniesienia ma jednakową wartość c Z samych postulatów nie wynika jeszcze, że informacji (sygnałów) nie można przesyłać z szybkością większą od szybkości światła. Trzeba je uzupełnić zasadą przyczynowości.

13. Zasada Przyczynowości Zdarzenie P, będące przyczyną zdarzenia S (skutku P), w każdym układzie odniesienia powinno poprzedzać zdarzenie S.

14. Postulaty STW+Zasada Przyczynowości↓Informacje nie mogą rozchodzić się z szybkością większą od szybkości światła

15. Czy zdarzenia jednoczesne w jednym układzie są niejednoczesne w innym układzie?

16. y’ y A v O’ x’ O x B Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są również jednoczesne w układzie O’

17. Dowód

18. y’ y A v O’ x’ O x B Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są niejednoczesne układzie O’ (xA xB)

19. y’ y v O’ A O x B x’ Zdarzenia A i B jednoczesne w układzie O są również jednoczesne układzie O’

20. Zdarzenia równoczesne w jednym inercjalnym układzie odniesienia nie muszą być równoczesne w innym inercjalnym układzie odniesienia, poruszającym się względem pierwszego

21. Czy zegary poruszające się „chodzą” wolniej?Czy ruch wpływa na chód zegara? Odpowiedź na to pytanie zależy od tego jaki ruch mamy na myśli. Jeżeli ruch zmienny, to tak! Jeżeli ruch jednostajny prostoliniowy, to nie!

22. Kto ma rację? R.P. Feynman pisze (na str. 236 Wykładów z fizyki t.1 ): „Jeżeli wszystkieporuszające się zegary chodzą wolniej,... musimy również powiedzieć, że w pewnym sensie sam czas też płynie wolniej w pojeździe kosmicznym.” W.A.Ugarow pisze (na str.72 „STW”): „..często mówi się, że poruszający się zegar chodzi wolniej od spoczywającego. Taka interpretacja jest bałamutna. We wszystkich IUO zegary chodzą tak samo”

23. Jeżeli zarówno Ugarow i Feynman mają rację, to znaczy, że wypowiedź„zegary poruszające się chodzą wolniej”jest niepełna lub występują w niej nazwy wieloznacznea więc nie jest to zdanie w sensie logicznym

24. Względność czasu oznacza, że: pomiar czasu tego samego zjawiska dokonany przez obserwatorów w układach inercjalnych poruszających się względem siebie, może dać różne wyniki Względność czasu nie oznacza, że czas płynie wolniej ani, że zegary chodzą wolniej!

25. Transformacje Lorentza dla czasu

26. Dylatacja czasujakoprzykład względności czasu tA’-tB’ czas własny mierzony przez jeden zegar (Zdarzenia A i B zaszły w tym samym miejscu) tA- tBczas mierzony przez dwa zegary (Zdarzenia A i B zaszły w różnych miejscach) Rakieta

27. Podsumowanie • Ruch jednostajny prostoliniowy nie może wpływać na „chód” zegara- wynika to z zasady względności. • Gdyby poruszające się zegary chodziły wolniej, to czas pomiędzy dwoma dowolnymi zdarzeniami mierzony zegarami poruszającymi się, byłby zawsze krótszy od czasu zmierzonego przez spoczywające zegary, a tak nie jest • Czas własny jest niezmiennikiem oznacza to, że dwa identyczne zegary w dwóch różnych układach inercjalnych mierzą jednakowe odstępy czasu własnego, czyli np. odstępy sekundowe na tych zegarach są równe.

28. Jak uczyć o względności czasu? 1.Nie powinniśmy używać stwierdzeń typu: „zegar poruszający się chodzi wolniej” gdyż są bałamutne i mylące. We wszystkich IUO zegary chodzą tak samo! 2.Powinniśmy uczniom powiedzieć, że z STW wynika, że czas jest wielkością względną, ale nie oznacza to, że zegary chodzą inaczej w różnych inercjalnych układach odniesienia. 3.Dylatacja czasu jest przykładem względności czasu potwierdzonym doświadczalnie (doświadczenia z mionami), ale nie oznacza to, że zegary chodzą wolniej (czas płynie wolniej) w układzie poruszającym się. 4.Omawiając doświadczenie z zegarem w samolocie okrążającym Ziemię, zwracamy uczniom uwagę, że samolot nie jest układem inercjalnym i w związku z tym zegar w samolocie chodzi wolniej od zegara na Ziemi. Jest to potwierdzenie „paradoksu bliźniąt”, a nie dylatacji czasu!

29. Czy masa ciała zależy od prędkości? • Znaczenia nazwy „masa”: • masa w znaczeniu „ciało o masie” • masa jakomiara ilości materii • masa tzw. bezwładna • masa tzw. grawitacyjna • masa tzw. spoczynkowa • masa tzw. relatywistyczna

30. Masa w znaczeniu „ciało o masie”czyli wygodny skrót • „Masami m1 i m2 mogą być też ciała...” • „... tor masy poruszającej się” (matura próbna zad. 17) • „...a pendulum whose mass swings” (z „E=mc2”) • „...ein Pendel, dessen Masse zwischen den Pukten...schwingt” • z rękopisu„E=mc2”

31. Masa jako miara ilości materii Masa jest ilością materii w ciele sir Isaac Newton

32. Mechanika klasyczna: masa jest stałą wielkością skalarną charakteryzującą ciało pod względem bezwładności STW: masa bezwładna jest wielkością tensorową, gdyż przyśpieszenie i siła (w ogólności) nie mają tego samego kierunku. Wartość masy bezwładnej zależy od kierunku siły względem kierunku prędkości i od wartości prędkości!!! Masa bezwładnaczyli masa w mechanice klasycznej

33. Masa grawitacyjna Najszczęśliwsza myśl mojego życia: Dla obserwatora spadającego swobodnie z dachu pole grawitacyjne nie istnieje

34. Masa spoczynkowa czyli masaw fizyce współczesnej Masa nie zależy od prędkości!!!

35. Masa relatywistycznaczyli relikt w fizyce Masa relatywistyczna zależy od prędkości !!!

36. Czy zasada zachowania masy nie obowiązuje?

37. ZASADA ZACHOWANIA MASY Masa układu zamkniętego jest stała Uwaga! W STW masy układu nie można obliczać jako sumę mas składników układu, bo masa nie jest addytywna

38. Energia i pęd układu zamkniętego nie zmienia się a więc nie zmienia się również jego masa!

39. Czyli z zasady zachowania energii i z zasady zachowania pęduwynika, że: Masa układu zamkniętego jest wielkością zachowaną „W zamkniętym układzie zachowują się i energia i pęd....Jego masa Mc2=(E/c2)-P2zachowuje się. Oczywiście prawo zachowania masy układu zamkniętego nie oznacza addytywności mas w układzie.” W. A. Ugarow „STW”

40. Czy masa może przekształcić się w energię? Fragment rękopisu Alberta Einsteina

41. Energia E jest wielkością fizyczną określoną przez stanu układu, spełniającą zasadę zachowania. Zgodnie z tą zasadą przekształcić się w energię może tylko inny rodzaj energii np.: energia potencjalna w kinetyczną energia mechaniczna w cieplną energia elektryczna w mechaniczną itd..

42. Równoważność masy i energii Energia spoczynkowa ciała (układu) jest wprost proporcjonalna do jego masy! „...mówienie o zamianie masy na energię, jak się to niekiedy czyni, nie ma po prostu sensu.” W.A. Ugarow „STW”

43. Energia spoczynkowa E0 energia ciała (układu) w stanie spoczynku lub w układzie, w którym pęd całkowity układu jest równy zero. Jest sumą wszystkich rodzajów energii wszystkich składników układu. T- energia kinetyczna składników U–energia potencjalna oddziaływań wewnętrznych

44. Albert Einstein odkrył nową formę energii:ENERGIĘ SPOCZYNKOWĄ „Każde ciało ma pewną energię już przez to, że istnieje.…Wzór na energię masy pierwszy znalazł Einstein.” R.Feynman „Wykłady z fizyki” Zatem „przekształcenie masy w energię” to poprawnie: Przekształcenie energii spoczynkowej w inne formy energii

45. Zakończenie I Jeśli ktoś nie dba zbytnio o prawdę w sprawach drobnych, nie można mu ufać w sprawach istotnych

46. Zakończenie II Naukowiec jest niczym mimoza, gdy sam popełni błąd, i niczym ryczący lew, gdy odkryje błąd zrobiony przez kogoś innego

47. O autorze Aleksander Nowik jest nauczycielem fizyki i przedmiotów informatycznych w Zespole Szkół Technicznych nr 2 w Chorzowie. Jest również muzykiem Telefoniada 1998 TVP Katowice