19/10/10

Γιατί ισχύει E=mc^2 ;


Μια παρουσίαση του νέου βιβλίου των Brian Cox και Jeff Forshaw
Ξέρατε ότι ταξιδεύετε με την ταχύτητα του φωτός; Οχι μόνο εσείς: το βιβλίο σας, η καρέκλα σας, το δωμάτιο γύρω σας, το σπίτι σας. Στην πραγματικότητα, όλα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός.
Δεν το αισθάνεστε αυτό; Μην ανησυχείτε, ούτε κανείς άλλος το αισθανόταν μέχρι που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν επαναπροσδιόρισε την ουσία της πραγματικότητας κατά την έναρξη του 20ου αιώνα. Ούτε οι Γαλιλαίος, Φαραντεϊ, Μάξγουελ και ο Ισαάκ Νεύτων γνώριζαν για την ταχύτητα του φωτός, μέχρι να τεθούν οι βάσεις για τη θεώρηση από έναν αυστριακό υπάλληλο γραφείου ευρεσιτεχνιών.
Επιτρέψτε μου να διευκρινίσω.'Ολοι κινούμαστε με ταχύτητα "c" που τυχαίνει να συμπίπτει με την ταχύτητα του φωτός στον κενό χώρο. Σε αντίθεση με τον τρισδιάστατο χώρο, στον οποίο μπορούμε να προσδιορίσουμε τη θέση ενός αντικειμένου, στον χωροχρόνο προσδιορίζουμε γεγονότα (πότε και που).  Ακόμα κι αν βρίσκεστε στον τρισδιάστατο χώρο (χωρίς να κινείστε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση), μπορεί ωστόσο, να κινείστε στον τετραδιάστατο χωροχρόνο (με άλλα λόγια, δεν κινείστε στις τρεις διαστάσεις του χώρου, αλλά κινείστε προς τη «χρονική» κατεύθυνση).
O χωροχρόνος είναι το κλειδί για την διείσδυση βήμα-βήμα που επιχειρούν οι φυσικοί Brian Cox και Jeff Forshaw για να φτάσουν στο βάθος της πιο διάσημης εξίσωσης στον τομέα της επιστήμης,  E = mc2, η οποία μας λέει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι το ίδιο πράγμα....
Μπορείτε να μετατρέψετε το ένα στο άλλο χρησιμοποιώντας μια σταθερά, το "c2", έναν αριθμό του οποίου η τιμή είναι είναι ίση με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός.
Γνωρίζοντας ότι η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμες κατασκευάστηκαν, για το καλύτερο ή το χειρότερο, η πυρηνική βόμβα και οι πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά καμία απ' αυτές τις εφαρμογές δεν ήταν στο μυαλό του Αϊνστάιν, καθώς ο ίδιος διερευνούσε τη δομή του χώρου και του χρόνου.
Η διατύπωσή του που έγινε γνωστή ως ειδική θεωρία της σχετικότητας ανέτρεψε την κλασική άποψη για το συμπαντικό ρολόϊ που είχε ο Νεύτωνας και οι συνάδελφοί του στον 18ο και 19ο αιώνα.
Ο Αϊνστάιν ξεκίνησε από το γεγονός ότι οι ιδέες του Γαλιλαίου και του Μάξγουελ φαινόταν να είναι σε σύγκρουση.
O Γαλιλαίος είχε δείξει πως δεν υπήρχε η απόλυτη κίνηση, και ότι μπορούμε να καθορίσουμε την κίνηση μόνο σε σχέση με κάτι άλλο. Μπορεί να νιώθετε ακίνητοι αυτή τη στιγμή αλλά αυτό ισχύει μόνο ως προς τη Γη. Σε σχέση όμως με τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας, κινούμαστε με εκατοντάδες χιλιάδες μίλια την ώρα.
Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, ο Μάξγουελ συνέδεσε δεκαετίες ερευνών στον ηλεκτρισμό και το μαγνητισμό, για να διατυπώσει τις αριστοτεχνικές εξισώσεις του για τον ηλεκτρομαγνητισμό. Αυτές έδειξαν ότι το φως ήταν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, όπως και οι κυματισμοί του νερού σε μια λίμνη ή ο ήχος που είναι ένα κύμα που διαδίδεται στον αέρα. Επίσης έδειξε ότι αυτά τα κύματα του φωτός κινούνται με σταθερή ταχύτητα, "c", μέσα από κενό χώρο και ότι η ταχύτητα παρέμεινε η ίδια χωρίς να έχει σημασία ποιος είναι ο παρατηρητής. Είτε είστε ακόμη ακίνητοι είτε κινείστε με εκατοντάδες χιλιόμετρα την ώρα προς την πηγή του φωτός, οι εξισώσεις του Μάξγουελ λένε ότι το φως που βλέπετε κινείται με ταχύτητα "c" σε σχέση με εσάς.
Ο Αϊνστάιν ήταν περίεργος στο γιατί οι ιδέες του Γαλιλαίου της σχετικής κίνησης φαίνονταν να αντιφάσκουν με τις εξισώσεις του Μάξγουελ. Άρχισε να ξετυλίγει το νήμα και τελικά, ξηλώθηκε όλο το μωσαϊκό που οι φυσικοί του Διαφωτισμού είχαν κατασκευάσει.
Με την ειδική σχετικότητα, έδειξε ότι ο αριθμός του Μάξγουελ, "c", ήταν μια σταθερά της φύσης, η μεγαλύτερη ταχύτητα με την οποία οτιδήποτε θα μπορούσε να κινηθεί, που συμπτωματικά ήταν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Κατά την άποψη του Αϊνστάιν για το σύμπαν, το "c" ήταν το μόνο πράγμα που παραμένει το ίδιο σε όλα τα συστήματα αναφοράς και, για να το εξηγήσει, έδειξε πως ο χώρος και ο χρόνος ήταν έννοιες σχετικές. Δεν υπάρχει ένα σταθερό σκηνικό πάνω στο οποίο το σύμπαν κάνει το έργο του: οι οικείες έννοιες της θέσης στο χώρο, του χρόνου και της ταχύτητας εξαρτώνται από το ποιός παρατηρεί τι και πόσο γρήγορα κινείται σε σχέση μ' αυτό που παρητηρεί.

Οι Cox και Forshaw χρησιμοποίησαν αυτό το υπόβαθρο για να διεισδύσουν σε έννοιες που ακούγονται περισσότερο ως επιστημονική φαντασία σε σχέση με την καθημερινή ζωή: πώς ο χρόνος επιβραδύνεται και το μήκος συστέλλεται όσο κινούμαστε με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός ή γιατί ο ένας από τους διδύμους γερνά πιο αργά από τον άλλον, αν κάνει ένα πολύ γρήγορο ταξίδι μετ' επιστροφής.
Χρειαζόμαστε την ιδέα του χωροχρόνου για να εξηγήσουμε γιατί, ακόμα και όταν φαίνεται να είμαστε ακίνητοι στον χώρο, μπορεί να κινούμαστε ακόμη και με  "c" στην χρονική διάσταση. Σκεφτείτε τις κανονικές σας κινήσεις κάθε μέρα στον τρισδιάστατο χώρο και την καθημερινό χρόνο, σαν τη σκιά μιας επιπλέον κίνησης στον τετραδιάστατο χωροχρόνο. Για να κάνουμε τις εξισώσεις της ειδικής σχετικότητας να δουλέψουν, πρέπει να θεωρήσουμε την κίνηση μας στον χωροχρόνο, και όχι στον καθημερινό χώρο και χρόνο.
........ οι Cox και Forshaw κάνουν όσα περισσότερα μπορούν για να υπονομεύσουν την παλιά  εκδοτική άποψη ότι οι εξισώσεις σε βιβλία δεν πουλάνε.
Τα περισσότερα από τα βήματα που κάνουν για την απόδειξη της διάσημης εξίσωσης του Αϊνστάιν συνοδεύονται από κάποια μαθηματικά. Οι μεταφορές και οι εκλαϊκεύσεις μας απομακρύνουν από την ειδική σχετικότητα και θα πρέπει να δούμε τα μαθηματικά για να καταλάβουμε τι στ' αλήθεια γίνεται.
 Για όσους φοβούνται τα μαθηματικά, οι Cox και Forshaw παίρνουν  τον αναγνώστη από το χέρι και τον καθοδηγούν μέσα στην πολυπλοκότητα, με ενδιάμεσα διαλείμματα ξεκούρασης του πνεύματος από πραγματικά παραδείγματα...........
για περισσότερες λεπτομέρειες:
http://www.guardian.co.uk/science/2010/oct/18/einstein-relativity-science-book-review

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...