Elemente ale teoriei relativității

1 Limitele fizicii clasice

La sfârşitul secolului trecut şi începutul secolului a XX-lea s-a produs o dezvoltare rapidă a unor ramuri ale fizicii clasice cum ar fi termodinamica, electrodinamica, fizica atomică etc. Adepţii mecanicismului au căutat să reducă orice lege a naturii la legile mecanicii, dar acest lucru a dus la apariţia unor importante contradicţii. În cele ce urmează vom încerca pe scurt să prezentăm o mică parte dintre ele, cu scopul de a arăta că fizica clasică are limitele sale.

a) Transmiterea interacţiunilor În mecanica clasică ca o consecinţă a universalităţii timpului (timpul se scurge la fel în orice sistem de referinţă) transmiterea interacţiunii se face instantaneu . În electrodinamica clasică s-a demonstrat că transmiterea interacţiunilor se face prin contiguitate cu viteza finită de propagare a câmpului electromagnetic.

b) Propagarea undelor prin medii elastice

Existenţa unei unde mecanice presupune o sursă de perturbaţii şi un mediu elastic. Unda mecanică se defineşte ca fiind propagarea unei perturbaţii într-un mediu elastic.

Unda electromagnetică , spre deosebire de cea elastică se propagă în medii elastice şi în vid.Pentru a pune în concordanţă cu mecanica clasică , pentru propagarea undelor electromagnetice se consideră ca suport elastic eterul substanţă care umple tot universul ( se găseşte in tot spaţiul cosmic precum şi în interiorul corpurilor.

Acest eter era considerat de Hertz ca fiind în repaus absolut şi el ar fi putut constitui sistemul de referinţă absolut.

Experienţa lui Fizeau prin rezultatele sale pune în evidenţă că eterul este parţial antrenat ( ipoteza lui Fizeau),iar coeficientul de antrenare este:

unde n este indicele de refracţie al mediului în care se află eterul.

Experienţa lui Michelson- Morley cunoscută şi sub numele de “experienţa negativă” ne duce la concluzia generală că eterul nu există şi înlătură ipoteza mişcării absolute.

c) Legea de compunere a vitezelor.

Legea de compunere a vitezei în mecanica clasică este o consecinţă a grupului de transformări Galilei şi se scrie sub forma:

V=V1+ U

Iar aplicată vitezei luminii ecuaţia devine:

C’=C+ U

In electrodinamica clasică viteza luminii este independentă de mişcarea sursei şi este aceeaşi în orice sistem de referinţă.

d) Forţa Lorentz

Forţa Lorentz care este o forţă caracteristică electrodinamicii clasice nu poate fi încadrată în rândul forţelor din mecanica clasică, derivată dintr-un potenţial.De asemenea este dependentă de viteză conform relaţiei :

e) Masa corpurilor

In mecanica clasică masa corpurilor este o mărime constantă , independentă de viteza corpului ,de timp sau de alte mărimi cinematice.

Experienţele lui Bertozzi de accelerare a electronilor în câmpuri magnetice puternice ,arată că viteza electronilor acceleraţi nu poate depăşi viteza luminii şi că masa lor este funcţie de viteză m=m(v)

2 Principiile relativităţii restrânse

Plecând de la contradicţiile constatate până în acel moment , Einstein a introdus în fizică ideea propagării din aproape în aproape a interacţiunilor, cu viteză finită, postulând existenţa unei viteze limitată în univers, egală cu viteza de propagare a luminii în vid.

Principiul relativităţii clasice a fost înlocuit cu următoarele două principii:

a) Principiul relativităţii restrânse

În aceleaşi condiţii, toate fenomenele fizice au loc la fel în toate sistemele de referinţă inerţiale.

b) Principiul vitezei maxime de transmitere a interacţiunilor

Viteza maximă de transmitere a interacţiunilor este egală cu viteza luminii în vid şi este invariantă în raport cu orice sistem de referinţă inerţial şi cu orice direcţie de măsurare.