Eynşteynin Birinci və İkinci Postulatlarını Müzakirə Edən Nümunə Suallar
Fizikanın ən nüfuzlu simalarından biri olan Albert Eynşteyn, Eynşteynin birinci və ikinci postulatları kimi tanınan xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə iki vacib postulat təqdim etmişdir. Bu postulatlar məkan və zaman haqqında ənənəvi anlayışlara meydan oxumuş və fizikada inqilabi kəşflərə yol açmışdır. Bu məqalədə bu iki postulatı daha dərindən araşdıracaq və əlaqəli anlayışları anlamağımıza kömək edəcək bəzi nümunələr təqdim edəcəyik.
Eynşteynin İlk Postulatı
Eynşteynin nisbilik prinsipi kimi də tanınan ilk postulatı, fizika qanunlarının bütün ətalət istinad sistemlərində eyni olduğunu bildirir. Başqa sözlə, heç bir ətalət istinad sistemindən digərinə üstünlük verilmir və bütün fiziki müşahidələr bir ətalət istinad sistemindən digərinə ardıcıl qalmalıdır. Bu, müşahidəçilər arasındakı nisbi hərəkətin təbiətin fundamental qanunlarına təsir etmədiyini göstərən əsas anlayışdır.
Nümunə Suallar və Müzakirə
Sual 1: İki qatar, A və B, eyni istiqamətdə müvafiq olaraq 30 m/s və 40 m/s sabit sürətlə hərəkət edirlər. A qatarındakı sərnişin, qatarın önünə (qatarın hərəkəti istiqamətində) 20 m/s sürətlə top atır. Stansiyada dayanan sərnişinə görə topun sürətini hesablayın.
Müzakirə:
Stansiyadakı müşahidəçiyə görə topun sürətini təyin etmək üçün topun nisbi sürətini A qatarının sürətinə əlavə etməliyik. Bütün hərəkət bir ölçüdə olduğundan, sadə vektor toplama əməlindən istifadə edə bilərik:
\[
v_{\text{top, stansiya}} = v_A + u = 30 \, m/s + 20 \, m/s = 50 \, m/s
\]
Beləliklə, stansiyadakı müşahidəçiyə görə topun sürəti \(50 m/s\)-dir.
Sual 2: Astronavt sabit sürətlə hərəkət edən kosmik gəminin içərisindədir. Əgər astronavt işığı yandırarsa, kosmik gəminin xaricindəki müşahidəçi kosmik gəminin içindəki astronavtdan fərqli işıq sürətini müşahidə edəcəkmi?
Müzakirə:
Eynşteynin ilk postulatına görə, vakuumda işığın sürəti də daxil olmaqla, fizika qanunları bütün ətalət istinad sistemlərində eynidir. Bu o deməkdir ki, işığın sürəti sabitdir və mənbənin və ya müşahidəçinin sürətindən asılı deyil. Buna görə də, həm kosmik gəminin içindəki astronavt, həm də kosmik gəminin xaricindəki müşahidəçi eyni işığın sürətini, yəni \(c \təxminən 3 \times 10^8 \, m/s\) müşahidə edəcəklər.
Eynşteynin İkinci Postulatı
Eynşteynin ikinci postulatı, həmçinin işığın sürətinin dəyişməzliyi prinsipi kimi də tanınır və mənbənin və ya müşahidəçinin nisbi hərəkətindən asılı olmayaraq, vakuumdakı işığın sürətinin bütün müşahidəçilər üçün eyni olduğunu bildirir. Bu postulat işığın sürətinin mənbənin və ya müşahidəçinin sürətindən asılı olaraq dəyişməli olduğu klassik anlayışına meydan oxuyur.
Nümunə Suallar və Müzakirə
Sual 3: Hərəkətsiz müşahidəçiyə nisbətən \(v = 0.6c\) sürətlə hərəkət edən lampadan işıq şüası yayılır. Hərəkətsiz müşahidəçiyə görə işıq şüasının sürətini hesablayın.
Müzakirə:
Eynşteynin ikinci postulatına görə, vakuumda işığın sürəti, müşahidəçi ilə işıq mənbəyi arasındakı nisbi hərəkətdən asılı olmayaraq, bütün müşahidəçilər üçün sabit və eynidir. Buna görə də, stasionar müşahidəçiyə görə işıq şüasının sürəti \(c\)-dir, yəni:
\[
v_{\text{light}} = c \təxminən 3 \times 10^8 \, m/s
\]
Sual 4: İki kosmik gəmi A və B Yerdəki müşahidəçiyə nisbətən müvafiq olaraq 0.5c və 0.7c sürətlə bir-birinə doğru hərəkət edirlər. B kosmik gəmisindəki müşahidəçiyə görə A kosmik gəmisinin sürəti nə qədərdir?
Müzakirə:
Bu kimi hallarda, işıq sürətinə yaxın hərəkət edən iki cisim arasındakı nisbi sürəti təyin etmək üçün relyativistik çevrilmələrdən istifadə etməliyik. İki yaxınlaşan cisim üçün relyativistik sürət düsturu belədir:
\[
u' = \frac{u + v}{1 + \frac{uv}{c^2}}
\]
Burada \(u = 0.5c\) A gəmisinin Yerə nisbətən sürəti, \(v = 0.7c\) isə B gəmisinin Yerə nisbətən sürətidir. Onlar yaxınlaşdıqları üçün bu dəyərləri düstura daxil edirik:
\[
u' = \frac{0.5c + 0.7c}{1 + \frac{(0.5c)(0.7c)}{c^2}} = \frac{1.2c}{1 + 0.35} = \frac{1.2c}{1.35} \təqribən 0.89c
\]
Beləliklə, B müstəvisindəki müşahidəçiyə görə A müstəvisinin sürəti təxminən \(0.89c\)-dir.
Nəticə
Eynşteynin birinci və ikinci postulatları xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin əsasını təşkil edən fundamental anlayışlar təqdim edir. Birinci postulat fizika qanunlarının ətalət istinad sistemlərində dəyişməz olduğunu və bütün ətalət müşahidəçiləri arasında bərabərlik təmin etdiyini aydın şəkildə göstərir. Bu arada, ikinci postulat mənbənin və ya müşahidəçinin hərəkətindən asılı olmayaraq işığın sürətinin sabit olduğunu bildirir və bu da klassik fizikada nisbi sürətlər prinsipini pozur.
Bu anlayışları anlamaq təkcə fizikanın nəzəri öyrənilməsi üçün deyil, həm də GPS naviqasiya sistemləri kimi müasir texnoloji tətbiqlərə təsir göstərir ki, bu da nisbi düzəlişlər tələb edir. Təlimlər və nümunələrlə bu anlayışlar daha asan başa düşülə və müxtəlif kontekstlərdə tətbiq oluna bilər. Ümid edirik ki, bu məqalə Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin əsas prinsiplərini aydınlaşdırmağa kömək etmişdir.
