ʻO ka Relativity o Newton: Ka Hoʻomaopopo Mua ʻana i ka Neʻe a me ka Umekaumaha
Pendahuluan
ʻO Isaac Newton, kekahi o nā kānaka ʻepekema koʻikoʻi loa i ka mōʻaukala, ua hoʻomohala i nā kumumanaʻo i hoʻololi i ko mākou ʻike i ke ao holoʻokoʻa. ʻO kāna hana koʻikoʻi, ʻo "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica," i paʻi ʻia i ka makahiki 1687, ua hoʻolauna i nā kānāwai o ka neʻe ʻana a me ke kānāwai o ka gravitation honua. ʻOiai ʻo ke kumumanaʻo o ka relativity, e like me ka mea i ʻike nui ʻia i kēia lā, ua hāʻawi pinepine ʻia iā Albert Einstein, ua hoʻokumu mua ʻia ka manaʻo o ka relativity ma ke ʻano o nā mechanics classical e Newton. E nānā kēia ʻatikala i nā kumumanaʻo o Newton no ka relativity, ko lākou hopena no ka hoʻomaopopo ʻana i ka neʻe a me ka umekaumaha, a pehea i ulu ai kēia mau manaʻo a hiki i ka wā o ka relativity o Einstein.
Nā Kānāwai Neʻe o Newton
ʻO nā kānāwai neʻe o Newton ke kumu o nā mechanics kuʻuna a he ʻekolu mau kānāwai e wehewehe ana i ka pilina ma waena o ka neʻe ʻana o kahi mea a me nā ikaika e hana ana ma luna. ʻO kēia mau kānāwai ʻekolu:
1. Ke Kānāwai Mua o Newton (Kānāwai o ka Inertia):
"E noho mālie kēlā me kēia mea a e neʻe paha i ka wikiwiki mau ma kahi laina pololei ke ʻole kahi ikaika o waho e hana e hoʻololi i kēlā kūlana."
Hōʻike kēia kānāwai i ke koʻikoʻi o ka inertia, ke ʻano o kahi mea e mālama i kona kūlana neʻe. I loko o ke ʻano o ka relativity, ʻo ia hoʻi, ʻaʻole e loli ka neʻe pili ma waena o nā mea ʻelua ke ʻole ka hoʻopili ʻia ʻana o kahi ikaika.
2. Ke Kānāwai ʻElua o Newton:
"Ua like ka wikiwiki o kahi mea me ka ikaika e hana ana ma luna ona a ua like hoʻi me ka nuipa. Ma ke ʻano makemakika, ua hōʻike ʻia kēia ma ke ʻano he F = ma."
Maanei, ʻo ka ikaika (F) ka huahana o ka nuipa (m) a me ka wikiwiki (a). Hōʻike kēia kānāwai pehea e hiki ai ke hoʻololi i ka neʻe ʻana o kahi mea ma o ka hoʻopili ʻana o ka ikaika. Ma ke ʻano o ka relativity, ʻo ia hoʻi, e hoʻololi ka ikaika e hana ana ma luna o kahi mea i kāna neʻe pili.
3. Ke Kānāwai ʻEkolu o Newton:
"E hoʻopuka kēlā me kēia hana i kahi hopena like a kū'ē."
Wehewehe kēia kānāwai e hana mau ʻia nā ikaika ma nā pālua. Inā hoʻokau ka mea A i ka ikaika ma luna o ka mea B, a laila e hoʻokau ka mea B i ka ikaika like akā kū'ē ma luna o ka mea A. He mea nui kēia i ka hoʻomaopopo ʻana i nā pilina ma waena o nā mea i loko o kahi ʻōnaehana pani.
Ke Kānāwai o Newton no ka Umekaumaha Honua
ʻŌlelo ke kānāwai o Newton no ka umekaumaha honua e huki ana kēlā me kēia ʻāpana i loko o ke ao holoʻokoʻa i kēlā me kēia ʻāpana ʻē aʻe me ka ikaika e kūlike ana i ka huahana o nā nuipa o nā ʻāpana ʻelua a kūlike ʻole i ka huinahā o ka mamao ma waena o lākou. Ma ke ʻano makemakika, ua ʻōlelo ʻia kēia kānāwai penei:
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
Ma hea:
– ʻO \( F \) ka ikaika umekaumaha ma waena o nā ʻāpana ʻelua.
– ʻO \( G \) ke kūpaʻa umekaumaha honua.
– ʻO \( m_1 \) a me \( m_2 \) nā kaumaha o nā ʻāpana ʻelua.
– ʻO \( r \) ka mamao ma waena o nā kikowaena o ka nuipa o nā ʻāpana ʻelua.
ʻO ke kānāwai o ka umekaumaha o Newton ke kumu no ka hoʻomaopopo ʻana i nā hanana e like me nā orbits planetary a me ka neʻe ʻana o nā mea ma ka ʻili o ka Honua. He kuleana koʻikoʻi nō hoʻi ia i ka manaʻo o Newton no ka relativity, ʻoiai ʻo ka umekaumaha ka ikaika e hoʻopilikia i ka neʻe pili o nā mea i loko o kahi kahua umekaumaha.
Ka Hoʻohālikelike o Newton
ʻO ke kumumanaʻo o Newtonian relativity, a ʻoi aku ka pololei, ʻo ke kumumanaʻo o Newton no ka relativity, ʻo ia ke kumumanaʻo e pili ana nā kānāwai o ke kino e pili ana i hoʻokahi kiʻina kuhikuhi inertial i nā kiʻina kuhikuhi inertial ʻē aʻe. ʻO ke ʻano kēia, ʻaʻohe kiʻina kuhikuhi inertial kūikawā; pili like nā kānāwai a pau o ka neʻe ʻana i kekahi kiʻina e neʻe ana ma ka wikiwiki mau me ka pili ʻana kekahi i kekahi.
Ke Kumumanaʻo o ka Relativity Classical
Hiki ke hōʻuluʻulu ʻia ke kumumanaʻo o ka relativity a Newton penei:
– Nā hoʻololi Galilaia: Hiki ke hoʻololi ʻia nā kaulike o ka neʻe ʻana i loko o kahi kiʻina kuhikuhi inertial mai kekahi kiʻina i kekahi kiʻina e neʻe ana e pili ana i ka mea mua me ka wikiwiki mau me ka ʻole o ka hoʻololi ʻana i ke ʻano o nā kaulike.
Hōʻike nā hoʻololi Galilaia pehea e loli ai nā hoʻonohonoho ākea-manawa ma waena o ʻelua mau kiʻina kuhikuhi inertial. Manaʻo ʻia he ʻelua mau kiʻina kuhikuhi inertial, ʻo S a me S', kahi e neʻe ai ʻo S' me ka wikiwiki mau \( v \) e pili ana iā S. Inā ʻo \( (x, y, z, t) \) nā hoʻonohonoho ma ka kiʻina S a ʻo \( (x', y', z', t') \) nā hoʻonohonoho ma ka kiʻina S', a laila hiki ke hōʻike ʻia nā hoʻololi Galilaia penei:
\[ x' = x – vt \]
\[ y' = y \]
\[ z' = z \]
\[ t' = t \]
Hōʻike kēia hoʻololi ʻana he paʻa loa ka manawa a like ia ma nā kiʻina kuhikuhi inertial āpau, ʻo ia kahi hiʻohiʻona kumu i nā mechanics kuʻuna.
Nā hopena o ka Relativity o Newton
He nui nā hopena koʻikoʻi o ka relativite o Newton i ka physics kuʻuna:
1. Inertia a me ka Neʻe Pili:
ʻO kahi mea e neʻe ana ma kahi wikiwiki mau i loko o hoʻokahi kiʻikuhi inertial o ka kuhikuhi e neʻe mau ana ma kahi wikiwiki mau i loko o kekahi kiʻikuhi inertial ʻē aʻe, e like me ke kumumanaʻo o Newton no ka inertia. ʻO ke ʻano kēia, ʻaʻole e loli ka neʻe pili ma waena o nā mea ʻelua ke ʻole kahi ikaika e hana ma luna o lākou.
2. Mālama ʻana i ka Momentum:
Ma kahi ʻōnaehana inertial o ka kuhikuhi ʻana, e mau ana ka momentum holoʻokoʻa o kahi ʻōnaehana pani inā ʻaʻohe mana o waho e hana ma ka ʻōnaehana. ʻO kēia kumumanaʻo ke kumu o ke kānāwai o ka mālama ʻana i ka momentum, he mea nui ia i ka hoʻomaopopo ʻana i nā kuʻi a me nā pilina ma waena o nā mea.
3. Ka Umekaumaha a me ka Neʻe ʻana o ka Orbital:
ʻO ke kānāwai o ka umekaumaha o Newton e hiki ai iā mākou ke wānana i ka neʻe ʻana o nā hōkūhele a me nā kino lani ʻē aʻe. Ma ke ʻano o ka relativity Newtonian, mālama nā hōkūhele āpau i ke kānāwai like o ka umekaumaha a hana e like me nā kānāwai o ka neʻe ʻana o Newton i loko o kā lākou mau kiʻina kuhikuhi inertial.
Hoʻololi i ka Relativity o Einstein
ʻOiai ua hāʻawi ka relativity Newtonian i kahi kahua paʻa no ka hoʻomaopopo ʻana i ka neʻe ʻana a me ka umekaumaha, he mau palena kona. ʻAʻole hiki ke wehewehe ʻia kekahi mau hanana, e like me ka wikiwiki mau o ka mālamalama a me nā hopena relativistic ma nā wikiwiki kiʻekiʻe, e nā mechanics Newtonian kuʻuna. Ua alakaʻi kēia i ka hoʻomohala ʻana o nā kumumanaʻo o Albert Einstein no ka relativity kūikawā a me ka laulā i ka hoʻomaka ʻana o ke kenekulia 20.
ʻO ka Relativity Kūikawā
ʻO ke kumumanaʻo kūikawā o Einstein no ka relativity, i hoʻolauna ʻia i ka makahiki 1905, ua hoʻoponopono hou i kekahi mau kuhiakau kumu o ka mechanics Newtonian. ʻO kekahi o kāna mau postulates kikowaena, ʻo ia ka wikiwiki o ka mālamalama i loko o kahi vacuum he mau a kūʻokoʻa i ka wikiwiki o ka mea nānā. Ua kūʻē kēia i ka manaʻo o Newton no ka manawa paʻa a alakaʻi i nā manaʻo o ka hoʻonui ʻana o ka manawa a me ka hoʻemi ʻana o ka lōʻihi ma nā wikiwiki relativistic.
ʻO ka Relativity Laulā
ʻO ka relativite laulā, i paʻi ʻia e Einstein i ka makahiki 1915, ua pani i ke kānāwai o Newton no ka umekaumaha me ka manaʻo ʻo ka umekaumaha ke kūlou ʻana o ka hakahaka-manawa i hoʻokumu ʻia e ka nuipa a me ka ikehu. Hoʻākāka pololei kēia kumumanaʻo i nā hanana umekaumaha ikaika, e like me ke kaʻapuni o ka honua ʻo Mercury a me nā lua ʻeleʻele, kahi hiki ʻole i ke kānāwai o Newton no ka umekaumaha ke wehewehe.
Ka hopena
ʻO ke ʻano pili o Newton, me kona mau kānāwai o ka neʻe ʻana a me ka gravitation honua, he kahua koʻikoʻi ia o ka physics kuʻuna i hoʻololi i ko kākou ʻike i ke ao holoʻokoʻa. Hāʻawi nā kumumanaʻo pili o Newton i kahi hiʻohiʻona kūlike o ka neʻe ʻana a me nā pilina ma nā kiʻina kuhikuhi inertial. ʻOiai ua pani ʻia e ka pili o Einstein, ʻo ka hoʻoilina o Newton he kahua ikaika ia no ke aʻo ʻana a me ka hoʻomaopopo ʻana i nā hanana kūlohelohe, mai ka neʻe ʻana o ka honua a hiki i nā dynamics o kēlā me kēia lā.
