ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ - ບັນຫາ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂ
1. ວັດຖຸທີ່ມີຄວາມຍາວ 60 ແມັດ ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍ ຄວາມໄວ 0.6 c (c = ຄວາມໄວແສງ). ອີງຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ນິ້ງ, ຄວາມຍາວຂອງວັດຖຸແມ່ນເທົ່າໃດ?
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ຄວາມຍາວທີ່ເໝາະສົມ (L o ) = 60 ແມັດ
ຄວາມໄວຂອງວັດຖຸ (v) = 0.6 c
ຕ້ອງການ: ການຫົດຕົວຄວາມຍາວ (L)
c = ຄວາມໄວແສງ
L o = ຄວາມຍາວທີ່ເໝາະສົມ
L = ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວ
ການຫົດຕົວຄວາມຍາວ (L):
2. ເຫດການທີ່ສັງເກດເຫັນ ໂດຍ ຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ກັບທີ່ເປັນເວລາ 12 ວິນາທີ. ໄລຍະເວລາ ຂອງເຫດການດັ່ງກ່າວ, ອີງຕາມຜູ້ສັງເກດການ ທີ່ ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ 0.8 c (c = ຄວາມໄວແສງ).
ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
ໄລຍະເວລາຂອງເຫດການຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ນິ້ງ (ts ) = 12 ວິນາທີ
ຄວາມໄວຂອງຜູ້ສັງເກດການ (v) = 0.8 c
ຕ້ອງການ: ໄລຍະເວລາຂອງເຫດການຕາມຜູ້ຮັບ ໃຊ້ທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ 0.8 c (t m )
ວິທີແກ້ໄຂ:
ສົມຜົນຂອງການຂະຫຍາຍເວລາ:
t s = ໄລຍະເວລາຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ກັບທີ່
t m = ໄລຍະເວລາຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ເຄື່ອນທີ່
ໄລຍະເວລາຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ເຄື່ອນທີ່ (t m ):
20 ຄຳຖາມ ແລະ ຄຳຕອບທາງດ້ານແນວຄິດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ:
1. ຄຳຖາມ: ສົມມຸດຕິຖານພື້ນຖານອັນໃດແດ່ທີ່ເປັນພື້ນຖານຂອງທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ?
ຄຳຕອບ: ສອງສົມມຸດຕິຖານຄື: (1) ກົດໝາຍຂອງຟີຊິກແມ່ນຄືກັນໃນທຸກກອບອ້າງອີງແບບ inertial, ແລະ (2) ຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດແມ່ນຄົງທີ່ ແລະ ບໍ່ຂຶ້ນກັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງແຫຼ່ງທີ່ມາ ຫຼື ຜູ້ສັງເກດການ.
2. ຄຳຖາມ: ການຂະຫຍາຍເວລາເກີດຂຶ້ນແນວໃດຕາມທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ?
ຄຳຕອບ: ການຂະຫຍາຍເວລາໝາຍເຖິງປະກົດການທີ່ເວລາເບິ່ງຄືວ່າຈະເຄື່ອນທີ່ຊ້າລົງສຳລັບຜູ້ສັງເກດການທີ່ກຳລັງເຄື່ອນທີ່ເມື່ອທຽບກັບຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢຸດນິ້ງ, ເຊິ່ງກຳນົດໂດຍຄວາມສຳພັນ Δt' = Δt/√(1 – v²/c²), ບ່ອນທີ່ v ແມ່ນຄວາມໄວທຽບເທົ່າ ແລະ c ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ.
3. ຄຳຖາມ: ຄວາມຍາວຂອງການຫົດຕົວແມ່ນຫຍັງ?
ຄຳຕອບ: ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າວັດຖຸເບິ່ງຄືວ່າສັ້ນລົງໃນທິດທາງການເຄື່ອນທີ່ຂອງມັນຈາກມຸມມອງຂອງຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ກັບທີ່, ເມື່ອທຽບກັບຄວາມຍາວທີ່ເໝາະສົມຂອງມັນເມື່ອຢຸດນິ້ງ.
4. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບມີຜົນກະທົບຕໍ່ແນວຄວາມຄິດຂອງຄວາມພ້ອມໆກັນແນວໃດ?
ຄຳຕອບ: ເຫດການທີ່ປະກົດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນສຳລັບຜູ້ສັງເກດການຄົນໜຶ່ງອາດຈະບໍ່ເກີດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນກັບຜູ້ສັງເກດການອີກຄົນໜຶ່ງທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການເກີດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນຈຶ່ງເປັນຍ້ອນປັດໄຈທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ.
5. ຄຳຖາມ: ຄຳວ່າ "ມວນສານສຳພັນ" ໝາຍຄວາມວ່າແນວໃດ?
ຄຳຕອບ: ມວນສານສຳພັນໝາຍເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງມວນສານທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງວັດຖຸເມື່ອຄວາມໄວຂອງມັນເຂົ້າໃກ້ຄວາມໄວແສງ. ມັນຖືກກຳນົດໂດຍ m = m₀/√(1 – v²/c²), ບ່ອນທີ່ m₀ ແມ່ນມວນສານສ່ວນທີ່ເຫຼືອ.
6. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີພິເສດຂອງສຳພັນພາບມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັນແນວໃດກັບພະລັງງານ ແລະ ມວນສານ?
ຄຳຕອບ: ຄວາມສຳພັນແມ່ນໃຫ້ໂດຍ E = mc², ຊີ້ບອກວ່າພະລັງງານ (E) ແລະ ມວນສານ (m) ແມ່ນທຽບເທົ່າກັນ ແລະ ສາມາດປ່ຽນເປັນອີກອັນໜຶ່ງໄດ້.
7. ຄຳຖາມ: ຄວາມໄວແສງ (ຄ) ມີຄວາມສຳຄັນແນວໃດໃນທິດສະດີ?
ຄຳຕອບ: ໃນທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ, ຄວາມໄວຂອງແສງແມ່ນຄວາມໄວສູງສຸດທີ່ຂໍ້ມູນ ຫຼື ສານສາມາດເດີນທາງໄດ້, ແລະ ມັນຄົງທີ່ໃນທຸກໆກອບຄວາມเฉื่อย.
8. ຄຳຖາມ: ເປັນຫຍັງວັດຖຸທີ່ມີມວນສານຈຶ່ງເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະໄປຮອດ ຫຼື ເກີນຄວາມໄວແສງ?
ຄຳຕອບ: ເມື່ອຄວາມໄວຂອງວັດຖຸເຂົ້າໃກ້ຄວາມໄວແສງ, ມວນສານສຳພັນຂອງມັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນ, ເຊິ່ງຕ້ອງໃຊ້ພະລັງງານທີ່ບໍ່ມີຂອບເຂດເພື່ອເລັ່ງມັນໃຫ້ມີຄວາມໄວແສງ.
9. ຄຳຖາມ: ການເພີ່ມຄວາມໄວເຮັດວຽກແນວໃດໃນທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ?
ຄຳຕອບ: ບໍ່ເຫມືອນກັບກົນຈັກຄລາສສິກ, ຄວາມໄວບໍ່ໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍກົງ. ຖ້າ u ແມ່ນຄວາມໄວຂອງວັດຖຸໜຶ່ງຕາມທີ່ສັງເກດເຫັນໃນເຟຣມທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ v, ແລ້ວຄວາມໄວຂອງມັນຕາມຜູ້ສັງເກດການທີ່ຢູ່ນິ້ງແມ່ນ u' = (u + v) / (1 + uv/c²).
10. ຄຳຖາມ: ການຫັນປ່ຽນ Lorentz ແມ່ນຫຍັງ?
ຄຳຕອບ: ການຫັນປ່ຽນ Lorentz ແມ່ນສູດຄະນິດສາດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບພິກັດພື້ນທີ່ ແລະ ເວລາຂອງເຫດການໃນກອບຄວາມเฉื่อยໜຶ່ງກັບເຫດການໃນອີກກອບໜຶ່ງທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວຄົງທີ່ທຽບກັບອັນທຳອິດ.
11. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດມີຜົນກະທົບຕໍ່ການອະນຸລັກໂມເມນຕຳແນວໃດ?
ຄຳຕອບ: ໂມເມນຕຳຍັງຄົງຖືກຮັກສາໄວ້, ແຕ່ຄຳນິຍາມຂອງໂມເມນຕຳຈະກາຍເປັນໂມເມນຕຳແບບສຳພັນ, ລວມທັງຕົວຄູນຂອງມວນສານສຳພັນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ: p = mv/√(1 – v²/c²).
12. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດເຂົ້າກັນໄດ້ກັບກົນຈັກຂອງນິວຕັນບໍ?
ຄຳຕອບ: ແມ່ນແລ້ວ, ສຳລັບຄວາມໄວທີ່ນ້ອຍກວ່າຄວາມໄວແສງຫຼາຍ, ການຄາດຄະເນກ່ຽວກັບທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດຈະລວມເຂົ້າກັບການຄາດຄະເນຂອງກົນຈັກຂອງນິວຕັນ.
13. ຄຳຖາມ: ຜົນກະທົບຂອງການຂະຫຍາຍເວລາຕໍ່ການແກ່ຕົວແມ່ນຫຍັງ?
ຄຳຕອບ: ບຸກຄົນທີ່ເດີນທາງດ້ວຍຄວາມໄວສຳພັນຈະແກ່ຊ້າກວ່າຜູ້ທີ່ຢູ່ນິ້ງໆ. ນີ້ແມ່ນ “ຄວາມຂັດແຍ້ງຂອງຄູ່ແຝດ” ບ່ອນທີ່ຄູ່ແຝດຄົນໜຶ່ງເດີນທາງດ້ວຍຄວາມໄວເກືອບແສງ ແລະ ກັບຄືນມາໄວກວ່າຄູ່ແຝດທີ່ຢູ່ທາງຫຼັງ.
14. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດກຳນົດນິຍາມພະລັງງານຄືນໃໝ່ໄດ້ແນວໃດ?
ຄຳຕອບ: ພະລັງງານທັງໝົດແມ່ນຜົນລວມຂອງພະລັງງານຢຸດນິ້ງ (mc²) ຂອງວັດຖຸ ແລະ ພະລັງງານຈົນຂອງມັນ. ເຖິງແມ່ນວ່າໃນເວລາຢຸດນິ້ງ, ວັດຖຸກໍມີພະລັງງານໂດຍອາໄສມວນສານຂອງມັນ.
15. ຄຳຖາມ: ມີສິ່ງໃດສາມາດເດີນທາງໄດ້ໄວກວ່າແສງຕາມທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດບໍ?
ຄຳຕອບ: ບໍ່, ຄວາມໄວຂອງແສງແມ່ນຂີດຈຳກັດຄວາມໄວທົ່ວໄປ. Tachyons, ອະນຸພາກສົມມຸດຕິຖານທີ່ເດີນທາງໄວກວ່າແສງ, ບໍ່ສອດຄ່ອງກັບທິດສະດີ.
16. ຄຳຖາມ: ມວນສານໄດ້ຮັບຜົນກະທົບແນວໃດໃນຄວາມໄວສຳພັນ?
ຄຳຕອບ: ເມື່ອຄວາມໄວຂອງວັດຖຸເຂົ້າໃກ້ຄວາມໄວແສງ, ມວນສານສຳພັນຂອງມັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍບໍ່ມີຂອບເຂດ, ເຊິ່ງຕ້ອງການພະລັງງານຫຼາຍຂຶ້ນເລື້ອຍໆເພື່ອຄວາມເລັ່ງຕື່ມອີກ.
17. ຄຳຖາມ: ຫຼັກການຂອງເຫດ ແລະ ຜົນມີບົດບາດແນວໃດໃນທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ?
ຄຳຕອບ: ຫຼັກການຂອງເຫດ ແລະ ຜົນ, ບ່ອນທີ່ສາເຫດມາກ່ອນຜົນ, ຍັງຄົງຖືກຮັກສາໄວ້ໃນທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ, ຊຶ່ງເປັນເຫດຜົນທີ່ຄວາມໄວຂອງແສງຈຳກັດມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ.
18. ຄຳຖາມ: ເວລາອະວະກາດແມ່ນຫຍັງ?
ຄຳຕອບ: ອະວະກາດເວລາລວມສາມມິຕິຂອງອະວະກາດກັບມິຕິທີສີ່ຂອງເວລາເຂົ້າກັນເປັນຄວາມຕໍ່ເນື່ອງສີ່ມິຕິ, ເຊິ່ງຈຳເປັນສຳລັບຂອບຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ.
19. ຄຳຖາມ: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດມີທັດສະນະແນວໃດຕໍ່ອະວະກາດ ແລະ ເວລາຢ່າງແທ້ຈິງ?
ຄຳຕອບ: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດປະຕິເສດການມີຢູ່ຂອງອະວະກາດ ແລະ ເວລາຢ່າງແທ້ຈິງ. ທັງສອງຢ່າງແມ່ນສຳພັນກັນ ແລະ ສາມາດປ່ຽນແປງໄປຕາມສະພາບການເຄື່ອນທີ່ຂອງຄົນເຮົາ.
20. ຄຳຖາມ: “ກອບອ້າງອີງແບບ inertial” ແມ່ນຫຍັງ?
ຄຳຕອບ: ກອບອ້າງອີງແບບ inertial ແມ່ນກອບທີ່ວັດຖຸຍັງຄົງຢຸດນິ້ງ ຫຼື ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວຄົງທີ່ ເວັ້ນເສຍແຕ່ວ່າຈະມີແຮງພາຍນອກມາກະທົບ. ມັນເປັນກອບທີ່ກົດເກນການເຄື່ອນທີ່ຂໍ້ທຳອິດຂອງນິວຕັນຍັງຄົງຢູ່.
ທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ, ເຊິ່ງນຳສະເໜີໂດຍ Albert Einstein, ໄດ້ປ່ຽນແປງຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບອະວະກາດ, ເວລາ, ພະລັງງານ ແລະ ວັດຖຸ. ຜົນສະທ້ອນຂອງມັນຂະຫຍາຍໄປສູ່ຫຼາຍຂົງເຂດຂອງຟີຊິກສາດສະໄໝໃໝ່ ແລະ ໄດ້ຮັບການຢັ້ງຢືນຈາກການທົດລອງແລ້ວ.
