Einšteina pirmais un otrais postulāts: mūsdienu fizikas revolūcijas pamats
Alberts Einšteins bija viens no ietekmīgākajiem zinātniekiem mūsdienu fizikas vēsturē. Ar savu revolucionāro domāšanu Einšteins ieviesa relativitātes teoriju, kas mainīja zinātnisko telpas, laika un gravitācijas paradigmu. Viņa speciālā relativitātes teorija, kas publicēta 1905. gadā, balstās uz diviem fundamentāliem postulātiem, kas veido mūsu Visuma izpratnes pamatu. Šajā rakstā tiek aplūkoti Einšteina pirmais un otrais postulāti, sniedzot ieskatu to nozīmē, sekās un tajā, kā tie mainīja mūsu pasaules uztveri.
Pirmais postulāts: relativitātes princips
Postulāts: Fizikas likumi ir vienādi visās inerciālajās atskaites sistēmās. Citiem vārdiem sakot, nav nekādas īpašas inerciālās atskaites sistēmas.
Paskaidrojums: Vienkārši sakot, pirmais postulāts apgalvo, ka neviens fizisks eksperiments nevar atšķirt divas inerciālās atskaites sistēmas. Pirms Einšteina šis jēdziens pastāvēja klasiskajā mehānikā un bija pazīstams kā Galileo relativitātes princips. Tomēr Einšteins šo principu attiecināja uz visiem fizikas likumiem, ne tikai uz mehāniku.
Secinājumi: Pirmajam postulātam ir svarīgas sekas tam, kā mēs izprotam kustību. Saskaņā ar šo postulātu neviena atskaites sistēma nav pareizāka vai pamatotāka par citu. Piemēram, neatkarīgi no tā, vai atrodaties transportlīdzeklī, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, vai stāvat nekustīgi uz Zemes virsmas, fizikas likumi, ko jūs piedzīvojat, paliks nemainīgi. Tas ir pretrunā ar uzskatu pirms Einšteina, kas postulēja absolūtu vidi (ēteri), kas kalpo par absolūto atpūtas atskaites sistēmu gaismai.
Fizikas pielietojumi: Relativitātes princips prasa arī laika un telpas jēdzienu atkārtotu analīzi. Piemēram, ja divas inerciālās atskaites sistēmas pārvietojas viena attiecībā pret otru, to laiks un garums saraujas un izplešas. Šī parādība ir sīkāk izstrādāta speciālajā relativitātes teorijā un ir viens no mūsu mūsdienu telpas un laika izpratnes mugurkauliem.
Otrais postulāts: gaismas ātruma konstante
Postulāts: Gaismas ātrums vakuumā ir nemainīgs un nav atkarīgs no gaismas avota vai novērotāja ātruma. Šī vērtība ir aptuveni 299 792 458 metri sekundē.
Paskaidrojums: Pirms šī postulāta tika uzskatīts, ka gaismas ātrums ir relatīvs, atkarīgs no avota un novērotāja kustības, līdzīgi kā var mainīties skaņas ātrums gaisā. Einšteins aizstāja ētera jēdzienu un apgalvoja, ka gaismas ātrums ir vienāds visiem novērotājiem neatkarīgi no viņu relatīvā ātruma attiecībā pret gaismas avotu.
Secinājums: Šis otrais postulāts prasa fundamentālas izmaiņas mūsu izpratnē par telpu un laiku. Tas prasa, lai laika un telpas mērījums būtu atkarīgs no novērotāja relatīvās kustības. Tas ir Lorenca transformāciju pamats, kas aizstāja Galileja transformācijas Ņūtona mehānikā.
Fizikas pielietojumi: Pastāvīgajam gaismas ātrumam ir revolucionāras sekas, piemēram, laika dilatācija un garuma kontrakcija. Laika dilatācija nozīmē, ka objektam, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam, laiks paiet lēnāk nekā objektam, kas atrodas miera stāvoklī. Garuma kontrakcija norāda, ka objekta garums samazināsies kustības virzienā, tam tuvojoties gaismas ātrumam.
Abu postulātu mijiedarbība
Einšteina pirmais un otrais postulāts neeksistē atsevišķi, bet gan darbojas kopā, veidojot speciālās relativitātes teorijas ietvaru. To apvienojums prasa fundamentāli pārdefinēt to, kā mēs mērām telpu un laiku.
Piemēram, ja mums ir divi novērotāji divās dažādās inerciālās atskaites sistēmās, viņi abi redzēs vienu un to pašu notikumu, bet ar atšķirīgiem telpas un laika mērījumiem. Tomēr, tā kā gaismas ātrums abiem paliek nemainīgs, tiem vajadzētu radīt fizikas vienādojumus, kas ir savstarpēji saskanīgi. Tas prasa, lai laiks un telpa nebūtu absolūti, bet gan relatīvi novērotāju kustībai.
Secinājums
Einšteina divi postulāti radīja jaunu skatījumu uz Visumu, kas sniedzās daudz dziļāk nekā Ņūtona fizika. Tie izslēdza ētera kā gaismas izplatīšanās vides koncepciju un ieviesa ideju, ka fizikas likumi paliek nemainīgi visās inerciālajās atskaites sistēmās.
Šie atklājumi noveda pie dziļākas telpas un laika izpratnes, kulminējot Einšteina vispārīgajā relativitātes teorijā. Šī teorija paplašināja speciālo relativitātes teoriju, iekļaujot tajā gravitāciju, parādot, ka pats laiktelpa ir vienība, ko var saliekt masa un enerģija.
Mūsdienās Einšteina pirmais un otrais postulāts ir ne tikai būtiski mūsdienu fizikas izglītības elementi, bet arī daudzu progresīvu tehnoloģiju un pētījumu pamats. Sākot ar GPS, kam nepieciešamas relatīvistiskas korekcijas, līdz astrofiziskiem pētījumiem par melnajiem caurumiem, Einšteina koncepcijas turpina vadīt un paplašināt mūsu zinātnes robežas.
