Teoria Relativitatii Restranse

Mecanica newtoniana avea la baza doua principii fundamentale referitoare la caracterul ei relativist:

postulatul relativitatii care ne afirma ca legile mecanicii au aceeași forma in toate sistemele de referința inerțiale.

postulatul spațiului si timpului absolut care ne spune ca durata unui eveniment este aceeași pentru toti observatorii.

Observație : In mecanica newtoniana echivalenta sistemelor de referința inerțiale (S.R.I.) este reflectata si de transformările Galilei care au forma generala:

r=r'+v-t t=t'

încercarea de a extinde relativitatea newtoniana la alte domenii ale fizicii a intampinat numeroase dificultati. Astfel, experiențele Michelson- Morley au stârnit in fizica o adevarata criza stiintifica. Astfel, se impunea cu prisosința apariția unei noi teorii care sa faca numeroaselor confruntări experimentale, confruntări carora relativitatea newtoniana nu leputea face fata. Fizicianul care a reușit sa puna capat numeroaselor controverse a fost Albert Einstein care, in anul 1905 a publicat o teorie care a revoluționat lumea stiintei in acea perioada. Aceasta teorie se numește TEORIA RELATIVITATE RESTRÂNSE. Einstein a elaborat T.R.R. dupa studierea temeinica a principiului relativitatii a lui Galilei, a experiențelor Michelson- Morley si a lucrărilor lui Lorentz. Se poate spune ca apariția teoriei relativitatii a fost determinata de marele număr de fapte experimentale si lucrări teoretice anterioare ei. Nu lipsea decât o sinteza generala a acestora, sinteza pe care a realizat-o Albert Einstein. El a studiat intreg materialul acumulat pana la vremea sa, ajungand la concluzia ca noțiunile de timp si spațiu absolut din mecanica lui Newton trebuie revizuite. Totuși, Einstein a creat teoria relativitatii restrânse fara a face vreo ipoteza asupra spațiului si timpului, punând la baza ei urmatoarele principii : principiul relativitatii si principiul constantei luminii.

Principiul relativitatii ne spune ca orice lege fizica este identica in toate sistemele referențiale care se mișca rectiliniu si uniform unul fata de altul.

Așadar, in toate sistemele de referința inerțiale legile fizicii sunt aceleași; definiția sistemului de referința inerțial din mecanica clasica ramane valabila si aici. Prin urmare, primul principiu einsteinian este in deplina concordanta cu mecanica clasica reprezentând o generalizare a principiului relativitatii galileene. Acest principiu are o consecința imediata si anume : deoarece legile fizicii sunt aceleași in orice sistem de referința inerțial inseamna ca starea unui astfel sistem de referința- starea de repaus sau de mișcare rectilinie si uniforma- nu poate fi pusa in evidenta prin nici o experiența interna de orice natura ar fi aceasta. Conform primului principiu al lui Einstein un fenomen fizic, in condiții identice, se desfasoara in mod identic in orice sistem de referința inerțial. Ca este adevarat, ne putem convinge foarte ușor. Pentru aceasta, sa ne imaginam unele experiențe efectuate pe sol si repetate intr-un vagon de tren in mișcare cu o viteza constanta si anume sa studiem, in vagonul in mișcare, caderea libera a corpurilor. Vom observa ca un corp lasat liber sa cada dupa o direcție verticala, paralela cu a firului de plumb, ca legile căderii se pot studia la fel si la sol.

Principiul constantei vitezei luminii ne spune ca in vid, viteza luminii este aceeași in toate sistemele de referința inerțiale. Ca sa intelegem ce inseamna aceasta formulare, sa presupunem ca intr-un sistem de referința inerțial viteza luminii este c si ca vrem sa stim care este viteza luminii fata de alt sistem de referința inerțial care se mișca fata de primul sistem de referința inerțial cu viteza v, dupa direcția si sensul razei de lumina. Dupa mecanica newtoniana, viteza luminii fata de cel deal doilea sistem de referința inerțial trebuie sa fie :

ur —c—V

Daca sensul de mișcare al celui deal doilea sistem de referința inerțial ar fi contrar sensului de propagare al razei de lumina, atunci viteza luminii fata de cel deal doilea sistem de referința inerțial va fi:

ur =c+v

Concret, luând c=300000Km/sec si presupunând ca v= 1 OOOOOKm/sec, in primul caz trebuie sa avem ip^ZOOOOOKm/sec, iar in cel deal doilea caz ur=400000Km/sec.

Dupa cel deal doilea principiu einsteinian viteza luminii fata cel deal doilea sistem de referința inerțial trebuie sa fie tot c (300000Km/sec). Ne intrebam daca este posibil ca (c-v)=(c+v)=c ? Evident ca nu! Deci in teoria relativitatii insumarea vitezelor se face in cu totul alt mod decât in mecanica clasica.

Contradicția dintre cel deal doilea principiu al lui Einstein si mecanica newtoniana a fost rezolvata de experiența facuta de Sitter asuprastelelor duble. Prin măsurători fotometrice de foarte mare calitate efectuate asupra luminii emise de către acestea. Aceasta experiența a aratat ca viteza luminii este independenta de viteza sursei emitatoare, adica viteza luminii este constanta.

Al doilea principiu al teoriei relativitatii restrânse implica noțiunea de timp relativ si acesta a produs multa uimire pentru oamenii de stiinta. Este adevarat ca nu a fost realizata inca experiența care sa verifice principiul al doilea al lui Einstein. El a fost unanim acceptat datorita succeselor de necontestat pe care le-a inregistrat teoria relativitatii restrânse.