6 תשובות
הפרטית או הכללית?
כל מה שקורה בעולם הוא יחסי.
donald duck
לא בדיוק. אם אנחנו דברים על היחסות הפרטית, אז אנחנו יכולים לומר בביטחון שמהירות האור עצמה היא לא יחסית(אבל כל מהירות שקטנה ממנה גם בהכי מעט היא עדיין יחסית).
לא בדיוק. אם אנחנו דברים על היחסות הפרטית, אז אנחנו יכולים לומר בביטחון שמהירות האור עצמה היא לא יחסית(אבל כל מהירות שקטנה ממנה גם בהכי מעט היא עדיין יחסית).
תורת היחסות מתארת את היחס בין מערכות יחוס שונות, בבסיסה של תורת היחסות של איינשטיין שני עקרונות בסיסיים:
*כל מערכת ייחוס תופסת את עצמה כנייחת (כי אתה לא יכול להתרחק מעצמך) ומערכות ייחוס התופסות אותה כנעה היא תתפוס כנעות בצורה יחסית אליה (משמע, אם נצייר גרף שעוקב אחר התנועה של עצמים עם ציר זמן וציר מרחב, הזווית שבין קוי העולם - המסלול של העצם -תמיד תשאר זהה).
*מהירות האור בריק היא זהה מכל מערכת ייחוס
תורת היחסות הפרטית עוסקת במערכות ייחוס שנמצאות במהירות קבועה (לא מאיצות או מאטות) ואילו תורת היחסות הכללית עוסקת גם במערכות ייחוס המשנות מהירות.
ישנם ערכים שאינם נשארים קבועים ממערכות ייחוס שונות, למשל, כאן על האדמה אני לא רואה את העץ זז אבל כשאני מסתכל למעלה השמש נעה בשמיים, אבל מנקודת מבט שמחוץ לכדור הארץ ניתן לראות שהארץ סובבת את השמש, והעץ שעל האדמה נע איתה, ואילו השמש לא ממש נעה (היא גם זזה אבל היא לא ממש משנת את מקומה) אבל מנקודת מבט מחוץ למערכת השמש רואים שכל מערכת השמש נעה סביב מרכז הגלקסיה....
וכל מערכות הייחוס הללו תקפות. אז מהירות (של מה שאינו אור) ותנועה הינן ערכים יחסיים המשתנים מנקודת הייחוס שלך, לפי תורת היחסות הפרטית גם זמן אינו ערך אוניברסלי, השינוי בין מערכות ייחוס מבוטא על ידי טרנספורמציית לורנס ששומרת על מהירות האור והזווית שבין קווי העולם, אבל היא משנה את הנקודה בזמן לאורך קו העולם שכל מערכת ייחוס 'רואה' את השנייה כך שאני חווה עצמים הנעים ממערכת הייחוס שלי כמתקדמים לאט יותר בזמן, בנוסף לכך המרחק והאורך של העצמים משתנים וגם אילו אירועים התרחשו באותו הזמן, אם כי זה קשה להסביר בתשובה בסטיפס איך זה עובד ולמה.
לפי תורת היחסות הכללית גם תאוצה וכח הכבידה אינם ערכים אוניברסליים ומערכת ייחוס אחת יכולה לטעון שעצם מסויים מאיץ בשל הפעלת כח, אך ממערכת הייחוס של העצם זה יראה כאילו פועל כח כבידה על כלל היקום הגורם לכל דבר אחר להאיץ אך הוא שווה לכל המאיץ את העצם והופכי לו ולכן העצם בעצם נשאר במקום.
*כל מערכת ייחוס תופסת את עצמה כנייחת (כי אתה לא יכול להתרחק מעצמך) ומערכות ייחוס התופסות אותה כנעה היא תתפוס כנעות בצורה יחסית אליה (משמע, אם נצייר גרף שעוקב אחר התנועה של עצמים עם ציר זמן וציר מרחב, הזווית שבין קוי העולם - המסלול של העצם -תמיד תשאר זהה).
*מהירות האור בריק היא זהה מכל מערכת ייחוס
תורת היחסות הפרטית עוסקת במערכות ייחוס שנמצאות במהירות קבועה (לא מאיצות או מאטות) ואילו תורת היחסות הכללית עוסקת גם במערכות ייחוס המשנות מהירות.
ישנם ערכים שאינם נשארים קבועים ממערכות ייחוס שונות, למשל, כאן על האדמה אני לא רואה את העץ זז אבל כשאני מסתכל למעלה השמש נעה בשמיים, אבל מנקודת מבט שמחוץ לכדור הארץ ניתן לראות שהארץ סובבת את השמש, והעץ שעל האדמה נע איתה, ואילו השמש לא ממש נעה (היא גם זזה אבל היא לא ממש משנת את מקומה) אבל מנקודת מבט מחוץ למערכת השמש רואים שכל מערכת השמש נעה סביב מרכז הגלקסיה....
וכל מערכות הייחוס הללו תקפות. אז מהירות (של מה שאינו אור) ותנועה הינן ערכים יחסיים המשתנים מנקודת הייחוס שלך, לפי תורת היחסות הפרטית גם זמן אינו ערך אוניברסלי, השינוי בין מערכות ייחוס מבוטא על ידי טרנספורמציית לורנס ששומרת על מהירות האור והזווית שבין קווי העולם, אבל היא משנה את הנקודה בזמן לאורך קו העולם שכל מערכת ייחוס 'רואה' את השנייה כך שאני חווה עצמים הנעים ממערכת הייחוס שלי כמתקדמים לאט יותר בזמן, בנוסף לכך המרחק והאורך של העצמים משתנים וגם אילו אירועים התרחשו באותו הזמן, אם כי זה קשה להסביר בתשובה בסטיפס איך זה עובד ולמה.
לפי תורת היחסות הכללית גם תאוצה וכח הכבידה אינם ערכים אוניברסליים ומערכת ייחוס אחת יכולה לטעון שעצם מסויים מאיץ בשל הפעלת כח, אך ממערכת הייחוס של העצם זה יראה כאילו פועל כח כבידה על כלל היקום הגורם לכל דבר אחר להאיץ אך הוא שווה לכל המאיץ את העצם והופכי לו ולכן העצם בעצם נשאר במקום.
יש שתי תורות יחסות שאחת מהן היא הכללה של השנייה.
א. "תורת היחסות הפרטית" שתרמו לה רבים, ואיינשטיין עשה בה סדר, והיא מתארת את הקשר שבין הפיזיקה כפי שהיא נראית בעיני צופים שנעים במערכות אינרציאליות שונות, גם כאשר הם נעים במהירות קרובה למהירות האור בריק, אחד יחסית לשני.
מתוך דרישה שחוקי הפיזיקה יהיו זהים אצל כל הצופים, ושמהירות האור בריק תהיה זהה בעיני כל הצופים, התקבלו תובנות לא פשוטות, כמו שמסה (מסת מנוחה) היא צורה של אנרגיה, או קשר שמתאר כמה אנרגיה נדרשת כדי להאיץ חלקיק למהירות קרובה למהירות האור.
תורת היחסות הפרטית מכלילה את הפיזיקה הקלסית, למקרים בהם יש דברים שנעים במהירויות קרובות למהירות האור בריק, שם הפיזיקה הקלסית מפסיקה להיות קירוב טוב לתיאור המציאות.
(המשך יבוא כשאבין מה מונע מסטיפס לאפשר המשך התשובה).
א. "תורת היחסות הפרטית" שתרמו לה רבים, ואיינשטיין עשה בה סדר, והיא מתארת את הקשר שבין הפיזיקה כפי שהיא נראית בעיני צופים שנעים במערכות אינרציאליות שונות, גם כאשר הם נעים במהירות קרובה למהירות האור בריק, אחד יחסית לשני.
מתוך דרישה שחוקי הפיזיקה יהיו זהים אצל כל הצופים, ושמהירות האור בריק תהיה זהה בעיני כל הצופים, התקבלו תובנות לא פשוטות, כמו שמסה (מסת מנוחה) היא צורה של אנרגיה, או קשר שמתאר כמה אנרגיה נדרשת כדי להאיץ חלקיק למהירות קרובה למהירות האור.
תורת היחסות הפרטית מכלילה את הפיזיקה הקלסית, למקרים בהם יש דברים שנעים במהירויות קרובות למהירות האור בריק, שם הפיזיקה הקלסית מפסיקה להיות קירוב טוב לתיאור המציאות.
(המשך יבוא כשאבין מה מונע מסטיפס לאפשר המשך התשובה).
המשך התשובה:
"תורת היחסות הכללית", היא הרחבה של "תורת היחסות הפרטית", והיא ממש יצירת מופת של איינשטיין, (עם מעט עזרה מכמה מתמטיקאים גדולים, כיוון שהיא עשתה שימוש בתחום מתמטי שעד לאותו שלב לא היה ממש בשימוש בפיזיקה). תיאוריה זו מאפשרת לתאר את כוח הכבידה, לא בתור כוח במובן הרגיל אלא כמשהו שגורם לעיקום שלושת הקואורדינטות של המרחב (נקרא להן, אורך, רוחב, ועומק, זאת כדי להימנע ממונחים שחלקכם לא מכיר), יחד עם ציר הזמן.
יחסות כללית, מכלילה את חוקי הפיזיקה, כך שגם במקרים של כוחות כבידה חזקים (למשל, של כוכבים כבדים, סמוך למיקומם), החוקים יהיו מספיק מדויקים.
מתי חשוב להשתמש בתורות אלו? תלוי ברמות הדיוק הרצויות.
עקרונית, כל תורה מדויקת יותר מקודמתה, אך גם מסובכת יותר לחישובים.
"תורת היחסות הכללית", היא הרחבה של "תורת היחסות הפרטית", והיא ממש יצירת מופת של איינשטיין, (עם מעט עזרה מכמה מתמטיקאים גדולים, כיוון שהיא עשתה שימוש בתחום מתמטי שעד לאותו שלב לא היה ממש בשימוש בפיזיקה). תיאוריה זו מאפשרת לתאר את כוח הכבידה, לא בתור כוח במובן הרגיל אלא כמשהו שגורם לעיקום שלושת הקואורדינטות של המרחב (נקרא להן, אורך, רוחב, ועומק, זאת כדי להימנע ממונחים שחלקכם לא מכיר), יחד עם ציר הזמן.
יחסות כללית, מכלילה את חוקי הפיזיקה, כך שגם במקרים של כוחות כבידה חזקים (למשל, של כוכבים כבדים, סמוך למיקומם), החוקים יהיו מספיק מדויקים.
מתי חשוב להשתמש בתורות אלו? תלוי ברמות הדיוק הרצויות.
עקרונית, כל תורה מדויקת יותר מקודמתה, אך גם מסובכת יותר לחישובים.
באותו הנושא: