Einsteins speciella relativitetsteori


Fysik B - NV07MTEinsteins speciella relativitetsteori bottnar i ett tvådelat grundantagande: Den högsta fart som existerar är ljusets fart i vakuum (c=2.998\cdot 10^8 m/s) och att ljuset alltid har denna fart oberoende ur vilket referenssystem det betraktas ifrån. Det innebär t ex att om vi skickar ut en foton från en farkost mot en betraktare, vilka rör sig i förhållande till varandra med, säg halva ljusfarten, så kommer betraktaren att kunna mäta fotonens fart till exakt c. Detsamma gäller även om farkosten och betraktaren är på väg från varandra.

Om nu ljusfarten är konstant så måste det ju finnas andra storheter som inte är konstanta. En sådan storhet är tiden. Beroende på relativ hastighet mellan två system (t ex Jorden och en rymdfarkost) kommer tiden att gå olika fort i dessa båda system. Det är dock inget som märks innan man gör en jämförelse mellan systemen. Detta fenomen kallas för tidsdilatation, och en någorlunda lättillgänglig artikel på Wikipedia finns här.

Men även om vi sitter på ett rymdskepp som färdas i närheten av ljusets fart kommer i inte att uppleva tiden som annorlunda (och inte våra klockor heller). Det är som sagt när man jämför de båda systemen som det märks att tiden har gått olika fort på respektive plats. En absurd konsekvens av detta finns beskrivet i Heureka! B i avsnitt 11.3. Myoner med en viss (kort!) halveringstid borde inte kunna färdas så långa sträckor som de gör utan att spontant falla sönder till andra partiklar. Detta är för att vi mäter sträckan ur ett stillastående perspektiv, medan myonerna ”mäter” denna sträcka ur ett rörligt perspektiv. Myonerna kommer att ”uppleva” den sträcka som de kan färdas som kortare än vad vi mäter som stillastående. Detta fenomen kallas för längdkontraktion.

Einsteins kanske mest berömda formel lyder E=mc^2. Det innebär att massa och energi är två sidor av samma mynt. All massa är inte tillgänglig i energiform i ”vanliga” fall. I kärnkraftverk (egentligen atomenergiverk) klyvs en uranatom till två mindre atomer. De mindre atomernas sammanlagda massa är mindre än den ursprungliga massan hos uranatomen – skillnaden har blivit energi i form av värme. Men det är ju bara en liten del av den totala ”inneboende” energin i uranet som frigjorts; det mesta finns ändå kvar i form av materia. Det som omedelbart skulle kunna frigöra all energi i en mängd materia är s.k antimateria. Om 0,5kg materia och 0,5kg antimateria skulle få kontakt med varandra skulle det resultera i en explosion där ofattbara E=mc^2=1\cdot (2.99810^8)^2 Joule skulle frigöras på ett ögonblick. Och av den ursprungliga massan skulle inget vara kvar. Detta kallas för annihilation.

Nåväl, energin hos en partikel är både dess viloenergi (”inneboende” energi enligt E=mc^2) och dess rörelseenergi. All den energin frigörs när materia och antimateria får kontakt. Resultatet blir energifrigörelse som motsvarar den kinetiska energin hos partiklarna adderat med dess viloenergi. Detta kan man se som ekvivalens till en massökning hos en av partiklarna (den som inte befinner sig i referenssystemet). Alltså: ju högre fart, desto högre massa. Och en konsekvens av det: ju högre massa, desto mer energi måste tillföras för att ytterligare accelerera partikeln (som då får en ännu högre massa…).

Allt detta är i kursen Fysik B på orienterande nivå. Man ska kunna använda sig av de samband, och förstå deras innebörd, som finns sammanfattat på sidan 299 i Heureka! B.

Nästa bloggpost kommer att behandla (på ett mycket orienterande sett, utan några beräkningar alls) den allmänna relativitetsteorin. Den tar inte boken upp alls, men den är mycket spännande!

Einsteins speciella relativitetsteori

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s