Wykład 06

Teoria Względności – Błędne Interpretacje

Zbigniew Osiak (Tekst)

Małgorzata Osiak (Ilustracje)

© Copyright 2014 by

Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations)

Wydawnictwo: Self Publishing

e-mail: zbigniew.osiak@gmail.com

Linki do moich publikacji naukowych i popularnonaukowych, e-booków oraz audycji telewizyjnych i radiowych są dostępne w bazie ORCID pod adresem internetowym:

http://orcid.org/0000-0002-5007-306X

Wstęp

W 2011 i 2012 wygłosiłem dla słuchaczy Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim cykl wykładów:

01. Teoria Względności – Podstawy

02. Teoria Względności – Wyniki/Rezultaty

03. Teoria Względności – Testy

04. Teoria Względności – Zastosowania

05. Teoria Względności – Problemy

06. Teoria Względności – Błędne Interpretacje

07. Teoria Względności – Prekursorzy

08. Teoria Względności – Twórcy

09. Teoria Względności – Kulisy

10. Teoria Względności – Kosmologia Relatywistyczna

11. Teoria Względności – Czarne Dziury

12. Teoria Względności – Fale Grawitacyjne

13. Teoria Względności – Antygrawitacja

14. Teoria Względności – Kalendarium

Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich eBookach:

• Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Antygrawitacja. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Ilustrowany Słownik Fizyki. Self Publishing (2012).

• Z. Osiak: Wykłady z Fizyki – Teoria Względności. Self Publishing (2012).

Teoria Względności - Błędne Interpretacje

Szczególna teoria względności

Masa cząstki jest niezmiennikiem

Równania ruchu Newtona są niepoprawne

Trójwymiarowe „relatywistyczne” równania ruchu Plancka

Relatywistycznie współzmiennicze równania ruchu Minkowskiego

Masa cząstki nie zależy od jej prędkości

Energia w szczególnej teorii względności

Wprowadzenie

Relatywistyczna energia kinetyczna

Energia całkowita

Energia spoczynkowa

Szczególna teoria względności

Masa cząstki jest niezmiennikiem

• Równania ruchu Newtona są niepoprawne

• Trójwymiarowe „relatywistyczne” równania ruchu Plancka

• Relatywistycznie współzmiennicze równania ruchu Minkowskiego

• Masa cząstki nie zależy od jej prędkości

Energia w szczególnej teorii względności

• Wprowadzenie

• Relatywistyczna energia kinetyczna

• Energia całkowita

• Energia spoczynkowa

Masa cząstki jest niezmiennikiem

Równania ruchu Newtona są niepoprawne

Trójwymiarowe „relatywistyczne” równania ruchu Plancka

Relatywistycznie współzmiennicze równania ruchu Minkowskiego

Masa cząstki nie zależy od jej prędkości

Równania ruchu Newtona są niepoprawne

• Wyniki doświadczeń przeprowadzonych w 1901 przez niemieckiego fizyka Waltera Kaufmanna (1871-1947) z elektronami emitowanymi przez promieniotwórcze źródło i poruszającymi się w polach elektrycznym i magnetycznym wykazały, że równania ruchu Newtona są niepoprawne.

• Poprawione równania ruchu zaproponowali Planck w 1906 oraz Minkowski w 1908. Ale tylko równania Minkowskiego spełniały wymogi powstałej w 1905 szczególnej teorii względności.

• W. Kaufmann:

Die magnetische und electrische Ablenbarkeit der Bequerelstrahlen und die scheinbare Masse der Elektronen.

Nachrichten [von der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu] Göttingen [Mathematisch-physikalische Klasse] Heft 2 (1901) 143-155.

• Isaac Newton (1642-1727), angielski fizyk i matematyk.

• Walter Kaufmann (1871-1947), niemiecki fizyk.

• Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), niemiecki fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1918.

• Hermann Minkowski (1864-1909), niemiecki matematyk i fizyk-teoretyk.

Trójwymiarowe „relatywistyczne” równania ruchu Plancka

• Planck zaproponował (1906) trójwymiarowe „relatywistyczne” równania ruchu.

• M. Planck:

Das Prinzip der Relativität und die Grundgleichungen der Mechanik.

Verhandlungen der Deutschen physikalischen Gesellschaft 4 (1906) 136-141.

Zasada względności i podstawowe równania mechaniki.

[Patrz równanie 6.]

• Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), niemiecki fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1918.

Relatywistycznie współzmiennicze równania ruchu Minkowskiego

• Minkowski przedstawił (1908) relatywistycznie współzmiennicze równania mechaniki punktu materialnego w czterowymiarowej postaci.

• H. Minkowski:

Die Grundgleichungen für die elektromagnetischen Vorgänge in bewegten Körpern.

Nachrichten von der Königlich Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen (Mathematisch-physikalische Klasse) (1908) 53-111.

[Patrz równanie 22 na stronie 107.]

i

• Hermann Minkowski (1864-1909), niemiecki matematyk i fizyk-teoretyk.

Masa cząstki nie zależy od jej prędkości

• Zgodnie ze STW masa cząstki nie zależy od jej prędkości.

• M. Planck:

Das Prinzip der Relativität und die Grundgleichungen der Mechanik.

Verhandlungen der Deutschen physikalischen Gesellschaft 4 (1906) 136-141.

Zasada względności i podstawowe równania mechaniki.

• H. Minkowski:

Die Grundgleichungen für die elektromagnetischen Vorgänge in bewegten Körpern.

Nachrichten [von der Königlich Gesellschaft der Wissenschaften zu] Göttingen [Mathematisch-physikalische Klasse] (1908) 53-111.

Podstawowe równania dla zjawisk elektromagnetycznych w poruszających się ciałach.

• Hermann Minkowski (1864-1909), niemiecki matematyk i fizyk-teoretyk.

• Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), niemiecki fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1918.

Ciekawostki

• Carl G. Adler:

Does mass really depend on velocity, dad?

American Journal of Physics 55, 8 (1987) 739-743.

• Does mass really depend on velocity, dad?

• Actually, no, but don’t tell your teacher.

• Tatusiu, czy masa naprawdę zależy od prędkości?

• W rzeczywistości nie, ale nie mów tego swojemu nauczycielowi.

• Carl G. Adler (1939-2013), amerykański fizyk.

Energia w szczególnej teorii względności

Wprowadzenie

Relatywistyczna energia kinetyczna

Energia całkowita

Energia spoczynkowa

Wprowadzenie

• Tradycyjna postać zasady równoważności masy i energii zaproponowana przez Einsteina jest niekiedy wyprowadzana przy pomocy równań ruchu Plancka. Stosowanie tych równań w szczególnej teorii względności prowadzi do błędów ponieważ nie są one relatywistycznie współzmiennicze.

• Współzmienniczość równań fizyki i niezmienniczość wartości prędkości światła w próżni względem transformacji Lorentza są dwoma podstawowymi postulatami szczególnej teorii względności.

• Według mnie równania ruchu Plancka są ciekawym przykładem hipotezy heurystycznej i mają jedynie historyczne znaczenie. Przy wyznaczaniu wyrażeń dla relatywistycznej energii kinetycznej, całkowitej i spoczynkowej należy posługiwać się czterowymiarowymi równaniami ruchu Minkowskiego.

• Z. Osiak:

Energia w Szczególnej Teorii Względności.

ISBN: 978-83-272-3465-0

Self Publishing (2012)

Relatywistyczna energia kinetyczna

Ek – energia kinetyczna cząstki

m – masa cząstki

v – wartość prędkości cząstki

c – wartość prędkości światła w próżni

γ – czynnik Lorentza

• Z. Osiak:

Energia w Szczególnej Teorii Względności.

ISBN: 978-83-272-3465-0

Self Publishing (2012).

•

• Z. Osiak:

Szczególna Teoria Względności.

ISBN: 978-83-272-3464-3

Self Publishing (2012)

Energia całkowita

E – energia kinetyczna cząstki

m – masa cząstki

v – wartość prędkości cząstki

c – wartość prędkości światła w próżni

γ – czynnik Lorentza

• Z. Osiak:

Energia w Szczególnej Teorii Względności.

ISBN: 978-83-272-3465-0

Self Publishing (2012)

• Z. Osiak:

Szczególna Teoria Względności.

ISBN: 978-83-272-3464-3

Self Publishing (2012)

Energia spoczynkowa

E_0 – energia kinetyczna cząstki

m – masa cząstki

c – wartość prędkości światła w próżni

• Z. Osiak:

Energia w Szczególnej Teorii Względności.

ISBN: 978-83-272-3465-0

Self Publishing (2012).

• Z. Osiak:

Szczególna Teoria Względności.

ISBN: 978-83-272-3464-3

Self Publishing (2012)

• Einstein, obliczając w 1911 kąt ugięcia promieni świetlnych przelatujących w pobliżu Słońca, otrzymał wartość dwukrotnie mniejszą od poprawnej. Stało się tak, ponieważ wykorzystał relację E_0 = mc^2.

G – stała grawitacyjna

M – masa ciała źródłowego (Słońca)

Zastosowanie relacji

daje poprawny wynik.

m – masa równoważna energii fotonu

c – wartość prędkości światła w próżni

r – odległość promienia światła od centrum ciała źródłowego (Słońca)

• A. Einstein:

Über den Einfluß der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes.

Annalen der Physik 35, 10 (1911) 898-908.

O wpływie siły ciężkości na rozchodzenie się światła.