Wykład 14

Teoria Względności – Kalendarium

Zbigniew Osiak

© Copyright 2012 by Zbigniew Osiak

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 - Kalendarium

Od Kopernika do Newtona

Od Newtona do Maxwella i Riemanna

Od Kopernika do Newtona

1543

Mikołaj Kopernik (1473-1543) zaproponował do opisu ruchu planet i Słońca układ heliocentryczny. Zwrócił jako pierwszy uwagę na względność ruchu i rolę układu odniesienia.

1600

Giordano Bruno (1548-1600) 17 lutego w Rzymie został spalony na stosie wyrokiem Inkwizycji za popieranie poglądów Kopernika.

1609, 1619

Johannes Kepler (1571-1630) odkrył trzy prawa rządzące ruchem planet.

1632, 1638

Galileo Galilei [Galileusz] (1564-1642) sformułował zasadę względności, zwrócił uwagę na rolę doświadczenia w fizyce.

1637, 1644

René Descartes [Kartezjusz] (1596-1650) przekonywał, że językiem nauki powinna być matematyka. Największym jego osiągnięciem było wprowadzenie (1637) pojęcia układu współrzędnych. Precyzyjne sformułował (1644) zasadę bezwładności.

1675

Ole (lub Olaus) Christiansen Romer (1644-1710) na podstawie obserwacji księżyców Jowisza doszedł do wniosku, że prędkość światła ma skończoną wartość.

1665, 1687

Sir Isaac Newton (1643-1727) sformułował (1665) prawo grawitacji, stworzył (1687) podstawy mechaniki.

Od Newtona do Maxwella i Riemanna

1665

Sir Isaac Newton (1643-1727) sformułował prawo grawitacji.

1687

Sir Isaac Newton (1643-1727) stworzył podstawy mechaniki.

1728

James Bradley (1693-1762) odkrył zjawisko aberracji światła gwiazd. Obliczył wartość prędkości światła z pomiaru kąta aberracji jako 10210 razy większą niż wartość orbitalnej prędkości Ziemi.

1733

Giovanni Girolamo Saccheri (1667-1733), usiłując udowodnić nie wprost postulat o równoległych, otrzymał według niego bardzo dziwne wyniki. Był pierwszym matematykiem, który mógł sformułować geometrię nieeuklidesową.

1772, 1785

Marquise Pierre Simon de Laplace (1749-1827) podał (1772) wzór na rozwinięcie wyznacznika według wierszy lub według kolumn, wprowadził (1785) operator (laplasjan) związany z pojęciem potencjału.

Gdyby nie on, to ktoś inny musiałby to zrobić.

1775

Leonhard Euler (1707-1783) przyczynił się do powstania hydrodynamiki (równanie Eulera).

Trzy równania Eulera bilansujące pęd cieczy doskonałej oraz równanie bilansu energii, po odpowiednim uogólnieniu, można zapisać w postaci znikającej dywergencji z tensora energii-pędu. Po znalezieniu tensora krzywizny o znikającej dywergencji, Einstein mógł nadać równaniom pola grawitacyjnego niezwykle elegancką postać.

1782

Adrien Marie Legendre (1752-1833) zaproponował wielomiany bardzoo przydatne przy rozwijaniu funkcji w szeregi potęgowe. Potencjał pola elektrycznego (grawitacyjnego), którego źródłem jest dowolny rozkład ładunków (mas), można przedstawić w postaci szeregu zawierającego człony: monopolowy, dipolowy, kwadrupolowy, oktupolowy itd.

1788

Joseph Louis de Lagrange (1736-1813) stworzył (1788) mechanikę analityczną – równania Lagrange’a (funkcja Lagrange’a, lagranżjan). Rozwinął rachunek wariacyjny. Bez prac Lagrange’a, Hamiltona oraz Jacobiego nie pojawiłyby się eleganckie sformułowania STW i OTW startujące z zasady najmniejszego działania.

1802, 1817

Tomas Young (1773-1829), jeden z twórców (1802) optyki falowej, w szczególności wykazał (1817), że światło jest falą poprzeczną.

1811, 1813

Sinéon Denis Poisson (1781-1840) zastosował (1811) matematyczną teorię potencjału w elektrostatyce oraz rozszerzył ją (1813) w teorii grawitacji na przypadek wewnątrz źródłowych mas – równanie Poissona.

Wykorzystanie równania Poissona w newtonowskiej teorii stacjonarnego pola grawitacyjnego niewątpliwie ułatwiło Einsteinowi znalezienie równań pola w ramach OTW. Równania Einsteina – w przypadku słabego, stacjonarnego pola, w przybliżeniu nierelatywistycznym – redukują się do równania Poissona.

1813, 1827, 1839

Carl Friedrich Gauss (1777-1855) wprowadził (1827) współrzędne krzywoliniowe. Odkrył geometrię nieeuklidesową, ale nie opublikował wyników w obawie, że nie zostaną zaakceptowane. Z wielu dokonanych przez niego odkryć w dziedzinie matematyki i fizyki wymieńmy choćby powszechnie znane i stosowane “twierdzenie Gaussa” (1813) oraz “prawo Gaussa” (1839).

1818, 1821

Augustyn Jean Fresnel (1788-1827) podał (1818) wzór na prędkość światła w poruszającym się ośrodku zawierający tzw. współczynnik unoszenia. Wykazał (1821), że światło jest falą poprzeczną.

1826

Nikołaj Iwanowicz Łobaczewski (1793-1856) odkrył geometrię nieeuklidesową.

1826

Heinrich Wilhelm Mathias Olbers (1758-1840) sformułował paradoks fotometryczny, zwany też paradoksem Olbersa: “Skoro wszechświat jest statyczny, jednorodny i nieskończony w czasie i przestrzeni, to dlaczego niebo w nocy jest ciemne?”

Paradoks ten został rozwiązany dopiero prawie sto lat później w ramach teorii rozszerzającego się wszechświata Friedmana. Olbers próbował wytłumaczyć go, przyjmując, że materia międzygwiezdna pochłania zdążające ku Ziemi światło.

1827

Baron Augustin Louis Cauchy (1789-1857) wprowadził pojęcie tensora. Sformułował matematyczne podstawy teorii elastyczności. Zdefiniował tensory napięć i naprężeń. Podał równania ruchu dla ciał deformowalnych. Nazwa tensor została zaproponowana w 1900 przez Woldemara Voigta (1850-1919).

1828

George Green (1793-1841) wprowadził pojęcie potencjału elektrycznego. Przedstawił twierdzenie, łączące całkę powierzchniową i objętościową, nazywane twierdzeniem Greena.

1829, 1835

Gaspard Gustave de Coriolis (1792-1843) podał (1829) definicję pracy i energii kinetycznej. Odkrył (1835) siłę bezwładności działającą na poruszający się punkt w obracającym się układzie odniesienia – siła Coriolisa.

1831, 1834, 1852

Michael Faraday (1791-1867) odkrył (1831) indukcję elektromagnetyczną. Wprowadził (1834) pojęcie linii sił. Zapoczątkował (1852) polowe podejście do opisu zjawisk elektrycznych i magnetycznych.

1832

Janos Bolyai (1802-1860) niezależnie od Łobaczewskiego, ale sześć lat później, również odkrył geometrię nieeuklidesową.

1834, 1843

Sir William Rowan Hamilton (1805-1865) precyzyjnie sformułował (1834) zasadę najmniejszego działania oraz zapisał równania ruchu w tzw. kanonicznej postaci – równania Hamiltona (funkcja Hamiltona, hamiltonian). Opracował (1843) algebrę kwaternionów.

1838

Dominique François Jean Arago (1786-1853) zaproponował, jak wykazać doświadczalnie, że światło jest falą porzeczną.

1841, 1842-1843

Carl Gustav Jacob Jacobi (1804-1851) wprowadził (1841) wyznacznik funkcyjny – jakobian. Nadał (1842-1843) równaniom ruchu nową postać (Równania Hamiltona-Jacobiego).

1842

Christian Johann Doppler (1803-1853) teoretycznie uzasadnił wpływ ruchu źródła i obserwatora na częstotliwość fal. Bez znajomości optycznego zjawiska Dopplera niemożliwe byłoby odkrycie ucieczki galaktyk.

1845

Julius Robert von Mayer (1814-1878) sformułował zasadę zachowania energii.

1845, 1854

Sir George Gabriel Stokes (1819-1903) badał (1845) przepływ cieczy z uwzględnieniem tarcia wewnętrznego. Podobne wyniki niezależnie uzyskali Navier, Poisson, oraz Saint-Venant. Prace te okazały się przydatne przy konstrukcji tensora energii-pędu lepkiej cieczy. Sformułował (1854) twierdzenie umożliwiające zamianę całek powierzchniowych na krzywoliniowe (twierdzenie Stokesa).

1846, 1848

Wilhelm Eduard Weber (1804-1891) zaproponował prawo oddziaływania poruszających się ładunków elektrycznych.

1847

Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894) odkrył niezależnie od Mayera zasadę zachowania energii.

1848, 1849, 1850, 1851

[Armand] Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) jako pierwszy zmierzył (1849) wartość prędkości światła w laboratorium metodą “koła zębatego”. Wykazał (1850), że wartość prędkości światła w wodzie jest mniejsza niż w powietrzu. Potwierdzało to falową teorię światła. Pomiary wartości prędkości światła wykonane (1851) w spoczywającej i poruszającej się wodzie wskazywały, że klasyczny wzór na składanie prędkości nie jest prawdziwy w przypadku światła. Badał (1848) efekt Dopplera dla fal świetlnych.

1850

Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) zmierzył metodą obracającego się zwierciadła, że wartość prędkości światła w wodzie jest mniejsza niż w powietrzu. Dowodziło to falową teorię światła.

1854

Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826-1866) wprowadził pojęcie n-wymiarowej zakrzywionej przestrzeni z zadaną lokalnie metryką w postaci kwadratowej formy różniczkowej.

1856

Wilhelm Eduard Weber (1804-1891) i Rudolf Kohlrausch (1809-1858) zmierzyli wartość prędkości światła metodą pomiarów elektrycznych.

1859

Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811-1877) pierwszy zaobserwował anomalny obrót peryhelium Merkurego.

1859

Gabriel Lamé (1795-1870) rozwinął teorię współrzędnych krzywoliniowych.

1864, 1865, 1873

James Clerk Maxwell (1831-1879) odkrył (1861) prąd przesunięcia. Podał (1864) określenie pola elektromagnetycznego. Przedstawił (1865) zbiór dwudziestu równań opisujących pole elektromagnetyczne. Przewidział (1865) istnienie fal elektromagnetycznych. Sformułował (1865) koncepcję o elektromagnetycznej naturze światła. Opublikował (1873) A Treatise on Electricity and Magnetism. Stworzył elektrodynamikę.

1862

Herman Günter Grassmann (1809-1877) wprowadził pojęcie iloczynu skalarnego i wektorowego. Stworzył podstawy współczesnej analizy wektorowej.