Efectos relativistas

En la teoría de la relatividad, los efectos relativistas se entienden como cambios en las características espacio-temporales de los cuerpos a velocidades comparables a la velocidad de la luz.

Como ejemplo, se suele considerar una nave espacial tipo cohete de fotones, que vuela en el espacio a una velocidad acorde con la velocidad de la luz. En este caso, un observador estacionario puede notar tres efectos relativistas:

1. Aumento de masa en comparación con la masa en reposo. A medida que aumenta la velocidad, también lo hace la masa. Si el cuerpo pudiera moverse a la velocidad de la luz, entonces su masa aumentaría hasta el infinito, lo cual es imposible. Einstein demostró que la masa de un cuerpo es una medida de la energía contenida en él (E= mc 2). Es imposible impartir energía infinita al cuerpo.

2. Reducir las dimensiones lineales del cuerpo en la dirección de su movimiento. Cuanto mayor sea la velocidad de una nave espacial que pasa volando junto a un observador estacionario, y cuanto más se acerque a la velocidad de la luz, menor será el tamaño de esta nave para un observador estacionario. Cuando la nave alcance la velocidad de la luz, su longitud observada será igual a cero, lo que no puede ser. En la propia nave, los astronautas no observarán estos cambios. 3. Ralentización del tiempo. En una nave espacial que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, el tiempo fluye más lentamente que en un observador estacionario.

El efecto de la dilatación del tiempo afectaría no solo al reloj del interior de la nave, sino también a todos los procesos que tienen lugar en él, así como a los ritmos biológicos de los astronautas. Sin embargo, un cohete fotónico no se puede considerar como un sistema inercial, porque durante la aceleración y la desaceleración se mueve con aceleración (y no de manera uniforme y rectilínea).

Al igual que en el caso de la mecánica cuántica, muchas predicciones de la teoría de la relatividad son contrarias a la intuición, parecen increíbles e imposibles. Esto, sin embargo, no significa que la teoría de la relatividad esté equivocada. En realidad, cómo vemos (o queremos ver) el mundo que nos rodea y cómo es en realidad puede ser muy diferente. Durante más de un siglo, científicos de todo el mundo han estado tratando de refutar la SRT. Ninguno de estos intentos pudo encontrar el más mínimo defecto en la teoría. El hecho de que la teoría sea matemáticamente correcta se evidencia por la estricta forma matemática y la claridad de todas las formulaciones.

El hecho de que SRT realmente describa nuestro mundo se evidencia por una gran experiencia experimental. Muchas consecuencias de esta teoría se utilizan en la práctica. Obviamente, todos los intentos de "refutar la SRT" están condenados al fracaso porque la propia teoría se basa en los tres postulados de Galileo (que están algo ampliados), sobre la base de los cuales se construye la mecánica newtoniana, así como en postulados adicionales.

Los resultados de SRT no dejan lugar a dudas dentro de la máxima precisión de las mediciones modernas. Además, la precisión de su verificación es tan alta que la constancia de la velocidad de la luz es la base para la definición de un metro, una unidad de longitud, como resultado de lo cual la velocidad de la luz se vuelve constante automáticamente si las mediciones son se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos metrológicos.

en 1971 En Estados Unidos se montó un experimento para determinar la dilatación del tiempo. Hicieron dos relojes precisos absolutamente idénticos. Algunos relojes se dejaron en el suelo, mientras que otros se colocaron en un avión que volaba alrededor de la Tierra. Un avión que vuela en una trayectoria circular alrededor de la Tierra se mueve con cierta aceleración, lo que significa que el reloj a bordo del avión está en una situación diferente en comparación con el reloj que descansa en el suelo. De acuerdo con las leyes de la teoría de la relatividad, el reloj viajero debería haberse retrasado 184 ns con respecto a los que estaban en reposo, pero en realidad el retraso fue de 203 ns. Hubo otros experimentos que probaron el efecto de la dilatación del tiempo, y todos confirmaron el hecho de ralentizarse. Por lo tanto, el diferente curso del tiempo en los sistemas de coordenadas que se mueven uniforme y rectilíneamente entre sí es un hecho indiscutible establecido experimentalmente.

La teoría balística de Ritz y la imagen del universo Semikov Sergey Alexandrovich

§ 1.15 Efecto relativista del cambio de masa

Los experimentos de Kaufman se explican igualmente bien suponiendo un movimiento absoluto con masa variable y tratando la masa como constante y los movimientos como relativos. También son bastante consistentes con la suposición de que, para altas velocidades, las fuerzas electrodinámicas ya no son funciones lineales simples de la velocidad, como era el caso en la teoría de Lorentz. Su dependencia de la velocidad adquiere una forma más compleja.

Walter Ritz, "Análisis crítico de la electrodinámica general"

En la sección anterior, cuando discutimos la conservación de la energía, mencionamos otra ley fundamental: la ley de conservación de la masa. La teoría de la relatividad rechazó, además de otras leyes de la mecánica, esta importantísima ley de la naturaleza, que había sido afirmada durante siglos. De hecho, Einstein argumenta que la masa de un cuerpo cambia a medida que se mueve: a medida que aumenta la velocidad del cuerpo, la masa aumenta y tiende al infinito a medida que la velocidad del cuerpo se acerca a la velocidad de la luz. Este efecto relativista del cambio de masa parece confirmarse incluso mediante experimentos.

Y, sin embargo, como mostró Ritz, todos estos experimentos pueden explicarse de manera clásica, sin recurrir al efecto dudoso de un cambio en la masa y sin abandonar la ley habitual de conservación de la masa: es suficiente tener en cuenta la influencia del movimiento de carga. descubierto en el BTR sobre la magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre él. De estos experimentos, el más famoso es la experiencia de Walter Kaufmann, donde se descubrió por primera vez el efecto de un aumento en la masa de los electrones con un aumento en su velocidad. Sin embargo, Ritz demostró que para explicar el experimento no es necesario considerar la masa como una variable. Recuérdese que en el experimento de Kaufman, se "pesaba" el electrón, observando cuánto se desviaba, volando entre las placas del capacitor y los polos del imán (Fig. 41). De hecho, a juzgar por cuánto se desvía un electrón por un campo eléctrico y magnético, es fácil encontrar su masa a partir de la magnitud de estos campos. Después de todo, las desviaciones medidas a lo largo de la huella dejada por el haz de electrones en la pantalla luminiscente dan el valor de la aceleración un, relacionado por la segunda ley de Newton a=F/m con masa metro electrón. Pero resultó que los electrones que vuelan a diferentes velocidades tienen aceleraciones un diferentes: son más pequeños, cuanto mayor es la velocidad. Y como, siguiendo la electrodinámica maxwelliana, se creía que la fuerza F, actuando sobre un electrón, no depende de su velocidad, llegó a una conclusión absurda, según la cual, a medida que el electrón acelera, su masa crece metro. Pero, después de todo, es mucho más natural suponer que la masa es constante y que la fuerza cambia F.

Arroz. 41. Experimento de Kaufman: estudio de las desviaciones de electrones que vuelan rápidamente en campos eléctricos y magnéticos.

Tal suposición es tanto más natural cuanto que, como vimos antes, la velocidad de la carga puede afectar la magnitud de las fuerzas eléctricas y magnéticas (§ 1.7). Por lo tanto, según Ritz, es mucho más natural considerar que los electrones reciben diferentes aceleraciones de diferentes fuerzas, y no masas. Entonces, por ejemplo, si una balanza de resorte muestra un peso diferente de un peso dependiendo de las condiciones (digamos, altura o aceleración), es poco probable que consideremos que su masa está cambiando. Por el contrario, decidiremos que la balanza está tumbada y, de hecho, la fuerza de la gravedad y la fuerza del peso están cambiando. Lo mismo es cierto en los experimentos sobre el peso de un electrón con una balanza electromagnética, donde la influencia del movimiento sobre la magnitud de la fuerza de Coulomb, en contraste con la influencia sobre la masa, parece bastante posible. En los vehículos blindados de transporte de personal, la dependencia de la fuerza de la velocidad es una consecuencia obligada del modelo de interacción de cargas propuesto por Ritz. Después de todo, si la repulsión de las cargas se crea por impactos de partículas (reones) emitidas por ellas a la velocidad de la luz, entonces estas partículas no podrán alcanzar a un electrón que se mueve a la misma velocidad. C, lo que significa que no podrán impactarlo. Entonces parece que la masa del electrón es infinita, aunque la verdadera razón es fuerza cero. Tal aumento infinito imaginario en la masa de la carga a medida que su velocidad se aproxima C, mucho antes de la experiencia de Kaufmann, W. Weber predijo sobre la base de su teoría electrodinámica, este prototipo de la electrodinámica de W. Ritz.

Consideremos la pregunta cuantitativamente. En teoría, la traza del haz de electrones en la pantalla debería haber sido en forma de parábola con la ecuación

y=kx 2 Em/H 2 ,

donde k es algo constante mi y H son las fuerzas de los campos eléctrico y magnético, y metro es la masa del electrón. La curva observada difería de esta parábola de tal manera que, al aumentar la velocidad, la masa metro incrementado proporcionalmente (1+ v 2 /2C 2). Pero después de todo, como se descubrió, casi lo mismo, en proporción a (1+ v 2 /3C 2) la fuerza eléctrica y el campo aumentan con la velocidad de la carga mi. Contabilización de la variabilidad mi a masa constante introducirá casi los mismos cambios en la ecuación de la parábola que teniendo en cuenta la variabilidad metro en constante mi. La diferencia en los coeficientes (una vez y media) se elimina mediante un cálculo más preciso presentado en el trabajo de Ritz. Las razones de esta diferencia constante por un factor de uno y medio hacia abajo se discutieron anteriormente (§ 1.7).

Entonces, el experimento de Kaufman demostró la falacia de la vieja física. Pero, si Einstein vio una salida en el rechazo de la mecánica clásica, manteniendo la electrodinámica de Maxwell (cambio de masa con una fuerza eléctrica constante), entonces Ritz consideró que era mucho más natural abandonar la electrodinámica de Maxwell, manteniendo la mecánica clásica (cambio de masa con una fuerza eléctrica constante). en fuerza eléctrica con un electrón de masa constante). La conclusión de Ritz es tanto más natural cuanto que es precisamente el rechazo de la electrodinámica maxwelliana y la creación de una nueva electrodinámica BTR basada en la mecánica clásica la que facilita, sin métodos formales ni manipulaciones arbitrarias (que tienen lugar en SRT), obtener la ley correcta del cambio de fuerza eléctrica, que explica la experiencia de Kaufman.

De hecho, el efecto de un cambio imaginario en la masa se puede explicar fácilmente utilizando la mecánica clásica, incluso en los dedos. Dado que la acción eléctrica es creada por el flujo de reones, cuando el electrón se mueve, la velocidad relativa de los reones cambia. Los reones tienen que alcanzar al electrón que escapa de ellos, respectivamente, la fuerza y ​​la frecuencia de sus impactos en el electrón se reducen y, por lo tanto, el efecto eléctrico sobre el electrón causado por los reones también disminuye. Así, cuanto mayor sea la velocidad de un electrón, menor será la fuerza de la acción eléctrica sobre él y, por lo tanto, menor será la aceleración y la desviación del electrón causada por esta fuerza. Esta disminución de la aceleración se explica por el aumento de la masa, mientras que la verdadera razón es la disminución de la fuerza.

El efecto del cambio de masa también se observó para otras partículas, por ejemplo, cuando se aceleraron en un ciclotrón. Resultó que el ciclotrón no puede desarrollar completamente su potencial y transferir su máxima potencia a las partículas. El hecho es que las partículas que giran en el ciclotrón, aceleradas por un campo eléctrico que cambia periódicamente, con un aumento en su energía y velocidad de movimiento, debido a un cambio en la masa y, por lo tanto, la frecuencia de circulación, salen de resonancia. con las oscilaciones del campo eléctrico. Por lo tanto, el campo deja de transferir energía a las partículas. Solo cambiando la frecuencia del campo acelerador, como se hace en los sincrotrones, se puede lograr la máxima eficiencia del acelerador. Y sin embargo, según la lógica de la APC, en este caso, de hecho, no hay cambio en la masa. De hecho, en un acelerador, la frecuencia de circulación de las partículas cargadas está determinada por su aceleración, es decir, nuevamente, por la relación entre la fuerza (Lorentz) y la masa. Y de nuevo, la razón del cambio en la frecuencia de circulación al aumentar la velocidad no está en el cambio de masa, sino en el cambio que sigue a la velocidad: la fuerza de Lorentz. Fuerza de Lorentz F=qVB, de hecho, varía con la velocidad V partículas ¿Es necesario este cambio lineal en la fuerza para mantener constante la frecuencia? qB/m, que es extremadamente importante en un ciclotrón: F=qVB=ma=mV?. Sin embargo, como mostró Ritz, el movimiento de la carga también introduce correcciones no lineales en la magnitud de la fuerza de Lorentz, que se vuelven perceptibles a altas velocidades. Debido a esto, con un aumento en la velocidad de la carga, ¿disminuye la frecuencia de circulación? = F/mV, que, sin embargo, se considera como un aumento en la masa metro, aunque en realidad la masa es constante, pero la fuerza cambia.

Mucho antes de Ritz, los científicos supusieron que la electricidad actúa de manera diferente sobre las cargas en movimiento y en reposo. Sobre esta base, de hecho, se construyó la antigua electrodinámica de Weber y Gauss. Con el advenimiento del campo de Maxwell, la electrodinámica etérea, esta fructífera idea fue abandonada. Cuando resultó que el éter es una ficción y, por lo tanto, la electrodinámica maxwelliana basada en él es errónea, los científicos no quisieron volver a sus puntos de vista anteriores sobre la naturaleza de la electricidad, sino que prefirieron reconciliar lo inconsistente: la electrodinámica maxwelliana. y el hecho de la ausencia del éter. Esto dio lugar, según Einstein, a su teoría de la relatividad y todas sus paradojas. Así, el rechazo de la teoría de la relatividad es imposible sin el rechazo de la electrodinámica de Maxwell.

En un transporte blindado de personal, la masa es constante y, por lo tanto, la aceleración a velocidades iguales o superiores a la velocidad de la luz, que en SRT se evita mediante un aumento infinito de masa, es bastante posible. Entonces, ¡ser naves interestelares superlumínicas (§ 5.11)! Además, las velocidades superlumínicas probablemente ya se han logrado en los laboratorios hace mucho tiempo, y solo el cálculo de acuerdo con las fórmulas de la teoría de la relatividad evita que se detecten (§ 1.21). Ritz creía que los electrones superlumínicos ya se podían observar en los experimentos de Kaufman. Como puede ver, al estar dentro del marco de la mecánica clásica, es bastante posible preservar la ley de conservación de la masa. Sólo quien traiciona la fe en las leyes de la mecánica, pierde la fe en ellas, y por tanto en la realidad objetiva de la materia, acepta inevitablemente la absurda idea de un cambio de masa.