היחסות, תורת

עמוד:97

היחסות , תורת תורת המרחב והזמן שפתח אלברט אינשטין בתחלת המאה ה - 20 , הטוענת ששני גדלים אלה אינם מחלטים אלא תלויים במהירות התנועה של המודד אותם . תורת היחסות היא בעצם שתי תורות : תורת היחסות הפרטית ותורת היחסות הכללית . שתי התורות האלה שנו את משגי המרחב והזמן של הפיסיקה במאה ה - 20 . תורת היחסות הפרטית עוסקת בשנויים החלים במדידת המרחב והזמן כאשר גופים נעים במהיריות הקרובות למהירות האור . תורת היחסות הכללית עוסקת בקשר שבין מבנה המרחב והזמן לבין פעלתו של כח הכבידה . תורת היחסות הפרטית את תורת היחסות הפרטית פתח אינשטין בשנת 1905 . לפני כן היה מקבל לחשב , שמדידות של המרחב והזמן אינן משפעות מתנועתו של הגוף , שביחס אליו המדידות האלה מתבצעות . נתאר לעצמנו רכבת הנעה במהירות גדולה . בדרך כלל היינו חושבים שארכה של הרכבת אינו משתנה כאשר היא נעה . אם על הרכבת נמצא שעון , היינו מצפים גם כן שקצב הלוכו יהיה זהה לקצב הלוכו של שעון הנמצא במנוחה . אולם על פי תורת היחסות , מדידות של מרחקים ושל זמנים משתנות כאשר גופים נמצאים בתנועה . כאשר הרכבת נמצאת בתנועה , היא מתקצרת בכוון התנועה שלה , כך שארכה מקצה לקצה קטן יותר מאשר כשהרכבת נמצאת במנוחה . באפן דומה , גם השעון הנמצא על הרכבת יאט את מהלכו ביחס לשעון הנמצא במנוחה . אולם האדם הנמצא בתוך הרכבת לא ירגיש בשנויים האלה . אם הוא ימדד את ארכה של הרכבת בעזרת סרגל , הרי שגם הסרגל שלו יתקצר באותה מדה שהרכבת מתקצרת . לפיכך , מנקדת המבט שלו , ארכה של הרכבת ישאר כפי שהוא כאשר הרכבת נמצאת במנוחה . באפן דומה , מכיון שכל השעונים שברכבת יאטו את מהלכם באותה מדה , כלם יראו אותה השעה והנוסע ברכבת לא יחוש בשום שנוי . גם גופו של הנוסע ברכבת , וכן תהליכי החיים המתרחשים בגוף - כולל קצב המחשבות החולפות במחו - ישתנו באותו אפן . בחיי היום - יום אי - אפשר להרגיש בשנויים האלה , משום שעל פי תורת היחסות , הם מתרחשים רק במהיריות הקרובות למהירות האור , שהיא כ - 300,000 קילומטר בשניה . המהיריות של מכוניות , רכבות ומטוסים נמוכות הרבה יותר מהמהירות הזו . לכן מי שנוסע בהם אינו צריך לכון מחדש את שעונו : השנויים בקצב מהלכו של שעון הם כה קטנים , עד שאי - אפשר להרגיש בהם . אולם בנסויים שנעשו בגופים הנעים במהירות קרובה למהירות האור , נתגלו השנויים שתורת היחסות מדברת עליהם . כך , למשל , סוגים מסימים של חלקיקים יסודיים מתפרקים אחרי זמן מסים לחלקיקים אחרים . אולם כאשר חלקיק כזה נע במהירות הקרובה למהירות האור , מתברר שהוא מתפרק אחרי זמן רב יותר ; כביכול , השעון הפנימי של החלקיק הזה , האומר לו מתי להתפרק , מאט את מהלכו . הזמן והמרחב אינם מחלטים תופעות דומות היו מתרחשות גם בגופנו , אלו יכלנו לנוע במהיריות הקרובות למהירות האור . נתאר לעצמנו , למשל , תאומים שנולדו באותו זמן . האחד מהם נשאר על כדור הארץ בעוד שהאחר יוצא למסע בחללית הנעה במהירות קרובה למהירות האור . כאשר החללית תחזר לכדור הארץ , לא יהיו התאומים בני אותו גיל : זה שנשאר על כדור הארץ יזדקן מהר יותר מזה שהיה בחללית . לכן , כאשר הם ישובו ויפגשו , הראשון כבר יהיה זקן , בעוד שאחיו התאום עדין יהיה אדם צעיר . תורת היחסות אומרת שהמרחב והזמן אינם גדלים מחלטים : הם אינם אותם גדלים בכל המקרים , אלא הם יחסיים , כלומר תלויים במהירות תנועתו של מי שמודד אותם . לתורת היחסות הפרטית יש עוד תחזיות , שגם הן אמתו בנסוי . כאשר גוף נע במהירות הקרובה למהירות האור , המסה שלו עולה , ולכן , כדי להעניק לו מהירות נוספת , יש צרך להפעיל כח גדול יותר . על פי משואות תורת היחסות , אלו היה גוף חמרי נע במהירות האור , ארכו היה צריך להתקצר לאפס , בעוד ששעון המצב עליו היה צריך להעצר לגמרי . אולם מכיון שהמסה של הגוף הזה היתה צריכה לגדל גם היא , ולהפך לאינסופית במהירות האור , הרי שדרוש כח גדול לאין שעור כדי להעניק לגוף מהירות כזו . מכיון שכל כח שאפשר להפעיל הוא בעל גדל מסים ולא גדול לאין שעור , אי - אפשר להביא שום גוף חמרי לתנועה במהירות האור . מכאן שמהירות האור היא הגבול העליון של המהירות : שום גוף אינו יכול לנוע במהירות האור או לעבר את המהירות הזאת . אנרגיה ומסה לגוף הנע במהירות גבוהה יש אנרגיה של תנועה . על פי תורת היחסות , האנרגיה הזו מתבטאת בתוספת של מסה . אינשטין הסיק מכאן שהמסה היא צורה של אנרגיה . מכיון שהמסה של גוף היא בטוי של כמות החמר שלו , פרושו של דבר הוא שהחמר עצמו אינו אלא צורה של אנרגיה . הקשר הזה בין מסה לאנרגיה מבטא בנסחה המפרסמת : ב2 E = me , שבה ] היא האנרגיה , ו " היא המסה , ו - C - מהירות האור . מכיון שמהירות האור גדולה מאוד , פרוש הדבר הוא שכמות קטנה של מסה שקולה לכמות גדולה מאוד של אנרגיה . כך , למשל , גרם אחד של חמר , אלו היה הופך בשלמות לאנרגיה , היה מספיק כדי להפעיל כשלושה מיליון נורות חשמל רגילות במשך שנה שלמה . תורת היחסות הכללית תורת היחסות הפרטית מתיחסת רק לתנועות בקו ישר ובמהירות קבועה . אינשטין הרחיב את התאוריה שלו גם לתנועות במהירות משתנה , וכלל בה גם את תופעות כח הכבידה . ההרחבה הזו , שהשלמה בשנת 1915 , נקראת " תורת היחסות הכללית". על פי תורה זו , שדה הכבידה הוא בטוי לעקום של המרחב והזמן . במלים אחרות , מה שגורם , למשל , לכדור הארץ לנוע במסלול סביב השמש ולא לנטש תורת היחסות היתה גולת הכותרת בעבודתו המדעית של מפתחה , אלברט איינשטין ( בתמונה ) , והיא שפרסמה את שמו בעולם ,

קודם  |  הבא