فیزیک کلاسیک بر این عقیده است که هر ناظری، صرف نظر از مکان، نتایج یکسانی را در اندازه گیری زمان و وسعت خود دریافت خواهد کرد. اصل نسبیت بیان می کند که ناظران می توانند نتایج متفاوتی به دست آورند و به این گونه تحریف ها «اثرات نسبیتی» می گویند. وقتی به سرعت نور نزدیک می شود، فیزیک نیوتنی کنار می رود.
سرعت نور
دانشمند A. Michelson، که سرعت نور را در سال 1881 اندازه گیری کرد، متوجه شد که این نتایج به سرعت حرکت منبع تشعشع بستگی ندارد. به همراه E. V. مورلی مایکلسون در سال 1887 آزمایش دیگری انجام داد، پس از آن برای تمام جهان روشن شد: مهم نیست که در کدام جهت اندازه گیری شود، سرعت نور در همه جا و همیشه یکسان است. نتایج این مطالعات برخلاف تصورات فیزیک آن زمان بود، زیرا اگر نور در یک محیط خاص (اتر) حرکت کند و سیاره در همان محیط حرکت کند، اندازه گیری در جهات مختلف نمی تواند یکسان باشد..
بعدها، ژول هانری پوانکاره، ریاضیدان، فیزیکدان و ستاره شناس فرانسوی یکی از بنیانگذاران نظریه نسبیت شد. او نظریه لورنتس را توسعه داد که بر اساس آن موجوداتر بی حرکت است، بنابراین سرعت نور نسبت به آن به سرعت منبع بستگی ندارد. در چارچوب‌های مرجع متحرک، تبدیل‌های لورنتس انجام می‌شوند، نه تبدیل‌های گالیله‌ای (تبدیل‌های گالیله‌ای که تا آن زمان در مکانیک نیوتنی پذیرفته شده بود). از این پس، تبدیل‌های گالیله به یک مورد خاص از تبدیل‌های لورنتس تبدیل شده‌اند، وقتی که با سرعت کم (در مقایسه با سرعت نور) به چارچوب مرجع اینرسی دیگری حرکت می‌کنند.
الغای اتر
اثر نسبیتی انقباض طول، که انقباض لورنتس نیز نامیده می شود، این است که برای ناظر، اجسامی که نسبت به او حرکت می کنند، طول کوتاه تری خواهند داشت.
آلبرت انیشتین سهم قابل توجهی در نظریه نسبیت داشت. او اصطلاحی به نام «اتر» را که تا آن زمان در استدلال و محاسبات همه فیزیکدانان وجود داشت، به کلی منسوخ کرد و همه مفاهیم مربوط به خواص مکان و زمان را به سینماتیک منتقل کرد.
پس از انتشار آثار انیشتین، پوانکاره نه تنها نوشتن مقالات علمی در این زمینه را متوقف کرد، بلکه نام همکار خود را در هیچ یک از آثار خود ذکر نکرد، به جز تنها مورد اشاره به نظریه اثر فوتوالکتریک پوانکاره به بحث در مورد خواص اتر ادامه داد و به طور قاطع هرگونه انتشارات انیشتین را انکار کرد، اگرچه در همان زمان با بزرگ ترین دانشمند با احترام رفتار کرد و حتی زمانی که مدیریت مدرسه عالی پلی تکنیک زوریخ می خواست انیشتین را دعوت کند، شهادتی درخشان به او داد. برای تبدیل شدن به یک استاد در موسسه آموزشی.
نسبیت
حتی بسیاری از کسانی که به طور کامل با فیزیک و ریاضیات در تضاد هستند، حداقل به طور کلی، نظریه نسبیت چیست، زیرا شاید این نظریه مشهورترین نظریه علمی باشد. فرضیه های آن ایده های معمولی در مورد زمان و مکان را از بین می برد، و اگرچه همه دانش آموزان تئوری نسبیت را مطالعه می کنند، فقط دانستن فرمول ها برای درک کامل آن کافی نیست.
اثر اتساع زمان در آزمایشی با یک هواپیمای مافوق صوت آزمایش شد. ساعت‌های اتمی دقیق روی هواپیما پس از بازگشت، کسری از ثانیه عقب افتادند. اگر دو ناظر وجود داشته باشد که یکی از آنها ثابت ایستاده باشد و دومی با سرعتی نسبت به اولی حرکت کند، زمان ناظری که ساکن است سریع‌تر می‌رود و برای جسم متحرک، دقیقه کمی طول می‌کشد. طولانی تر با این حال، اگر ناظر متحرک تصمیم بگیرد که به عقب برگردد و زمان را بررسی کند، معلوم می شود که ساعت او کمی کمتر از ساعت اول نشان می دهد. یعنی با پیمودن مسافت بسیار بیشتری در مقیاس فضا، زمان کمتری را در حین حرکت «زندگی» کرد.
اثرات نسبیتی در زندگی
بسیاری بر این باورند که اثرات نسبیتی را تنها زمانی می توان مشاهده کرد که سرعت نور به آن برسد یا به آن نزدیک شود، و این درست است، اما شما می توانید آنها را نه تنها با پراکنده کردن سفینه فضایی خود مشاهده کنید. در صفحات مجله علمی Physical Review Letters، می توانید در مورد کار نظری سوئدی بخوانید.دانشمندان آنها نوشتند که اثرات نسبیتی حتی در یک باتری ماشین ساده نیز وجود دارد. این فرآیند به دلیل حرکت سریع الکترون های اتم های سرب امکان پذیر است (به هر حال، آنها علت بیشتر ولتاژ در پایانه ها هستند). این همچنین توضیح می دهد که چرا با وجود شباهت های بین سرب و قلع، باتری های قلع کار نمی کنند.
فلزات فانتزی
سرعت چرخش الکترون ها در اتم ها بسیار کم است، بنابراین نظریه نسبیت به سادگی کار نمی کند، اما استثناهایی وجود دارد. اگر در امتداد جدول تناوبی بیشتر و بیشتر حرکت کنید، مشخص می شود که عناصر بسیار سنگین تر از سرب در آن وجود دارد. توده بزرگی از هسته با افزایش سرعت الکترون ها متعادل می شود و حتی می تواند به سرعت نور نزدیک شود.
اگر این جنبه را از نظر نظریه نسبیت در نظر بگیریم، روشن می شود که الکترون ها در این مورد باید جرم عظیمی داشته باشند. این تنها راه برای حفظ تکانه زاویه ای است، اما اوربیتال در امتداد شعاع کوچک می شود، و این در واقع در اتم های فلزات سنگین مشاهده می شود، اما اوربیتال های الکترون های "آهسته" تغییر نمی کنند. این اثر نسبیتی در اتم‌های برخی فلزات در اوربیتال‌های s مشاهده می‌شود که شکلی منظم و کروی متقارن دارند. اعتقاد بر این است که در نتیجه نظریه نسبیت است که جیوه در دمای اتاق حالت مایع تجمع دارد.
سفر فضایی
اشیاء موجود در فضا از یکدیگر هستنددر فواصل بسیار زیاد، و حتی زمانی که با سرعت نور حرکت می کنید، غلبه بر آنها زمان بسیار زیادی طول می کشد. برای مثال، برای رسیدن به آلفا قنطورس، نزدیکترین ستاره به ما، یک فضاپیما با سرعت نور چهار سال و رسیدن به کهکشان همسایه ما، ابر ماژلانی بزرگ، 160000 سال طول می کشد.
هنوز امکان پرواز به آلفا قنطورس و برگشت وجود دارد، زیرا تنها هشت سال طول می کشد و برای ساکنان کشتی که اثر اتساع زمان را احساس می کنند، این مدت بسیار کمتر خواهد بود، اما پس از آن. پس از بازگشت از سفر به کهکشان همسایه، فضانوردان متوجه خواهند شد که در زادگاه آنها سیصد و بیست هزار سال بر روی این سیاره گذشته است و تمدن بشری ممکن است مدت ها پیش وجود نداشته باشد. بنابراین، اثرات نسبیتی به مردم امکان سفر در زمان را می دهد. این یکی از مشکلات اصلی اکتشافات فضایی در نظر گرفته می شود، زیرا اگر راهی برای بازگشت وجود نداشته باشد، فتح فضای بیرونی چه فایده ای دارد؟
سایر فعالیتها
علاوه بر اتساع زمانی معروف، اثر نسبیتی داپلر نیز وجود دارد که بر اساس آن، اگر منبع امواج شروع به حرکت کند، امواجی که به سمت این حرکت منتشر می شوند توسط ناظر به عنوان "فشرده" درک می شوند. و به سمت حذف طول موج افزایش خواهد یافت.
این پدیده برای هر موجی معمول است، بنابراین می توان آن را در مثال صدا در زندگی روزمره مشاهده کرد. کاهش موج صوتی توسط گوش انسان به عنوان افزایش تن درک می شود. بنابراین،هنگامی که سیگنال قطار یا ماشین از دور شنیده می شود، پایین تر است و اگر قطار از کنار ناظر عبور کند، در حالی که صدا ایجاد می کند، ارتفاع آن در لحظه نزدیک شدن بیشتر می شود، اما به محض اینکه اجسام یکسان شوند. و قطار شروع به دور شدن می کند، صدا به شدت پایین می آید و بیشتر در نت های پایین تر ادامه می یابد.
این اثرات نسبیتی ناشی از آنالوگ کلاسیک تغییر فرکانس هنگام حرکت گیرنده و منبع و همچنین اتساع زمان نسبیتی است.
درباره مغناطیس
در میان چیزهای دیگر، فیزیکدانان مدرن به طور فزاینده ای از میدان مغناطیسی به عنوان یک اثر نسبیتی بحث می کنند. بر اساس این تفسیر، میدان مغناطیسی یک موجود مادی فیزیکی مستقل نیست، حتی یکی از مظاهر میدان الکترومغناطیسی نیست. میدان مغناطیسی از دیدگاه نظریه نسبیت فقط فرآیندی است که در فضای اطراف بارهای نقطه ای به دلیل انتقال یک میدان الکتریکی رخ می دهد.
طرفداران این نظریه بر این باورند که اگر C (سرعت نور در خلاء) بی نهایت بود، انتشار برهمکنش ها در سرعت نیز نامحدود بود و در نتیجه هیچ تظاهراتی از مغناطیس به وجود نمی آمد.
