Πώς εξηγεί ένα αναπήδημα ping-pong στο τρένο να εξηγεί την έννοια της σχετικότητας;
σενάριο: Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα τρένο που κινείται με σταθερή ταχύτητα. Έχετε μια μπάλα ping-pong, και το αναπηδήσετε ευθεία πάνω και κάτω.
Παρατηρητής 1:Εσείς στο τρένο
* Η προοπτική σας: Βλέπετε την μπάλα να πηγαίνει κατ 'ευθείαν και κάτω, κάνοντας ένα απλό κάθετο ταξίδι.
* Το πλαίσιο αναφοράς σας: Το τρένο είναι το πλαίσιο αναφοράς σας. Τα πάντα μέσα στο τρένο, συμπεριλαμβανομένης της εσείς και της μπάλας, είναι ακίνητα σε σχέση μεταξύ τους.
Παρατηρητής 2:Κάποιος που στέκεται στην πλατφόρμα
* Η προοπτική τους: Βλέπουν την μπάλα να κινείται σε διαγώνιο μονοπάτι, καθώς το τρένο κινείται προς τα εμπρός, ενώ η μπάλα ανεβαίνει και κάτω.
* το πλαίσιο αναφοράς τους: Το έδαφος είναι το πλαίσιο αναφοράς τους. Από την άποψή τους, τόσο το τρένο όσο και η μπάλα κινούνται.
Η σχετικότητα της σχετικότητας:
1. Σχετική κίνηση: Δεν υπάρχει απόλυτη κίνηση. Η κίνηση της μπάλας είναι σε σχέση με το πλαίσιο αναφοράς του παρατηρητή. Για εσάς στο τρένο, είναι ευθεία πάνω και κάτω. Για κάποιον στην πλατφόρμα, είναι διαγώνια.
2. Ταυτόχρονη: Η έννοια των "ταυτόχρονων" γεγονότων μπορεί να είναι σχετική. Εάν ρίξετε την μπάλα και κάποιος στην πλατφόρμα πέφτει ταυτόχρονα τη δική του μπάλα, θα δείτε και οι δύο μπάλες να πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό. Ωστόσο, το άτομο στην πλατφόρμα μπορεί να δει την μπάλα σας να πέφτει λίγο πιο αργή λόγω της κίνησης της αμαξοστοιχίας.
3. Αυτό το απλό σενάριο αγγίζει επίσης τα αξιώματα της σχετικότητας του Αϊνστάιν:
* Οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για όλους τους παρατηρητές σε ομοιόμορφη κίνηση. Παρόλο που οι παρατηρητές βλέπουν διαφορετικά μονοπάτια για την μπάλα, οι νόμοι που διέπουν την κίνηση της (για παράδειγμα, η βαρύτητα) είναι οι ίδιοι.
* Η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό είναι η ίδια για όλους τους παρατηρητές, ανεξάρτητα από την κίνηση της πηγής φωτός. Ενώ η κίνηση της αμαξοστοιχίας επηρεάζει το μονοπάτι της μπάλας, η ταχύτητα του φωτός που εκπέμπεται από μια πηγή στο τρένο θα ήταν η ίδια για εσάς στο τρένο και κάποιον στην πλατφόρμα.
Βασικά σημεία:
* Η μπάλα αναπήδησης στο τρένο βοηθά στην απεικόνιση του τρόπου με τον οποίο η κίνηση είναι σχετική. Υπογραμμίζει ότι δεν υπάρχει απόλυτο πλαίσιο αναφοράς και αυτό που παρατηρούμε εξαρτάται από την προοπτική μας.
* Αυτό το φαινομενικά απλό σενάριο θέτει τις βάσεις για την κατανόηση πιο πολύπλοκες έννοιες, όπως η διαστολή χρόνου και η συστολή μήκους, οι οποίες αποτελούν βασικά συστατικά της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.
