Szczególna Teoria Względności

Ostatnia aktualizacja: 12 I 2012 r.

Uwaga z kwietnia 2014! Niektóre partie tekstu, w szczególności te dotyczące pojęcia przestrzeni w mechanice klasycznej Newtona - Galileusza (tam gdzie mowa o przestrzeni względnej), autor w przedstawionej tutaj książce interpretował podobnie i w duchu jak to czynią niektórzy najwięksi uczeni, np. Roger Penrose w "Road to Reality". Podobną interpretację prezentował Leibniz w sporze z Newtonem. W chwili obecnej, autor napisałby rzeczone fragmenty inaczej, to znaczy ściśle według Principów Newtona (chodzi o przestrzeń absolutną w mechanice klasycznej). Jest to dosyć ważny szczegół, o którym informuję Czytelnika. Wyprowadzenie samej STW jest niezależne od tej kwestii. Dlatego między innymi autor nie nanosi już poprawek i pozostawia tekst w formie e-booka, tak jak on został napisany. W roku szkolnym 2014/2015 powinna ukazać się drukiem moja książka "Mechanika i grawitacj", gdzie przedstawiam mechanikę klasyczną i grawitację w duchu Principiów (prezentuję także podstawy OTW).

Niniejszym udostępniam czasowo fragmenty książki z Teorii Względności. Prezentowana monografia dotyczy teorii czasoprzestrzeni oraz ukazuje jej związek z elementarną geometrią. Praca składa się z trzech części:

publikacja z Teorii Względności
  1. Postulaty fundamentalne i czasoprzestrzeń (treść udostępniona w całości, plik około 4,2 MB, około 100 stron).
    Link do części I
  2. Czasoprzestrzeń w Szczególnej Teorii Względności (treść udostęponiona bez trzech ostatnich rozddziałów, plik około 7,2 MB, około 100 stron obecnie).
    Link do części II
Ze względu na objętość plików (dużo grafik), ich pobranie może potrwać kilkanaście sekund

Słowo o części I (fragmenty ze wstępu)

W części pierwszej pracy dużo uwagi poświęcam omówieniu zasad fundamentalnych, jak Zasada Względności oraz I Zasada Dynamiki. Na gruncie tych zasad konstruuję bardzo prosty, chociaż jeszcze dość ubogi model geometryczny czasoprzestrzeni. Pokazuję rolę, jaką odgrywają fundamentalne zasady w konstrukcji struktury geometrycznej czasoprzestrzeni. Skupiam się zwłaszcza na przedstawieniu pewnych własności i relacji, które nie zależą od układu odniesienia. Omawiam twierdzenie Talesa w czasoprzestrzeni, które to wykorzystam w części drugiej pracy do wyprowadzenia relacji czasowo-przestrzennych pomiędzy zdarzeniami. Przedstawiony model geometryczny czasoprzestrzeni będzie bardzo ogólny; nie będzie potrzeby używania w nim pojęcia przestrzeni w absolutnym spoczynku ani pojęcia czasu absolutnego. Model ten będzie przygotowany do tego, aby mógł zostać wzbogacony o strukturę, którą wprowadzi postulat stałości prędkości światła we wszystkich inercjalnych układach odniesienia.

Oprócz tego w części pierwszej pracy zostaną omówione modele czasoprzestrzeni Arystotelesa oraz Galileusza. Tej ostatniej poświęcę więcej miejsca, ponieważ jest to model czasoprzestrzeni dla mechaniki klasycznej. Dalej będzie mowa o prawach Newtona, nieinercjalnych układach odniesienia oraz o liniach świata ciał, na które działają siły. Kilka słów poświęcę Einsteinowskiej Zasadzie Równoważności. To z kolei doprowadzi nas do pierwszej, bardzo ogólnej dyskusji o tym, że dla grawitacyjnych pól niejednorodnych potrzebna będzie koncepcja modelu geometrycznego czasoprzestrzeni z krzywizną. Na zakończenie opowiem o rewolucji w fizyce klasycznej, która rozpętała się po sformułowaniu przez J. Maxwella równań elektromagnetyzmu. Jej zwycięzcą jest Albert Einstein, a zwyciężczynią - sformułowana przez niego Szczególna Teoria Względności (STW).

Słowo o części II (fragmenty ze wstępu)

W drugiej części pracy zostanie przedstawiona Szczególna Teoria Względności. Jej wyprowadzenie będzie różniło się od pierwotnego, przedstawionego w pracy Einsteina. Niemniej pozostanie w duchu tejże pracy a precyzyjniej rzecz ujmując - w duchu geometrycznej interpretacji STW zaproponowanej przez Hermanna Minkowskiego (nauczyciela Einsteina). Na początku, w duchu Einsteinowskim ale już geometrycznie, zostanie skrupulatnie zdefiniowane i omówione pojęcie równoczesności zdarzeń lub równoważnie - procedura synchronizacji nieruchomych względem siebie zegarów. Do tego posłużą nam uniwersalne sygnały - sygnały elektromagnetyczne. Omówiony w pierwszej części pracy model czasoprzestrzeni zostanie wzbogacony o pewną (bardzo prostą) geometryczną strukturę, którą wprowadza postulat stałości prędkości światła. Dzięki temu oraz dzięki wcześniejszym rozważaniom będziemy potrafili określać relacje czasowo-przestrzenne pomiędzy zdarzeniami. Wyprowadzimy najistotniejszy wzór w STW - wzór na odległość czasoprzestrzenną pomiędzy zdarzeniami w czasoprzestrzeni. Dzięki naszym geometrycznym metodom wszystkie rezultaty otrzymamy w bardzo prosty i ekonomiczny sposób, wolny od przesłaniających istotę rzeczy rachunków algebraicznych.

Jednym z moich celów jest walka z mitem, jakoby teoria Einsteina traktowała jedynie o rzeczach względnych i nie było w niej namacalnych, obiektywnych i prawdziwych rzeczy. W związku z tym duży nacisk kładę na omówienie spraw obiektywnych, czyli takich, które w każdym układzie odniesienia są takie same. Są nimi np. interwał czasoprzestrzenny pomiędzy zdarzeniami, czas własny, struktura przyczynowa lub czasoprzestrzenna długość wielkości wektorowej. To one konstytuują model geometryczny czasoprzestrzeni Einsteina-Minkowskiego, który zostanie formalnie sformułowany pod koniec drugiej części pracy. W tej części książki odbędziemy także dogłębną dyskusję o strukturze przyczynowej w czasoprzestrzeni, napotykając się w niej na wiele fascynujących i zmuszających do kontemplacji problemów; dokonamy przy tym próby odpowiedzenia na pytanie, czym jest upływ czasu (niestety tylko próby!). Na zakończenie zostaną omówione elementy dynamiki w STW, w szczególności poznamy najsłynniejszy wzór Einsteina $E = mc^{2}$ - popkulturowe logo Teorii Względności.

Zapraszam do lektury, Mariusz Mroczek
mój mail: autor(znakmalpy)teoriawzglednosci.pl

Słowo o autorze:
Ukończył fizykę na Uniwersytecie Warszawskim, w 1999 roku, na kierunku Fizyka Teoretyczna. Specjalizował się w Ogólnej Teorii Względności. Przedmiotem jego zainteresowań była teoria twistorów Penrosea. Opiekunem naukowym był prof. dr hab. Jerzy Lewandowski. Aktualnie, autor jest nauczycielem fizyki oraz właścicielem Warszawskiej niepublicznej placówki oświatowej ( EDUKARIS, kursy maturalne ). Żona Mariola, syn Adrian.