A relativitáselmélet alapjai

Hasonló dokumentumok
További olvasnivaló a kiadó kínálatából: Alister McGrath: Tudomány és vallás Békés Vera Fehér Márta: Tudásszociológia szöveggyűjtemény Carl Sagan:

Operációkutatási modellek

További olvasnivaló a kiadó kínálatából: HRASKÓ PÉTER: Relativitáselmélet FREI ZSOLT PATKÓS ANDRÁS: Inflációs kozmológia E. SZABÓ LÁSZLÓ: A nyitott

Az orvostudomány önkritikája

Relativisztikus elektrodinamika röviden

Az invariáns, melynek értéke mindkét vonathoztatási rendszerben ugyanaz

Károlyi Zsuzsa. Csak logiqsan! Játékos logikai feladványok minden korosztálynak

Typotex Kiadó. Záró megjegyzések

Egészértékű programozás

Kutyagondolatok nyomában

Szabó Csaba KAMIKAZE MOLEKULÁK (ÉS EGYÉB ÍRÁSOK)

Dombi-konyv5.qxd 5/14/2008 6:52 PM Page 1 HISZEM VAGY TUDOM?

egyetemi állások a relativitáselmélet általánosítása (1915) napfogyatkozás (1919) az Einstein-mítosz (1920-tól) emigráció 1935: Einstein-Podolsky-

Bolonyai Gábor (szerk.): Antik szónoki gyakorlatok Hamp Gábor: Kölcsönös tudás Kárpáti Eszter: A szöveg fogalma

BACCALAUREUS SCIENTIÆ TANKÖNYVEK

Gráfelméleti feladatok

Bán András A vizuális antropológia felé

A relativitáselmélet története

Speciális relativitás

Róka Sándor PÁRKERESŐ. Fejtörő matematika alsósoknak

REGIONÁLIS GAZDASÁGTAN TERÜLETFEJLESZTÉS

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

V. V. Praszolov. Lineáris algebra. TypoTEX

A TételWiki wikiből 1 / 5

Ütközések elemzése energia-impulzus diagramokkal II. A relativisztikus rakéta

Alice Rejtvényországban

Speciális relativitás

Bolonyai Gábor (szerk.): Antik szónoki gyakorlatok Hamp Gábor: Kölcsönös tudás Kárpáti Eszter: A szöveg fogalma

A modern fizika születése

Mark Buchanan NEXUS, A HÁLÓZATOK ÚTTÖRÔ TUDOMÁNYA. Fordította Kepes János TYPOTEX

A modern fizika születése

A speciális relativitáselmélet alapjai

A speciális relativitáselmélet alapjai

TÉNYLEG EINSTEIN FEDEZTE FEL, HOGY E = mc 2?

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Dennis E. Shasha. Kiberrejtvények. 36 rejtvény hekkereknek és matematikus-nyomozóknak

2017-ben az ELTE Doktori iskoláján elhangzott előadások diái Hraskó Péter

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Differenciálegyenletek. Bevezetés az elméletbe és az alkalmazásokba. Javítások és kiegészítések

Speciális relativitás

a magspin és a mágneses momentum, a kizárási elv (1924) a korrespondencia-elv alkalmazása a diszperziós formulára (1925)

(Természetesen, nem lesz ilyen sok kérdés feladva a vizsgán!) Hogy szól a relativitási elv a lehető legjobb megfogalmazásban?

Marx György: Gyorsuló idő Rényi Alfréd: Ars Mathematica Székely Gábor: Paradoxonok Tusnády Gábor: Sztochasztika

A RELATIVITÁSELMÉLET KITERJESZTÉSE

SZE, Fizika és Kémia Tsz. v 1.0

Relativisztikus paradoxonok

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

Dinamika. A dinamika feladata a test(ek) gyorsulását okozó erők matematikai leírása.

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

RELATIVITÁSELMÉLET. bevezető

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Christiaan Huygens. Jövő a múltban

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

az Aharonov-Bohm effektus a vektorpotenciál problémája E = - 1/c A/ t - φ és B = x A csak egy mértéktranszformáció erejéig meghatározott nincs fizikai

Lássuk be, hogy nem lehet a három pontot úgy elhelyezni, hogy egy inerciarendszerben

Hraskó Péter. Relativitáselmélet. 2., javított kiadás

Pósfay Péter. ELTE, Wigner FK Témavezetők: Jakovác Antal, Barnaföldi Gergely G.

Az Általános Relativitáselmélet problémáinak leküzdése alternatív modellek használatával. Ált. Rel. Szondy György ELFT tagja

Az időmérés pontossága fontos, mert a távolságmérést erre alapozzuk.

Kaján Tibor rajzaival

Speciális mozgásfajták

FIZIKA (emelt) Tanterv óraszámokra. Érvényes: 2013/2014 tanévtől. munkaközösség-vezető. Ellenőrizte: Csajági Sándor


A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

MATEMATIKA A KÖZGAZDASÁGI ALAPKÉPZÉS SZÁMÁRA SZENTELEKINÉ DR. PÁLES ILONA ANALÍZIS PÉLDATÁR

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

2, = 5221 K (7.2)

Dr. Berta Miklós. Széchenyi István Egyetem. Dr. Berta Miklós: Gravitációs hullámok / 12

A speciális relativitáselmélet geometriai bemutatása, Sander Bais Very Special Relativity c. könyve alapján

Sztehlo Gábor Evangélikus Óvoda, Általános Iskola és Gimnázium. Osztályozóvizsga témakörök 1. FÉLÉV. 9. osztály

24 műhold (6 pályasíkban 4-4) & % ( )M * 26600km. T m. # 3870 m v m "1.29 #10 $5. # 460 m T a s

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

A relativitáselmélet világképe

AJÁNLOTT IRODALOM. A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató:

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Rózsa Pál: Bevezetés a mátrixelméletbe. EGERVÁRY JENŐ emlékének ajánlom e könyvet halálának ötvenedik évfordulója alkalmából

V e r s e n y f e l h í v á s

GYULAI LÁSZLÓ KIS- ÉS KÖZÉPVÁLLALKOZÁSOK ÜZLETFINANSZÍROZÁSA

VEZETŐI SZÁMVITEL elmélet, módszertan

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Kozmológia egzakt tudomány vagy modern vallás?

Általános relativitáselmélet és kozmológia

Az optika tudományterületei

ÁLTALÁNOS RELATIVITÁSELMÉLET

A RELATIVITÁSELMÉLET TÖRTÉNETÉBÕL

A test tömegének és sebességének szorzatát nevezzük impulzusnak, lendületnek, mozgásmennyiségnek.

Mobilitás és környezet

Fizikai geodézia és gravimetria / 1. A NEHÉZSÉGI ERŐTÉR SZERKEZETE. TÉRERŐSSÉG VAGY GYORSULÁS? JELENTŐSÉGE A GEODÉZIÁBAN.

A NEHÉZSÉGI ERŐTÉRREL KAPCSOLATOS FIZIKAI ALAPFOGALMAK ÁTTEKINTÉSE

Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

REHABILITÁCIÓS TÁMOGATÓ TECHNOLÓGIÁK

Ez a gyűjtemény Muki bácsinak a Jedlik Ányos Gimnázium Vermes Miklós emlékszobájában fellelhető tudományos és ismeretterjesztő cikkeit tartalmazza.

Modellek és változásaik a fizikában V. A XX. Század fizikája Albert Einstein

A lézer alapjairól (az iskolában)

Helgertné Dr. Szabó Ilona Kurcsinka Tamásné PÉNZÜGYI SZÁMVITEL. (Mérlegtételek)

VÁLLALKOZÁSOK PÉNZÜGYI ALAPJAI

A számvitel alapjai feladatgyűjtemény

FIZIKA VIZSGATEMATIKA

MARKÉTA BAŇKOVÁ SZARKA AZ ENTRÓPIA BIRODALMÁBAN

Speciális relativitáselmélet. Ami fontos, az abszolút.

Átírás:

A relativitáselmélet alapjai

További olvasnivaló a kiadó kínálatából: Bódizs Dénes: Atommagsugárzások méréstechnikái Frei Zsolt Patkós András: Inflációs kozmológia Geszti Tamás: Kvantummechanika John D. Jackson: Klasszikus elektrodinamika Patkós András Polónyi János: Sugárzás és részecskék Edwin F. Taylor John A. Wheeler: Téridőfizika

Hraskó Péter A RELATIVITÁSELMÉLET ALAPJAI Budapest, 2009

A könyv a Typotex Kiadó által indított, az Igényes Tankönyvkiadásért Program keretében jelent meg. c Hraskó Péter; Typotex, 2009 ISBN 978 963 279 027 5 Témakör: fizika Kedves Olvasó! Önre gondoltunk, amikor a könyv előkészítésén munkálkodtunk. Kapcsolatunkat szorosabbra fűzhetjük, ha belép a TypoKlubba, ahonnan értesülhet új kiadványainkról, akcióinkról, programjainkról, és amelyet a www.typotex.hu címen érhet el. Honlapunkon megismerkedhet kínálatunkkal is, egyes könyveinknél pedig új fejezeteket, bibliográfiát, hivatkozásokat találhat, illetve az esetlegesen előforduló hibák jegyzékét is letöltheti. Kiadványaink egy része e-könyvként (is) kapható: www.interkonyv.hu Észrevételeiket a velemeny@typotex.hu e-mail címen várjuk. Kiadja a Typotex kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja. Felelős kiadó: Votisky Zsuzsa Nyomdai előkészítés: Gerner József A borítót tervezte: Tóth Norbert Terjedelem: 10,8 (A/5) ív Készült a Multiszolg Bt. nyomdájában Felelős vezető: Kajtor István

Tartalom Előszó 9 1. Az idődilatációtól az E = mc 2 -ig 13 1.1. Vonatkoztatási rendszerek és inerciarendszerek 13 1.2. Az optikai Doppler-effektus és az idődilatáció 18 1.3. Az egyidejűség relativitása 24 1.4. A sajátidő és az ikerparadoxon 31 1.5. A Lorentz-kontrakció 33 1.6. A sebességösszeadás 36 1.7. A tömegpont mozgásegyenlete 40 1.8. Nő-e a testek tömege a sebességük növelésével? 45 1.9. A tömegpont mozgási energiája 47 1.10. A nyugalmi energia: az E = mc 2 képlet 48 1.11. Ekvivalens-e egymással a tömeg és az energia? 52 2. A Lorentz-transzformáció 61 2.1. A koordinátaidő 61 2.2. A fénysebesség mérése egy irányban 65 2.3. A Minkowski-koordinátarendszer 67 2.4. A Lorentz-transzformáció 68

6 Tartalom 2.5. A téridő-intervallumok osztályozása 71 2.6. Téridő-diagramok 74 2.7. A kauzalitási paradoxon 83 2.8. Az idődilatáció a téridő-diagramon 88 2.9. A Doppler-effektus számítása Lorentz-transzformációval 91 2.10. A sajátidő és a koordinátaidő kapcsolata... 91 2.11. Az ikerparadoxon számítása 94 2.12. A koordinátarendszer gyorsuló vonatkoztatási rendszerben: Az ikerparadoxon a gyorsuló vonatkoztatási rendszer nézőpontjából 96 2.13. A koordinátarendszer gyorsuló vonatkoztatási rendszerben: a forgó Föld 100 2.14. A Lorentz-kontrakció számítása... 102 2.15. Kontrahálódik-e egy forgó korong kerülete? 104 2.16. Rövidebbnek látszanak-e a testek, ha mozognak? 106 2.17. A sebességösszeadás (folytatás) 108 2.18. A tömegpont mozgásegyenlete (folytatás) 109 2.19. A négyesimpulzus 112 2.20. Nulla tömegű részecskék 114 2.21. Az elektromágneses mező transzformációja 115 2.22. A Thomas-precesszió 118 2.23. A Sagnac-effektus 120 3. Az általános relativitáselmélet 123 3.1. A súlyos és a tehetetlen tömeg 123

Tartalom 7 3.2. Az ekvivalencia-elv 126 3.3. Az m = m reláció pontos jelentése 129 3.4. Az inerciarendszerek lokalitása 130 3.5. A súlyerő 132 3.6. A GP-B kísérlet 133 3.7. A fényelhajlás 136 3.8. A perihélium-vándorlás 138 3.9. A gravitációs vöröseltolódás 139 Záró megjegyzések 145 Mutató 151

Előszó Hosszú évek óta tanítok relativitáselméletet, és fokozatosan arra a meggyőződésre jutottam, hogy az elmélet elfogadott bevezetési módja ugyan valószínűleg a lehető leglogikusabb, didaktikai szempontból azonban nem igazán szerencsés. A hagyományos tárgyalásban, amely lényegében Einstein 1905-ös gondolatmenetét követi, a Lorentz-transzformáció bevezetése megelőzi a relativisztikus effektusok az idődilatáció, a Lorentzkontrakció, a sebességösszeadás (és a néhány hónappal későbbi cikkben közölt E = mc 2 képlet) tárgyalását. Ennél természetesebb sorrendet nehéz elképzelni, de a buktatója az, hogy magának a Lorentz-transzformációnak a meggyőző, fogalmilag tiszta megalapozása egyáltalán nem egyszerű feladat. A Lorentz-transzformáció levezetése a fénysebesség állandóságán és az órák Einstein-féle szinkronizálásán alapul, és ennek a két összetevőnek a kölcsönös viszonya nagyon gyakran válik félreértés áldozatává. Könnyen alakul ki ugyanis az emberben az a benyomás, hogy a szinkronizálási eljárással tulajdonképpen mesterségesen kényszerítjük ki a fénysebesség állandóságát, és ez még azoknál is a bizonytalanság forrása lehet, akik nem jutnak el ennek a problémának a tudatos megfogalmazásáig.

10 Előszó Ebben a kis könyvben arra teszek kísérletet, hogy a hagyományos sorrendet megfordítsam: a relativisztikus effektusokat anélkül mutassam be, hogy előzetesen szó esne az órák szinkronizálásáról és a Lorentz-transzformációról. Úgy gondolom, hogy ez a feladat teljes mértékben megoldható úgy, hogy utóbb, amikor azután sor kerül a Lorentz-transzformációkra, már csak finomítani (és persze továbbgondolni) kelljen azt, amiről korábban szó volt, anélkül, hogy szükség lenne bárminek a helyesbítésére vagy visszavonására. Ennek a programnak megfelelően a Lorentz-transzformációról csak a 2. fejezetben lesz szó, de a speciális relativitáselméleti effektusokat tárgyaló 1. fejezetet (és az általános relativitáselmélet alapjait ismertető 3. fejezetet is) meg lehet érteni a 2. fejezet ismerete nélkül. Másrészt a relativisztikus effektusok átgondolása során az olvasó elsajátíthatja a relativitáselmélet szemléleti alapjait, és ez megkönnyítheti a számára, hogy a 2. fejezet tanulmányozása közben elkerülje azokat a buktatókat, amelyekről fentebb szó volt. Azt a célt azonban nem tűztem ki magam elé, hogy a könyv az alkalmazott matematika szempontjából egyszerűbb legyen, mint a hagyományos sorrendet követő tankönyvek de nem is bonyolultabb náluk. A relativitáselméletnek ezek a fejezetei nem igényelnek nehéz matematikát, a középiskolai matematika és a differenciálszámítás alapfokú ismerete elegendő a megértésükhöz. A könyv azoknak az előadásoknak az alapján készült, amelyeket 2007 őszi szemeszterében az ELTE Doktori Iskoláján tartottam fizikatanárok számára. Köszönetemet fejezem ki az

Előszó 11 Iskola szervezőinek és résztvevőinek a támogatásukért és közreműködésükért. Hraskó Péter