Relativitetsteorin

Före Einsteins upptäckter kring relativitetsteorin så var det Galileis relativitetsteori som gäld. Galilei bestämde denna med hjälp av dåtidens postulat som var dåtidens grunder man trodde sig kunna lita på. Ett par av dessa postulat som sedan Einstein kom att mot bevisa var t.ex. att en sekund eller en meter alltid är lika långa, oavsett vem som mäter. Utifrån dessa postulat kunde man tillslut framställa en teori.

 Denna teori sade tillexempel att om två massor möts, så för att beräkna den enes hastighet jämfört med den andres så adderas hastigheterna. Denna teori utvecklade under 1500-talet fram till 1700-talet med Galilei och Newton som förgrundsfigurer. År 1817 så utförde Albert Michelson och Edward Morley en väldigt exakt mätning av ljusets hastighet som visade att alltid är konstant oberoende av både ljuskällans och betraktarens hastigheter, detta passade inte alls ihop med Galileis relativitetsprincip för enligt denna måste man uppleva en högre hastighet om man åker mot ljusets hastighet än om man åker mot ljuset.

Albert Einstein var den som revolutionerade människans syn på relativiteten i en artikel år 1905 då han beskrev vad Michelson-Morleys experiment egentligen innebar.  Denna beskrivning kom att kallas den speciella relativitetsteorin. Denna teori är den samma som Newtons vid låga hastigheter, men det är vid högre denna gör en avsevärd skillnad.

Denna så kallade speciella relativitets teori utgår från två postulat

·         Fysikens lagar är samma för alla som rör sig med konstant hastighet i förhållande till varandra.

·         Ljushastigheten i vakuum är samma för alla som rör sig med konstant hastighet i förhållande till varandra.

Med det första postulatet menas att man inte kan veta vem de är som rör sig. Det är lika korrekt att säga att de är motorvägen som rusar framåt som att säga det är bilen som kör framåt på motorvägen. Med det andra postulatet så klargör det att man kan lita på Michaelson-Morleys experimentet. Man kan tycka att eftersom hela Newtons mekanik är grundad på Galileis relativitetsprincip att Newtons lagar om tillexempel kraft och rörelse inte bör stämma, men trots detta så gör dem faktiskt det till stor del. Om vi mäter och räknar med hastigheter som är låga som dem flesta på vår jord är så fungerar dessa bra. Men om vi räknar med hastigheter nära ljusets hastigheter så blir skillnaderna kolossala.

Tid och avstånd.

Enligt Michelssons och Morleys experiment så upplevs ljushastigheten som den samma oberoende av vilken hastighet som är i förhållande till ljusets källa. Detta experiment är grunden till en hel del intressanta frågeställningar när det handlar om att mäta massor som rör sig i förhållande till den som utför mätningen.

Om vi tänker oss en boll som kastat upp av en pojke i taket på ett tåg och som sedan självklart dras ner av gravitationen tillbaka i pojkens hand. Enligt pojken så har bollen färdats sträckan från hans hand till taket och tillbaka igen likts figur 1.

Men om man skulle titta in i tåget utifrån och om samtidigt tåget var i rörelse som pojken kastade bollen så skulle man uppleva sträckan längre likt figur 2.

Eftersom vi ser även tåget röra sig samtidigt som vi ser bollen så blir sträckan annorlunda. Även hastigheten på bollen förändras eftersom även tåget rör sig. Men vi upplever ändå tiden för bollens rörelse den samma.

En annan antagelse man kan gör är att tänka sig ett rymdskepp med en man i som skickar en laserpuls upp mot taket på en rymdfärja. Laserpulsen studsar i sin tur mot en spegel som är fäst i taket och kommer tillbaka till mannen. Mannen har även en klocka som mäter hur lång tid det tar för pulsen att gå till spegeln och tillbaka. Mannen mäter tiden och sträckan laserpusen färdats och konstaterar att ljusets hastighet verkligen är 299792458 m/s. Om vi från jorden skulle se detta så skulle vi precis som exemplet med tåget uppleva att laserpulsen rör sig snett framåt och där av färdats en längre sträcka än vad mannen tycker den gör. Man skulle vilja tro att enligt vårt synsätt rör sig laser pulsen med högre hastighet än enligt pojkens synsätt. Men enligt Einsteins andra postulat så får man inte tro detta. Med detta sagt så verkar det som vi mäter tid eller sträcka olika.

Tidsdilation:

Där t₀ är den tid man mäter om man är still i förhållande till det som mäts, v är hastigheten för det som mäts i förhållande till betraktaren och c är ljushastigheten. Den som observerar något som rör sig tycker det tar längre tid än den som förflyttas tillsammans med det som observeras.

Relativetisk energi:

Där m är föremålets massa och c är ljushastigheten

Kvarkar och leptoner:

Protoner och neutroner byggs upp av endast två sorters kverkar som kallas u (up) respektive d (down).

·         En proton består av två u-kvarkar och en d-kvark. Protonen betecknas p eler (uud)

·         Neutronen består av en u-kvark och två d-kvarkar. Neutronen betecknas n eller (udd).

·         För laddningarna ska stämma måste en u-kvark ha laddningen +2/3 och en d-kvark laddningen -1/3.

All materia byggs upp av kvarkar och leptoner.

·         Kvarkar är tunga och uppträder aldrig fria eftersom de påverkas av den starka kärnkraften. Protonen och neutronen består av kvarkar. Exempel på kvarkar är u-kvark och d-kvark.

·         Leptoner är lätta och uppträder fria eftersom de inte påverkas av den starka kärnkraften. Exempel på leptoner är elektron och neutrino.

Den stabila materien vi ser omkring oss är uppbyggd av tre sorters partiklar, u-kvarkar, d-kvarkar och elektroner.