Egyidejűség

A fizika , a egyidejűsége két esemény az a tény, hogy azok előfordulnak ugyanabban az időben.

Isaac Newton fizikájában az idő abszolút, és az információk végtelen sebességgel továbbíthatók: állítólag például a gravitációs erő azonnal terjed. Az egyidejűség fogalma találkozik a mindennapi tapasztalatok bizonyítékaival: ha egy megfigyelő számára egyszerre két esemény történt, akkor ez más megfigyelőkkel is azonos.

A világegyetemben speciális relativitáselmélet javasolt 1905 által Albert Einstein , hogy létezik egy sebességkorlátozás (a fény sebessége ) és azonos minden galileai referenciakeret egységesíti tér és idő az egyetlen személy, az úgynevezett tér-idő , és teszi elveszítik abszolút jellegüket. Két esemény közötti egyidejűség elveszíti nyilvánvaló aspektusát, és viszonylagossá is válik a megfigyelőhöz és referenciakeretéhez: egy adott megfigyelő számára egyszerre két esemény egy másik megfigyelő számára különböző időpontokban fordulhat elő.

Az egyidejűség azonnali észlelése

Az "  esemény  " egy adott helyen és adott időben bekövetkező tény.

Rögtön két esemény tekinthető egyidejűnek, ha egyszerre érzékelik őket. A helyes elemzéshez azonban meg kell különböztetni a jel kibocsátását és a megfigyelő általi vételt. Ez valójában két esemény, és nem csak egy.

Newtoni fizikában

Bizonyos interakciókat (például: gravitáció ) állítólag azonnal, más szóval végtelen sebességgel kell továbbítani . Így amint egy esemény bekövetkezik, valószínűleg az egész világegyetemet azonnal befolyásolja. Tehát, ha egy személy két eseményt egyidejűnek tart, akkor bármelyik személy egyidejűleg is megfigyeli őket. Ugyanez a helyzet egyidejűleg megfigyelt két esemény esetében is.

A relativitáselméletben

Speciális relativitáselmélet esetén minden interakciót (és bármilyen információt) maximálisan olyan fénysebességgel továbbítanak, amely minden inerciális referenciakeretben azonos , vagy akár független a forrás sebességétől . Itt van egy helyzet, amelyet Einstein példája ihletett egy vonatra vonatkozóan:

Tegyük fel, hogy abban a pillanatban, amikor a középső O „a vonat előtt halad el az O pont található a pályán, a két megfigyelő található O” (a vonaton) és O (a platform), hogy két könnyű jelek , amelyek O-ból (és O'-ból) küldtek a vonat mindkét végére. Vajon ezek a jelek érkeznek-e a vonat végére egyidejűleg a két megfigyelő számára O'-n (a vonaton) és O-n (a peronon)?

A vonatban megfigyelő számára a fény a vonat közepén elhelyezkedő tér egy pontjából bocsátódik ki, és a fény sebessége a referenciakeretének (inerciális) minden irányában azonos, a két jel mindkét végén egyidejűleg érkeznek, és egyidejűleg visszaküldik neki, a vonat közepén.

Az emelvényen lévő megfigyelő számára , aki látja az elhaladó vonatot, a fény a tér egy pontjából kibocsájtott, és ettől a ponttól fénysebességgel, minden irányban diffundál. Ez a megfigyelő, megértve, hogy a vonat hátsó része találkozik a lámpával, miközben az eleje elmozdul tőle, nem csodálkozik azon, hogy a vonat hátsó része visszaveri a fényt a vonat eleje előtt. Ennek a megfigyelőnek a két jel nem egyszerre érkezik meg a vonat végére. Itt tér el a fénysebesség változatlansága bármely referenciakeretben egy nem relativisztikus objektumétól, amelynél ugyanaz a megfigyelő a peronon észleli a vonat mindkét végén egyidejű érkezést.

Következtetés  : a két esemény egyidejűsége, amelyek a fényjelek érkezését jelentik a vonat végén, minden megfigyelőhöz viszonyítva vannak.

Egyidejűség és különleges relativitáselmélet

Óra szinkronizálása

Különleges relativitáselméletben egy esemény tény, amely ilyenkor és egy ilyen pillanatban következik be. Egy esemény önmagában (például az Apollo 12 küldetés távozása ), leírása vagy neve alapján azonosítható, és ezáltal egyfajta univerzális jelleget nyer.

Az esemény leírása azonban csak akkor kap operatív jelentést, ha meghatározza annak térbeli és időbeli helyzetét egy referenciakeretben, amelyet a klasszikus mechanika vagy a speciális relativitáselmélet Galilei- ként vesz fel . Az eseményt ezután a gyakorlatban ebben a referenciakeretben négy komponens ( x, y, z, t ) írja le: három tér és egy az idő.

A derékszögű térkoordináták ( x, y, z ) meghatározása az origópont és az esemény bekövetkezési pontja közötti távolság mérésével történik. Mivel az összes galileai referenciakeretben megegyezik, a fénysebesség felhasználható erre a célra: megmérjük az időt, hogy oda-vissza oda-vissza megtegyünk a választott pont és az origó között, és levezetjük a köztük lévő távolságot. A gyakorlatban elegendő ezt a kalibrálást végleg elvégezni, és a referenciarendszer minden pontjához ("minden megfigyelőhöz") csatolni a saját koordinátáit.

Annak megállapításához, időbeli koordináta t egy esemény egy adott keret, egy óra közel helyezkedik el minden egyes megfigyelő ennek a keretnek. Az órák szinkronizálása a fénysebesség változatlanságán, az órák közötti távolság mérésén és a téridő izotropiáján alapul. A következőképpen biztosított. A központi rendszergazda, az időtartó referencia időjelet ad ki, mondjuk délben. Tehát, amikor egy megfigyelő, amely a központi adminisztrátortól r távolságra helyezkedik el, megkapja ezt a jelet , figyelembe veszi a jel eléréséhez szükséges r / c időt , és időben beállítja az óráját (dél + r / c ).

Ennek a szinkronizálásnak a végén elmondható, hogy az adattár összes órája ugyanazt az időt jelzi. Ez a beszédmód nem biztos, hogy teljesen helytálló, mivel senki sem láthatja egyszerre a figyelembe vett referenciakeret összes óráját, de összefoglalja azt a tényt, hogy - mint bármely idõjelet vevõ megfigyelõ - láthatja ugyanannak a keretnek bármely más megfigyelõjétõl , egy óra mindig ugyanazzal a késleltetéssel ( r / c ) fogadja a jelet, amelyet egy másik, r távolságban lévő óra érkezik, és amelyet az összes óra azonos ütemben ver,

Végső soron a galileai referenciakeret szinkronizált órák összessége, amelyek egymáshoz rögzítve vannak és olyan helyeken helyezkednek el, amelyek jelzik térbeli helyzetüket a csoportban.

A leírt szinkronizálás egy adott lerakat számára van fenntartva. A jelzett folyamat nem teszi lehetővé az órák (akár azonos felépítésű) lépések összekapcsolását az egyik referenciakeretből a másikba.

Az egyidejűség fogalma a relativitáselméletben

Két eseményt , amelyeket a megfelelő tér-idő koordináták írnak le, és ugyanabban a galilei vonatkoztatási rendszerben, amelynek óráit szinkronizálták, egyidejűnek mondják, ha a pillanatok és ugyanazok. Azt mondjuk, hogy a szimultán, de végül az egyidejűség csak ellenőrizni megfigyelő után az a tény, ha az információt az órák elérte őt: a megfigyelő akkor azt mondják, hogy az események voltak egyszerre. E1{\ displaystyle E_ {1}}E2{\ displaystyle E_ {2}}(x1,y1,z1,t1){\ displaystyle (x_ {1}, \, y_ {1}, \, z_ {1}, \, t_ {1})}(x2,y2,z2,t2){\ displaystyle (x_ {2}, \, y_ {2}, \, z_ {2}, \, t_ {2})}t1{\ displaystyle t_ {1}}t2{\ displaystyle t_ {2}}

Ha ezeknek az eseményeknek a helyzete különbözik legalább egy térbeli koordinátájuk értékétől, akkor ezeket nem lehet ok-okozati összefüggéssel összekapcsolni az összes interakció korlátozó sebességének megléte miatt . Másutt mondják egymástól.

Véletlen egybeesés

Két eseményről akkor mondhatjuk, hogy egybeesnek, ha az azonos vonatkoztatási keretben kifejezett tér-idő koordinátáik megegyeznek. Két, egy referenciakeretben egybeeső esemény egybeesik bármely más referenciakeretben is.

Így azt mondhatjuk, hogy egy adott referenciakeretben vizsgált két részecske közötti sokk egyben más galileai referenciakeretben is sokk. Ez teszi lehetővé az esemény négy tér-idő koordinátájának referenciakeretben történő megadását is: egybeesés van az esemény és a terminál-óra között, amelynek jelzéseit olvassák.

Az egyidejűség relativitása

Íme egy magyarázat, amelyet Einstein adott  :

Tegyük fel, hogy egy referenciakeretben két villám villan ki egyszerre, az egyik az A, a másik a B pontban. Mivel ezek kiváltása ebben a referenciakeretben egyidejű, az egyes által kibocsátott fények egyszerre érkeznek a AB], amit látunk a 3 rd  rajz.

Tegyük fel, hogy egy O 'megfigyelő az állandó állandó V sebességgel mozog B felé, és hogy a kiváltás pillanatában (az egyidejűségi referenciakeretben megfigyelt pillanatban) ez a megfigyelő az O pontban van. A probléma az, hogy tudjuk-e megfigyelő O 'a két kiváltó tényező egyidejű.

Ha azok a referenciakeretben is vannak, ahol ez a megfigyelő O 'mozdulatlan: ahogy a kiváltáskor a megfigyelő az [AB] közepén van, és hogy referenciakeretében a fénysebesség nem függ a forrás sebességétől, mindkét fénysugarat egyszerre fogadja.

Ha nem kapja meg őket egyidejűleg, akkor az az oka, hogy az adásaik nem egyidejűek a tárában.

Nem rajzolhatjuk le, mi történik az O 'referenciakeretében, mert nem tudjuk, hogy a két kiváltó tényező kezdetben egyidejű-e vagy sem. Másrészt megrajzolhatjuk azt, amit a megfigyelő lát a referenciakeretbe helyezett O-ban, ahol biztosak vagyunk abban, hogy a kiváltók egyidejűek. A szemközti rajzokon megértjük, hogy ez a megfigyelő a vörös fénysugarat látja, amely a kék fénysugár előtt eléri az O'-t: az O referenciakeretében nincs egybeesés az O 'és a vörös sugarak és a kék találkozása között. Tehát az O 'vonatkoztatási rendszerében sincs véletlen!

Következtetés: mivel az O 'nem kapja meg egyidejűleg a vörös és a kék sugarakat, emisszióik nem egyidejűek a referenciakeretükben, míg az O-ban vannak.

Egyidejűség és tér-idő diagram

Az ellentétes Minkowski-diagram rávilágít az egyidejűség relativitására a speciális relativitáselméletben. A galileai tereptárgyakat (Ox, ct) és (O'x ', ct') egy speciális Lorentz-transzformáció köti össze, a második koordinátarendszer sebességgel mozog . v{\ displaystyle v}

Geometriai szempontból az (Ox, ct) referenciakeretként történő kiválasztása (O'x ', ct') oly módon jelenik meg, hogy az O'x 'és az O'ct' tengely szimmetrikus legyen a fény kúpjával szemben , mindegyiket közelebb hozzuk a szöghez az Ox és Oct megfelelő irányaihoz képest: ζ{\ displaystyle \ zeta}

Cser⁡ζ=v/vs..{\ displaystyle \ tan \ zeta = \; v / c \;.}

A két esemény és egyidejű a koordináta-rendszerben (Ox, ct). Az egyes jelölések egyenlő időtengelyei az Ox, illetve az O'x 'tengellyel párhuzamos vonalak. Nyilvánvaló, hogy a diagram esetében az esemény korábban történik , a referenciából (O'x ', ct') nézve. E1{\ displaystyle E_ {1}}E2{\ displaystyle E_ {2}}E2{\ displaystyle E_ {2}}E1{\ displaystyle E_ {1}}

Az egységek megfelelő geometriai ábrája lehetővé teszi a Lorentz-transzformációk által megadott időbeli eltérés grafikus ellenőrzését:

t2′-t1′=-γvvvs.2(x2-x1).{\ displaystyle t '_ {2} -t' _ {1} = - \; \ gamma _ {v} \; {\ frac {v} {c ^ {2}}} \; (x_ {2} - x_ {1}) \;.}

Ez a példa különösen szembetűnő megkönnyebbülést kap, ha a fenti két esemény egyike az Einstein, Podolski és Rosen paradoxonjának kiemelésére szolgáló kísérlet korrelált párjához tartozó foton polarizációjának méréséből áll . E1{\ displaystyle E_ {1}}

A referenciakeretben (Ox, ct), ha figyelembe vesszük, hogy az 1. foton pontján végrehajtott mérési művelet azonnal módosítja a 2. foton megfelelő jellemzőit , akkor a referenciakeretben (O'x ', ct' ), hogy ez az értelmezés érvényben maradjon, el kell ismerni, hogy az 1. fotonból származó hatás visszafordította az időt a 2. foton felé (mert ebben a referenciakeretben későbbi, mint ). És kölcsönösen, ha figyelembe vesszük, hogy a 2. fotonon végzett mérés befolyásolja az 1. fotont, akkor a referenciakeret újabb megváltoztatása megfordítaná a helyzetet a két esemény között, és szimmetrikus megjegyzést hozna a és a között . x1{\ displaystyle x_ {1}}x2{\ displaystyle x_ {2}}E1{\ displaystyle E_ {1}}E2{\ displaystyle E_ {2}}E1{\ displaystyle E_ {1}}E2{\ displaystyle E_ {2}}

Ezt a leírást a különböző galileai referenciakeret, ellentmondásos a kauzalitás , azt sugallja, hogy kvantum egy acausal jelenség tekintetében a cselekmény mérés (és nem, mint olyan, lehet szaporítására alkalmazott információ), és nem a helyi, mind térben, és ideiglenesen. Általánosságban hangsúlyozza a kvantumfizika és a relativisztikus fizika alapelveinek nehéz együttélését, legalábbis ahogy általában értik.

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

1. Még egyszerűbben mérhetjük közvetlenül a távolságokat másodpercekben, sőt az időket méterben.

Hivatkozások

1. §1 . Az interakciók terjedésének sebessége , Lev Landau és Evgueni Lifchits , Physique theorique , t.  2: Mezőelmélet [ a kiadások részlete ].
2. James H. Smith ( ford .  Angolul), Bevezetés a relativitáselméletbe , Párizs, InterEditions,1979, 2 nd  ed. , 317  o. ( ISBN  2-7296-0088-4 ). Kiadás javított gyakorlatokkal

   A mű újranyomása: James H. Smith , Bevezetés a relativitáselméletbe , Masson,1997, 3 e  . ( ISBN  2-225-82985-3 ).

3. Albert Einstein ( fordítás  németből), A különleges és általános relativitáselmélet , Párizs, Dunod ,2005, 177  o. ( ISBN  2-10-048716-7 ) Az angol változatot a Gutenberg projekt publikálja ..

Lásd is

Bibliográfia

• V. Ougarov, A különleges relativitáselmélet , második kiadás, Mir Editions, Moszkva, francia fordítás Mir Editions, 1979.
• Ch. Grossetête, Az anyag korlátozott relativitásának és atomszerkezetének ellipszisei, 1985. ( ISBN  2-7298-8554-4 )

Kapcsolódó cikkek

• Relativitás
• Tér-idő intervallum
• Vonat paradoxon