Wstęp
W 2011 i 2012 wygłosiłem dla słuchaczy Uniwersytetu Trzeciego Wieku w Uniwersytecie Wrocławskim cykl wykładów:
01. Teoria Względności - Podstawy
02. Teoria Względności - Wyniki/Rezultaty
03. Teoria Względności - Testy
04. Teoria Względności - Zastosowania
05. Teoria Względności - Problemy
06. Teoria Względności - Błędne Interpretacje
07. Teoria Względności - Prekursorzy
08. Teoria Względności - Twórcy
09. Teoria Względności - Kulisy
10. Teoria Względności - Kosmologia Relatywistyczna
11. Teoria Względności - Czarne Dziury
12. Teoria Względności - Fale Grawitacyjne
13. Teoria Względności - Antygrawitacja
14. Teoria Względności - Kalendarium
Szczegółowe informacje dotyczące sygnalizowanych tam zagadnień zainteresowani Czytelnicy znajdą w innych moich eBookach:
- Z. Osiak: Szczególna Teoria Względności. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Ogólna Teoria Względności. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Antygrawitacja. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Giganci Teorii Względności. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Energia w Szczególnej Teorii Względności. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Ilustrowany Słownik Fizyki. Self Publishing (2012).
- Z. Osiak: Wykłady z Fizyki - Teoria Względności. Self Publishing (2012).
Niefortunna nazwa
- Teoria względności powinna mieć inną nazwę ze względu na badane w jej ramach zagadnienia.
- Powinna nazywać się teorią inwariantów i kowariantów (niezmienników i współzmienników).
- Szczególna teoria względności bada niezmienniki i współzmienniki w układach inercjalnych w nieobecności pola grawitacyjnego.
- Ogólna teoria względności bada niezmienniki i współzmienniki w dowolnych układach odniesienia w obecności pola grawitacyjnego.
- Planck nazwał (1906) teorię Einsteina [zasadą względności] teorią względności.
- Nazwa niemiecka: [das] Prinzip der Relativität.
- Synge proponował, aby nazywać teorię względności teorią rozchodzenia się sygnałów.
- M. Planck:
Das Prinzip der Relativität und die Grundgleichungen der Mechanik.
Verhandlungen der Deutschen physikalischen Gesellschaft 4 (1906) 136-141.
Zasada względności i podstawowe równania mechaniki.
- J. L. Synge:
Talking about relativity.
North-Holland Publishing Company, Amsterdam 1970.
Istnieje polski przekład:
- J. L. Synge:
Porozmawiajmy o teorii względności.
PWN, Warszawa 1974.
[Biblioteka Problemów, tom 190]
- Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), niemiecki fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1918.
- John Lighton Synge (1897-1995), irlandzki fizyk-teoretyk i matematyk.
Dlaczego Einstein nie był kobietą?
Odpowiedź na to pytanie stanie się jasna, gdy prześledzimy przebieg kariery naukowej Amalii Emmy Noether - rówieśnicy Einsteina.
- Albert Einstein (1879-1955)
genialny fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1921
- 1900 - Ukończył politechnikę w Zurychu.
- 1905 - Doktoryzował się na Uniwersytecie w Zurychu.
- 1913 - Został członkiem Pruskiej Akademii Nauk.
- 1921 - Otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego.
- 1933 - Wyemigrował do Ameryki.
- Amalie Emmy Noether (1882-1935)
niemiecka matematyczka
- 1900/1902 - Studiowała bez matrykulacji matematykę w Erlangen.
- 1903 - Studiowała bez matrykulacji matematykę w Getyndze.
- 1904 - Uzyskała pozwolenie na matrykulację na Uniwersytecie w Erlangen.
- 1907 - Doktoryzowała się na Uniwersytecie w Erlangen.
- 19??/19?? - Pracowała jako wolontariuszka w Instytucie Matematyki Uniwersytetu w Erlangen.
- 1915 - Pracowała jako wolontariuszka w Instytucie Matematyki Uniwersytetu w Getyndze.
- 1919 - Habilitowała się w Getyndze.
- 1922 - Otrzymała tytuł nieoficjalnego profesora nadzwyczajnego w Getyndze, umożliwiający jej prowadzenie wykładów.
- 1928/1929 - Wykładała w Moskwie.
- 1930 - W semestrze letnim wykładała we Frankfurcie.
- 1933 - Wyemigrowała do Ameryki.
- W 1904 przyznano kobietom prawo do studiowania na uniwersytetach.
- W 1919 przyznano kobietom prawo do habilitacji.
Giganci teorii względności
- Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826-1866), niemiecki matematyk i fizyk-teoretyk.
- Elwin Bruno Christoffel (1829-1900), niemiecki matematyk.
- Gregorio Ricci-Curbastro (1853-1925), włoski matematyk.
- Tulio Levi-Civita (1873-1941), włoski matematyk.
- Marcell Grossmann (1878-1936), szwajcarski matematyk.
- Albert Abraham Michelson (1852-1931), amerykański fizyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1907.
- Baron Roland von Eötvös (1848-1919), węgierski geofizyk.
- Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), holenderski fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1902.
- Albert Einstein (1879-1955), genialny fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1921.
- (Jules) Henri Poincaré (1854-1912), francuski matematyk, fizyk i filozof.
- Hermann Minkowski (1864-1909), niemiecki matematyk i fizyk-teoretyk.
- David Hilbert (1862-1943), niemiecki matematyk.
- Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944), brytyjski astronom, astrofizyk, fizyk i matematyk.
- Willem de Sitter (1872-1934), holenderski matematyk, astronom i kosmolog.
- Carl Schwarzschild (1873-1916), niemiecki astronom i fizyk.
- Aleksandr A. Friedman (1888-1925), rosyjski matematyk i fizyk.
- Richard Chase Tolman (1881-1948), amerykański chemik i fizyk-teoretyk.
- Hermann Claus Hugo Weyl (1885-1955), niemiecki matematyk.
- Kurt Gödel (1906-1978), amerykański matematyk pochodzenia austriackiego.
- Roy Patrick Kerr (ur. 1934), nowozelandzki matematyk.
- Élie Joseph Cartan (1869-1951), francuski matematyk.
- Theodor Franz Eduard Kaluza (1885-1954), niemiecki fizyk-teoretyk.
- Edwin Powell Hubble (1889-1953), amerykański astronom i kosmolog.
- Georges Henri Joseph Édouard Lemaître (1894-1966), belgijski astrofizyk i kosmolog.
- Howard Percy Robertson (1903-1961), amerykański kosmolog.
- Arno Allan Penzias (ur. 1933), amerykański astrofizyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1978.
- Robert Woodrow Wilson (ur. 1936), amerykański radio-astronom, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1978.
- Aleksiej Zinowiewicz Pietrow (1910-1972), radziecki fizyk-teoretyk.
- J. Robert Oppenheimer (1904-1967), amerykański fizyk amerykański fizyk.
- Sir Roger Penrose (ur. 1931), brytyjski matematyk i fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 2020.
- Stephen William Hawking (1942-2018), brytyjski fizyk-teoretyk i kosmolog.
- Alan Harvey Guth (ur. 1947), amerykański fizyk-teoretyk i kosmolog.
.
- Riemann wprowadził pojęcie wielowymiarowej zakrzywionej przestrzeni (rozmaitości), która może być zdeformowana (ściśnięta lub rozciągnięta) w stosunku do płaskiej przestrzeni.
- Christoffel, Ricci-Curbastro, Levi-Civita i Grossmann stworzyli podstawy rachunku tensorowego, który jest językiem teorii względności.
- Michelson i Eötvös wykonali doświadczenia, których wyniki stanowią potwierdzenie założeń STW i OTW.
- Lorentz znalazł transformacje, względem których równania Maxwella są współzmiennicze.
- Einstein i Poincaré niezależnie od siebie opublikowali prace o STW.
- Należy podkreślić, że Einstein pracując nad STW nie wiedział o doświadczeniu Michelsona i nie znał pracy Lorentza o transformacjach
- Uwaga ta nie odnosi się do Poincaré, który zaproponował nazwę transformacje Lorentza, nadając im jednocześnie poprawną postać.
- Minkowski postulował, aby trójwymiarową przestrzeń i czas połączyć w czterowymiarową czasoprzestrzeń. Umożliwiło to nadanie równaniom STW eleganckiej postaci i ułatwiło Einsteinowi sformułowanie OTW.
- Einstein przewidział na podstawie OTW grawitacyjną dyfrakcję, grawitacyjne przesunięciu ku czerwieni, istnienie fal grawitacyjnych, wyjaśnił obrót orbity Merkurego oraz zaproponował pierwszy model kosmologiczny Wszechświata.
- Hilbert niezależnie od Einsteina podał poprawną postać równań pola.
- Eddington przeprowadził obserwacje ugięcia promieni świetlnych, które jednoznacznie potwierdziły słuszność wniosku wynikającego z OTW.
- De Sitter, Schwarzschild, Friedman, Tolman, Weyl, Gödel i Kerr znaleźli dokładne rozwiązania równań pola dla najbardziej realnych przypadków.
- Cartan zauważył, że przestrzeń może ulegać skręceniu. Rozszerzył OTW tak, aby równania pola opisywały wszystkie możliwe deformacje czasoprzestrzeni.
- Kaluza podjął próbę unifikacji grawitacji i elektromagnetyzmu w ramach pięciowymiarowej teorii.
- Hubble odkrył ucieczkę galaktyk, co stanowiło dowód słuszności teorii Friedmana rozszerzającego się Wszechświata.
- Robertson uporządkował ówczesną wiedzę na temat kosmologii relatywistycznej.
- Penzias i Wilson zarejestrowali mikrofalowe promieniowanie tła, uwiarygodniając tym samym teorię Wielkiego Wybuchu lansowaną przez Lemaître'a.
- Pietrow dokonał klasyfikacji pól grawitacyjnych.
- Oppenheimer opisał grawitacyjny kolaps, dało to początek burzliwemu rozwojowi fizyki czarnych dziur.
- Penrose i Hawking przeanalizowali zagadnienie osobliwości w czasoprzestrzeni.
- Guth stworzył teorię inflacji, która wyjaśniła "wszystkie" problemy związane z Wielkim Wybuchem.
- Einsteinowi zawdzięczamy głęboką, spójną i konsekwentną rewizję pojęć przestrzeni i czasu dokonaną w ramach STW i OTW.
Kto odkrył transformacje Lorentza?
- Poprawną postać transformacji znaleźli w 1905 niezależnie od siebie Einstein i Poincaré, który nazwał je transformacjami Lorentza.
- A. Einstein:
Zur Elekrodynamik bewegter Körper.
Annalen der Physik 17, 10 (1905) 891-921.
- H. Poincaré:
Sur la dynamique de l' électron.
Comptes Rendus des séances de l'Académie des Sciences, Paris 140 (1905) 1504-1508.
- Albert Einstein (1879-1955), genialny fizyk-teoretyk, laureat Nagrody Nobla z fizyki w 1921.
- Henri Poincaré (1854-1912), francuski matematyk, fizyk i filozof.
- Voigt otrzymał (1887) transformacje, podobne do przekształceń Lorentza [k = 1], nie zmieniające postaci równania falowego.
- W. Voigt:
Ueber das Doppler'sche Princip.
Nachrichten von der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften und der Georg-Augusts-Universität zu Göttingen No 2 (10. März 1887) 41-51. [Sitzung vom 8. Januar]
- Woldemar Voigt (1850-1919), niemiecki fizyk-teoretyk.
- Larmor zaproponował (1900), cztery lata wcześniej niż Lorentz, relatywistyczne przekształcenia współrzędnych przestrzennych i czasu nie zmieniające postaci równań Maxwella.
- Przekształcenia podane przez Larmora i Lorentza były identyczne, zawierały ten sam błąd.
- J. Larmor:
Aether and Matter.
Cambridge 1900.
- H. A. Lorentz:
Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light.
Proceedings of the Royal Academy of Sciences of Amsterdam 6 (1904) 809-831.
- Joseph Larmor (1857-1942), irlandzki fizyk-teoretyk i matematyk.
