background image

 

 

Relatywizm w fizyce

 

Transformacja

 

Lorentza

 Względność równoczesności

Dodawanie prędkości     

    

Stałość prędkości światła- Doświadczenie

          

Michelsona-Morley’a

background image

 

 

Ruch względny dla prędkości relatywistycznych

Wyznaczanie prędkości światła 

Wartość prędkości światła w próżni jest jedną 

z podstawowych stałych fizycznych. Możemy 
również powiedzieć, że:

a) Światło jest promieniowaniem 

elektromagnetycznym i    

      jego prędkość w próżni jest niezależna  od 

częstości,

a) Nie można przekazać żadnej informacji czy 

sygnału 

      z prędkością większą niż prędkość światła,
c)   Prędkość światła nie zależy od układu 

odniesienia i we wszystkich układach 
inercjalnych jest taka sama.

Na przestrzeni ostatnich kilkuset lat 
prędkość światła zmierzono różnymi 
metodami. 

background image

 

 

3.  Metoda Fizeau (koło zębate)

Dobierając szybkość rotacji można było 
zapewnić przebieg odbitego od lustra światła 
przez kolejną szczelinę.

Fizeau uzyskał wartość c = 315 300 ±500 
km/s. 

background image

 

 

Stałość prędkości światła
Doświadczenie  Michelsona-
Morley’a

W IX wieku teorie tłumaczące rozchodzenie się 
światła zakładały istnienie tzw. 

eteru

  - czyli 

ośrodka mającego bardzo szczególne 
właściwości, dużą sprężystość, przeźroczystość 
i przenikliwość, przenikającego wszystko i 
będącego również w próżni.
Przy pomiarach prędkości światła trzeba by 
więc uwzględnić fakt,  że Ziemia porusza się 
względem eteru. Ta prędkość względna 
powinna mieć wpływ na pomiary prędkości 
światła,
o ile słuszna jest transformacja Galileusza.

Jeśli mierzylibyśmy prędkość światła w układzie 
poruszającym się z prędkością 

względem 

eteru, to dla dwóch różnych kierunków tej 
prędkości uzyskalibyśmy dwa różne rezultaty na 
prędkość światła 

v + c

, i  

-v+c

.

background image

 

 

Z różnicy tych dwóch wartości możemy 
wyznaczyć prędkość 

v

.

Szereg przeprowadzonych eksperymentów dało 
jako wynik wartość 

v = 0

.

Ten fakt spowodował, że Einstein w 1905 r. 
sformułował swoje 

postulaty

 dotyczące tzw. 

szczególnej teorii względności

.

1. Prawa natury mają tą sama postać we 

wszystkich układach 

      inercjalnych,
1. Prędkość światła jest stała i taka sama we 

wszystkich inercjalnych układach 
odniesienia, niezależnie od ruchu

      źródła i obserwatora.

W roku 1881 Michelson chciał zbadać ruch 
Ziemi względem eteru przy pomocy 
doświadczenia, które tu przedyskutujemy. 
Użył on do tego bardzo czułego instrumentu 
optycznego – interferometru.

background image

 

 

l

0

l

0

S

S



P

O

Q

Światło ze źródła 

Q

 zostaje po soczewce posłane 

równoległą wiązką na półprzezroczystą płytkę 

P

. Na 

płytce tej dzieli się i biegnie do luster 

S

 i 

S



.

Po odbiciu od luster obydwa promienie docierają do 
lunetki 

F

. Tam obserwuje się obraz interferencyjny w 

postaci równoległych prążków.

background image

 

 

Obraz interferencyjny zależy od różnicy faz, a tym samym 
od różnicy 

t

 czasu przelotu obydwu promieni 

cząstkowych na drodze 

PS

P i PS



P.

 

Przy czym 

PS

 = PS



 = l

0

 .

1. Przypuśćmy, że interferometr spoczywa w 

eterze. Wtedy 

      prędkość światła jest wszędzie równa 

c

 i 

t = 

0.

1. Jeżeli interferometr porusza się z prędkością 

v

 

np. w kierunku 

PS



, wtedy powinna wystąpić 

różnica czasu 

t

 .

Można to zaobserwować w następujący sposób; 
Rozważmy 

układ

 

U

, w którym spoczywa eter i 

układ U

 poruszający się względem eteru w 

którym spoczywa interferometr.

l

0

l

0

S

S



P

O

Q

v

U

W układzie 

U

 prędkość światła 

jest 

c

, a w 

układzie 

U

 

c-v () i c+v ()

 

zgodnie z transformacją 
Galileusza. W układzie 

U

na czas przelotu odcinka 

PS



P

 

otrzymujemy wartość;

background image

 

 

0

0

0

2

2

2

l

l

l c

t

c v c v

c

v

P

.

Wyznaczenie prędkości po drodze 

PS

P

  jest 

trochę trudniejsze. Rozpatrzmy ten problem w 
układzie 

U

, w którym jak pamiętamy prędkość 

światła jest 

c

.

l

0

S

P

P

vt

v

Widzimy, że;

2

2

2

0

2

(

)

2

l

t

c

vt

l

l

,

lub

background image

 

 

2

2

2

0

0

2

2

(

)

(

)

2

2

2

ct

vt

l

l

t

c

v

 

.

Całkowita różnica czasu jest równa;

0

2

2

2

2

0

2

2

2

2

1

2

2

1

1

1

1

t t t

c

t

l

c

v

c

v

l

t

v

c

v

c

c

  

 

 

P

.

Wiadomo, że 

v<<c

możemy więc obydwa 
składniki ostatniego 
równania rozwinąć w 
szereg. Skorzystamy 
z szeregów:

2

2

1

1

1

1

1

3

1

2

8

1

x x

x

x

x

x

  

 

background image

 

 

2

2

0

2

2

2

0

2

2

1

(1

) (1

)

2

2 1

2

l

v

v

t

c

c

c

l

v

t

c

c

 

 

Zaniedbując człony począwszy od 
kwadratowego, otrzymujemy;

.

Wniosek jest taki, że światło biegnące po 
drodze 

PS



P

 potrzebuje czas dłuższy o 

t

, niż 

światło biegnące po drodze

PS

P

.

Jeżeli obrócimy interferometr  o 

90

0

, obydwa 

lustra 

S



 i 

 zamienią się rolami, i jeśli tak 

jak założyliśmy ramiona z lustrami miały 
jednakową długość, różnica czasów powinna 
wynosić  

-t

.

background image

 

 

Czyli oczekiwana różnica różnic czasowych 
dla dwóch położeń ramion powinna 
wynosić;

2

0

2

2

( ) 2

l v

t

t

c c

    

.

Jeżeli jako v przyjmiemy prędkość orbitalną 
Ziemi w ruchu
dookoła Słońca i założymy średnią wartość tej 
prędkości jako
30 km/s, to możemy znaleźć wartość 

(t);

2

4

8

2

8

16

0

0

8

0

15

10

10

2 10

( )( )

[ ] 0.67 10

[ ]

3 10

10

( )( ) 0.67 10

v

v

c

c

t s

l m

l m

dla l

m

t s

s

 

 

.

background image

 

 

Tak małą różnicę czasów przelotu 

można

 

zmierzyć przy pomocy interferometru. Dla 
porównania okres drgań fali świetlnej wynosi;

7

15

8

5 10

1.67 10

3 10

T

s

c

 

.

Różnice czasu rzędu 1/100 tej wielkości powodują 
jeszcze mierzalne przesunięcie prążków 
interferencyjnych.

x

N
S

O
W

N
S

Linia przerywana 
przedstawia przewidywaną 
zmianę położenia,
a czerwona otrzymaną w 
doświadczeniu. Różnice 
były 40 razy mniejsze niż 
przewidywane.

Wniosek jest taki, 
że
nie ma 
względnego
Ruchu Ziemi 
względem
 eteru. Czyli, że 
nie ma
wyróżnionego 
układu
współrzędnych.

background image

 

 

Transformacja Lorentza

Względność równoczesności

1. Prawa natury mają ta sama postać we 

wszystkich układach 

      inercjalnych,
1. Prędkość światła jest stała i taka sama we 

wszystkich inercjalnych układach 
odniesienia, niezależnie od ruchu

      źródła i obserwatora.

Przypomnijmy sobie postulaty Einsteina

Wynik doświadczenia Michelsona, że nie ma 
wyróżnionego układu współrzędnych, jest 
zgodna z drugim postulatem Einsteina.
Rozważmy następujące doświadczenie;
W chwili t = 0 dwa układy U i U

 pokrywają się 

swoimi początkami O = O

’ 

zachodzi błysk 

światła.

background image

 

 

Układy te poruszają się z pewną prędkością w 
kierunku x

x

v vi

r

r

.

O

O

z

z

x

x

y

y

v

W obydwu układach 
prędkość światła 
wynosi c.
Światło rozchodzi 
się kuliście, tak , że 
po czasie t pokonuje 
drogę ct.
Mamy więc w 
układzie U;

2

2

2

2 2

x

y

z

c t

.

Równocześnie w układzie U

 mamy;

2

2

2

2 2

x

y

z

c t

.

background image

 

 

O

O

z

x

y

v

x

y

z

P(x,y,z)

P(x

,y

,z

)

Wynika więc z 
tego, że
dla chwili t=t

 

czoło fali
promienia 
świetlnego 
znajdowałoby się  
na dwóch 
różnych kulach o 
różnych środkach 
przesuniętych o 
odcinek 

OO

 = vt

.

Jest to pewnego rodzaju sprzeczność, którą 
możemy tylko wtedy wyjaśnić, gdy zaniechamy 
stosowania pojęcia czasu uniwersalnego i 
zamiast tego przyjmiemy, 

że przy przejściu 

pomiędzy dwoma poruszającymi się 
prostoliniowo układami współrzędnych 
następuje nie tylko zależna od czasu zmiana 
współrzędnych, ale również zależna od 
położenia zmiana czasu.

 

background image

 

 

B

N

A

B

R

A

B

N

A

B

R

A

B

N

A

B

R

A

B

N

A

B

R

A

1. Błyskawica uderza w 

pociąg w punkach 

A

 i 

B

 oraz w szyny w 

punktach 

A i B.

1. Światło z 

A

 osiąga 

ruchomego 
obserwatora  

R.

1. Światło z 

A i B

 osiąga 

nieruchomego 
obserwatora 

        w punkcie 

N

.

4.     

Światło z

 B

 osiąga 

ruchomego 
obserwatora 

R

Rozważmy jako przykład tzw. pociąg Einsteina

background image

 

 

Widzimy więc, że równoczesność jest względna a 
nie absolutna. Zależy ona od ruchu obserwatora.

Dla obserwatora N punkty A i A

 pokrywają się 

w tym samym czasie co punkty B i B

. Dla 

niego więc długość odcinka torów AB jest 
równa długości pociągu A

B

’.

Obserwator ruchomy 

R

 widzi jednak rzeczy 

inaczej. Ponieważ widzi on błyskawicę z 
przodu pociągu wcześniej niż z tyłu, wydaje 
mu się, że 

A i A

 koincydują wcześniej niż 

B i 

B

. Przyjmuje on więc, że długość toru 

AB

 jest 

krótsza od długości pociągu 

A

B

.

Obydwaj obserwatorzy nie zgadzają się więc 
co do oceny długości jak i czasu.

background image

 

 

Transformacja Lorentza

Opierając się na postulatach Einsteina 
postaramy się znaleźć zależność pomiędzy 
wartościami położenia i czasu mierzonymi przez 
jednego obserwatora, z odpowiednimi 
wartościami mierzonymi przez drugiego 
obserwatora znajdującego się w ruchu 
względem pierwszego obserwatora.

Jeśli wybierzemy sobie dwa układy 
współrzędnych U i U

 z dwoma obserwatorami, 

to z transformacji Galileusza otrzymamy;

x

x

U

U

v

y

y

x

x vt

x x vt

 

 

.

t

’ 

bierze pod uwagę możliwość różnych

skali czasowych. 

background image

 

 

Ponieważ może również zmieniać się 
długość(odległość) wprowadzamy czynnik 
skalujący 
 ( niezależny od pozycji i czasu), ale 

mogący zależeć od prędkości v.

(

)

(

)

x

x vt

x

x vt



(*).

Zgodnie z I postulatem Einsteina w obydwu 
równaniach powinno występować to samo 
, aby 

nie wyróżniać żadnego z układów.
Wprowadziliśmy współczynnik 
 jako 

matematyczną możliwość, gdy v  0,   1.

Chcemy znaleźć  opierając się na II postulacie 

Einsteina. Jeśli w czasie pokrywania się 
początków układów U i U

 włączymy zegary, to 

pokażą one czas t i t

.

background image

 

 

Jeśli w chwili pokrywania się układów dla (x = 0, 
t = 0, oraz
x

’ 

= 0, t

 = 0) w początku układów zajdzie błysk 

światła, to ze względu na to, że światło rozchodzi 
się w każdym z tych układów z prędkością c, 
mamy;

x ct
x

ct

.

Wstawiając to do równania (*) 
mamy;

(

)

(

)

ct

c v t

ct

c v t



.

Mnożąc ostatnie dwa równania przez siebie 
otrzymujemy;

2

2

2

2

(

)

c

c

v

.

Na współczynnik  otrzymujemy wyrażenie;

background image

 

 

2

2

1

1

v
c



.

Ze względu na to, że dla v = 0, x

 = x, 

przyjmujemy znak +1.

2

2

1

1

v
c

Transformacja położenia i czasu 
przyjmie postać;

2

2

2

2

1

1

x vt

x

v
c

x

vt

x

v
c

y

y

z

z



 

 

.

,

2

2

2

2

2

2

1

1

v x

t

c

t

v
c

v x

t

c

t

v
c





Wzory 
przedstawiają 
transformacje 
Lorentza.

background image

 

 

Dodawanie prędkości     

Chcąc wyrazić prędkość ciała poruszającego się 
w układzie ruchomym przez  przez prędkość w 
układzie nieruchomym, nie możemy już 
stosować transformacji Galileusza, gdyż byłoby 
to sprzeczne z II postulatem Einsteina. Nowe 
wyrażenie na dodawanie prędkości 
wyprowadzimy w oparciu o transformację 
Lorentza.
Wyprowadźmy wyrażenia dla różniczek 
położenia i czasu.

2

2

2

2

2

1

1

vdx

dt

dx vdt

c

dx

dt

v

v

c

c



Dzieląc te równania stronami otrzymamy 
szukane zależności.

background image

 

 

Niech cząstka ma prędkość u w układzie U i u

 w 

układzie U

 tak jak na rysunku.

x

x

U

U

v

y

y

u

x

u

x’

Wtedy

x

x

dx

dx

u

u

dt

dt

,  i mamy;

2

2

/

1

dx

v

dx

dx vdt

dt

dx v

dt dt v c dx

dt c

.

Czyli ostatecznie,

.

( , , )

( , , )

x

y

z

x

y

z

u

u u u

u

u u u

  

r
r

Gdy 

x

v v i

 

r

r

,

.

background image

 

 

2

1

x

x

x

u

v

u

v

u

c

 

.

Równocześnie  ze względu na zależność
     możemy napisać, że;

2

2

2

2

(

/

)

(1

/

)

(

/

)

(1

/

)

y

y

x

z

z

x

u

dy

dy

u

dt

dt v c dx

v c u
u

dz

dz

u

dt

dt v c dx

v c u

.

y y

z z

Po zebraniu wzorów na dodawanie prędkości razem,
otrzymujemy; 

background image

 

 

2

2

2

1

(1

)

(1

)

x

x

x

y

y

x

z

z

x

u

v

u

v

u

c

u

u

v

u

c

u

u

v

u

c

 

(gdzie maksymalna 
wartość u=c, oraz v=c), 
otrzymujemy;

1

2

v/c

0

1

u/c

2

2

2

1

/

Einstein

u

c

v c

2

Galileusz

u

v

c

c

Porównując 
dodawanie dwóch 
jednakowych 
prędkości u

’ 

= v 

według Galileusza i 
Einsteina

background image

 

 

Kontrakcja długości Lorentza - 
Fizgeralda

Rozważmy znów układ nieruchomy U i 
ruchomy U

, i zmierzmy w obydwu tych 

układach długość odcinka.

W układzie U mamy x

2

 – x

wykonujemy pomiar 

w chwili     t

1

 = t

2

,  aby móc przyjąć, że x

2

 – x

1

  

oznacza długość.
W układzie U

’ 

mamy odpowiednio x

2

-x

1

.

Korzystając z transformacji Lorentza, otrzymujemy;

2

1

2

1

2

2

2

1

1

x

x

x

x

v

c

v

L

L

c

.

background image

 

 

Dylatacja czasu

Umieśćmy w stałym punkcie

 x

0

 układu 

ruchomego

 U

 

zegar. Układ ten  porusza się z 

prędkością 

v

 w kierunku osi 

x

.

W układzie nieruchomym 

U

 umieszczamy dwa 

zsynchronizowane zegary umieszczone w 
punktach

 x

1

 i 

x

2

.

x

x

U

U

v

y

y

x

0

x

1

x

2

Gdy zegar 

x’

o

 

U

 mija zegar

 

x

1

 w 

U

, rejestrujemy czasy 

t

1

 

w układzie 

U

 i 

t

1

 w układzie 

U

.

Gdy zegar w 

U

 

mija zegar 

x

2

 

U

, rejestrujemy czasy 

t

2

 

układzie 

U

 i

t

2

 w układzie 

U

.

Odpowiednie przedziały 
czasowe

Wynoszą w układzie U

 

t

 = t

2

 – t

1

 , a w 

układzie 

U

 

t = t

2

 – t

1

. Stąd mamy;

background image

 

 

2

2

2

2

2

/

1

1

t

v c

x

t

v
c

t

t

v
c

 

 

 

.

Ponieważ w układzie U

zegar spoczywa, więc
x

 = 0, mamy więc

Przykład: Mion jest cząstką nietrwałą, rozpadającą się w 
czasie 2 
s, mierzonym na zegarze będącym w spoczynku 

względem mionu. Licząc klasycznie- mion w poruszający się z 
prędkością c przebywa czasie swego życia drogę 
ct=3·10

m/s 2·10

-6 

s = 600 m zanim się rozpadnie. Wiele 

mionów dociera jednak do Ziemi.
Odpowiedzmy na pytanie, czy mion o prędkości v = 0.9999c 
znajdujący się na wysokości 30 km dotrze do powierzchni 
Ziemi.

6

6

2

2 10

141 10

1 (0.9999)

s

t

s

 

Dla nas odległość pokonana przez mion będzie równa
czyli doleci. 

8

6

3 10 / 141 10

42

x

m s

s

km

 

 

background image

 

 

Dynamika relatywistyczna

Zasada zachowania pędu w szczególnej teorii
      względności- Pęd relatywistyczny

Przy podejściu klasycznym zasada zachowania 
pędu dla N punktów materialnych w układzie 
nieruchomym U ma postać;

1

1

N

N

i

i i

i

i

p

mv

P const

 

r

r

r

.

Wyrażenie to było słuszne dla transformacji 
Galileusza we wszystkich układach 
inercjalnych. W układzie U’ poruszającym się 
z prędkością 

v

0

 względem układu U, pęd 

każdej cząstki 
zmienia się o 

m

i

v

0

a całkowity pęd o                 

       . Przez to 

zmienia się jednak tylko wartość stałej, i 
prawo zachowania pędu jest również ważne w 
układzie 

U

.

0

1

N

i

i

mv

r

background image

 

 

0

1

1

N

N

i i

i

i

i

mv

P

const const v

m

 

r

r

r

.

Jeśli jednak zastosujemy przy przejściu z 
układu 

U

 do 

U’ 

transformację Lorentza, prawo 

zachowania pędu w swej dotychczasowej 
postaci przestanie działać.

.

background image

 

 

.

Pęd zdefiniowany w sposób klasyczny 

p=m

0

v

 

jest zachowany tylko w układzie środka masy.

Okazuje się, że we wszystkich układach 
zachowany jest tzw. 

pęd relatywistyczny

.

0

2

2

1

rel

m

p

v

v
c

r

r

.

Dla v<<c jest ono identyczne z klasyczną 

definicją pędu

      

p = m

0

v

.

background image

 

 

Wyrażenie to jest niezmiennicze ze względu 
na 

       transformację Lorentza, tzn. zachowanie 

p

 w jednym układzie inercjalnym oznacza 

zachowanie we wszystkich innych. 

Podstawowym postulatem mechaniki 
relatywistycznej jest żądanie zachowanie 
relatywistycznego pędu we wszystkich 
układach inercjalnych.
Z tego postulatu, oraz z klasycznego równania 
ruchu
wynika cała dynamika relatywistyczna.

dp

F

dt

r

r

Przy braku sił zewnętrznych relatywistyczne 
prawo zachowania pędu ma postać,

0

2

1

2

1

N

i

i

i

i

m

v

p const

v
c

  

r

r

.

background image

 

 

Wyrażenie

0

2

2

1

m

m

v
c

nazywamy 

masą 

relatywistyczną

.

Równanie 

p = m v

 jest znów 

ważne.

Masa jest więc zależna od 
prędkości.

background image

 

 

Jeśli jakaś zewnętrzna siła wykonuje na 
swobodnej masie pracę, to ta masa 
relatywistyczna zmienia się o wielkość 
dostarczonej energii dzielonej przez c

2

.

Podobna rzecz jest również ważna dla energii 
potencjalnej. Dla
dwóch punktów  masowych energia 
potencjalna;

1,2

1 2

12

p

mm

E

G

r



.

Dla układu izolowanego zmiana energii 
potencjalnej powoduje zmianę energii 
kinetycznej, a tym samym masy.

Całkowita masa relatywistyczna jest 
zachowana. Musi się więc
zmienić masa spoczynkowa cząstek;

0

2

p

E

m

c

.

background image

 

 

.

Z faktu że

2

kin

p

E

E

E

mc

 

 



wynika, że 
całkowita

energia relatywistyczna ciała(punktu) o masie 
m jest równa;

2

2

0

2

2

2

2

1

1

o

mc

E

E mc

v

v

c

c

.

E

0

 jest energią masy spoczynkowej m

0

.

Widzimy więc, że gdy na układ nie działają 
żadne siły zewnętrzne, 

energia 

relatywistyczna, która tak jak energia 
klasyczna jest sumą energii kinetycznej i 
potencjalnej jest zachowana.

background image

 

 

Zależność pomiędzy pędem a 
energią dla  
             ciała o masie spoczynkowej 
m

0

W oparciu o wcześniejsze równania  
otrzymujemy;

2

0

0

2

2

2

2

2 2 2

2 4 2

2

2

0

0

2

2

2

2

1

/

1

/

mv

mc

p

E

v c

v c

m v c

m c c

p

E

c

v

c

v

r

r

.

Eliminując z tych równań v

2

 

otrzymujemy;

2

2 2

2 2

0

(

)

E

p c

mc

.

Podstawiając do tego równania 

2

0

kin

E E

mc

, otrzymamy;

background image

 

 

2 2

2 2

2

0

0

(

)

kin

E

p c

mc

mc

.

Często używamy również 
wyrażenia:

2

E

p mv

v

c

r

r

r

.

Transformacja pędu i energii pomiędzy 
dwoma 
          układami poruszającymi się względem 
siebie 
          prostoliniowo

Energię i pęd możemy wyrazić poprzez masę 
spoczynkową cząstki i prędkość. Masa 
spoczynkowa jest niezależna od układu 
współrzędnych.

background image

 

 

Poznaliśmy również wyrażenia na transformację 
prędkości.
Przyjmijmy, że układ U

’ 

porusza się względem

 

układu 

U

 z prędkością               . Wtedy,

x

v v i

r

r

0

0

2

2

2

2

2

2

0

0

2

2

(

)

1

1

x

x

x

y

y

z

z

v E

v p

E

p

E

c

c

c

p

c

v

v

c

c

p

p

p

p

 

 
 

.

background image

 

 

Interwał czasoprzestrzenny -  czterowektor

Miarą odległości między punktami 1 i 2 jest 
interwał, lub przedział przestrzenny 
zdefiniowany jako;

2

2

2

12

1

2

1

2

1

2

(

)

(

)

(

)

r

x x

y y

z z

r

W fizyce relatywistycznej nie można 
rozpatrywać współrzędnych przestrzennych 
niezależnie od czasu. Czas należy traktować 
jako czwartą współrzędną, która razem ze 
współrzędnymi tworzy czasoprzestrzeń. Aby 
zgadzały się wymiary za czwartą współrzędną 
używa się 

ct

.  

Miarą odległości w cztero- wymiarowej 
przestrzeni jest interwał czasoprzestrzenny,

.

background image

 

 

2

2

2

2

2

12

1

2

1

2

1

2

1

2

[ (

) ] [(

)

(

)

(

) ]

S

c t t

x x

y y

z z

r

,

w układzie nieruchomym, a w układzie ruchomym;

2

2

2

2

2

12

1

2

1

2

1

2

1

2

[ (

) ] [(

)

(

)

(

) ]

S

c t t

x x

y y

z z

 

 

 

r

Jeśli wykorzystamy transformację Lorentza 
do porównania obydwu wielkości, okazuje 
się, że                .

12

12

S

S

r

r

Okazuje się więc, że interwał 
czasoprzestrzenny jest niezmiennikiem 
transformacji Lorentza i jest w każdym 
układzie taki sam.

background image

 

 

Wiemy:

2

2 2

2 2

0

(

)

E

p c

mc

.

Lewa strona tego równania jest kwadratem 
energii spoczynkowej ciała. Wielkość ta musi 
być taka sama we wszystkich układach 
współrzędnych.

2

2 2

2

2 2

E

p c

E

p c

.

Możemy więc napisać:

2

2

2

2

2 2

0

2

(

)

x

y

z

E

p

p

p

m c

c

.

Wyrażenie to ma postać analogiczną do 
interwału czasoprzestrzennego,

background image

 

 

2

2 2

2

2

2

(

)

s

c t

x

y

z

.

Możemy więc napisać, że m

0

c jest 

bezwzględną wartością czterowektora pędu i 
energii. Notacje dla czterowektorów
bywają różne. Przytoczę tutaj jedną z nich. 

1

2

3

0

/

x

y

z

dx

p

p

m

dt

dy

p

p

m

dt

dz

p

p

m

dt

p

E c

p

.

Do analogicznego wniosku dochodzimy w 
oparciu o transformację pędu,

background image

 

 

Składowe pędu i energii transformują się analogicznie jak
współrzędne 

x, y, z

 i 

t

. Czyli tworzą również czterowektor.

Prawo zachowanie pędu i energii można więc ująć razem w 
zasadę zachowania czteropędu;  

p

const

.

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 


Document Outline