De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Erfgoeddag 2013 “Stop de tijd” - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Wat is Tijd? Tijdservaring?

Verwante presentaties


Presentatie over: "Erfgoeddag 2013 “Stop de tijd” - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Wat is Tijd? Tijdservaring?"— Transcript van de presentatie:

1

2 Erfgoeddag 2013 “Stop de tijd” - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Wat is Tijd? Tijdservaring? - Wat is Tijd? Tijdservaring? - Hoe gaat de wetenschap om met de tijd? ( Verloopt tijd overal op dezelfde manier? ) - Hoe gaat de wetenschap om met de tijd? ( Verloopt tijd overal op dezelfde manier? ) Astronomie Relativiteitstheorie van Einstein (1905 en 1915) Tijd - is niet wat wij aanvoelen - is gebonden aan de ruimte - is gebonden aan de ruimte Vooreerst : Situeren in de geschiedenis van de wetenschappen

3 Begin 20 ste eeuw : belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van de wetenschap Vóór 1900 Klassieke fysica Na 1900 Moderne fysica Totale ommekeer in het denken over Ruimte en Tijd Newton Einstein Einstein

4 Begin 20 ste eeuw : belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van de wetenschap Newton Einstein Tijd en ruimte : - Absoluut karakter (altijd en overal gelijk) - Los elkaar. Tijd en ruimte : - Relatieve begrippen (kunnen veranderen) - Gebonden begrippen Totale ommekeer in het denken over Ruimte en Tijd

5 Klassiek wereldbeeld volgens Newton “na Newton valt er in de fysica niets meer uit te vinden, ….behalve nog hier en daar een cijfer na de komma van een of andere natuurconstante nauwkeuriger te berekenen” (Lord Kelvin) - 1 meter = 1 meter: altijd en overal - 1 uur = 1 uur : altijd en overal Lijkt een evidentie te zijn. Het g ezag van Newton is immers enorm "Nature, and nature's laws, Lay hid in night, God said, let Newton be! And all was light

6 - 1 meter is niet steeds 1 meter - 1 meter is niet steeds 1 meter - 1 uur is niet steeds 1 uur Lengte en tijd zijn veranderlijke grootheden en gebonden aan elkaar. Nieuw wereldbeeld volgens de nog jonge (25 jaar) bediende Einstein Hoe is Einstein op dit “revolutionnair” idee gekomen? Geen ruimte EN tijd Wel een ruimtetijd

7 Oorsprong van de speciale relativiteitstheorie Hoe gedraagt het licht zich? Jeugdvraag van Einstein : Jeugdvraag van Einstein : “Wat zou er gebeuren mocht ik even vlug reizen als de lichtsnelheid?”

8 Snelheid meten van bewegende voorwerpen Iemand werpt een bal in een rijdende trein. ( 20km/u ) Bal beweegt t.o.v. - de trein - het station - het station t’ t O’ trein O station v Vraag : mag men “zomaar” snelheden optellen/aftrekken? Hoe ziet een passagier in de trein de bal bewegen ? Hoe ziet de stationschef de bal bewegen ? 100 km/u

9 Proef van Michelson en Morley ( 1887 ) De lichtsnelheid blijkt overal en altijd gelijk te zijn aan c = +/ km/s. Hoe gedraagt het licht zich? Volgens de klassieke fysica zou het licht zich moeten gedragen als de bal in de trein Die twee punten liggen aan de basis van de relativiteitstheorie t’ t O’ trein O station v Passagier en stationschef (en …) meten voor de lichtsnelheid steeds km/s. 100 km/u

10 Intermezzo : - c : de lichtsnelheid : km/seconde - c : de lichtsnelheid : km/seconde - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel snelheid van : km/ seconde γ = 1 - trein : 200 km/uur - raket : km/ uur γ = 1,006 (γ > 1) Twee gevallen onderscheiden : Impact van de relativiteitstheorie Effect niet meetbaar Effect meetbaar

11 Toepassing speciale relativiteitstheorie op de tijd: Volgens Newton : 1 uur = steeds 1 uur 1 uur = steeds 1 uur Volgens relativiteitstheorie : tijd waargenomen vanuit het station loopt trager t’ t O’ trein O station v Wij veronderstellen steeds v zeer groot Tijd meten in de trein Tijd meten vanuit het station Het duurt vanuit het station langer voordat de lichtstraal heen en weer is Voor de “stilstaande” waarnemer verloopt de tijd in de trein dus trager de tijdsdilatatie

12 Raket met grote snelheid Jan zit in de raket : neemt rode tijdsignalen waar Piet zit thuis : neemt groene tijdsignalen waar JanJan Piet Zo de raket van Jan beweegt neemt Piet langere groene pijlen waar. Zo Piet een eigen uurwerk heeft met zijn tijd dan zal dit vlugger lopen dan de tijd die hij meet voor Jan Zo de raket van Jan niet beweegt t.o.v. Piet dan zijn rode tijdsignalen voor beiden even lang. (Tijd is gelijk)

13 Toepassing speciale relativiteitstheorie op de tijd: Volgens Newton : 1 uur = steeds 1 uur 1 uur = steeds 1 uur Volgens relativiteitstheorie : tijd gemeten in de wagon verloopt trager wanneer men die meet vanuit het station (tijd waargenomen in het station) = (tijd gemeten in trein). γ t’ t O’ trein O station v ( met γ > 1) ) Belang : het meten van de levensduur van kosmische deeltjes Wij veronderstellen steeds v zeer groot Proeven met muonen in het CERN ( Genève) bevestigen de formules de tijdsdilatatie Het omgekeerde is evenzeer waar ! (tijd waargenomen door Piet) = (tijd gemeten door Jan). γ

14 Als twee gebeurtenissen plaats vinden op hetzelfde moment Gelijktijdigheid Gelijktijdigheid : Nieuwe betekenis in de relativiteitstheorie Gelijktijdigheid meten in de trein of voor stilstaande trein Gelijktijdigheid meten vanuit het station bij rijdende trein Lichtstraal vanuit midden trein

15 Tweelingenparadox : Paradox : men kan evengoed de redenering omkeren - Inge vertrekt op ruimtereis, met een snelheid die deze van het licht benadert ( km / seconde?) - Jan blijft thuis. Inge zal volgens haar Aardse broer Jan minder vlug oud geworden zijn Jan stelt vast dat de tijd van Inge trager loopt dan zijn eigen klok Als Inge naar haar uurwerk kijkt na 1 uur …dan zal Jan het uurwerk van Inge trager zien lopen (1,36 uur ) Er is geen paradox als men beseft dat er geen universele tijd is. Elk voorwerp heeft zijn “eigen tijd”

16 Invloed van de speciale relativiteitstheorie op de lengte van een voorwerp Iemand in de trein neemt een passagier waar Iemand neemt diezelfde persoon waar vanuit het station (lengte waargenomen vanuit het station) = (lengte gemeten in trein) / γ t’ t O’ trein O station v Wij veronderstellen steeds v zeer groot de lengtecontractie … omgekeerd ook waar !

17 Toepassing speciale relativiteitstheorie op de lengte Volgens Newton : 1 meter = steeds 1 meter 1 meter = steeds 1 meter Volgens relativiteitstheorie : lengte waargenomen vanuit het station is korter Een passagier die langs de Aarde voorbij reist, in een raket die de lichtsnelheid benadert, zou onze Aarde, als gevolg van de lengtecontractie, zien als een ovalen voorwerp. t’ t O’ trein O station v Wij veronderstellen steeds v zeer groot de lengtecontractie Het omgekeerde is ook waar

18 Ikzelf Aarde (Station) Zon Fietser Vliegtuig Raket Kosmisch deeltje Melkweg Trein Elke waarnemer moet bij metingen rekening houden met effecten van de relativiteitstheorie, Elke waarnemer is gelijkwaardig Andromeda nevel Jupiter Elke waarnemer heeft een eigen tijd, een eigen klok …. maar verschillen meestal niet meetbaar

19 De relativiteitstheorie - Geen versnellingen - Systemen bewegen - Systemen bewegen “eenparig” t.o.v. elkaar - Wel versnellingen - Het sleutelwoord : “zwaartekracht” Speciale relativiteitstheorie (1905) Algemene relativiteitstheorie (1915)

20 Algemene relativiteitstheorie : Zwaartekracht nauwkeurig beschreven door Newton in enkele eenvoudige formules. Afwijkingen van de wetten van Newton (bvb. baan van Mercurius) werden toegeschreven aan andere factoren of aan foute waarnemingen In een “gedachten-experiment” tracht Einstein de zwaartekracht gewoon uit te schakelen

21 - Stap II : Aan die “zwaartekrachtloze” lift in de ruimte een versnelling geven veroorzaakt in die lift op slag weer een zwaartekracht. - Stap I : Wat gebeurt er in een lift in vrije val? Alles en iedereen is bevrijd van de zwaartekracht Alles en iedereen is bevrijd van de zwaartekracht Zelfde effect als de lift “verweg” in de ruimte geplaatst Zelfde effect als de lift “verweg” in de ruimte geplaatst Hieruit trekt Einstein 2 belangrijke conclusies Gedachtenexperiment

22 De “ruimtetijd” die wordt vervormd door de aanwezigheid van een massa. In de omgeving van die massa zullen voorwerpen in deze vervormde ruimtetijd vrije banen volgen. De “ruimtetijd” die wordt vervormd door de aanwezigheid van een massa. In de omgeving van die massa zullen voorwerpen in deze vervormde ruimtetijd vrije banen volgen. Conclusie I : Het equivalentie principe : de zwaartekracht en de versnelling mogen aan elkaar gelijkgesteld worden. Ze zijn niet van elkaar te onderscheiden Conclusie II : De zwaartekracht is niet langer een kracht De aanwezige massa vervormt gewoon de ruimte en de tijd. Geen massa in de omgeving aanwezig = Geen vervorming ruimtetijd. Geen vervorming ruimtetijd. De twee conclusies van Einstein

23 Proef van Michelson en Morley ( 1887 ) De lichtsnelheid blijkt overal en altijd gelijk te zijn aan c = km/s. : Hoe gedraagt het licht zich? Volgens de klassieke fysica zou het licht zich moeten gedragen als de bal in de trein c is een ABSOLUTE CONSTANTE in de natuur Die twee problemen liggen aan de basis van de speciale relativiteitstheorie De twee postulaten van de speciale relativiteitstheorie PUNT II

24 De algemene relativiteitstheorie geeft De algemene relativiteitstheorie geeft een nieuwe visie op de ruimte en de tijd Ruimte en tijd Vast onveranderlijk - Ruimte en tijd vervormd door elke aanwezige massa - Zwaartekracht volgt die vervorming (kromming) Newton Einstein

25 Geen massa in de omgeving aanwezig = Geen vervorming ruimte (2 dim.) Geen vervorming ruimte (2 dim.) Door de massa wordt de ruimtetijd vervormd De ruimte-tijd volgens Einstein (ruimte is als een strak gespannen elastisch zeil)

26 Het bewijs van de juistheid van de algemene relativiteitstheorie komt in 1919 Afwijking veroorzaakt door de Zon : +/- 1,75 bg.sec Afwijking veroorzaakt door de Zon : +/- 1,75 bg.sec Eddington neemt gedurende een eclips sterren waar achter de Zon Einstein wordt op slag beroemd

27 3. De zwarte gaten Massa vervormt de ruimtetijd Zeer grote massa betekent… … onherroepelijke aantrekking … onherroepelijke aantrekking in een zwart gat in een zwart gat

28 Intermezzo : waarin - c : de lichtsnelheid : km/seconde - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel snelheid van : km/ seconde γ = 1 - trein : 200 km/uur - raket : km/ uur γ = 1,006 (γ > 1) Twee gevallen onderscheiden : Men kan raden waar - de relativiteitstheorie van toepassing zal zijn - de klassieke theorie van Newton nog kan gebruikt worden - de klassieke theorie van Newton nog kan gebruikt worden Meten van de verandering van lengte en tijdsduur Effect niet meetbaarEffect meetbaar

29 Algemene relativiteitstheorie : Newton had de zwaartekracht op een nauwkeurige manier beschreven in enkele zeer eenvoudige formules, die in de loop der jaren waren uitgegroeid tot een monument van de fysica. Einstein breekt ook dit monument af. Afwijkingen van de fysica van Newton werden gewoon toegeschreven aan andere factoren of foute waarnemingen ( Baan Mercurius) In een “gedachten-experiment” trachtte Einstein de zwaartekracht gewoon uit te schakelen

30 Intermezzo : waarin - c : de lichtsnelheid : km/seconde - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel - v : de snelheid van een voorwerp, een ref. stelsel snelheid van : km/ seconde γ = 1 - trein : 200 km/uur - raket : km/ uur γ = 1,006 (γ > 1) Twee gevallen onderscheiden : Men kan raden waar - de relativiteitstheorie van toepassing zal zijn - de klassieke theorie van Newton nog kan gebruikt worden - de klassieke theorie van Newton nog kan gebruikt worden Meten van de verandering van lengte en tijdsduur Effect niet meetbaar Effect meetbaar

31 - Vóór de relativiteitstheorie : krachten zijn de oorzaak van de beweging van voorwerpen en dit in een absolute ruimte. - Voortaan : De “ruimtetijd” wordt bepaald door de aanwezigheid van een massa. In de omgeving van die massa zullen voorwerpen in deze vervormde ruimtetijd vrije banen volgen. Conclusie I : Het equivalentie principe : de zwaartekracht en de versnelling zijn niet van elkaar te onderscheiden Conclusie II : De zwaartekracht is niet langer een kracht, strictu sensu, maar een vervorming van de ruimte en de tijd. Geen massa in de omgeving aanwezig = Geen vervorming ruimtetijd. De twee conclusies van Einstein We leven in een “ruimtetijd”

32 Geen massa in de omgeving betekent dus geen vervorming van de ruimtetijd. Voor Newton : - ruimte absoluut karakter - ruimte absoluut karakter - tijd staat los van de ruimte - tijd staat los van de ruimte Voor Einstein : - is er een “ruimtetijd” - is er een “ruimtetijd” - en deze ruimtetijd wordt vervormd door de aanwezigheid van een massa Vervorming van de ruimtetijd

33 Enkele toepassingen in de sterrenkunde van de algemene relativiteitstheorie 1. Kruis van Einstein

34 - Er is geen “nog niet ontdekte planeet” Volcanus - Er is gewoon een vervorming van de ruimte door de Zonnemassa : Mercurius komt te dicht bij de zon Mercurius komt te dicht bij de zon Zijn wetten van Kepler en Newton niet volledig juist? : het periheliumpunt van Mercurius vertoont een rotatie van +/- 43 bgsec. / eeuw 2. De afwijkingen in de baan van Mercurius

35 Laat uw intuïtief aanvoelen van ruimte en tijd los Laat, zoals Einstein, je verbeelding werken

36 Volgens de Relativiteitstheorie : Einstein (1879 – 1955) maakt van tijd een “relatief” begrip Tijd en ruimte - zijn niet wat wij aanvoelen - zijn niet wat wij aanvoelen - zijn “relatieve” begrippen - zijn “relatieve” begrippen Situeren in de geschiedenis van de wetenschappen

37 3. De zwarte gaten Elke massa vervormt de ruimtetijd Zeer grote massa betekent… … onherroepelijke aantrekking … onherroepelijke aantrekking in een zwart gat in een zwart gat

38 Is door de speciale relativiteitstheorie de klassieke fysica van Newton dan waardeloos ??? We tellen toch dagelijks snelheden op t’ t O’ trein O station v Effecten van de relativiteitstheorie enkel voelbaar bij zeer grote snelheden Bvb kosmische deeltjes uit de ruimte c = km/seconde Snelheid trein : 200 km/uur Raketten : km/uur Raketten : km/uur

39 Doorslaggevend belang van de Solvay conferenties in het Metropole hotel te Brussel Lorentz Einstein Lorentz Einstein

40

41 Aarde (Station) Zon Fietser VliegtuigRaket Melkweg Trein Jupiter Relativiteit van een beweging Bestaat er een ether? Bestaat er een “absolute beweging? Beweegt men altijd ten opzichte van iets?

42 Het bewijs van de algemene relativiteitstheorie komt in 1919 Zonsverduistering van 29/05/1919 ( Eiland Principe ) - Berekende afwijking : 1,72 bg.sec - Waargenomen afwijking : 1.75 bg.sec. Eddington neemt sterren waar achter de Zon

43 Niet iedereen aanvaardt de visie van Einstein De zwaartekracht krijgt een ander betekenis Een voorwerp “valt” niet op een andere massa maar “volgt zijn weg” in de vervormde ruimte

44 De relativiteitstheorie - Geen versnellingen - Wel versnellingen Speciale relativiteitstheorie (1905) Algemene relativiteitstheorie (1915) Laat uw intuïtief aanvoelen van ruimte en tijd los Laat, zoals Einstein, je verbeelding werken Sleutelwoord :“zwaartekracht” Vooreerst : Situeren in de geschiedenis van de wetenschappen

45 -1. Trein of station ( of ergens anders) : zijn gelijkwaardige plaatsen. De wetten van de natuur hangen dus niet af van de plaats waaruit je ze meet. Lengte en tijd worden veranderlijk c heeft een absolute waarde Twee postulaten van Einstein : t’ t O’ trein O station v -2. De gemeten lichtsnelheid c is altijd dezelfde en overal (c = een absolute constante)

46 Einde Gemaakt door Emiel Beyens, april 2013, in opdracht van Volkssterrenwacht MIRA vzw


Download ppt "Erfgoeddag 2013 “Stop de tijd” - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Hoe de tijd meten : Dag, Jaar, Seizoenen, … - Wat is Tijd? Tijdservaring?"

Verwante presentaties


Ads door Google