บอลสเต็ป บอลชุด

บอลสเต็ป บอลชุด

เริ่มต้นญาติ

เริ่มต้นญาติ หลายปีก่อนฉันถูกขอให้เขียนหนังสือสำหรับ 'วัยรุ่นทั่วไป' ที่อธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ด้วยความไร้เดียงสาและไม่รู้จักวัยรุ่นทั่วไป ฉันจึงรับความท้าทายนี้ ฉันคิดว่าฉันจัดการเรื่องง่าย ๆ ได้ค่อนข้างดี จนกระทั่งฉันได้พบกับผู้อ่านที่เป็นผู้ใหญ่และนักเรียนในชั้นเรียนภาคค่ำที่บอกฉันว่าพวกเขาพบหนังสือของฉันยากเพียงใด บางทีหัวข้ออาจเป็นเรื่องยาก แฮร์มันน์ บอนไดเคยกล่าวไว้ว่าประชาชนจะไม่เข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพจนกว่าจะมีของเล่นเชิงสัมพัทธภาพให้เล่นด้วย ทุกวันนี้ เกมคอมพิวเตอร์มีบทบาทในการสอนนักเรียนที่อายุน้อยกว่า และการบรรยายด้วยแอนิเมชั่นบนเว็บอาจช่วยให้ผู้ชมทั่วไปมากขึ้น แต่เรายังคงใช้คำอธิบายของสัมพัทธภาพในการพิมพ์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพสามารถสรุปได้ในวลีที่ไอน์สไตน์ใช้เมื่อไตร่ตรองถึงที่มาของทฤษฎีนี้: “ในที่สุด ถึงเวลานั้นเองที่ข้าพเจ้าต้องสงสัย” มันเป็นวิธีการแยกข้อความนี้ออกจากการอธิบายที่หลากหลายของหัวเรื่อง David Mermin นำประสบการณ์มาทั้งชีวิตมาสู่งานนี้ในการทำให้นักเรียนที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญสามารถหาสัมพัทธภาพได้โดยไม่ทำให้เข้าใจง่ายมากไปกว่าคำพูดที่ไอน์สไตน์เป็นที่รู้จักกันดี It's About Time เติบโตจากหนังสือเล่มก่อนหน้าของโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายและบันทึกการบรรยายของ Mermin จากหลักสูตรสัมพัทธภาพสำหรับผู้ที่ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ที่ Cornell หนังสือเล่มนี้เริ่มต้นด้วยการพิจารณากรอบอ้างอิงอย่างละเอียดถี่ถ้วน ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการชนกันของอนุภาคสามารถแก้ไขได้โดยการเลือกกรอบที่มองเห็นวิธีแก้ปัญหาได้ชัดเจน (โดยปกติคือกรอบจุดศูนย์กลางมวล) ซึ่งจะช่วยให้ผู้อ่านคุ้นเคยกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างกรอบอ้างอิงในบริบทของนิวตันก่อนที่จะใช้ในบริบทที่ไม่คุ้นเคยอย่างทั่วถึง การอภิปรายยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงหลักการของสัมพัทธภาพ จุดเริ่มต้นของผู้เขียนในการรักษาทฤษฎีสัมพัทธภาพคือกฎการบวกความเร็ว นี่เป็นองค์ประกอบสำคัญในแนวทางของไอน์สไตน์ด้วย และไม่ใช่ผลที่ตามมาง่ายๆ ของการเปลี่ยนแปลงลอเรนซ์ดังที่มักปฏิบัติกันในหนังสือเรียน ได้มาจากการดูการแข่งขันระหว่างอนุภาคและโฟตอนในกรอบอ้างอิงต่างๆ ร่วมกับองค์ประกอบเพิ่มเติมหนึ่งองค์ประกอบที่อธิบายลักษณะสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์: ความคงตัวของความเร็วของแสง Mermin มีบทบาทสำคัญในการแถลง เชิงปริมาณของสัมพัทธภาพความพร้อมกัน สิ่งนี้นำไปสู่การชะลอตัวของนาฬิกาเคลื่อนที่ การหดตัวของไม้บรรทัดที่เคลื่อนที่ และสูตรสำหรับการเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์ ความแปลกใหม่ของวิธีการคือข้อเท็จจริงที่น่าสนใจว่าความเร็วของแสง c คือ 1 ฟุตต่อนาโนวินาทีภายในประมาณ 2% ซึ่งไขปริศนาสำหรับผู้อ่านทั่วไปในการสร้าง c=1 การรักษาเสร็จสมบูรณ์และไม่เกี่ยวข้องกับพีชคณิตเบื้องต้น Mermin แนะนำว่าผู้อ่านของเขาจะข้ามการปรับพีชคณิตหากจำเป็น ซึ่งไม่เหมือนกับการข้ามสูตรพีชคณิตของอาร์กิวเมนต์ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการอธิบาย สำหรับฉันการจัดการเกี่ยวกับพีชคณิตเป็นเรื่องง่าย: ทฤษฎีสัมพัทธภาพกับรถไฟ อนุภาค และลำแสงทั้งหมด ดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับการโต้แย้งที่เลื่อนออกไปเมื่อพยายามทำซ้ำ นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ผู้เชี่ยวชาญด้านสัมพัทธภาพต้องอาศัยไดอะแกรมกาล-อวกาศ บทเกี่ยวกับแผนภาพกาลอวกาศอาจมีความสำคัญที่สุดในหนังสือ ผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ทั้งหมด ร่วมกับค่าคงที่ของช่วงเวลา ได้มาจากมุมมองนี้อีกครั้ง แต่ในลักษณะที่หลีกเลี่ยงเรขาคณิตเชิงวิเคราะห์ และใช้การให้เหตุผลเชิงเรขาคณิตเท่านั้น (โดยพื้นฐานแล้ว สามเหลี่ยมที่คล้ายกัน) ดังที่ผู้เขียนกล่าวไว้ว่า ไม่มีใครสามารถเขียนหนังสือเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพได้หากไม่ใส่บทเกี่ยวกับ E=mc2 Mermin ปฏิบัติต่อสิ่งนี้โดยการปรับเปลี่ยนกฎการอนุรักษ์สำหรับโมเมนตัม ตามที่กำหนดโดยกฎการบวกเชิงสัมพันธ์สำหรับความเร็ว วิธีการนี้ค่อนข้างเป็นเทคนิค และฉันคิดว่าการทดลองใช้ปืนเบาในรางรถไฟแบบเดิมๆ จะช่วยให้เข้าใจมากขึ้น บทสุดท้ายมีการอภิปรายเกี่ยวกับความเป็นจริงของการหดตัวของลอเรนซ์ (และการขยายเวลา) อะไรเป็นสาเหตุให้ไม้เรียวหดตัวจากมุมมองของผู้สังเกตที่กำลังเคลื่อนที่ หรืออายุของมิวออนเพิ่มขึ้น ในเมื่อไม่มีอะไรเกิดขึ้นในกรอบที่พักของมัน เรามักจะมองข้ามสิ่งนี้ว่าเป็นคำถามเกี่ยวกับเรขาคณิต (กาลอวกาศ - เวลา) ไม่ใช่สาเหตุทางกายภาพแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าไอน์สไตน์เองก็กลับมาหลายครั้งถึงต้นกำเนิดไดนามิกของการหดตัว ข้อสรุปของ Mermin คือเราสามารถหาคำตอบได้ในสมการของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิก ซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ทางจลนศาสตร์โดยสิ้นเชิง นี่เป็นเพียงเรื่องของรสนิยมหรือไม่? การคำนวณความยาวของแท่งที่ถูกต้องโดยใช้ทฤษฎีที่ไม่แปรผันของ Lorentz จะให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับสัมพัทธภาพ - แต่นั่นหมายความว่าการคำนวณทำให้เกิดการหดตัวหรือไม่? Mermin อธิบายผู้ชมหลักของเขาว่าไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ แต่ยังหวังที่จะกล่าวถึงนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษาที่อาจพบสิ่งที่น่าสนใจบางอย่างที่นี่ ฉันคิดว่าปัญหาสำหรับผู้ชมรองนี้คือมี

หลายปีก่อนฉันถูกขอให้เขียนหนังสือสำหรับ ‘วัยรุ่นทั่วไป’ ที่อธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ด้วยความไร้เดียงสาและไม่รู้จักวัยรุ่นทั่วไป ฉันจึงรับความท้าทายนี้ ฉันคิดว่าฉันจัดการเรื่องง่าย ๆ ได้ค่อนข้างดี จนกระทั่งฉันได้พบกับผู้อ่านที่เป็นผู้ใหญ่และนักเรียนในชั้นเรียนภาคค่ำที่บอกฉันว่าพวกเขาพบหนังสือของฉันยากเพียงใด บางทีหัวข้ออาจเป็นเรื่องยาก แฮร์มันน์ บอนไดเคยกล่าวไว้ว่าประชาชนจะไม่เข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพจนกว่าจะมีของเล่นเชิงสัมพัทธภาพให้เล่นด้วย ทุกวันนี้ เกมคอมพิวเตอร์มีบทบาทในการสอนนักเรียนที่อายุน้อยกว่า และการบรรยายด้วยแอนิเมชั่นบนเว็บอาจช่วยให้ผู้ชมทั่วไปมากขึ้น...

Continue reading...