מצב העניינים שקדם לתורת היחסות הפרטית היה:
- נראה שאין שום אפשרות לגלות "אתר" ועל כן אין אפשרות לזהות מרחב אבסולוטי. - מהירות האור בריק (ואקום) נראתה כבלתי תלויה עבור הצופה והמקור. איינשטיין בשנת 1905 ,השנה המופלאה שלו (annus mirabilis) השתמש בשתי סיטואציות אלו והעלה אותם לדרגת אקסיומות:
1. אין מערכת ייחוס אינרציאלית מועדפת.
2. מהירות האור בריק הינה קבועה בגודלה, C, עבור כל צופה. האקסיומה הראשונה היא למעשה מינוח של גלילאו. כל עוד אתה חש במנוחה, אזי אתה במערכת ייחוס אינרציאלית.
אם אדם נמצא במערכת אינרציאלית והוא נע במהירות קבועה על קו ישר ביחס אלינו אזי גם אנחנו במערכת ייחוס אינרציאלית. ניוטון טען שישנה מערכת ייחוס אינרציאלית אבסולוטית שהיא "באמת" במנוחה וכל שאר מערכות הייחוס האינרציאליות הן "באמת" נעות ביחס אליה. אך אין שום אפשרות לזהות איך מערכות אלו "באמת" נעות ב "יחס למערכת ייחוס האמיתית".
כך שלמעשה איינשטיין הסכים לעיקרון גלילאו וניוטון אך זנח את הרעיון של מערכת יחוס אינרציאלית מועדפת. בנוגע לאקסיומה השנייה שאומרת שמהירות האור הינה קבועה, איינשטיין זנח למעשה את 'חוק חיבור המהירויות' הידוע מהמכניקה הניוטונית. האור לא נשמע לחוק חיבור המהירויות של גליליאו גליליי. אם מכונית נוסעת במהירות 100 קמש (ביחס לצופה מהצד) ומולו נוסעת מכונית שנייה במהירות 110 קמש, אזי ביחס למכונית הראשונה, המכונית השנייה נעה במהירות של 10 קמש.
איינשטיין הניח כאקסיומה שחוק זה אינו חל על האור בריק! איינשטיין, בהתבסס על שתי אקסיומות אלו, בנה תורה חדשה שלה השלכות שונות המתבססות באופן עקבי על שתי אקסיומות אלו.
אחת התוצאות של האקסיומה הראשונה היא שכל "נקודה" במרחב היא למעשה גם "קו" במרחב. אין הגיון בלדבר על נקודה במרחב מבלי להתייחס למערכת יחוס אינרציאלית מסוימת. אם כל מערכות הייחוס הינן שקולות אז המושג של נקודה נייחת במרחב הוא מושג יחסי ועל כן כאשר מדברים על "נקודה" במרחב אנו חייבים להבהיר על איזה מערכת יחוס אנו מתכוונים. במערכות אינרציאליות אחרות (השקולות לזו) "נקודה" זו היא למעשה מסלול ("קו") במרחב. למעשה, המינוח של 'מאורע' בפיסיקה טומן בחובו "נקודה" במרחב-זמן. כלומר עלינו לציין את המקום והזמן יחדיו. הזמן אינו סתם פרמטר אלא מימד בפני עצמו.
מהאקסיומה השנייה, שלפיה מהירות האור היא קבועה בכל מערכת ייחוס (בשילוב עם האקסיומה הראשונה) אנו מסיקים שאין זמן ומרחב מוחלטים. אם מערכת ייחוס נעה במהירות גבוהה יותר, אבל כמובן לא גבוהה מ C, אנו נגלה שני דברים מעניינים. האחד, שמימד האורך של המערכת בכיוון התנועה מתכווץ ביחס לצופה נייח. הדבר השני הוא שהזמן המקומי שלה מתקדם לאט יותר מנקודת מבטו של אותו צופה.
אלברט איינשטיין, 1905 השנה המופלאה שלו (annus mirabilis)
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
