Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?

A fórum törzse, az érdeklődök kérdéseinek színhelye.

Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?

HozzászólásSzerző: Sanyi_Laci » 2016.08.31. 22:42

Nem akarok új témát nyitni, de ha elburjánzik, akkor majd átpakolom...

Kíváncsi vagyok a véleményetekre és az ötleteitekre.

Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?

Ugyebár ez olyan, mint a foci. Mindenkit érdekel (engem csak akkor, ha jól játszunk...), mindenki ért hozzá, leginkább azok, akik nem. Van mindenféle laikus. Van olyan, aki tudja, hogy tudása korlátozott, ezért kíváncsi és nyitott. Aztán van olyan is, akinek már rögzültek a megcsócsálatlan newtoni fogalmak, mindhalálig. De mindenkit érdekel, és mindenkinek van véleménye róla, és mindenki szeretné valamennyire érteni.
Az lenne a kérdés, hogy mivel lehetne legjobban megvilágítani az elmélet nem-hülyeség voltát, mivel lehet meggyőzni egy kekeckedő laikust, hogy legalább morfondírozzon el kicsit az érveken?
Azért kérdezem ezt, mert ugyan tudok már ezt-azt, de semmi olyan egyszerű, gyorsan átlátható és igazán ütős érvet, ami a tagadófajta laikusokat elgondolkodásra késztetné. Mert mivel lehetne nyitni?

1.) Elkezdhetünk dumálni a téridőkről, Galilei, meg Minkowski, meg vektorterek és metrikák, de ez totál absztrakt, felejtős...
2.) Ugye mindenki ismer paradoxonokat, ikerparadoxon és hasonlók, de ezek direkt olyanok, hogy teljesen igaztalannak tűnjenek. Bele lehet állni a magyarázatokba, de aztán az 1. pont absztraktságában vagyunk. Épp az lenne a lényeg, hogy valami olyat mondjunk, ami első látásra igaznak is tűnik, mégsem fér bele a newtoni képbe (és ez még gyorsan látszik is rajta).
3.) Gyakran jövünk ilyenkor a GPS-szel, mert ez legalább egy olyan alkalmazás, amit mindenki ismer. De ez egyrészt már áltrel - még bonyolultabb mint a spec, ráadásul az áltrel és a specrel közötti "ellentmondásokra" is ki kellene térni.
4.) Kozmológia, vöröseltolódás, gyorsulva tágulás: senki nem hiszi el, és különben is ezerszer bonyolultabb, mint a specrel, és már azt is tagadja.
5.) Kijelenthetjük, hogy a részecskefizika nem működne specrel nélkül, és másodpercenként egytrilliárdszor alkalmazzuk a számítógépünk processzorában és a részecskegyorsítóban: de ez egy kijelentés, egy kinyilatkoztatás a laikus számára. El sem hiszi. Mert olyan bonyolult alkalmazásról beszélünk megint, ami számára nem kézzelfogható.

Szóval, van tippetek arra nézve, mi lehetne az a legkönnyebben felfogható magyarázat, ami rávilágítana a newtoni és a specrel világ különbözőségére, ahol a legkevesebb képzettséggel a különbségeket a laikus is átláthatja, és azt is belátja, melyik az igazibb? Mert igazából legtöbbször csak egy falat kell áttörni, és egy fonálvéget adni a laikus kezébe, aztán - ha a rögzült hite már nem gátolja a továbbiakban- maga is követheti a fonalat, és utánajárhat sok mindennek. De a fal áttörése és egy jó vezérfonál kézbe adása a nehéz. Van ötletetek?

These users thanked the author Sanyi_Laci for the post (total 2):
rasta27karit
Rating: 22.22%
 
Avatar
Sanyi_Laci
 
Hozzászólások: 2351
Csatlakozott: 2014.03.14. 00:24
Has thanked: 249 times
Been thanked: 434 times

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: api » 2016.09.01. 02:46

Sanyi_Laci:
Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?

Láthatóan sokkal több ember érez ingerenciát a relativitáselmélet kétségbevonására, mint mondjuk a kvantumfizikára. Mert a specrel legeleje egyszerű kinematikai képeket tár elé, ám azok megdöbbentő ellentétben állnak a köznapi tapasztalataival. Márpedig a kinematika közkeletű igazságait sokan magától értetődőnek, szinte közvetlenül a logikából származónak érzik, ezt még mindenki jól értette az iskolában, ha a dinamikát, vagy a fizika további fejezeteit esetleg már kevésbé is. Márpedig az ilyen "tisztán logikai" igazságok megítélésére sokan feljogosítva érzik magukat, pusztán a saját "józan paraszti eszükre" támaszkodva, noha talán más fizikai kérdésekkel nem is foglalkoztak.

Lehet olyasféle űrhajós történetek keretében elmesélni, ahogy előadtad itt a gyorsítás példáján a "Miért nem lehet relativisztikus tömegnövekedésről beszélni?" c. topicban. Az nagyon jó volt. Ám egy ponton abban is előjön egy buktató:
És miért? Mert a tömeg valami misztikus módon nőne? Dehogy! Ki sem ejtettem a tömeg szót a számon! Azért, mert ilyen a téridő geometriája. Galileinél a sebességeket simán összeadjuk ÉS a gyorsulás invariáns, specrelnél pedig nem simán adjuk össze a sebességeket és nem is invariáns a gyorsulás. Pont. A téridő geometriai tulajdonságából adódóan, és nem pedig a tömeg misztikus szerepe miatt.

Mert ennek a Pont.-nak az értelmét megérteni és elfogadni, ehhez bizony jó adag előzetes gondolkodás szükségeltetik.
Mivel azonban:
Épp az lenne a lényeg, hogy valami olyat mondjunk, ami első látásra igaznak is tűnik, mégsem fér bele a newtoni képbe (és ez még gyorsan látszik is rajta)

, egy ilyen kiindulás lehet a távoli órák szinkronozása, mert az nagyon szemléletes, és enélkül egyébként is aligha mondhatunk valamit a hozzánk képest mozgó tárgyak idejének múlásáról. Az ebben jelentkező problémát én is leírtam az "Úton a kezdetek felé" c. topicban:
A speciális relativitás óta tudjuk, hogy az időparamétert nem lehet csak úgy függetlenül mellétenni a térkoordinátáknak. Mintha minden helyen egyszerűen elő lehetne venni, egy bárhol érvényes közös időt. Más szóval, fel kell adni az illúziót, hogy az egymástól távoli események egyértelműen feloszthatók múltra, jelenre és jövőre. A világot képtelenség így szeletelni, mert a messzi órákat lehetetlen minden kétséget kizáró módon egymáshoz igazítani. Ezért aztán jobb elismerni, hogy a távoli egyidejűség nem is létezik. Nézzük meg miért.

Mert a fénynél gyorsabban nem haladhat köztük semmilyen szinkronjel, semmiféle információ. Így ha egy távoli óráról le akarom olvasni az időt, és ahhoz állítani a magamét, akkor kicsit előre kell igazítanom,
beleszámítva a fényjel késését. Legjobb, ha én indítok egy fénynyalábot a távoli óra felé, leolvasni az állását, mert így a visszavert jel megérkezésekor, felezve az elindulástól eltelt időt, meg tudom kapni a visszaútra jellemző késést is. Aminek a méréséhez tökéletesen megfelel a magam órája, még ha egyelőre nincs is szinkronozva. A módszer azon a tapasztalatunkon alapszik, hogy a fény egyforma sebességgel terjed mindenhol, minden irányban és minden megfigyelő számára. Még akkor is, ha azok a megfigyelők mozognak egymáshoz képest. Tehát ha a két összeigazítandó óra nyugalomban van hozzám képest, akkor biztosan azonos időbe telik közöttük a fényjelek oda és visszaútja. Nem kell aggódnom a szinkronozási módszer pontossága miatt.

De nézze valaki most ezt az egész eljárást kívülről, egy olyan űrhajóból, ami egyenletes sebességgel elrepül a Föld mellett! Mivel a fény az űrhajóhoz képest is egyforma sebességgel terjed minden irányban, s ő épp a Földet (és engem meg az óráimat) látja visszafelé száguldani, úgy látja, hogy nem jól szinkronoztam, mert az óráim mozogtak a fényhez képest, s azt a késési időt nem felezni kéne! Hisz a felezéssel nem veszem figyelembe, hogy az egyik órám elfutott a fény elől, a másik meg elébe szaladt! No, de itt van a gubanc! Mert én azt tapasztalom, hogy a fény igenis ugyanolyan sebességgel haladt az óráimhoz képest oda is meg vissza is. Hogyan lehetséges ez?

Ráadásul, ha az egész konfliktust fordítva szemléljük, vagyis ha én írnám le a Földről nézve az űrhajóban végrehajtott szinkronozást, akkor meg én támaszthatnám ugyanezt a kifogást az ő mérésükkel szemben. Úgy néz ki, hogy a sebesség-összeadás régi Galilei-féle törvényével baj van, ha a fényre alkalmazzuk. Sőt ez nem csak a fénynél jön elő, hanem bármi más testnél vagy kölcsönhatásnál, és annál nagyobb lesz az eltérés, minél inkább megközelíti a fény terjedési sebességét.

De akkor végül is a Földön vagy az űrhajóban szinkronozzák helyesen az órákat? Mind a két helyen jól csinálják, de azt egyedül a maguk koordinátarendszerében nyugvó órákra tarthatják igaznak. Következésképp az egymástól távol eső események között csak akkor állapíthatunk meg egyértelmű időrendet, ha nyugalomban vagyunk hozzájuk képest. Ha nem, akkor eltérő eredményekre jutunk. Az egyidejűség, és az idősorrend nem univerzális a különböző sebességgel mozgó megfigyelők számára, vagyis függ a vonatkoztatási rendszertől. (Hasonlóan magához a sebességhez, amiről már régen megszoktuk, hogy csak valamihez mérten van értelme.)

Tehát az egymáshoz képest mozgó megfigyelők órái más és más eseményeket jeleznek majd egyidejűnek. S ez a nézeteltérés annál jelentősebb lesz, minél nagyobb a megfigyelők relatív sebessége, és minél nagyobb távolságban vannak egymástól a kérdéses események (s a melléjük állított órák). Mert a távoli órák összeigazítására lehetetlen kielégítőbb módszert találni, lévén, hogy a fény az információterjedés univerzális határsebessége.

Az abszolút egyidejűség elvesztésének rendkívüli következményei vannak, például lassúbb járásúnak mérhető a hozzánk képest mozgó óra. Aztán az események térbeli távolságát se lehet a sebességüktől függetlenül megadni. Hisz ehhez pontosan egyszerre kellene feljegyezni a két esemény helyzetét, s mivel abszolút egyidejűség nincs, így rövidebbnek mérhető a mozgó méterrúd. Ezeket az idő valamint távolságértékeket pedig igen különös módon kell átszámítani egyik koordinátarendszerből a másikba

Persze ez csak a kézenfekvő probléma exponálása. Ha a cél a specrel ismertetése, akkor részletesen és sokkal szájbarágósabban végig is kell vinni.
A hozzászólást 5 alkalommal szerkesztették, utoljára api 2016.09.12. 13:49-kor.

These users thanked the author api for the post:
MaXX
Rating: 11.11%
 
api
 
Hozzászólások: 1039
Csatlakozott: 2014.12.16. 18:05
Has thanked: 151 times
Been thanked: 264 times
Név: Albert Péter

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: KovPityu » 2016.09.01. 06:47

Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?


Érintettség címén szót kérek. :D

Ez már pedagógiai dolog amiről DGy-nek nyilván sok tapasztalata van. Hasonlatképpen talán azt mondhatnám, hogy olyan ez mintha megkérdeznék egy gépészmérnököt, hogy miként működik a gőzmozdony. Nyilván nem áll szándékomban gőzmozdony tervezni, ezért a kazánméretezésre, hőátadásra, tengelyterhelésre vonatkozó számítások, képletek már túl vannak azon amire kíváncsi vagyok. A nyelvet, szakkifejezéseket sem ismerem, ezek megismerése megint egy külön program. Viszont nyilván van olyan alap működési leírás ami bemutatja, hogy mi miért van. Egy váz, egy alapkoncepció, amire lehet építkezni, ha további részketekre kíváncsi az ember. Persze az lenne a precíz, ha az ember elindulna az első ütközőtől és végighaladva az egészen, mire elérne a hátsó ütközőig, minden tudna a gözmozdonyról. ;)

Konkrétan, szerintem ez az energia-impulzus-tömeg szentháromság elég jól bemutatja a dolgot. Ezekről azért van némi fogalma a laikusoknak is. Persze nem indexes jelölésmódban, hanem vizuálisan, mert az eccerű ember ahhoz van szoktatva. :mrgreen: Az ikerparadoxon, meg lassuló órák, rövidülő lécek szerintem csak félreviszik a dolgot. Legalábbis amíg nem világos, hogy ez egy következmény ami az alapkoncepcióból jön. Gőzmozdonyos hasonlattal: ha megy a gőzmozdony akkor forognak a kerekek, nagy zaj, füst és gőz van, az ember pedig eljut egyik helyről a másikra. 8-)
KovPityu
 
Hozzászólások: 193
Csatlakozott: 2014.09.20. 06:52
Has thanked: 68 times
Been thanked: 14 times

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: Sanyi_Laci » 2016.09.01. 14:59

Köszönöm a válaszokat.
Talán a legkézenfekvőbb az a megközelítés, ahogy az emberiség is történetileg rájött. A relativitás elve plusz a fénysebesség állandósága (és megfigyelőtől való függetlensége) egy olyan tapasztalat, amit a legtöbben könnyedén el tudnak fogadni, ez pedig borítja a newtoni világot. Ráadásul ezt belátni nem is kell magas matematika. Úgyhogy, aki ezen elgondolkodik, az máris nagy lépést tett afelé, hogy "érzelmileg elfogadja" a relativitáselméletet.
Avatar
Sanyi_Laci
 
Hozzászólások: 2351
Csatlakozott: 2014.03.14. 00:24
Has thanked: 249 times
Been thanked: 434 times

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: Sanyi_Laci » 2016.09.01. 15:37

SzZoli írta:
Az enyémmel nem. Még sohasem utaztam akárcsak tizednyi fénysebességgel. :)


Nem-e? Most is azt teszed, ebben a pillanatban.
Avatar
Sanyi_Laci
 
Hozzászólások: 2351
Csatlakozott: 2014.03.14. 00:24
Has thanked: 249 times
Been thanked: 434 times

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: tuloktulok » 2016.09.01. 17:04

Sanyi_Laci írta:Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?


Szerintem elsősorban türelemmel.
Azután a lehetőségekhez (a befogadó lehetőségeihez) képest a lehető legalaposabban és legmélyebben. Ez nyilván elképesztően sok idő, hisz minden szálon a kályhától kell kezdeni. De az érdeklődők nagy része (pl. én is) egy csomó ismeretterjesztő könyvet elolvasott, de a legtöbb az mese, vagy már-már szakkönyv. Az egyik felszínes a másik érthetetlen. Pedig ahhoz, hogy egy laikus érdeklődő is megláthassa (legalábbis megsejthesse) az alapvető összefüggéseket csak türelem kell és sok idő. Lásd DGY előadásaiban! Rádobja azt a 11x 2,5-3 órát, hogy a végén már derengjen, hogy a gravitáció valami egészen más dolog, mint pl. az elektromágnesen kölcsönhatások. És kellenek a téridők, a metrikák, a vektorok, a kozmológia és minden ami ezzel együtt jár. A legtöbbeknek ezt nem magyarázni kell, hanem tanítani.
Avatar
tuloktulok
 
Hozzászólások: 198
Csatlakozott: 2015.10.15. 19:01
Tartózkodási hely: Kerepes
Has thanked: 179 times
Been thanked: 25 times
Név: Sebe Gergely

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: api » 2016.09.01. 17:59

Igen, türelemmel! Hisz még egy olyan évezredes felismerés, mint a sebességek Galilei-féle relativitása, se ivódott be készségszinten az emberek tudatába. Lám SzZoli is azt írja, hogy ő eddig nem utazott a fénysebesség tizedével se. Így aztán a korábbi példázatom se segít neki:
Az egyidejűség, és az idősorrend nem univerzális a különböző sebességgel mozgó megfigyelők számára, vagyis függ a vonatkoztatási rendszertől. (Hasonlóan magához a sebességhez, amiről már régen megszoktuk, hogy csak valamihez mérten van értelme.)

Hát nem szoktuk meg!
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára api 2016.09.02. 20:50-kor.
api
 
Hozzászólások: 1039
Csatlakozott: 2014.12.16. 18:05
Has thanked: 151 times
Been thanked: 264 times
Név: Albert Péter

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: István » 2016.09.01. 18:16

Sanyi_Laci írta:
SzZoli írta:
Az enyémmel nem. Még sohasem utaztam akárcsak tizednyi fénysebességgel. :)


Nem-e? Most is azt teszed, ebben a pillanatban.

Sőt nem csak, hogy utazunk, hanem kb. 1g-vel gyorsulunk is...
Persze aki egy mély kútban a pottyanás állapotában leledzik a Föld középpontja felé az speciel nem. :)
..vagy rosszul tudom?

These users thanked the author István for the post:
MaXX
Rating: 11.11%
 
István
 
Hozzászólások: 117
Csatlakozott: 2016.05.20. 04:55
Has thanked: 16 times
Been thanked: 4 times
Név: M István

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: takacs.ferenc.bp » 2016.09.01. 18:48

Sanyi_Laci írta:Hogyan lehet laikusnak relativitáselméletet magyarázni?


Szerintem nem a távoli órák szinkronizációjával kell kezdeni. Egyrészt bonyolult, és ezért már csak sokévi matektudás birtokában érthető, másrészt az egyidejűség nem fizikai realitás, hanem egy mesterséges térképzet. A relativitást sokkal korábban el lehet kezdeni oktatni, ha csak a legegyszerűbb matematikai háttérre építkezünk, és közelebb vagyunk a fizikai realitáshoz, amelyben a különböző téridő pontok közötti fénysebességű kapcsolatokra fókuszálunk.

A Galilei féle relativitáshoz, és térszemlélethez elég hozzávenni ismeretként a fénysebesség univerzális voltának ismeretét, és a fény frekvenciájának módosulását, ha a kisugárzás, és az észlelés helyei eltérő sebességűek, vagyis a Doppler-effektus néhány összefüggését. Ez alapján már be lehet mutatni az ikerparadoxont. Ez alapján bárki láthatja, hogy a gyorsan ide-oda utazgató óra kevesebb jelet szolgáltat, mint az egy helyben álló.

Erről csináltam is már egy oldalt: http://takacs-ferenc-fizika.blog.hu/2012/12/04/ikerparadoxon.

Ha ezeket megérti, később sokkal nagyobb kedvvel fogja igényelni a mélyebb megértéshez szükséges matematika megtanulását.
takacs.ferenc.bp
 
Hozzászólások: 327
Csatlakozott: 2015.10.21. 14:04
Tartózkodási hely: Budapest
Has thanked: 3 times
Been thanked: 26 times
Név: Takács Ferenc

Re: Mindenféle laikus kérdés

HozzászólásSzerző: Sanyi_Laci » 2016.09.01. 23:00

István írta:..vagy rosszul tudom?

Nem, teljesen jól tudod.
Avatar
Sanyi_Laci
 
Hozzászólások: 2351
Csatlakozott: 2014.03.14. 00:24
Has thanked: 249 times
Been thanked: 434 times

Következő

Vissza: Elméleti fizikai kérdések, problémák

Ki van itt

Jelenlévő fórumozók: nincs regisztrált felhasználó valamint 4 vendég