Toolyard

محاكي النسبية الخاصة

المعادلات في هذه المحاكاة

γ = 1 ÷ √(1 − v² ÷ c²)
vسرعة المركبة v (كسر من سرعة الضوء c)c = 299,792 km/s
γمعامل لورنتز1 في السكون، و1.25 عند 0.6 c، و2.29 عند 0.9 c، و7.09 عند 0.99 c

بالقيم الحالية:

(c Δt ÷ 2)² = (v Δt ÷ 2)² + h² ⇒ Δt = (2h ÷ c) × γ
hارتفاع الساعة الضوئيةيرتد الضوء بين مرآتين بينهما h؛ والدقة الواحدة رحلة ذهاب وإياب
Δtدقة واحدة للساعة المتحركة، مقيسة من الأرضمن الأرض، يجب أن يسلك الضوء مسارًا مائلًا ليلحق بالمرآة المتحركة، بالسرعة c نفسها، فتستغرق الدقة وقتًا أطول

بالقيم الحالية:

Δt = γ Δτ, L = L₀ ÷ γ
Δτالزمن الخاص: ما تظهره ساعة المركبة نفسهاتدق أبطأ بـ γ مرة من الساعات التي تمر بها
L₀الطول الخاص للمركبة100 m، مقيسة على متنها
Lطولها مقيسًا من الأرضأقصر في اتجاه الحركة فقط

بالقيم الحالية:

t_trip = d ÷ v, τ_trip = t_trip ÷ γ
dالمسافة إلى نجم للرحلة (سنوات ضوئية)بروكسيما قنطورس على بعد 4.2 سنة ضوئية
τ_tripالزمن الذي يكبره المسافرون في الطريقرحلة الذهاب والإياب تكبرهم ضعف ذلك، بينما يكبر كل من في الأرض 2 t_trip: مفارقة التوأم

بالقيم الحالية:

كيف تستخدم محاكي النسبية الخاصة

  1. اضبط سرعة المركبة ككسر من سرعة الضوء. تمر بجانب ساعة ساكنة على الأرض؛ وتُرسم المركبة مقصّرة بمعامل لورنتز γ، وتنكمش مسطرتها معها، مقابل مسطرة الأرض.
  2. انظر إلى ساعتي الضوء. على الأرض، يرتد الضوء عموديًا بين مرآتين. وفي المركبة، كما تُرى من الأرض، يجب أن يقطع الضوء مسارًا متعرجًا مائلًا ليلحق بالمرآتين المتحركتين؛ وهو يسير بالسرعة نفسها c، فتدوم كل دقة أطول ويتأخر قرص المركبة عن قرص الأرض. وتبين الرسوم كيف تفترق الساعتان.
  3. حدد المسافة إلى نجم واقرأ كم تدوم الرحلة على الأرض وعلى متن المركبة، وكم يعود المسافرون أصغر سنًا بعد الذهاب والإياب. وتستنتج المعادلات γ من ساعة الضوء بنظرية فيثاغورس.

الأسئلة الشائعة

ما تمدد الزمن؟

الساعة التي تمر بجانبك تسير أبطأ بمعامل لورنتز γ = 1 ÷ √(1 − v²/c²). عند 80% من سرعة الضوء γ = 1.67، فتدق ساعة المركبة مرة مقابل كل 1.67 دقة للساعات التي تمر بجانبها. ليس هذا عطلًا في الساعة: كل ما على متنها، بما في ذلك نبض الطاقم وشيخوخته، يسير أبطأ بالقدر نفسه.

كيف تثبت ساعة الضوء ذلك؟

الضوء يسير دائمًا بسرعة c لأي راصد. في إطار المركبة نفسها، يسير الضوء في خط مستقيم بين مرآتين المسافة بينهما h ويستغرق 2h ÷ c. ومن الأرض، تتحرك المرآتان بينما يسافر الضوء، فيقطع وتر مثلث قائم: (c Δt ÷ 2)² = (v Δt ÷ 2)² + h². وبالحل نحصل على Δt = (2h ÷ c) ÷ √(1 − v²/c²)، أي أطول بـ γ مرة تمامًا.

ما انكماش الطول؟

الجسم المتحرك أقصر في اتجاه الحركة بالمعامل نفسه: L = L₀ ÷ γ. مركبة طولها 100 m عند 0.8 c يبلغ طولها 60 m من الأرض. وعلى متنها لا يبدو شيء مختلفًا؛ ما ينكمش هو الأرض والمسافة إلى النجم، وهكذا يفسر الطاقم وصوله إلى النجم في زمن خاص أقل.

ما مفارقة التوأمين؟

يسافر أحد التوأمين إلى نجم ويعود بسرعة كبيرة بينما يبقى الآخر في البيت. يعود المسافر أصغر سنًا، بمقدار 2(t − τ). ليس هذا تناقضًا، لأن الحالتين غير متماثلتين: المسافر وحده يستدير ويغيّر إطاره المرجعي. والتأثير حقيقي ومقيس: ميونات الأشعة الكونية تصل إلى الأرض فقط لأن ساعاتها تسير ببطء، وأقمار GPS تصححه كل يوم.

تقول إن WebGL معطّل.

يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.

هل يُرفع أي شيء؟

لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.

مزيد من محاكاة الفيزياء

مزيد من المحاكاة العلمية

محاكي المداراتمحاكي تشتت رذرفوردعارض تصادمات الجسيماتمحاكي الاضمحلال الإشعاعيمحاكي ذرة بورعارض الجزيئات ثلاثي الأبعادمحاكي الغاز المثاليمحاكي الانتشار والتناضحعارض طي DNA وRNAمحاكي النمو البكتيريمحاكي جهاز الطرد المركزيمحاكي منحنيات المعايرةمحاكي سرعة التفاعل ونظرية التصادممحاكي الاتزان الكيميائي (لوشاتلييه)محاكي الخلايا الجلفانية والتحليل الكهربائيمحاكي منحنيات التسخين وتغيرات الطورالمدارات الذرية ثلاثية الأبعادمحاكي المحاليل المنظِّمةمحاكي الكروماتوغرافيامحاكي المطياف الضوئي وقانون بير-لامبرتالشبكات البلورية ثلاثية الأبعادمحاكي حركية الإنزيماتمحاكي جهد الفعلمحاكي PCRمحاكي الانتقاء الطبيعي وعلم وراثة العشائرمحاكي القلب والدورة القلبيةمحاكي الرحلان الكهربائي في الهلاممحاكي الانقسام المتساوي والاختزاليمحاكي تخليق البروتين: النسخ والترجمةمحاكي البناء الضوئي والعوامل المحددةمحاكي عشائر المفترسات والفرائسمحاكي انتشار الأوبئة: SIR وSEIRمحاكي الفصول وطول النهارمحاكي الصفائح التكتونية والزلازلمحاكي أطوار القمر والمد والجزر والكسوفمحاكي الاحتباس الحراريمحاكي تطور النجوم ومخطط هرتزشبرونغ-راسلمحاكي لوح غالتونمحاكي متسلسلات فورييه

حاسبات وأدوات ذات صلة

محاكاة ذات صلة