Einstein och Relativitetsteorin

Albert Einstein och Relativitetsteorin

• Albert Einstein levde under modernismen, från 1879 till 1955.
• Einsteins speciella relativitetsteori (1905) förklarar att tid och längd påverkas av hastighet.
• Ju snabbare något rör sig, desto långsammare går tiden i förhållande till en stillastående observatör.
• Den berömda formeln för detta är E = mc², där E är energi, m är massa och c är ljusets hastighet.
• Einsteins allmänna relativitetsteori (1915) beskriver gravitation som en krökning av rymden orsakad av stora objekt som planeter och stjärnor.
• Denna krökning påverkar andra objekts rörelse och har bevisats genom experiment samt används i GPS-teknik.
• Händelser som sker samtidigt på olika platser för en observatör behöver inte vara samtidiga för en annan observatör i rörelse.
• Detta beror på att ljusets hastighet är konstant. En person som rör sig mot en händelse ser den tidigare än en stillastående person.
• Händelser som sker på samma plats för en observatör kan också uppfattas som att de sker vid olika tidpunkter för en annan observatör i rörelse.

Tidsförlängning och Längdkontraktion

• Tidsförlängning innebär att tiden går olika fort beroende på hastighet och gravitation.
• Tiden går långsammare ju närmare ljusets hastighet man rör sig (speciella relativitetsteorin) eller ju starkare gravitationen är (allmänna relativitetsteorin).
• Formeln för tidsförlängning används för att beräkna hur tiden påverkas av hastighet.
• t = tid som mäts av en stillastående observatör (förlängd tid).
• t₀ = egentid, tid som mäts av någon som rör sig med objektet.
• v = hastigheten på det rörliga objektet.
• c = ljusets hastighet i vakuum (≈ 299 792 458 m/s).
• Längdkontraktion innebär att ett objekt som rör sig nära ljusets hastighet ser kortare ut för en stillastående observatör.
• Gammafaktorn (Lorentzfaktorn) beskriver hur tid och längd förändras vid höga hastigheter.

Kinetisk Energi och Relativistiska Effekter

• Kinetisk energi (rörelseenergi) är den energi ett objekt har på grund av sin rörelse.
• Formeln för kinetisk energi är Ek = (1/2)mv², där Ek är kinetisk energi, m är massa och v är hastighet.
• En process som sker i ett system i rörelse tar längre tid att observera från ett stillastående perspektiv.
• En klocka som rör sig saktare i förhållande till en stillastående observatör.
• En rymdfarare som reser med hög hastighet åldras långsammare än sin tvillingsyster på jorden, exempelvis, efter 10 år i rymdskeppet kan tvillingsystern på jorden vara 30 år äldre.

Standardmodellen och Atomens Byggstenar

• J.J. Thomson upptäckte elektronen genom experiment med katodstrålar.
• Thomson föreslog att atomen var en positivt laddad klump med negativt laddade elektroner inbäddade, likt russin i en kaka.
• Rutherfords experiment innebar att alfapartiklar sköts mot en guldfolie. Resultaten visade att atomen har en liten, tät positiv kärna.
• Rutherfords atommodell består av en liten positiv kärna omgiven av negativt laddade elektroner.
• Kvarkar är fundamentala partiklar som bygger upp protoner och neutroner.
• De olika typer av kvarkar inkluderar uppkvark, nerkvark, charmkvark, särkvark, toppkvark och bottomkvark.
• En proton består av två uppkvarkar (u) och en nedkvark (d).
• En neutron består av en uppkvark (u) och två nedkvarkar (d).
• En uppkvark har laddningen +2/3.
• En nedkvark har laddningen -1/3.

Antimateria och Fundamentala Krafter

• Antimateria består av partiklar med motsatt laddning jämfört med vanlig materia, exempelvis positronen.
• De fyra fundamentala krafterna är stark kärnkraft, gravitation, svag kärnkraft och elektromagnetism.
• Stark kärnkraft håller ihop partiklar i atomkärnan.
• Gravitation är kraften som drar föremål mot varandra.
• Svag kärnkraft orsakar radioaktivitet.
• Elektromagnetism påverkar laddade partiklar och styr elektricitet och magnetism.
• Kraftpartiklarna som förmedlar de olika krafterna inkluderar:
  • Fotonen (elektromagnetisk växelverkan).
  • Gravitonen (gravitationell växelverkan, hypotetisk).
  • Gluon (stark kärnkraft).
  • W- och Z-bosoner (svag kärnkraft).
  • Higgsbosonen (Higgsmekanismen, ger partiklar massa).