Η θεωρία της σχετικότητας - τι είναι αυτό; Τα αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας. Χρόνου και του χώρου στη θεωρία της σχετικότητας

Πίσω στις αρχές του 20 ου αιώνα διατύπωσε τη θεωρία της σχετικότητας. Τι είναι και ποιος ο δημιουργός του ξέρει κάθε μαθητή σήμερα. Είναι τόσο συναρπαστικό ότι ακόμη ενδιαφέρεται για τους ανθρώπους που είναι μακριά από την επιστήμη. Σε αυτό το άρθρο σε προσιτή γλώσσα περιγράφει τη θεωρία της σχετικότητας: τι είναι, τι είναι αξιώματα και τις εφαρμογές της.

Λέγεται ότι για να Albertu Eynshteynu, ο δημιουργός, η εικόνα ήρθε στο άψε σβήσε. Επιστήμονας που φέρεται ότι οδήγησε ένα τραμ στη Βέρνη της Ελβετίας. Κοίταξε το ρολόι του δρόμου και συνειδητοποίησα ότι το ρολόι θα σταματήσει όταν ένα τραμ επιταχύνει την ταχύτητα του φωτός. Σε αυτή την περίπτωση δεν θα υπήρχε χρόνος. στη θεωρία της σχετικότητας αυτό παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Ένα από τα αξιώματα που διατυπώθηκαν από τον Αϊνστάιν - διαφορετικούς παρατηρητές αντιλαμβάνονται την πραγματικότητα με διαφορετικό τρόπο. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το χρόνο και την απόσταση.

Λογιστική για τη θέση του παρατηρητή

Την ημέρα εκείνη, ο Albert συνειδητοποίησε ότι η γλώσσα της επιστήμης, περιγραφή κάθε φυσικό φαινόμενο ή συμβάν εξαρτάται από το αν ο παρατηρητής βρίσκεται σε ένα πλαίσιο αναφοράς. Για παράδειγμα, αν υπάρχει τραμ επιβατών θα πέσει σημεία, πέφτουν σε σχέση με το κατ 'ευθείαν προς τα κάτω. Αν κοιτάξουμε από την πλευρά του στέκεται σε έναν πεζόδρομο, η τροχιά της πτώσης αντιστοιχεί σε μια παραβολή, όπως τα τραμ κινείται, ενώ πτώση ποτήρια. Έτσι, το σύστημα αναφοράς σε όλους. Προσφέρουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις βασικές αρχές της θεωρίας της σχετικότητας.

Κατανεμημένα κώδικα οδικής κυκλοφορίας και της αρχής της σχετικότητας

Παρά το γεγονός ότι όταν αλλάζετε την περιγραφή των γεγονότων καταμέτρηση των συστημάτων ποικίλλουν, υπάρχουν καθολική πράγματα που παραμένουν τα ίδια. Για να γίνει αυτό κατανοητό, θα πρέπει να αναρωτηθούμε μην πέσει σημεία, και ο νόμος της φύσης, η οποία προκαλεί την πτώση. Για κάθε παρατηρητή, ανεξάρτητα από τη σειρά σε ένα κινούμενο ή σταθερό σύστημα συντεταγμένων είναι, η απάντηση είναι αμετάβλητη. Αυτός ο νόμος ονομάζεται νόμος της κατανομής της κυκλοφορίας. Είναι εξίσου έγκυρο το τραμ, και στο δρόμο. Με άλλα λόγια, αν η περιγραφή των γεγονότων εξαρτάται πάντα από το ποιος έχει τους παρακολουθούν, τότε αυτό δεν ισχύει για τους νόμους της φύσης. Είναι, όπως εκφράζεται στην επιστημονική γλώσσα, αμετάβλητες. Ότι αυτή είναι η αρχή της σχετικότητας.

Δύο από τη θεωρία του Αϊνστάιν

Αυτή η αρχή, καθώς και κάθε άλλη υπόθεση, ήταν απαραίτητο να πρώτο έλεγχο, συσχετίζοντας το με το φυσικά φαινόμενα που δραστηριοποιούνται στην πραγματικότητά μας. Einstein προέρχεται 2 θεωρία της σχετικότητας. Αν και είναι σχετικές, αλλά θεωρούνται ξεχωριστά.

Ιδιωτικό ή ειδική θεωρία σχετικότητας (SRT) βασίζεται στην παραδοχή ότι, για όλα τα είδη των συστημάτων αναφοράς, η οποία είναι μια σταθερή ταχύτητα, οι νόμοι της φύσης είναι το ίδιο. Η γενική σχετικότητα (GR) Η αρχή αυτή ισχύει για κάθε πλαίσιο αναφοράς, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κινούνται με επιτάχυνση. Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε την πρώτη θεωρία. Η δεύτερη, πιο πολύπλοκη από την άποψη της μαθηματικής συσκευής, ολοκληρώθηκε το 1916. Δημιουργία της θεωρίας της σχετικότητας, SRT και ΚΟΧ, ήταν ένα σημαντικό βήμα για την ανάπτυξη της φυσικής. Ας σταθούμε σε καθένα από αυτά.

Ειδική θεωρία της σχετικότητας

Τι είναι, ποια είναι η ουσία του; Ας απαντήσουμε στο ερώτημα αυτό. Είναι αυτή η θεωρία προβλέπει πολλές παράδοξες συνέπειες που είναι αντίθετες με τις διαισθήσεις μας για το πώς λειτουργεί ο κόσμος. Αυτά είναι τα αποτελέσματα που εμφανίζονται όταν η ταχύτητα προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός. Το πιο γνωστό από αυτά είναι το αποτέλεσμα διαστολή του χρόνου (του ρολογιού). Ρολόγια που κινούνται σε σχέση με τον παρατηρητή, είναι πιο αργή από ό, τι εκείνα που βρίσκονται στα χέρια του γι 'αυτόν.

Στο σύστημα συντεταγμένων κινείται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, να τεντώνεται σε σχέση με τον παρατηρητή, και το μήκος των αντικειμένων (χωρική έκταση), σε αντίθεση, συμπιέζεται κατά μήκος της κατεύθυνσης του άξονα αυτής της κίνησης. Αυτό επιστήμονες αποτέλεσμα να καλέσετε-Fitzgerald συστολή Lorentz. Ωστόσο, το 1889 περιέγραψε Dzhordzh Fitsdzherald, ένα ιταλικό φυσικός. Και το 1892, Χέντρικ Λόρεντζ, ένας Ολλανδός, πρόσθεσε. Αυτή η επίδραση εξηγείται το αρνητικό αποτέλεσμα, το οποίο δίνει το πείραμα Michelson-Morley, στην οποία η ταχύτητα του πλανήτη στο διάστημα προσδιορίζεται με μέτρηση της «aether άνεμο». Αυτές είναι οι βασικές αρχές της θεωρίας της σχετικότητας (ειδική). Einstein συμπληρωμένο αυτά μετατροπής βάρος εξισώσεις τύπου γίνονται κατ 'αναλογία. Σύμφωνα με αυτό, για όσο η ταχύτητα του σώματος προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, το σωματικό βάρος αυξάνει. Για παράδειγμα, αν η ταχύτητα είναι 260K. Km / s, δηλαδή 87% της ταχύτητας του φωτός, από την άποψη του παρατηρητή ο οποίος βρίσκεται στο σταθερό πλαίσιο αναφοράς, για να διπλασιάσει τη μάζα του αντικειμένου.

ΣΤΟ επιβεβαίωση

Όλες αυτές οι διατάξεις, όποια και αν είναι σε αντίθεση με την κοινή λογική, με το χρόνο του Αϊνστάιν επιβεβαιώθηκε άμεσα και πλήρως σε πολλά πειράματα. Ένας από αυτούς πραγματοποίησε το Πανεπιστήμιο του Michigan ερευνητές. Αυτό το περίεργο πείραμα επιβεβαίωσε τη θεωρία της σχετικότητας στη φυσική. Οι ερευνητές τοποθετούνται στο αεροσκάφος, το οποίο έκανε τακτικά υπερατλαντικές πτήσεις, εξαιρετικά ακριβή ατομικά ρολόγια. Κάθε φορά μετά την επιστροφή του στην μαρτυρία αυτών των ωρών ελέγχθηκαν με τον έλεγχο του αεροδρομίου. Αποδείχθηκε ότι το ρολόι στο αεροπλάνο κάθε φορά όλο και πιο μείνει πίσω από τους ελέγχους. Φυσικά, ήταν μόνο ένα μικρό αριθμητικά, κλάσματα του δευτερολέπτου, αλλά το γεγονός είναι πολύ σημαντικό.

Τα τελευταία ερευνητές μισό αιώνα σπουδάζουν στοιχειώδη επιταχυντή σωματιδίων - μια τεράστια συγκροτήματα υλικού. Σε αυτές τις δέσμες ηλεκτρονίων ή πρωτονίων, δηλ φορτισμένα υποατομικά σωματίδια επιταχύνονται εφ 'όσον δεν προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια θα βομβαρδίζουν το πυρηνικό στόχο. Σε αυτές τις δοκιμές, θα πρέπει να εξετάσει το γεγονός ότι η μάζα των σωματιδίων αυξάνεται, αλλιώς τα αποτελέσματα του πειράματος δεν μπορεί να ερμηνευθεί. Από την άποψη αυτή, το SRT έχει εδώ και καιρό, δεν ήταν απλώς μια υποθετική θεωρία. Έχει γίνει ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται στην εφαρμοσμένη μηχανική, μαζί με τους νόμους του Νεύτωνα της μηχανικής. Οι αρχές της θεωρίας της σχετικότητας βρει μεγάλη πρακτική χρήση σήμερα.

νόμους STO και του Νεύτωνα

Μιλώντας για τους νόμους του Νεύτωνα (πορτρέτο του επιστήμονα που παρουσιάζονται παραπάνω), θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ειδική θεωρία της σχετικότητας, που τους έρχεται σε αντίθεση με τα φαινόμενα, αναπαράγει ουσιαστικά τις εξισώσεις των νόμων του Νεύτωνα σχεδόν ακριβώς, αν χρησιμοποιείται για να περιγράψει ένα σώμα του οποίου η ταχύτητα της κίνησης πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Με άλλα λόγια, αν χρησιμοποιείτε την ειδική σχετικότητα, τη φυσική του Νεύτωνα δεν ακυρώνεται. Αυτή η θεωρία, σε αντίθεση, συμπληρώνει και επεκτείνει.

Η ταχύτητα του φωτός - μια παγκόσμια σταθερά

Χρησιμοποιώντας την αρχή της σχετικότητας, μπορεί κανείς να καταλάβει γιατί αυτό παίζει σημαντικό ρόλο είναι η ταχύτητα του φωτός, παρά οτιδήποτε άλλο σε αυτό τον κόσμο μοντέλο της δομής. Αυτό το ερώτημα τίθεται από εκείνους που αρχίζουν ακριβώς εξοικείωση με τη φυσική. Η ταχύτητα του φωτός είναι μια παγκόσμια σταθερά, διότι είναι, όπως ορίζεται από το φυσικό νόμο (περισσότερα για αυτό μπορεί να βρεθεί από τη μελέτη των εξισώσεων Maxwell). Η ταχύτητα του φωτός στο κενό, δυνάμει της αρχής της σχετικότητας, σε οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς είναι η ίδια. Μπορείτε να σκεφτείτε ότι είναι σε αντίθεση με την κοινή λογική. Επομένως, στον παρατηρητή, την ίδια στιγμή που το φως προέρχεται από μια σταθερή πηγή και από ένα κινούμενο (ανεξάρτητα από το αν κινείται με ταχύτητα). Ωστόσο, δεν είναι. Η ταχύτητα του φωτός, χάρη στο ειδικό ρόλο του δίνεται μια κεντρική θέση όχι μόνο ειδικά, αλλά και στη γενική σχετικότητα. Και πείτε γι 'αυτό.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Χρησιμοποιείται, όπως είπαμε, για όλα τα συστήματα αναφοράς δεν είναι απαραίτητα εκείνες των οποίων η ταχύτητα της κίνησης σε σχέση μεταξύ τους είναι σταθερή. Μαθηματικά, αυτή η θεωρία φαίνεται πολύ πιο δύσκολο από ό, τι το ιδιαίτερο. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι μεταξύ δημοσιεύσεις τους έχουν περάσει 11 χρόνια. GTR περιλαμβάνει ένα ειδικό ως ειδική περίπτωση. Ως εκ τούτου, οι νόμοι του Νεύτωνα είναι επίσης μέρος της. Ωστόσο, η γενική σχετικότητα υπερβαίνει κατά πολύ τους προκατόχους του. Για παράδειγμα, εξηγείται σε μια νέα βαρύτητας.

τέταρτη διάσταση

Χάρη στο τετραδιάστατο κόσμο γίνεται ΚΟΧ: Ώρα προστέθηκε στις τρεις χωρικές διαστάσεις. Όλοι τους είναι αχώριστοι, ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μην μιλήσουμε για την χωρική απόσταση που υπάρχει στον τρισδιάστατο κόσμο μεταξύ των δύο αντικειμένων. Πηγαίνει τώρα για χωροχρονικά διαστήματα μεταξύ των διαφόρων εκδηλώσεων, ενώνοντας τα δύο χωρική και χρονική απόσταση τους από την άλλη. Με άλλα λόγια, το χρόνο και το χώρο στη θεωρία της σχετικότητας θεωρούνται ως ένα τετραδιάστατο συνεχές. Μπορεί να οριστεί ως το χώρο-χρόνο. Αυτή η συνέχεια της εν λόγω παρατηρητές που κινούνται σε σχέση μεταξύ τους, θα έχουν διαφορετικές απόψεις, ακόμη και για τις δύο εκδηλώσεις, ή ένα από αυτά, αν υπήρχαν δύο προηγηθεί άλλη. Ωστόσο, η αιτιώδης σχέση δεν έχει παραβιαστεί. Με άλλα λόγια, η ύπαρξη ενός τέτοιου συστήματος συντεταγμένων, όπου συμβαίνουν δύο γεγονότα σε διαφορετικές ακολουθίες και την ίδια στιγμή, δεν επιτρέπει ακόμη μια ΓΡ.

Η γενική σχετικότητα και ο νόμος της παγκόσμιας έλξης

Σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας έλξης, που ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα, η δύναμη της αμοιβαίας έλξης υπάρχει στο σύμπαν μεταξύ δύο σωμάτων. Η Γη από τη θέση αυτή περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο, καθώς υπάρχουν δυνάμεις έλξης μεταξύ τους. Παρ 'όλα αυτά, η γενική θεωρία της σχετικότητας κάνει το βλέμμα από την άλλη πλευρά σε αυτό το φαινόμενο. Σοβαρότητα, σύμφωνα με αυτή τη θεωρία - συνέπεια της «καμπυλότητας» (παραμόρφωση) του χώρου-χρόνου, η οποία παρατηρείται υπό την επίδραση της μάζας. Το σώμα είναι βαρύτερο (στο παράδειγμά μας, ο ήλιος), η πιο «flex» κάτω από αυτόν το χώρο-χρόνο. Ως εκ τούτου, του πεδίου βαρύτητας είναι τόσο ισχυρή.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα την ουσία της θεωρίας της σχετικότητας, θεωρούν τη σύγκριση. Η γη, σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο, όπως μια μικρή μπάλα που κυλά γύρω από τον κρατήρα του κώνου, που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της «αναγκάζοντας» τον χώρο-χρόνο ήλιο. Και το γεγονός ότι χρησιμοποιείται για να πάρει τη δύναμη της βαρύτητας είναι στην πραγματικότητα η εξωτερική εκδήλωση της καμπυλότητας, και όχι με τη βία, με την έννοια του Νεύτωνα. Η καλύτερη εξήγηση του φαινομένου της βαρύτητας από ό, τι προτείνεται στο ΚΟΧ, μέχρι σήμερα δεν βρέθηκε.

Μέθοδοι για τον έλεγχο της γενικής σχετικότητας

Σημειώστε ότι η κοχ που δεν είναι εύκολο να ελεγχθεί, δεδομένου ότι οδηγεί στο εργαστήριο σχεδόν συμμορφώνονται με το νόμο της παγκόσμιας έλξης. Ωστόσο, οι επιστήμονες εξακολουθούν να είχε μια σειρά σημαντικών πειραμάτων. Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι η θεωρία του Αϊνστάιν επιβεβαιώνεται. ΚΟΧ βοηθά επίσης να εξηγήσουν τα διάφορα φαινόμενα που παρατηρούνται στο χώρο. Αυτό, για παράδειγμα, μικρές αποκλίσεις από τον υδράργυρο από σταθερές τροχιά του. Από την άποψη της Νευτώνειας κλασική μηχανική δεν μπορεί να τα εξηγήσει. Αυτός είναι και ο λόγος που η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από μακρινά αστέρια κάμπτεται καθώς περνά κοντά από τον ήλιο.

Τα αποτελέσματα που προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα, στην πραγματικότητα, διαφέρουν σημαντικά από εκείνα που δίνουν οι νόμοι του Νεύτωνα (πορτραίτο του παρουσιάζεται παραπάνω) μόνο όταν υπάρχουν superstrong βαρυτικά πεδία. Ως εκ τούτου, για να ολοκληρωθεί η επαλήθευση της γενικής σχετικότητας απαιτεί είτε πολύ ακριβείς μετρήσεις της τεράστιας μάζας των αντικειμένων, ή μια μαύρη τρύπα, επειδή συνήθη παραστάσεις μας σε σχέση με τους ανεφάρμοστο. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη των πειραματικών μεθόδων για να δοκιμάσουν αυτή τη θεωρία είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα της σύγχρονης πειραματικής φυσικής.

Τα μυαλά πολλών επιστημόνων, και οι άνθρωποι μακριά από την επιστήμη παίρνει δημιουργήθηκε από τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Τι είναι αυτό, μιλήσαμε για λίγο. Αυτή η θεωρία αποδεικνύεται εξοικειωμένοι τις ιδέες μας για τον κόσμο, έτσι ώστε το ενδιαφέρον δεν έχει ακόμη σβήσει.