Opća teorija relativnosti. Teorija relativnosti Alberta Ajnštajna. Da li je Ajnštajn bio u pravu? Testiranje teorije relativnosti

Prije stotinu godina, 1915. godine, mladi švicarski naučnik, koji je u to vrijeme već napravio revolucionarna otkrića u fizici, predložio je fundamentalno novo razumijevanje gravitacije.

Godine 1915. Ajnštajn je objavio opštu teoriju relativnosti, koja karakteriše gravitaciju kao fundamentalno svojstvo prostor-vremena. On je predstavio niz jednačina koje su opisivale uticaj zakrivljenosti prostor-vremena na energiju i kretanje materije i radijacije prisutne u njemu.

Sto godina kasnije, opšta teorija relativnosti (GTR) postala je osnova za izgradnju moderna nauka, prošla je sve testove kojima su je napali naučnici.

Ali donedavno je bilo nemoguće provoditi eksperimente ekstremnim uslovima testirati stabilnost teorije.

Nevjerovatno je koliko se teorija relativnosti pokazala jakom za 100 godina. I dalje koristimo ono što je Ajnštajn napisao!

Clifford Will, teoretski fizičar, Univerzitet Florida

Naučnici sada imaju tehnologiju za traženje fizike izvan opšte teorije relativnosti.

Novi pogled na gravitaciju

Opća teorija Relativnost opisuje gravitaciju ne kao silu (kao što se pojavljuje u Njutnovoj fizici), već kao zakrivljenost prostor-vremena zbog mase objekata. Zemlja se okreće oko Sunca ne zato što je zvezda privlači, već zato što Sunce deformiše prostor-vreme. Ako stavite tešku kuglu za kuglanje na rastegnuto ćebe, ćebe će promijeniti oblik - gravitacija utječe na prostor na sličan način.

Ajnštajnova teorija je predvidela neka luda otkrića. Na primjer, mogućnost postojanja crnih rupa, koje savijaju prostor-vrijeme do te mjere da ništa ne može pobjeći iznutra, čak ni svjetlost. Na osnovu teorije pronađeni su dokazi za danas općeprihvaćeno mišljenje da se Univerzum širi i ubrzava.

Opća teorija relativnosti je potvrđena brojnim zapažanjima. Sam Ajnštajn je koristio opštu relativnost da izračuna orbitu Merkura, čije kretanje se ne može opisati Njutnovim zakonima. Einstein je predvidio postojanje objekata toliko masivnih da savijaju svjetlost. Ovo je fenomen gravitacionog sočiva sa kojim se astronomi često susreću. Na primjer, potraga za egzoplanetima oslanja se na efekte suptilnih promjena u zračenju koje je savijeno gravitacijskim poljem zvijezde oko koje planeta kruži.

Testiranje Ajnštajnove teorije

Opća teorija relativnosti dobro funkcionira za običnu gravitaciju, što pokazuju eksperimenti na Zemlji i promatranja planeta Solarni sistem. Ali nikada nije testiran u uslovima izuzetno jakih polja u prostorima koji leže na granicama fizike.

Najperspektivniji način testiranja teorije u takvim uslovima je posmatranje promena u prostor-vremenu koje se nazivaju gravitacioni talasi. Pojavljuju se kao rezultat velikih događaja, spajanja dva masivna tijela, poput crnih rupa, ili posebno gustih objekata - neutronskih zvijezda.

Kosmički vatromet ove veličine odražavao bi samo najmanje talase u prostor-vremenu. Na primjer, ako su se dvije crne rupe sudarile i spojile negdje u našoj galaksiji, gravitacijski valovi bi mogli rastegnuti i stisnuti udaljenost između objekata koji se nalaze na metar jedan od drugog na Zemlji za hiljaditi dio prečnika atomskog jezgra.

Pojavili su se eksperimenti koji mogu zabilježiti promjene u prostor-vremenu uslijed takvih događaja.

Postoje dobre šanse za otkrivanje gravitacionih talasa u naredne dve godine.

Clifford Will

Laserski interferometar Gravitaciono-valna opservatorija (LIGO), sa opservatorijama u blizini Richlanda, Washington i Livingstona, Louisiana, koristi laser za otkrivanje sitnih izobličenja u dvostrukim detektorima u obliku slova L. Kako prostorno-vremenski talasi prolaze kroz detektore, oni se protežu i sabijaju prostor, uzrokujući da detektor mijenja dimenzije. A LIGO ih može izmjeriti.

LIGO je započeo seriju lansiranja 2002. godine, ali nije postigao rezultate. Poboljšanja su napravljena 2010. godine, a nasljednik organizacije, Advanced LIGO, trebao bi ponovo biti operativan ove godine. Mnogi od planiranih eksperimenata imaju za cilj traženje gravitacionih talasa.

Drugi način da se testira teorija relativnosti je da se pogledaju svojstva gravitacionih talasa. Na primjer, mogu biti polarizirane, poput svjetlosti koja prolazi kroz polarizirana stakla. Teorija relativnosti predviđa karakteristike takvog efekta, a svako odstupanje od proračuna može postati razlog za sumnju u teoriju.

Unificirana teorija

Clifford Will vjeruje da će otkriće gravitacijskih valova samo ojačati Ajnštajnovu teoriju:

Mislim da moramo nastaviti da tragamo za dokazima opšte relativnosti kako bismo bili sigurni da je tačan.

Zašto su ti eksperimenti uopšte potrebni?

Jedan od najvažnijih i neuhvatljivih zadataka moderne fizike je potraga za teorijom koja će povezati Ajnštajnovo istraživanje, odnosno nauku o makrokosmosu, i kvantnu mehaniku, realnost najmanjih objekata.

Napredak u ovoj oblasti, kvantna gravitacija, može zahtevati promene opšte teorije relativnosti. Moguće je da bi eksperimenti s kvantnom gravitacijom zahtijevali toliko energije da bi ih bilo nemoguće izvesti. „Ali ko zna“, kaže Will, „možda postoji efekat u kvantnom univerzumu koji je beznačajan, ali se može pretraživati“.

Teoriju relativnosti uveo je Albert Ajnštajn početkom 20. veka. Šta je njegova suština? Hajde da razmotrimo glavne tačke i opišemo TOE jasnim jezikom.

Teorija relativnosti je praktično otklonila nedosljednosti i kontradiktornosti fizike 20. stoljeća, nametnula radikalnu promjenu ideje strukture prostor-vremena i eksperimentalno je potvrđena u brojnim eksperimentima i studijama.

Tako je TOE formirao osnovu svih modernih fundamentalnih fizičke teorije. U stvari, ovo je majka moderne fizike!

Za početak, vrijedi napomenuti da postoje 2 teorije relativnosti:

• Specijalna teorija relativnosti (STR) – razmatra fizičke procese u jednoliko pokretnim objektima.
• Opća teorija relativnosti (GTR) - opisuje ubrzavajuće objekte i objašnjava porijeklo takvih fenomena kao što su gravitacija i postojanje.

Jasno je da se STR pojavio ranije i da je u suštini dio GTR-a. Hajdemo prvo o njoj.

OPD jednostavnim rečima

Teorija se zasniva na principu relativnosti, prema kojem su svi zakoni prirode isti u odnosu na tijela koja miruju i kreću se konstantnom brzinom. A iz takve naizgled jednostavne misli proizlazi da je brzina svjetlosti (300.000 m/s u vakuumu) ista za sva tijela.

Na primjer, zamislite da ste dobili svemirski brod iz daleke budućnosti koji može letjeti velikom brzinom. Na pramcu broda je instaliran laserski top, sposoban da ispaljuje fotone naprijed.

U odnosu na brod, takve čestice lete brzinom svjetlosti, ali u odnosu na stacionarnog posmatrača, čini se da bi trebale letjeti brže, jer se obje brzine zbrajaju.

Međutim, u stvarnosti se to ne dešava! Namjernik vidi fotone koji lete 300.000 m/s, kao da je brzina svemirski brod nije im dodat.

Morate zapamtiti: u odnosu na bilo koje tijelo, brzina svjetlosti će biti konstantna vrijednost, bez obzira koliko se brzo kreće.

Iz ovoga slijede nevjerojatni zaključci kao što su dilatacija vremena, uzdužna kontrakcija i ovisnost tjelesne težine o brzini. Više o najzanimljivijim posljedicama Specijalne teorije relativnosti pročitajte u članku na linku ispod.

Suština opšte relativnosti (GR)

Da bismo to bolje razumjeli, moramo ponovo spojiti dvije činjenice:

• Živimo u četvorodimenzionalnom prostoru

Prostor i vrijeme su manifestacije istog entiteta koji se naziva „prostorno-vremenski kontinuum“. Ovo je 4-dimenzionalni prostor-vrijeme sa koordinatnim osama x, y, z i t.

Mi ljudi nismo u stanju da percipiramo 4 dimenzije jednako. U suštini, vidimo samo projekcije pravog četverodimenzionalnog objekta na prostor i vrijeme.

Zanimljivo je da teorija relativnosti ne kaže da se tijela mijenjaju kada se kreću. 4-dimenzionalni objekti uvijek ostaju nepromijenjeni, ali s relativnim kretanjem njihove projekcije se mogu promijeniti. A mi to doživljavamo kao usporavanje vremena, smanjenje veličine itd.

• Sva tijela padaju konstantnom brzinom i ne ubrzavaju

Hajdemo strašno misaoni eksperiment. Zamislite da se vozite u zatvorenom liftu i da ste u bestežinskom stanju.

Ova situacija može nastati samo iz dva razloga: ili ste u svemiru, ili slobodno padate zajedno sa kabinom pod uticajem zemljine gravitacije.

Bez gledanja iz kabine, apsolutno je nemoguće razlikovati ova dva slučaja. Samo u jednom slučaju letite ujednačeno, a u drugom ubrzano. Moraćete da pogodite!

Možda je i sam Albert Ajnštajn razmišljao o zamišljenom liftu, i imao je jednu neverovatnu misao: ako se ova dva slučaja ne mogu razlikovati, onda je i pad usled gravitacije jednoobrazno kretanje. Kretanje je jednostavno uniformno u četvorodimenzionalnom prostoru-vremenu, ali je u prisustvu masivnih tela (na primer) zakrivljeno i jednoliko kretanje se projektuje u naš uobičajeni trodimenzionalni prostor u vidu ubrzanog kretanja.

Pogledajmo još jedan jednostavniji, iako ne sasvim ispravan, primjer zakrivljenosti dvodimenzionalnog prostora.

Možete zamisliti da bilo koje masivno tijelo stvara neku vrstu oblikovanog lijevka ispod sebe. Tada druga tijela koja prolete neće moći da nastave pravolinijsko kretanje i mijenjat će svoju putanju prema zavojima zakrivljenog prostora.

Usput, ako tijelo nema puno energije, tada se njegovo kretanje može pokazati zatvorenim.

Vrijedi napomenuti da se sa stanovišta tijela u pokretu nastavljaju kretati pravolinijski, jer ne osjećaju ništa što ih tjera da se okreću. Oni su jednostavno završili u zakrivljenom prostoru i, ne svjesni toga, imaju nelinearnu putanju.

Treba napomenuti da su 4 dimenzije savijene, uključujući vrijeme, tako da ovu analogiju treba tretirati s oprezom.

Dakle, u općoj teoriji relativnosti, gravitacija uopće nije sila, već samo posljedica zakrivljenosti prostor-vremena. On ovog trenutka ova teorija je radna verzija nastanka gravitacije i odlično se slaže sa eksperimentima.

Iznenađujuće posledice opšte teorije relativnosti

Svjetlosni zraci mogu biti savijeni kada lete u blizini masivnih tijela. Zaista, u svemiru su pronađeni udaljeni objekti koji se "skrivaju" iza drugih, ali se oko njih savijaju svjetlosni zraci, zahvaljujući kojima svjetlost dopire do nas.

Prema opštoj relativnosti, što je gravitacija jača, vrijeme prolazi sporije. Ovu činjenicu morate uzeti u obzir pri radu GPS-a i GLONASS-a, jer su njihovi sateliti opremljeni najpreciznijim atomskim satovima, koji otkucavaju malo brže nego na Zemlji. Ako se ova činjenica ne uzme u obzir, tada će u roku od jednog dana koordinatna greška biti 10 km.

Zahvaljujući Albertu Einsteinu možete razumjeti gdje se biblioteka ili prodavnica nalazi u blizini.

I konačno, opšta teorija relativnosti predviđa postojanje crnih rupa oko kojih je gravitacija toliko jaka da se vrijeme jednostavno zaustavlja u blizini. Stoga, svjetlost koja padne u crnu rupu ne može je napustiti (reflektirati).

U središtu crne rupe, usled kolosalne gravitacione kompresije, nastaje objekat beskonačno velike gustine, a to, čini se, ne može postojati.

Dakle, opća teorija relativnosti može dovesti do vrlo kontradiktornih zaključaka, za razliku od , zbog čega je većina fizičara nije u potpunosti prihvatila i nastavila je tražiti alternativu.

Ali ona uspeva da predvidi mnoge stvari uspešno, na primer, nedavno senzacionalno otkriće potvrdilo je teoriju relativnosti i nateralo nas da se još jednom prisetimo velikog naučnika sa ispaljenim jezikom. Ako volite nauku, pročitajte WikiScience.

Opšta teorija relativnosti, zajedno sa specijalnom teorijom relativnosti, briljantno je djelo Alberta Ajnštajna, koji je početkom 20. vijeka promijenio način na koji fizičari gledaju na svijet. Stotinu godina kasnije, Opća relativnost je temeljna i najvažnija teorija fizike na svijetu, i zajedno s kvantnom mehanikom tvrdi da je jedan od dva kamena temeljca “teorije svega”. Opća teorija relativnosti opisuje gravitaciju kao posljedicu zakrivljenosti prostor-vremena (objedinjenog u opštoj relativnosti u jednu cjelinu) pod utjecajem mase. Zahvaljujući opštoj relativnosti, naučnici su izveli mnoge konstante, testirali gomilu neobjašnjivih fenomena i došli do stvari poput crnih rupa, tamne materije i tamne energije, širenja svemira, Veliki prasak i mnogo više. GTR je takođe stavio veto na prekoračenje brzine svetlosti, čime nas je bukvalno zarobio u našem okruženju (Sunčev sistem), ali je ostavio rupu u vidu crvotočina – kratkih mogućih puteva kroz prostor-vreme.

Zaposlenik Univerziteta RUDN i njegove brazilske kolege doveli su u pitanje koncept korištenja stabilnih crvotočina kao portala za razne tačke prostor-vreme. Rezultati njihovog istraživanja objavljeni su u Physical Review D. - prilično otkačenom klišeju u naučnoj fantastici. Crvotočina ili "crvotočina" je vrsta tunela koji povezuje udaljene tačke u prostoru, ili čak dva univerzuma, kroz zakrivljenost prostor-vremena.

Samo lijeni ne znaju za učenje Alberta Ajnštajna, koje svedoči o relativnosti svega što se dešava u ovom smrtnom svetu. Skoro stotinu godina vode se sporovi ne samo u svijetu nauke, već iu svijetu fizičara praktičara. Opisana Einsteinova teorija relativnosti jednostavnim riječima Prilično je pristupačan i nije tajna za neupućene.

U kontaktu sa

Nekoliko opštih pitanja

Uzimajući u obzir posebnosti teorijskih učenja velikog Alberta, njegovi postulati mogu se dvosmisleno ocijeniti raznim pokretima teorijskih fizičara, prilično visokim naučne škole, kao i pristalice iracionalne struje fizičko-matematičke škole.

Još na početku prošlog veka, kada je došlo do naleta naučne misli i to u pozadini društvene promjene počeli su se pojavljivati ​​određeni naučni pokreti i pojavila se teorija relativnosti svega u čemu čovjek živi. Kako god naši savremenici procijenili ovu situaciju, svi stvarnom svijetu zaista nije statično, specijalna teorija Ajnštajnova relativnost:

• Vremena se mijenjaju, mijenjaju se pogledi i mentalno mišljenje društva o određenim problemima u društvenom smislu;
• Društvene osnove i svjetonazor u pogledu doktrine vjerovatnoće u raznim državni sistemi i na posebnim uslovima razvoj društva se menjao tokom vremena i pod uticajem drugih objektivnih mehanizama.
• Kako su se oblikovali pogledi društva na probleme? društveni razvoj, isti je bio stav i mišljenje o tome Ajnštajnove teorije o vremenu.

Bitan! Ajnštajnova teorija gravitacije bila osnova za sistematske sporove među najuglednijim naučnicima, kako na početku njegovog razvoja, tako i tokom njegovog završetka. Razgovarali su o tome, bilo je brojnih debata, postalo je tema razgovora u najvišim salonima u različitim zemljama.

Naučnici su o tome raspravljali, bio je predmet razgovora. Postojala je čak i hipoteza da je učenje bilo razumljivo samo trojici ljudi iz naučnog svijeta. Kada je došlo vrijeme, svećenici najmisterioznije nauke - euklidske matematike - počeli su objašnjavati postulate. Tada je pokušano da se izgradi njegov digitalni model i iste matematički verifikovane posledice njegovog delovanja na svetski prostor, autor hipoteze je priznao da je postalo veoma teško razumeti čak i ono što je stvorio. Dakle, šta radi opšta teorija relativnosti,Šta istražuje i kakvu je praktičnu primjenu našao u modernom svijetu?

Istorijat i korijeni teorije

Danas se u velikoj većini slučajeva dostignuća velikog Ajnštajna ukratko opisuju kao potpuna negacija onoga što je prvobitno bila nepokolebljiva konstanta. Upravo je ovo otkriće omogućilo da se opovrgne ono što je svim školarcima poznato kao fizički binom.

Većina stanovništva planete, na ovaj ili onaj način, pažljivo i promišljeno ili površno, makar samo jednom, okrenula se prema stranicama velike knjige – Biblije.

U njemu možete pročitati šta je postalo prava potvrda suštinu nastave- na čemu je radio mladi američki naučnik početkom prošlog veka. Činjenice o levitaciji i druge prilično uobičajene stvari u istoriji Starog zaveta nekada su postale čuda u modernim vremenima. Eter je prostor u kome je čovek živeo sasvim drugačijim životom. Posebnosti života u zraku proučavale su mnoge svjetske ličnosti iz oblasti prirodnih nauka. I Ajnštajnova teorija gravitacije potvrdio da je ono što je opisano u drevnoj knjizi istina.

Rad Hendrika Lorentza i Henrija Poincaréa omogućio je eksperimentalno otkrivanje određenih karakteristika etra. Prije svega, to je rad na stvaranju matematičkih modela svijeta. Osnova je bila praktična potvrda da kada se materijalne čestice kreću u eteričnom prostoru, one se skupljaju u odnosu na smjer kretanja.

Radovi ovih velikih naučnika omogućili su stvaranje temelja za glavne postulate doktrine. Upravo ovu činjenicu daje stalan materijal za tvrdnju da su djela nobelovca i Albertova relativistička teorija bili i ostali plagijat. Mnogi naučnici danas tvrde da su mnogi postulati prihvaćeni mnogo ranije, na primjer:

• Koncept uslovne simultanosti događaja;
• Principi konstantne binomne hipoteze i kriterijumi za brzinu svetlosti.

Šta učiniti da razumiju teoriju relativnosti? Poenta je u prošlosti. U radovima Poincarea postavljena je hipoteza da velike brzine u zakonima mehanike treba preispitati. Zahvaljujući izjavama jednog francuskog fizičara naučni svet naučio koliko je relativno kretanje u projekciji prema teoriji eteričnog prostora.

U statičkoj nauci razmatran je veliki volumen fizički procesi za razne materijalne objekte koji se kreću sa . Postulati općeg koncepta opisuju procese koji se odvijaju s objektima koji se ubrzavaju, objašnjavaju postojanje gravitonskih čestica i same gravitacije. Suština teorije relativnosti u objašnjavanju onih činjenica koje su ranije bile besmislice za naučnike. Ako je potrebno opisati karakteristike kretanja i zakone mehanike, odnose između prostora i vremenskog kontinuuma u uslovima približavanja brzini svetlosti, treba primeniti isključivo postulate doktrine relativnosti.

O teoriji kratko i jasno

Zašto se učenje velikog Alberta toliko razlikuje od onoga što su fizičari radili prije njega? Ranije je fizika bila prilično statična nauka, koja je razmatrala principe razvoja svih procesa u prirodi u sferi sistema "ovdje, danas i sada". Ajnštajn je omogućio da se vidi sve što se dešava okolo ne samo u trodimenzionalnom prostoru, već iu odnosu na različite objekte i tačke u vremenu.

Pažnja! Godine 1905. kada je Ajnštajn objavio svoju teoriju relativnosti, omogućio je da se na pristupačan način objasni i protumači kretanje između različitih inercijskih proračunskih sistema.

Njegove glavne odredbe su omjer konstantnih brzina dvaju objekata koji se kreću jedan prema drugom umjesto da se uzme jedan od objekata, što se može uzeti kao jedan od apsolutnih referentnih faktora.

Karakteristike nastave je da se može razmatrati u odnosu na jedan izuzetan slučaj. Glavni faktori:

1. Pravost smjera kretanja;
2. Ujednačenost kretanja materijalnog tijela.

Prilikom promjene smjera ili drugih jednostavnih parametara, kada se materijalno tijelo može ubrzati ili okrenuti u stranu, zakoni statičke doktrine relativnosti ne vrijede. U ovom slučaju, opšti zakoni relativnosti, koja može objasniti kretanje materijalnih tijela u opštoj situaciji. Tako je Ajnštajn pronašao objašnjenje za sve principe interakcije fizičkih tela međusobno u prostoru.

Principi relativnosti

Principi nastave

Izjava o relativnosti bila je predmet najživljih rasprava već stotinu godina. Većina naučnika smatra razne opcije primjena postulata kao primjena dvaju principa fizike. A ovaj put je najpopularniji među primijenjenom fizikom. Osnovni postulati teorija relativnosti, Zanimljivosti , koji su danas našli nepobitnu potvrdu:

• Princip relativnosti. Očuvanje odnosa tijela prema svim zakonima fizike. Prihvatajući ih kao inercijalne referentne okvire koji se kreću konstantnom brzinom jedan u odnosu na drugi.
• Postulat o brzini svjetlosti. Ostaje nepromjenjiva konstanta u svim situacijama, bez obzira na brzinu i odnos prema izvorima svjetlosti.

Uprkos kontradiktornostima između novog učenja i osnovnih postulata jedne od najegzaktnijih nauka, zasnovanih na stalnim statičkim pokazateljima, nova hipoteza je privukla novi pogled na svijet. Uspeh naučnika je osiguran, što je potvrđeno i dodelom nagrade nobelova nagrada u oblasti egzaktnih nauka.

Šta je izazvalo tako zapanjujuću popularnost, i kako je Ajnštajn otkrio svoju teoriju relativnosti? Taktika mladog naučnika.

1. Do sada su svjetski poznati naučnici iznijeli tezu, a tek onda sproveli niz praktičnih studija. Ako su u određenom trenutku dobijeni podaci koji se ne uklapaju u opšti koncept, oni su prepoznati kao pogrešni i dati razlozi.
2. Mladi genije koristio je radikalno različite taktike, izvodio praktične eksperimente, bili su serijski. Dobiveni rezultati, uprkos činjenici da se nekako ne uklapaju u konceptualni niz, ugrađeni su u koherentnu teoriju. I bez "greške" ili "netačnosti", svi trenuci hipoteze relativnosti, primjeri a rezultati zapažanja jasno se uklapaju u revolucionarno teorijsko učenje.
3. Budućnost Nobelovac opovrgao je potrebu za proučavanjem tajanstvenog etra, gdje se šire svjetlosni talasi. Vjerovanje da etar postoji dovelo je do brojnih značajnih zabluda. Glavni postulat je promjena brzine svjetlosnog snopa u odnosu na posmatrača koji posmatra proces u eteričnom mediju.

Relativnost za lutke

Relativnost je najjednostavnije objašnjenje

Zaključak

Glavno dostignuće naučnika je dokaz harmonije i jedinstva takvih veličina kao što su prostor i vreme. Osnovna priroda veze između ova dva kontinuuma unutar tri dimenzije, u kombinaciji s vremenskom dimenzijom, omogućila je razumijevanje mnogih tajni prirode materijalnog svijeta. Hvala za Ajnštajnova teorija gravitacije Izučavanje dubina i drugih dostignuća moderne nauke postalo je dostupno, jer mogućnosti nastave do danas nisu u potpunosti iskorišćene.

Početkom 20. veka formulisana je teorija relativnosti. Šta je to i ko je njegov kreator, danas zna svaki školarac. Toliko je fascinantno da se za njega zanimaju čak i ljudi koji su daleko od nauke. U ovom članku pristupačan jezik Opisuje se teorija relativnosti: šta je ona, koji su njeni postulati i primena.

Kažu da je Albert Ajnštajn, njegov tvorac, imao prosvećenje u trenu. Naučnik se navodno vozio tramvajem u Bernu u Švajcarskoj. Pogledao je na ulični sat i odjednom shvatio da će ovaj sat stati ako tramvaj ubrza do brzine svjetlosti. U ovom slučaju ne bi bilo vremena. Vrijeme igra veoma važnu ulogu u teoriji relativnosti važnu ulogu. Jedan od postulata koje je Ajnštajn formulisao jeste da različiti posmatrači percipiraju stvarnost na različite načine. Ovo se posebno odnosi na vrijeme i udaljenost.

Obračunavanje pozicije posmatrača

Tog dana Albert je shvatio da je, jezikom nauke, opis bilo kojeg fizički fenomen ili događaja zavisi od referentnog okvira u kojem se posmatrač nalazi. Na primjer, ako putnica u tramvaju ispusti naočare, one će pasti okomito u odnosu na nju. Ako gledate s položaja pješaka koji stoji na ulici, tada će putanja njihovog pada odgovarati paraboli, budući da se tramvaj kreće i čaše padaju u isto vrijeme. Dakle, svako ima svoj referentni okvir. Predlažemo da detaljnije razmotrimo glavne postulate teorije relativnosti.

Zakon distribuiranog kretanja i princip relativnosti

Uprkos činjenici da kada se referentni sistemi menjaju, menjaju se i opisi događaja, postoje i univerzalne stvari koje ostaju nepromenjene. Da bismo ovo razumjeli, moramo se zapitati ne kap čaše, već zakon prirode koji uzrokuje pad. Za svakog posmatrača, bez obzira da li se nalazi u pokretnom ili stacionarnom koordinatnom sistemu, odgovor ostaje isti. Ovaj zakon se zove zakon distribuiranog kretanja. Isto radi i u tramvaju i na ulici. Drugim riječima, ako opis događaja uvijek zavisi od toga ko ih posmatra, onda se to ne odnosi na zakone prirode. Oni su, kako se to obično izražava naučnim jezikom, nepromenljivi. Ovo je princip relativnosti.

Ajnštajnove dve teorije

Ovaj princip, kao i svaka druga hipoteza, prvo je morao biti testiran u korelaciji sa njim prirodne pojave, djelujući u našoj stvarnosti. Einstein je izveo 2 teorije iz principa relativnosti. Iako povezani, smatraju se odvojenim.

Posebna, ili posebna, teorija relativnosti (SRT) zasniva se na tvrdnji da za sve vrste referentnih sistema, čija je brzina konstantna, zakoni prirode ostaju isti. Opća teorija relativnosti (GTR) proširuje ovaj princip na bilo koji referentni okvir, uključujući i one koji se kreću ubrzano. 1905. A. Einstein je objavio prvu teoriju. Drugi, složeniji u smislu matematičkog aparata, završen je do 1916. godine. Stvaranje teorije relativnosti, i STR i GTR, postalo je važna faza u razvoju fizike. Pogledajmo pobliže svaki od njih.

Specijalna teorija relativnosti

Šta je to, šta je njegova suština? Hajde da odgovorimo na ovo pitanje. Upravo ova teorija predviđa mnoge paradoksalne efekte koji su u suprotnosti s našim intuitivnim idejama o tome kako svijet funkcionira. Radi se o o efektima koji se uočavaju kada se brzina kretanja približi brzini svjetlosti. Najpoznatiji među njima je efekat dilatacije vremena (pomeranje sata). Sat koji se pomera u odnosu na posmatrača ide mu sporije od onog koji je u njegovim rukama.

U koordinatnom sistemu, kada se kreće brzinom bliskom brzini svetlosti, vreme se rasteže u odnosu na posmatrača, a dužina objekata (prostorni opseg), naprotiv, kompresuje se duž ose smera ovog kretanja. . Ovaj efekat Naučnici to zovu Lorenz-Fitzgerald kontrakcija. Davne 1889. opisao ga je Džordž Ficdžerald, italijanski fizičar. A 1892. godine, Hendrik Lorenz, Holanđanin, ga je proširio. Ovaj efekat objašnjava negativan rezultat, koji daje Michelson-Morleyjev eksperiment, u kojem se brzina naše planete u svemiru određuje mjerenjem “eteričkog vjetra”. Ovo su osnovni postulati teorije relativnosti (specijalni). Einstein je dopunio ove masovne transformacije analogijom. Prema njoj, kako se brzina tijela približava brzini svjetlosti, masa tijela raste. Na primjer, ako je brzina 260 hiljada km/s, odnosno 87% brzine svjetlosti, sa stanovišta posmatrača koji se nalazi u referentnom okviru u mirovanju, masa objekta će se udvostručiti.

Potvrde servisa

Sve ove odredbe, ma koliko bile kontradiktorne, zdrav razum, budući da su Einstein našli direktnu i potpunu potvrdu u mnogim eksperimentima. Jednu od njih izveli su naučnici sa Univerziteta u Mičigenu. Ovaj neobičan eksperiment potvrđuje teoriju relativnosti u fizici. Istraživači su postavili ultra-precizne satove u avion koji je redovno obavljao transatlantske letove, a svaki put nakon povratka na aerodrom, očitavanja ovih satova su provjeravana sa kontrolnim. Ispostavilo se da je sat u avionu svaki put sve više zaostajao za kontrolnim satom. Naravno, radili smo samo o beznačajnim brojkama, delićima sekunde, ali sama činjenica je vrlo indikativna.

Poslednjih pola veka istraživači su proučavali elementarne čestice koristeći akceleratore - ogromne hardverske komplekse. U njima se snopovi elektrona ili protona, odnosno nabijeni, ubrzavaju sve dok se njihove brzine ne približe brzini svjetlosti. Nakon toga pucaju na nuklearne ciljeve. U ovim eksperimentima potrebno je uzeti u obzir da se masa čestica povećava, inače se rezultati eksperimenta ne mogu tumačiti. U tom smislu, SRT više nije samo hipotetička teorija. Postao je jedan od alata koji se koriste u primijenjenom inženjerstvu, zajedno sa Newtonovim zakonima mehanike. Principi teorije relativnosti su se pokazali sjajnim praktična upotreba Danas.

SRT i Newtonovi zakoni

Inače, kad smo već kod toga (portret ovog naučnika je predstavljen gore), treba reći da specijalna teorija relativnosti, koja im je, čini se, kontradiktorna, zapravo reproducira jednačine Newtonovih zakona gotovo tačno ako se koristi za opisivanje tijela. čija je brzina kretanja mnogo manja brzina svjetlosti. Drugim riječima, ako se primjenjuje specijalna relativnost, njutnova fizika se uopće ne napušta. Ova teorija je, naprotiv, dopunjuje i proširuje.

Brzina svjetlosti je univerzalna konstanta

Koristeći princip relativnosti, može se razumjeti zašto u ovom modelu strukture svijeta vrlo važnu ulogu igra brzina svjetlosti, a ne bilo šta drugo. Ovo pitanje postavljaju oni koji tek počinju da se upoznaju sa fizikom. Brzina svjetlosti je univerzalna konstanta zbog činjenice da je kao takva definirana zakonom prirodnih znanosti (više o tome možete saznati proučavajući Maxwellove jednačine). Brzina svjetlosti u vakuumu, zbog principa relativnosti, ista je u bilo kojem referentnom okviru. Možda mislite da je ovo kontraintuitivno. Ispada da posmatrač istovremeno prima svetlost i iz stacionarnog i iz pokretnog izvora (bez obzira koliko se brzo kreće). Međutim, nije. Brzina svjetlosti, zbog svoje posebne uloge, je dodijeljena centralno mjesto ne samo u specijalnoj, već i u opštoj relativnosti. Hajde da pričamo i o njoj.

Opća teorija relativnosti

Koristi se, kao što smo već rekli, za sve referentne sisteme, ne nužno one čija je brzina kretanja jedna u odnosu na drugu konstantna. Matematički, ova teorija izgleda mnogo komplikovanija od specijalne. To objašnjava činjenicu da je između njihovih objavljivanja prošlo 11 godina. Opća teorija relativnosti uključuje poseban kao poseban slučaj. Stoga su u njega uključeni i Newtonovi zakoni. Međutim, opšta teorija relativnosti ide mnogo dalje od svojih prethodnika. Na primjer, objašnjava gravitaciju na nov način.

Četvrta dimenzija

Zahvaljujući opštoj relativnosti, svijet postaje četverodimenzionalan: vrijeme se dodaje na tri prostorne dimenzije. Svi su oni neodvojivi, stoga više ne treba govoriti o prostornoj udaljenosti koja postoji u trodimenzionalnom svijetu između dva objekta. Sada govorimo o prostorno-vremenskim intervalima između različitih događaja, kombinujući njihovu prostornu i vremensku udaljenost jedan od drugog. Drugim riječima, vrijeme i prostor se u teoriji relativnosti posmatraju kao neka vrsta četverodimenzionalnog kontinuuma. Može se definirati kao prostor-vrijeme. U ovom kontinuumu, oni posmatrači koji se kreću relativno jedni prema drugima imaće različita mišljenja čak i o tome da li su se dva događaja dogodila istovremeno, ili je jedan od njih prethodio drugom. Međutim, uzročno-posljedične veze nisu narušene. Drugim rečima, čak ni opšta teorija relativnosti ne dozvoljava postojanje takvog koordinatnog sistema, gde se dva događaja dešavaju u različitim sekvencama, a ne istovremeno.

Opća teorija relativnosti i zakon univerzalne gravitacije

Prema zakonu univerzalna gravitacija, otkrio Newton, sila međusobne privlačnosti postoji u Univerzumu između bilo koja dva tijela. Zemlja iz ovog položaja rotira oko Sunca, jer između njih postoje sile međusobnog privlačenja. Ipak, opšta teorija relativnosti nas tjera da ovaj fenomen sagledamo iz drugačije perspektive. Gravitacija je, prema ovoj teoriji, posljedica “zakrivljenosti” (deformacije) prostor-vremena, koja se opaža pod uticajem mase. Što je tijelo teže (u našem primjeru Sunce), to se prostor-vrijeme više „savija“ ispod njega. Shodno tome, njeno gravitaciono polje je jače.

Kako bismo bolje razumjeli suštinu teorije relativnosti, okrenimo se poređenju. Zemlja se, prema Općoj teoriji relativnosti, okreće oko Sunca poput male lopte koja se kotrlja oko konusa lijevka nastalog kao rezultat "guranja" Sunca kroz prostor-vrijeme. A ono što smo navikli smatrati silom gravitacije zapravo je vanjska manifestacija ove zakrivljenosti, a ne sila, u Newtonovom razumijevanju. Do danas nije pronađeno bolje objašnjenje fenomena gravitacije od onog predloženog u Općoj relativnosti.

Metode za provjeru GTR

Imajte na umu da opštu relativnost nije lako proveriti, jer njeni rezultati u laboratorijskim uslovima skoro odgovaraju zakonu univerzalne gravitacije. Međutim, naučnici su ipak izveli niz važnih eksperimenata. Njihovi rezultati nam omogućavaju da zaključimo da je Ajnštajnova teorija potvrđena. GR takođe pomaže u objašnjenju razne pojave posmatrano u svemiru. To su, na primjer, mala odstupanja Merkura od njegove stacionarne orbite. Sa stanovišta Njutnove klasične mehanike oni se ne mogu objasniti. Ovo je i razlog zašto elektromagnetno zračenje koja izvire iz udaljenih zvijezda je savijena dok prolazi blizu Sunca.

Rezultati koje predviđa opšta teorija relativnosti zapravo se značajno razlikuju od onih koje daju Newtonovi zakoni (njegov portret je prikazan gore) samo kada su prisutna superjaka gravitaciona polja. Stoga su za potpunu verifikaciju opće relativnosti neophodna ili vrlo precizna mjerenja objekata ogromne mase ili crnih rupa, jer naši uobičajeni koncepti nisu primjenjivi na njih. Stoga je razvoj eksperimentalnih metoda za ispitivanje ove teorije jedan od glavnih zadataka moderne eksperimentalne fizike.

Umovi mnogih naučnika, pa čak i ljudi daleko od nauke, okupirani su teorijom relativnosti koju je stvorio Ajnštajn. Ukratko smo objasnili šta je to. Ova teorija preokreće naše uobičajene ideje o svijetu, zbog čega interesovanje za nju još uvijek ne jenjava.