نظریه نسبیت عام. نظریه نسبیت آلبرت انیشتین. پس انیشتین درست می گفت؟ آزمایش نظریه نسبیت

صد سال پیش، در سال 1915، یک دانشمند جوان سوئیسی، که در آن زمان اکتشافات انقلابی در فیزیک انجام داده بود، درک اساسی جدید از گرانش را پیشنهاد کرد.

در سال 1915، انیشتین نظریه نسبیت عام را منتشر کرد که گرانش را به عنوان یک ویژگی اساسی فضازمان توصیف می کند. او یک سری معادلات ارائه کرد که تأثیر انحنای فضازمان را بر انرژی و حرکت ماده و تشعشع موجود در آن تشریح کرد.

صد سال بعد، نظریه نسبیت عام (GTR) پایه و اساس ساخت شد علم مدرن، او تمام آزمایشاتی را که دانشمندان به او حمله کردند را پشت سر گذاشت.

اما تا همین اواخر انجام آزمایش در آن غیرممکن بود شرایط شدیدبرای آزمایش ثبات نظریه

این شگفت انگیز است که نظریه نسبیت در 100 سال چقدر قوی است. ما هنوز از آنچه انیشتین نوشته استفاده می کنیم!

کلیفورد ویل، فیزیکدان نظری، دانشگاه فلوریدا

اکنون دانشمندان فناوری جستجوی فیزیک فراتر از نسبیت عام را دارند.

نگاهی جدید به جاذبه

نظریه عمومینسبیت گرانش را نه به عنوان یک نیرو (آنطور که در فیزیک نیوتنی ظاهر می شود)، بلکه به عنوان انحنای فضا-زمان به دلیل جرم اجسام توصیف می کند. زمین به دور خورشید می چرخد ​​نه به این دلیل که ستاره آن را جذب می کند، بلکه به این دلیل که خورشید فضا-زمان را تغییر شکل می دهد. اگر یک توپ بولینگ سنگین را روی یک پتوی کشیده قرار دهید، شکل پتو تغییر می کند - گرانش به همان شیوه بر فضا تأثیر می گذارد.

نظریه انیشتین اکتشافات دیوانه کننده ای را پیش بینی کرد. به عنوان مثال، احتمال وجود سیاهچاله هایی که فضا-زمان را به قدری خم می کنند که هیچ چیز حتی نور نمی تواند از درون فرار کند. بر اساس این تئوری، شواهدی برای این عقیده پذیرفته شده امروزی یافت شد که جهان در حال انبساط و شتاب است.

نسبیت عام با مشاهدات متعدد تأیید شده است. انیشتین خود از نسبیت عام برای محاسبه مدار عطارد استفاده کرد که حرکت آن با قوانین نیوتن قابل توصیف نیست. انیشتین وجود اجسامی را به قدری عظیم پیش بینی کرد که نور را خم می کنند. این یک پدیده عدسی گرانشی است که ستاره شناسان اغلب با آن مواجه می شوند. به عنوان مثال، جستجوی سیارات فراخورشیدی بر تأثیر تغییرات ظریف در تابش خمیده شده توسط میدان گرانشی ستاره ای است که سیاره به دور آن می چرخد.

آزمایش نظریه انیشتین

نسبیت عام برای گرانش معمولی به خوبی عمل می کند، همانطور که توسط آزمایشات روی زمین و مشاهدات سیارات نشان داده شده است منظومه شمسی. اما هرگز تحت شرایط میدان های بسیار قوی در فضاهای واقع در مرزهای فیزیک آزمایش نشده است.

امیدوارکننده ترین راه برای آزمایش این نظریه در چنین شرایطی، مشاهده تغییرات فضازمان به نام امواج گرانشی است. آنها در نتیجه رویدادهای بزرگ، ادغام دو جسم عظیم، مانند سیاهچاله ها، یا به ویژه اجرام متراکم - ستاره های نوترونی ظاهر می شوند.

یک نمایش آتش بازی کیهانی به این بزرگی فقط کوچکترین امواج در فضا-زمان را منعکس می کند. به عنوان مثال، اگر دو سیاه‌چاله در جایی در کهکشان ما با هم برخورد کرده و با هم ادغام شوند، امواج گرانشی می‌توانند کشیده شده و فاصله بین اجرام واقع در فاصله یک متری زمین را به اندازه یک هزارم قطر یک هسته اتم فشرده کنند.

آزمایش‌هایی ظاهر شده‌اند که می‌توانند تغییرات فضا-زمان ناشی از چنین رویدادهایی را ثبت کنند.

شانس خوبی برای تشخیص امواج گرانشی در دو سال آینده وجود دارد.

کلیفورد ویل

رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO)، با رصدخانه هایی در نزدیکی ریچلند، واشنگتن، و لیوینگستون، لوئیزیانا، از لیزر برای تشخیص اعوجاج های کوچک در آشکارسازهای L شکل دوگانه استفاده می کند. با عبور امواج فضا-زمان از آشکارسازها، کشش و فشرده شدن فضا باعث تغییر ابعاد آشکارساز می شود. و LIGO می تواند آنها را اندازه گیری کند.

LIGO یک سری پرتاب را در سال 2002 آغاز کرد، اما نتوانست به نتیجه برسد. بهبودهایی در سال 2010 انجام شد و جانشین سازمان، Advanced LIGO، باید امسال دوباره عملیاتی شود. بسیاری از آزمایشات برنامه ریزی شده با هدف جستجوی امواج گرانشی است.

راه دیگر برای آزمایش نظریه نسبیت، بررسی خواص امواج گرانشی است. به عنوان مثال، آنها می توانند قطبی شوند، مانند عبور نور از شیشه های پلاریزه. نظریه نسبیت ویژگی‌های چنین تأثیری را پیش‌بینی می‌کند و هرگونه انحراف از محاسبات ممکن است دلیلی برای شک در این نظریه باشد.

نظریه یکپارچه

کلیفورد ویل معتقد است که کشف امواج گرانشی تنها نظریه انیشتین را تقویت می کند:

من فکر می کنم ما باید به جستجوی شواهد نسبیت عام ادامه دهیم تا از صحت آن مطمئن شویم.

اصلاً چرا این آزمایش ها لازم است؟

یکی از مهمترین و دست نیافتنی ترین وظایف فیزیک مدرن، جستجوی نظریه ای است که تحقیقات انیشتین را به هم مرتبط کند، یعنی علم کیهان ماکرو، و مکانیک کوانتومی، واقعیت کوچکترین اجسام.

پیشرفت در این زمینه، گرانش کوانتومی، ممکن است به تغییراتی در نسبیت عام نیاز داشته باشد. این امکان وجود دارد که آزمایش‌های گرانش کوانتومی به انرژی زیادی نیاز داشته باشند که انجام آنها غیرممکن باشد. ویل می‌گوید: «اما چه کسی می‌داند، شاید تأثیری در جهان کوانتومی وجود داشته باشد که ناچیز باشد، اما قابل جستجو باشد.»

نظریه نسبیت توسط آلبرت اینشتین در اوایل قرن بیستم مطرح شد. جوهر آن چیست؟ بیایید نکات اصلی را در نظر بگیریم و TOE را به زبانی واضح توصیف کنیم.

نظریه نسبیت عملاً ناسازگاری ها و تناقضات فیزیک قرن بیستم را از بین برد، تغییری اساسی در ایده ساختار فضا-زمان ایجاد کرد و به طور تجربی در آزمایش ها و مطالعات متعدد تأیید شد.

بنابراین، TOE اساس تمام بنیادی مدرن را تشکیل داد نظریه های فیزیکی. در واقع این مادر فیزیک مدرن است!

برای شروع، شایان ذکر است که 2 نظریه نسبیت وجود دارد:

• نظریه نسبیت خاص (STR) - فرآیندهای فیزیکی را در اجسام متحرک یکنواخت در نظر می گیرد.
• نسبیت عام (GTR) - اشیاء در حال شتاب را توصیف می کند و منشأ پدیده هایی مانند گرانش و وجود را توضیح می دهد.

واضح است که STR زودتر ظاهر شد و اساساً بخشی از GTR است. بیایید ابتدا در مورد او صحبت کنیم.

STO به زبان ساده

این نظریه مبتنی بر اصل نسبیت است که طبق آن هر قانون طبیعت در مورد اجسامی که ساکن هستند و با سرعت ثابت حرکت می کنند یکسان است. و از چنین فکر به ظاهر ساده ای نتیجه می گیرد که سرعت نور (300000 متر بر ثانیه در خلاء) برای همه اجسام یکسان است.

به عنوان مثال، تصور کنید که یک سفینه فضایی از آینده ای دور به شما داده شده است که می تواند با سرعت زیادی پرواز کند. یک توپ لیزری بر روی کمان کشتی نصب شده است که می تواند فوتون ها را به جلو پرتاب کند.

نسبت به کشتی، چنین ذرات با سرعت نور پرواز می کنند، اما نسبت به یک ناظر ثابت، به نظر می رسد که باید سریعتر پرواز کنند، زیرا هر دو سرعت خلاصه می شوند.

با این حال، در واقعیت این اتفاق نمی افتد! تماشاچیفوتون‌ها را می‌بیند که 300000 متر بر ثانیه پرواز می‌کنند، گویی سرعت سفینه فضاییبه آنها اضافه نشد.

باید به خاطر داشته باشید: نسبت به هر جسمی، سرعت نور یک مقدار ثابت خواهد بود، مهم نیست که چقدر سریع حرکت می کند.

از این نتیجه گیری های شگفت انگیزی مانند اتساع زمانی، انقباض طولی و وابستگی وزن بدن به سرعت به دست می آید. درباره جالب ترین پیامدهای نظریه نسبیت خاص در مقاله در لینک زیر بیشتر بخوانید.

جوهر نسبیت عام (GR)

برای درک بهتر آن، باید دوباره دو واقعیت را با هم ترکیب کنیم:

• ما در فضای چهار بعدی زندگی می کنیم

فضا و زمان مظاهر همان موجودی هستند که «پیوستار فضا-زمان» نامیده می شود. این فضا-زمان 4 بعدی با محورهای مختصات x، y، z و t است.

ما انسان ها نمی توانیم 4 بعد را به طور مساوی درک کنیم. در اصل، ما فقط پیش بینی یک شی چهار بعدی واقعی را بر روی فضا و زمان می بینیم.

جالب اینجاست که نظریه نسبیت بیان نمی کند که اجسام با حرکت تغییر می کنند. اجسام 4 بعدی همیشه بدون تغییر باقی می مانند، اما با حرکت نسبی، پیش بینی آنها می تواند تغییر کند. و ما این را به عنوان کاهش زمان، کاهش اندازه و غیره درک می کنیم.

• تمام اجسام با سرعت ثابت سقوط می کنند و شتاب نمی گیرند

بیایید یک ترسناک داشته باشیم آزمایش فکری. تصور کنید که در یک آسانسور بسته هستید و در حالت بی وزنی هستید.

این وضعیت فقط به دو دلیل ممکن است ایجاد شود: یا در فضا هستید یا تحت تأثیر گرانش زمین آزادانه همراه با کابین در حال سقوط هستید.

بدون نگاه کردن به بیرون از غرفه، تشخیص این دو مورد کاملاً غیرممکن است. فقط این است که در یک مورد شما یکنواخت پرواز می کنید و در مورد دیگر با شتاب. شما باید حدس بزنید!

شاید خود آلبرت انیشتین به یک آسانسور خیالی فکر می کرد و یک فکر شگفت انگیز داشت: اگر این دو مورد را نمی توان تشخیص داد، سقوط به دلیل گرانش نیز یک حرکت یکنواخت است. حرکت در فضا-زمان چهاربعدی به سادگی یکنواخت است، اما در حضور اجسام عظیم (مثلاً) منحنی است و حرکت یکنواخت به فضای سه بعدی که برای ما معمول است به شکل شتاب گرفته می شود. حرکت - جنبش.

بیایید یک مثال ساده تر، هرچند نه کاملاً صحیح، از انحنای فضای دو بعدی ببینیم.

می توانید تصور کنید که هر جسم عظیمی نوعی قیف شکلی در زیر خود ایجاد می کند. در این صورت اجسام دیگری که از گذشته می گذرند قادر به ادامه حرکت خود در یک خط مستقیم نخواهند بود و با توجه به خمیدگی های فضای منحنی مسیر خود را تغییر می دهند.

به هر حال، اگر بدن انرژی زیادی نداشته باشد، ممکن است حرکت آن بسته شود.

شایان ذکر است که از نظر اجسام متحرک به حرکت در مسیر مستقیم ادامه می دهند، زیرا چیزی که باعث چرخش آنها شود را احساس نمی کنند. آنها فقط در یک فضای منحنی قرار گرفتند و بدون اینکه متوجه شوند، یک مسیر غیر خطی دارند.

لازم به ذکر است که 4 بعد با احتساب زمان خم شده است، بنابراین این قیاس باید با احتیاط برخورد شود.

بنابراین، در نظریه نسبیت عام، گرانش به هیچ وجه یک نیرو نیست، بلکه تنها پیامد انحنای فضا-زمان است. بر این لحظهاین نظریه نسخه ای کاربردی از منشاء گرانش است و با آزمایش ها مطابقت دارد.

پیامدهای شگفت انگیز نسبیت عام

پرتوهای نور هنگام پرواز در نزدیکی اجسام عظیم خم می شوند. در واقع، اشیایی دوردست در فضا پیدا شده اند که پشت دیگران "پنهان می شوند"، اما پرتوهای نور در اطراف آنها خم می شوند و به لطف آنها نور به ما می رسد.

بر اساس نسبیت عام، هر چه گرانش قوی تر باشد، زمان کندتر می گذرد. این واقعیت باید هنگام کار با GPS و GLONASS در نظر گرفته شود، زیرا ماهواره های آنها مجهز به دقیق ترین ساعت های اتمی هستند که کمی سریعتر از روی زمین تیک می زند. اگر این واقعیت در نظر گرفته نشود، در عرض یک روز خطای مختصات 10 کیلومتر خواهد بود.

به لطف آلبرت انیشتین است که می توانید بفهمید یک کتابخانه یا یک فروشگاه در آن نزدیکی کجا قرار دارد.

و در نهایت، نسبیت عام وجود سیاهچاله‌هایی را پیش‌بینی می‌کند که گرانش در اطراف آن چنان قوی است که زمان به سادگی متوقف می‌شود. بنابراین نوری که در سیاهچاله می افتد نمی تواند آن را ترک کند (انعکاس دهد).

در مرکز یک سیاهچاله، به دلیل فشرده سازی عظیم گرانشی، جسمی با چگالی بی نهایت زیاد تشکیل می شود و به نظر می رسد که نمی تواند وجود داشته باشد.

بنابراین، نسبیت عام می تواند به نتیجه گیری های بسیار متناقضی منجر شود، در مقابل، به همین دلیل است که اکثر فیزیکدانان آن را به طور کامل نپذیرفتند و به جستجوی جایگزین ادامه دادند.

اما او موفق می‌شود خیلی چیزها را با موفقیت پیش‌بینی کند، برای مثال، یک کشف هیجان‌انگیز اخیر نظریه نسبیت را تأیید کرد و باعث شد یک بار دیگر دانشمند بزرگ را با زبانش به یاد بیاوریم. اگر عاشق علم هستید، ویکی ساینس را بخوانید.

نظریه نسبیت عام در کنار نظریه نسبیت خاص، کار درخشان آلبرت انیشتین است که در آغاز قرن بیستم نگاه فیزیکدانان به جهان را تغییر داد. صد سال بعد، نسبیت عام بنیادی و مهم ترین نظریه فیزیک در جهان است و همراه با مکانیک کوانتومی ادعا می کند که یکی از دو سنگ بنای "نظریه همه چیز" است. نظریه نسبیت عام، گرانش را نتیجه انحنای فضا-زمان (در نسبیت عام در یک کل متحد شده) تحت تأثیر جرم توصیف می کند. به لطف نسبیت عام، دانشمندان ثابت های بسیاری را استخراج کرده اند، مجموعه ای از پدیده های غیرقابل توضیح را آزمایش کرده اند و به چیزهایی مانند سیاهچاله ها، ماده تاریک و انرژی تاریک، انبساط کیهان رسیده اند. مهبانگو خیلی بیشتر. GTR همچنین سرعت بیش از حد نور را وتو کرد و در نتیجه ما را به معنای واقعی کلمه در محیط اطرافمان (منظومه شمسی) به دام انداخت، اما یک حفره به شکل کرم چاله ها - مسیرهای ممکن کوتاه در فضا-زمان - باقی گذاشت.

یک کارمند دانشگاه RUDN و همکاران برزیلی اش مفهوم استفاده از کرم چاله های پایدار را به عنوان پورتال زیر سوال بردند. نقاط مختلففضا-زمان نتایج تحقیقات آنها در Physical Review D. منتشر شد - یک کلیشه نسبتا هک شده در داستان های علمی تخیلی. کرم چاله یا کرم چاله نوعی تونل است که نقاط دوردست در فضا یا حتی دو جهان را از طریق انحنای فضا-زمان به هم متصل می کند.

فقط تنبل‌ها از آموزه‌های آلبرت انیشتین که نسبیت همه چیزهایی که در این دنیای فانی اتفاق می‌افتد گواهی می‌دهد، نمی‌دانند. تقریباً صد سال است که نه تنها در دنیای علم، بلکه در دنیای فیزیکدانان شاغل نیز اختلافات در جریان است. نظریه نسبیت انیشتین توضیح داد به زبان ساده کاملاً در دسترس است و برای افراد ناآشنا مخفی نیست.

در تماس با

چند سوال کلی

با در نظر گرفتن ویژگی‌های آموزه‌های نظری آلبرت بزرگ، فرضیه‌های او را می‌توان به‌طور مبهم با انواع جنبش‌های فیزیکدانان نظری، بسیار بالا ارزیابی کرد. مدارس علمیو همچنین طرفداران جریان غیرمنطقی مکتب فیزیک و ریاضی.

در آغاز قرن گذشته، زمانی که جهشی در تفکر علمی و در مقابل پس‌زمینه وجود داشت تغییرات اجتماعیجنبش های علمی خاصی شروع به ظهور کردند و نظریه نسبیت هر چیزی که انسان در آن زندگی می کند ظاهر شد. مهم نیست که معاصران ما این وضعیت را چگونه ارزیابی می کنند، همه دنیای واقعیواقعا ثابت نیست، نظریه خاصنسبیت انیشتین:

• زمان تغییر می کند، دیدگاه ها و نظر ذهنی جامعه در مورد برخی مسائل از نظر اجتماعی تغییر می کند.
• مبانی اجتماعی و جهان بینی در مورد دکترین احتمالات در انواع مختلف سیستم های دولتیو در شرایط خاصتوسعه جامعه در طول زمان و تحت تأثیر مکانیسم های عینی دیگر تغییر کرد.
• دیدگاه جامعه در مورد مشکلات چگونه شکل گرفت؟ توسعه اجتماعی، نگرش و نظر در مورد همین بود نظریه های اینشتین در مورد زمان.

مهم! نظریه گرانش اینشتینچه در ابتدای توسعه و چه در حین تکمیل آن، زمینه ساز اختلافات سیستماتیک بین دانشمندان معتبر بود. آنها در مورد آن صحبت کردند، بحث های متعددی وجود داشت، این موضوع به موضوع گفتگو در سالن های عالی رتبه در کشورهای مختلف تبدیل شد.

دانشمندان در مورد آن بحث کردند، موضوع بحث شد. حتی این فرضیه وجود داشت که آموزش فقط برای سه نفر از دنیای علمی قابل درک است. وقتی زمان فرا رسید، کاهنان اسرارآمیزترین علوم - ریاضیات اقلیدسی - شروع به توضیح فرضیات کردند. سپس تلاش شد تا مدل دیجیتالی آن ساخته شود و همان پیامدهای تأیید شده ریاضی عملکرد آن در فضای جهان ایجاد شود، نویسنده فرضیه اعتراف کرد که حتی درک آنچه که او خلق کرده بود بسیار دشوار شد. بنابراین، چه می کند نظریه نسبیت عام،چی کاوش می کندو چه کاربرد عملی در دنیای مدرن پیدا کرده است؟

تاریخچه و ریشه های نظریه

امروزه، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، دستاوردهای انیشتین بزرگ به طور خلاصه به عنوان نفی کامل آنچه در ابتدا یک ثابت تزلزل ناپذیر بود توصیف می شود. این کشف بود که امکان رد آنچه را که برای همه دانش آموزان مدرسه به عنوان یک دوجمله ای فیزیکی شناخته می شود، رد کرد.

اکثریت جمعیت کره زمین، به هر شکلی، با دقت و سنجیده یا سطحی، حتی اگر فقط یک بار، به صفحات کتاب بزرگ - کتاب مقدس مراجعه کنند.

در آن است که می توانید در مورد آنچه که به تایید واقعی تبدیل شد بخوانید ماهیت آموزش- آنچه یک دانشمند جوان آمریکایی در آغاز قرن گذشته روی آن کار کرد. حقایق شناور و دیگر چیزهای نسبتاً رایج در تاریخ عهد عتیق زمانی در دوران مدرن به معجزه تبدیل شدند. اتر فضایی است که در آن یک فرد زندگی کاملا متفاوتی داشته است. ویژگی های زندگی در هوا توسط بسیاری از مشاهیر جهان در زمینه علوم طبیعی مورد مطالعه قرار گرفته است. و نظریه گرانش اینشتینتایید کرد که آنچه در کتاب باستانی شرح داده شده است درست است.

کار هندریک لورنتز و هانری پوانکاره امکان کشف تجربی ویژگی های خاص اتر را فراهم کرد. اول از همه، این کار روی ایجاد مدل های ریاضی جهان است. اساس این تأیید عملی بود که وقتی ذرات مادی در فضای اتری حرکت می کنند، نسبت به جهت حرکت منقبض می شوند.

کارهای این دانشمندان بزرگ امکان ایجاد پایه و اساس اصول اصلی این دکترین را فراهم کرد. دقیقا این حقیقتمطالب ثابتی برای این ادعا فراهم می کند که آثار برنده جایزه نوبل و نظریه نسبیتی آلبرتسرقت ادبی بوده و هستند. امروزه بسیاری از دانشمندان ادعا می کنند که بسیاری از فرضیه ها خیلی زودتر پذیرفته شده اند، به عنوان مثال:

• مفهوم همزمانی مشروط رویدادها؛
• اصول فرضیه دوجمله ای ثابت و معیارهای سرعت نور.

چه باید کرد درک نظریه نسبیت? نکته در گذشته نهفته است. در آثار پوانکر بود که این فرضیه مطرح شد که سرعت بالا در قوانین مکانیک نیاز به بازنگری دارد. با تشکر از اظهارات یک فیزیکدان فرانسوی دنیای علمییاد گرفتیم که حرکت در فرافکنی چقدر نسبت به نظریه فضای اتری دارد.

در علم استاتیک حجم زیادی در نظر گرفته شد فرآیندهای فیزیکیبرای اجسام مختلف مادی که با . فرضیه های مفهوم کلی فرآیندهایی را که با اجسام شتاب دهنده اتفاق می افتد توصیف می کنند، وجود ذرات گراویتون و خود گرانش را توضیح می دهند. جوهر نظریه نسبیتدر توضیح حقایقی که قبلاً برای دانشمندان مزخرف بود. در صورت نیاز به توصیف ویژگی‌های حرکت و قوانین مکانیک، روابط بین فضا و پیوستار زمان در شرایط نزدیک شدن به سرعت نور، باید به طور انحصاری از اصول آموزه نسبیت استفاده کرد.

در مورد نظریه به طور مختصر و واضح

چرا آموزش آلبرت بزرگ با آنچه فیزیکدانان قبل از او انجام می دادند تفاوت دارد؟ پیش از این، فیزیک یک علم نسبتاً ثابت بود که اصول توسعه همه فرآیندهای طبیعت را در حوزه سیستم "اینجا، امروز و اکنون" در نظر می گرفت. انیشتین امکان دیدن همه چیزهایی که در اطراف اتفاق می افتاد را نه تنها در فضای سه بعدی، بلکه در رابطه با اشیاء و نقاط مختلف در زمان ممکن ساخت.

توجه!در سال 1905، زمانی که اینشتین نظریه نسبیت خود را منتشر کرد، امکان توضیح و تفسیر حرکت بین سیستم های مختلف محاسباتی اینرسی را به روشی قابل دسترس فراهم کرد.

مفاد اصلی آن نسبت سرعتهای ثابت دو جسم در حال حرکت نسبت به یکدیگر به جای گرفتن یکی از اجسام است که می توان آن را یکی از عوامل مرجع مطلق در نظر گرفت.

ویژگی آموزشاین است که می توان آن را در رابطه با یک مورد استثنایی در نظر گرفت. عوامل اصلی:

1. صراط مستقیم جهت حرکت؛
2. یکنواختی حرکت جسم مادی.

هنگام تغییر جهت یا سایر پارامترهای ساده، هنگامی که یک جسم مادی می تواند شتاب بگیرد یا به طرفین بچرخد، قوانین دکترین نسبیت استاتیک معتبر نیستند. در این مورد، قوانین عمومینسبیت، که می تواند حرکت اجسام مادی را در یک موقعیت کلی توضیح دهد. بنابراین، انیشتین توضیحی برای تمام اصول تعامل اجسام فیزیکی با یکدیگر در فضا یافت.

اصول نسبیت

اصول تدریس

بیانیه نسبیت صد سال است که مورد بحث پر جنب و جوش بوده است. اکثر دانشمندان در نظر دارند گزینه های مختلفکاربرد فرضیه ها به عنوان کاربرد دو اصل فیزیک. و این مسیر در بین فیزیک کاربردی بیشترین محبوبیت را دارد. فرضیه های اساسی نظریه نسبیت، حقایق جالب ، که امروز تأیید غیرقابل انکاری پیدا کرده اند:

• اصل نسبیت. حفظ رابطه اجسام تحت تمام قوانین فیزیک. پذیرش آنها به عنوان چارچوب های مرجع اینرسی که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند.
• فرضیه ای در مورد سرعت نور. بدون در نظر گرفتن سرعت و ارتباط با منابع نور، در همه شرایط ثابت ثابت باقی می ماند.

علیرغم تناقضات بین آموزه های جدید و فرضیه های اساسی یکی از دقیق ترین علوم، بر اساس شاخص های ثابت ثابت، فرضیه جدید نگاهی تازه به خود جلب کرد. جهان. موفقیت دانشمند تضمین شد که با اعطای جایزه تأیید شد جایزه نوبلدر زمینه علوم دقیق

چه چیزی باعث چنین محبوبیت خیره کننده ای شد و چگونه اینشتین نظریه نسبیت خود را کشف کرد? تاکتیک های یک دانشمند جوان

1. تا به حال، دانشمندان مشهور جهان پایان نامه ای را مطرح کرده اند و تنها پس از آن یک سری مطالعات عملی انجام داده اند. اگر در لحظه ای داده هایی به دست آمد که با مفهوم کلی مطابقت نداشت، اشتباه تشخیص داده شد و دلایل ارائه شد.
2. نابغه جوان از تاکتیک های کاملاً متفاوتی استفاده کرد، آزمایش های عملی انجام داد، آنها سریال بودند. نتایج به‌دست‌آمده، علی‌رغم این واقعیت که ممکن است به نوعی در مجموعه مفهومی قرار نگیرند، در یک نظریه منسجم ساخته شده‌اند. و بدون "اشتباه" یا "نادرستی"، در تمام لحظات فرضیه های نسبیت، مثال هاو نتایج مشاهدات به وضوح با آموزه های نظری انقلابی مطابقت دارد.
3. آینده برنده جایزه نوبلنیاز به مطالعه اتر مرموز را رد کرد، جایی که امواج نور منتشر می شوند. این باور که اتر وجود دارد منجر به تعدادی تصورات نادرست مهم شده است. فرض اصلی تغییر در سرعت پرتو نور نسبت به ناظری است که فرآیند را در محیط اتری مشاهده می کند.

نسبیت برای آدمک ها

نسبیت ساده ترین توضیح است

نتیجه

دستاورد اصلی دانشمند اثبات هماهنگی و وحدت کمیت هایی مانند مکان و زمان است. ماهیت اساسی ارتباط این دو پیوستار در سه بعد، همراه با بعد زمانی، درک بسیاری از اسرار ماهیت جهان مادی را ممکن ساخته است. با تشکر از نظریه گرانش اینشتینمطالعه اعماق و سایر دستاوردهای علم مدرن در دسترس قرار گرفت، زیرا از امکانات آموزش تا به امروز به طور کامل استفاده نشده است.

در آغاز قرن بیستم، نظریه نسبیت تدوین شد. امروز هر دانش آموزی می داند که چیست و خالق آن کیست. آنقدر جذاب است که حتی افراد دور از علم نیز به آن علاقه مند هستند. در این مقاله زبان قابل دسترسنظریه نسبیت توضیح داده شده است: چیستی، اصول و کاربرد آن چیست.

آنها می گویند که آلبرت انیشتین، خالق آن، در یک لحظه ظهور کرد. ظاهراً این دانشمند در برن سوئیس سوار تراموا شده است. او به ساعت خیابان نگاه کرد و ناگهان متوجه شد که اگر تراموا به سرعت نور شتاب بگیرد، این ساعت متوقف می شود. در این صورت هیچ زمانی وجود نخواهد داشت. زمان نقش بسیار مهمی در نظریه نسبیت دارد نقش مهم. یکی از فرضیاتی که انیشتین فرموله کرده است این است که ناظران مختلف واقعیت را به روش های متفاوتی درک می کنند. این امر به ویژه در مورد زمان و مسافت صدق می کند.

حسابداری برای موقعیت ناظر

آن روز آلبرت متوجه شد که به زبان علم، توصیف هر کدام پدیده فیزیکییا رویدادها به چارچوب مرجعی که ناظر در آن قرار دارد بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر یک مسافر تراموا عینک خود را بیاندازد، نسبت به او به صورت عمودی به پایین می افتد. اگر از موقعیت یک عابر پیاده که در خیابان ایستاده نگاه کنید، مسیر سقوط آنها با یک سهمی مطابقت دارد، زیرا تراموا در حال حرکت است و عینک ها در همان زمان در حال سقوط هستند. بنابراین، هر کسی چارچوب مرجع خود را دارد. ما پیشنهاد می‌کنیم که اصول اصلی نظریه نسبیت را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

قانون حرکت توزیع شده و اصل نسبیت

علیرغم این واقعیت که وقتی سیستم های مرجع تغییر می کنند، توصیف رویدادها تغییر می کند، چیزهای جهانی نیز وجود دارند که بدون تغییر باقی می مانند. برای درک این موضوع، باید از خودمان بپرسیم نه افت لیوان، بلکه از قانون طبیعت که باعث این ریزش می شود. برای هر ناظری، صرف نظر از اینکه در یک سیستم مختصات متحرک یا ساکن باشد، پاسخ یکسان است. این قانون را قانون حرکت توزیعی می نامند. هم در تراموا و هم در خیابان یکسان کار می کند. به عبارت دیگر، اگر توصیف وقایع همیشه به این بستگی دارد که چه کسی آنها را مشاهده می کند، پس این در مورد قوانین طبیعت صدق نمی کند. آنها، همانطور که معمولا در زبان علمی بیان می شود، ثابت هستند. این اصل نسبیت است.

دو نظریه انیشتین

این اصل، مانند هر فرضیه دیگری، ابتدا باید با همبستگی با آن مورد آزمایش قرار می گرفت پدیده های طبیعی، در واقعیت ما عمل می کند. انیشتین از اصل نسبیت 2 نظریه استخراج کرد. اگرچه مرتبط هستند، اما جدا در نظر گرفته می شوند.

نظریه نسبیت خاص یا خاص (SRT) بر این فرض استوار است که برای انواع سیستم های مرجع که سرعت آنها ثابت است، قوانین طبیعت ثابت می مانند. نظریه نسبیت عام (GTR) این اصل را به هر چارچوب مرجع، از جمله آنهایی که با شتاب حرکت می کنند، گسترش می دهد. در سال 1905، A. Einstein اولین نظریه را منتشر کرد. دومین، پیچیده تر از نظر دستگاه ریاضی، تا سال 1916 تکمیل شد. ایجاد نظریه نسبیت، هر دو STR و GTR، مرحله مهمی در توسعه فیزیک شد. بیایید نگاهی دقیق تر به هر یک از آنها بیندازیم.

نظریه نسبیت خاص

چیست، جوهر آن چیست؟ بیایید به این سوال پاسخ دهیم. این نظریه است که بسیاری از اثرات متناقض را پیش‌بینی می‌کند که با ایده‌های شهودی ما در مورد چگونگی کارکرد جهان در تضاد است. این در مورد استدر مورد اثراتی که هنگام نزدیک شدن سرعت حرکت به سرعت نور مشاهده می شود. معروف ترین آنها اثر اتساع زمان (حرکت ساعت) است. ساعتی که نسبت به ناظر حرکت می کند برای او کندتر از ساعتی که در دستانش است پیش می رود.

در سیستم مختصات، هنگام حرکت با سرعت نزدیک به سرعت نور، زمان نسبت به ناظر کشیده می شود و برعکس، طول اجسام (وسعت فضایی) در امتداد محور جهت این حرکت فشرده می شود. . این اثردانشمندان آن را انقباض لورنتس فیتزجرالد می نامند. در سال 1889، جرج فیتزجرالد، فیزیکدان ایتالیایی، آن را توصیف کرد. و در سال 1892، هندریک لورنز، هلندی، آن را گسترش داد. این اثر را توضیح می دهد نتیجه منفی، که آزمایش مایکلسون- مورلی را ارائه می دهد که در آن سرعت سیاره ما در فضای بیرونی با اندازه گیری "باد اثیری" تعیین می شود. اینها اصول اولیه نظریه نسبیت (ویژه) هستند. انیشتین این دگرگونی های توده ای را با قیاس تکمیل کرد. بر اساس آن، با نزدیک شدن سرعت جسم به سرعت نور، جرم بدن افزایش می یابد. به عنوان مثال، اگر سرعت 260 هزار کیلومتر بر ثانیه، یعنی 87 درصد سرعت نور باشد، از دید ناظری که در یک چارچوب مرجع استراحت قرار دارد، جرم جسم دو برابر می شود.

تاییدیه های ایستگاه خدمات

همه این مقررات، هر چقدر هم که متناقض باشند، حس مشترک، از آنجایی که انیشتین در بسیاری از آزمایشات تأیید مستقیم و کامل یافته است. یکی از آنها توسط دانشمندان دانشگاه میشیگان انجام شد. این آزمایش عجیب نظریه نسبیت در فیزیک را تایید می کند. محققان ساعت‌های فوق‌العاده دقیقی را در هواپیمای مسافربری قرار دادند که به طور منظم پروازهای بین اقیانوس اطلس را انجام می‌داد. معلوم شد که ساعت هواپیما هر بار بیشتر و بیشتر پشت ساعت کنترلی می‌افتد. البته، ما فقط در مورد اعداد ناچیز، کسری از ثانیه صحبت می کردیم، اما این واقعیت خود بسیار نشان دهنده است.

در نیم قرن گذشته، محققان ذرات بنیادی را با استفاده از شتاب دهنده ها - مجتمع های سخت افزاری عظیم - مطالعه کرده اند. در آنها، پرتوهای الکترون یا پروتون، یعنی آنهایی که باردار هستند، شتاب می گیرند تا زمانی که سرعت آنها به سرعت نور نزدیک شود. پس از این به سمت اهداف هسته ای شلیک می کنند. در این آزمایش ها باید در نظر گرفت که جرم ذرات افزایش می یابد، در غیر این صورت نمی توان نتایج آزمایش را تفسیر کرد. در این راستا، SRT دیگر فقط یک نظریه فرضی نیست. این ابزار در کنار قوانین مکانیک نیوتن به یکی از ابزارهای مورد استفاده در مهندسی کاربردی تبدیل شده است. اصول نظریه نسبیت عالی بوده است استفاده عملیاین روزها.

SRT و قوانین نیوتن

به هر حال، در مورد (تصویر این دانشمند در بالا ارائه شده است)، باید گفت که نظریه نسبیت خاص، که به نظر می رسد با آنها در تضاد است، در واقع معادلات قوانین نیوتن را تقریباً دقیقاً بازتولید می کند اگر برای توصیف اجسام استفاده شود. که سرعت حرکت آن بسیار کمتر از سرعت نور است. به عبارت دیگر، اگر نسبیت خاص اعمال شود، فیزیک نیوتنی به هیچ وجه رها نمی شود. این نظریه برعکس آن را تکمیل و بسط می دهد.

سرعت نور یک ثابت جهانی است

با استفاده از اصل نسبیت می توان فهمید که چرا در این مدل از ساختار جهان، سرعت نور است که نقش بسیار مهمی را ایفا می کند و نه هیچ چیز دیگری. این سوال را کسانی می پرسند که تازه شروع به آشنایی با فیزیک کرده اند. سرعت نور به دلیل این واقعیت که توسط قانون علوم طبیعی به این صورت تعریف شده است یک ثابت جهانی است (شما می توانید با مطالعه معادلات ماکسول در مورد این موضوع بیشتر بدانید). سرعت نور در خلاء، به دلیل اصل نسبیت، در هر چارچوب مرجع یکسان است. ممکن است فکر کنید که این کار خلاف واقع است. معلوم می شود که ناظر به طور همزمان نور را از هر دو منبع ثابت و متحرک دریافت می کند (بدون توجه به سرعت حرکت آن). با این حال، اینطور نیست. سرعت نور به دلیل نقش ویژه ای که دارد تعیین می شود مکان مرکزینه تنها در نسبیت خاص، بلکه در نسبیت عام. بیایید در مورد او هم صحبت کنیم.

نظریه نسبیت عام

همانطور که قبلاً گفتیم برای همه سیستم های مرجع استفاده می شود، نه لزوماً سیستم هایی که سرعت حرکت آنها نسبت به یکدیگر ثابت است. از نظر ریاضی، این نظریه بسیار پیچیده تر از نظریه خاص به نظر می رسد. این واقعیت را توضیح می دهد که 11 سال بین انتشارات آنها گذشت. نسبیت عام شامل خاص به عنوان یک مورد خاص است. بنابراین قوانین نیوتن نیز در آن گنجانده شده است. با این حال، نسبیت عام بسیار فراتر از پیشینیان خود است. به عنوان مثال، جاذبه را به روشی جدید توضیح می دهد.

بعد چهارم

به لطف نسبیت عام، جهان چهار بعدی می شود: زمان به سه بعد فضایی اضافه می شود. همه آنها جدایی ناپذیر هستند، بنابراین، دیگر نیازی نیست در مورد فاصله فضایی که در دنیای سه بعدی بین دو جسم وجود دارد صحبت کنیم. ما اکنون در مورد فواصل زمانی- مکانی بین رویدادهای مختلف صحبت می کنیم که فاصله زمانی و مکانی آنها را از یکدیگر ترکیب می کند. به عبارت دیگر زمان و مکان در نظریه نسبیت به عنوان نوعی پیوستار چهار بعدی در نظر گرفته می شود. می توان آن را به عنوان فضا-زمان تعریف کرد. در این پیوستار، آن دسته از ناظرانی که نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، نظرات متفاوتی خواهند داشت، حتی در مورد اینکه آیا دو رویداد همزمان رخ داده اند یا اینکه یکی از آنها مقدم بر دیگری بوده است. با این حال، روابط علت و معلولی نقض نمی شود. به عبارت دیگر، حتی نسبیت عام نیز اجازه وجود چنین سیستم مختصاتی را نمی دهد، که در آن دو رویداد در توالی های مختلف و نه همزمان رخ می دهند.

نسبیت عام و قانون گرانش جهانی

بر اساس قانون جاذبه جهانی, توسط نیوتن کشف شد، نیروی جاذبه متقابل در جهان بین هر دو جسم وجود دارد. زمین از این موقعیت به دور خورشید می چرخد، زیرا بین آنها نیروهای جاذبه متقابل وجود دارد. با این وجود، نسبیت عام ما را مجبور می کند که از منظر دیگری به این پدیده نگاه کنیم. بر اساس این نظریه، گرانش نتیجه "انحنا" (تغییر شکل) فضا-زمان است که تحت تأثیر جرم مشاهده می شود. هرچه بدن سنگین‌تر باشد (در مثال ما خورشید)، فضا-زمان بیشتر زیر آن خم می‌شود. بر این اساس، میدان گرانشی آن قوی تر است.

برای درک بهتر ماهیت نظریه نسبیت، اجازه دهید به مقایسه بپردازیم. به گفته نسبیت عام، زمین مانند یک توپ کوچک به دور خورشید می چرخد ​​که به دور مخروط قیفی می چرخد ​​که در نتیجه "فضا-زمان" خورشید ایجاد شده است. و آنچه ما عادت داریم نیروی گرانش را در نظر بگیریم، در واقع تجلی خارجی این انحنا است، و نه یک نیرو، در درک نیوتن. تا به امروز، هیچ توضیحی بهتر از آنچه در نسبیت عام ارائه شده، برای پدیده گرانش یافت نشده است.

روش های بررسی GTR

توجه داشته باشید که تأیید نسبیت عام آسان نیست، زیرا نتایج آن در شرایط آزمایشگاهی تقریباً با قانون گرانش جهانی مطابقت دارد. با این حال، دانشمندان هنوز تعدادی آزمایش مهم را انجام دادند. نتایج آنها به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم که نظریه انیشتین تأیید شده است. GR همچنین به توضیح کمک می کند پدیده های مختلفدر فضا مشاهده شد به عنوان مثال، اینها انحرافات کوچک عطارد از مدار ثابت آن هستند. از دیدگاه مکانیک کلاسیک نیوتنی نمی توان آنها را توضیح داد. به همین دلیل است تابش الکترومغناطیسیبا عبور از نزدیک به خورشید که از ستارگان دور سرچشمه می گیرد، خم می شود.

نتایج پیش‌بینی‌شده توسط نسبیت عام در واقع به‌طور قابل‌توجهی با نتایجی که توسط قوانین نیوتن ارائه شده است (تصویر او در بالا ارائه شده است) تنها زمانی متفاوت است که میدان‌های گرانشی فوق قوی وجود داشته باشند. بنابراین، برای تأیید کامل نسبیت عام، اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق اجرام با جرم عظیم یا سیاه‌چاله‌ها ضروری است، زیرا مفاهیم معمول ما برای آنها قابل اجرا نیست. بنابراین، توسعه روش های تجربی برای آزمایش این نظریه یکی از وظایف اصلی فیزیک تجربی مدرن است.

ذهن بسیاری از دانشمندان و حتی افراد دور از علم، درگیر نظریه نسبیت است که اینشتین ایجاد کرده است. به طور خلاصه توضیح دادیم که چیست. این نظریه ایده های معمول ما را در مورد جهان زیر و رو می کند، به همین دلیل است که علاقه به آن هنوز از بین نمی رود.