Genel görelilik teorisi. Albert Einstein'ın görelilik teorisi. Peki Einstein haklı mıydı? Görelilik teorisinin test edilmesi

Yüz yıl önce, 1915'te, o zamanlar fizikte devrim niteliğinde keşifler yapmış olan genç bir İsviçreli bilim adamı, temelde yeni bir yerçekimi anlayışı önerdi.

1915'te Einstein, yerçekimini uzay-zamanın temel bir özelliği olarak nitelendiren genel görelilik teorisini yayınladı. Uzay-zamanın eğriliğinin, içinde bulunan maddenin ve radyasyonun enerjisi ve hareketi üzerindeki etkisini tanımlayan bir dizi denklem sundu.

Yüz yıl sonra, genel görelilik teorisi (GTR) inşaatın temeli oldu. modern bilim bilim adamlarının kendisine saldırdığı tüm testleri geçti.

Ancak yakın zamana kadar deneyler yapmak imkansızdı. aşırı koşullar Teorinin stabilitesini test etmek için.

Görelilik teorisinin 100 yıl içinde bu kadar güçlü olduğunu kanıtlaması şaşırtıcı. Hala Einstein'ın yazdıklarını kullanıyoruz!

Clifford Will, teorik fizikçi, Florida Üniversitesi

Bilim insanları artık genel göreliliğin ötesinde fiziği araştıracak teknolojiye sahip.

Yerçekimine Yeni Bir Bakış

Genel teori Görelilik, yerçekimini bir kuvvet olarak değil (Newton fiziğinde göründüğü gibi), nesnelerin kütlesinden dolayı uzay-zamanın bir eğriliği olarak tanımlar. Dünya, yıldızın onu çekmesi nedeniyle değil, Güneş'in uzay-zamanı deforme etmesi nedeniyle Güneş'in etrafında dönmektedir. Ağır bir bowling topunu gergin bir battaniyenin üzerine koyarsanız battaniyenin şekli değişecektir; yer çekimi uzayı da aynı şekilde etkiler.

Einstein'ın teorisi bazı çılgın keşiflerin habercisiydi. Örneğin, uzay-zamanı öyle bir büken kara deliklerin var olma ihtimali vardır ki, içinden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz. Teoriye dayanarak, bugün Evrenin genişlediği ve hızlandığı yönünde genel kabul gören görüşe dair kanıtlar bulundu.

Genel görelilik çok sayıda gözlemle doğrulanmıştır. Einstein'ın kendisi, hareketi Newton yasalarıyla tanımlanamayan Merkür'ün yörüngesini hesaplamak için genel göreliliği kullandı. Einstein, ışığı bükebilecek kadar büyük nesnelerin varlığını öngördü. Bu, gökbilimcilerin sıklıkla karşılaştığı bir kütleçekimsel merceklenme olgusudur. Örneğin, dış gezegenlerin araştırılması, gezegenin etrafında döndüğü yıldızın çekim alanı tarafından bükülen radyasyondaki ince değişikliklerin etkisine dayanır.

Einstein'ın teorisini test etmek

Genel görelilik, Dünya üzerindeki deneyler ve gezegen gözlemlerinin gösterdiği gibi, sıradan yerçekimi için iyi çalışır. Güneş Sistemi. Ancak fiziğin sınırları içinde yer alan uzaylarda aşırı güçlü alanların koşulları altında hiçbir zaman test edilmedi.

Bu koşullar altında teoriyi test etmenin en umut verici yolu, yerçekimi dalgaları adı verilen uzay-zamandaki değişiklikleri gözlemlemektir. Büyük olayların, kara delikler gibi iki büyük cismin veya özellikle yoğun nesnelerin - nötron yıldızlarının birleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar.

Bu büyüklükteki kozmik bir havai fişek gösterisi yalnızca uzay-zamandaki en küçük dalgalanmaları yansıtacaktır. Örneğin, eğer iki kara delik çarpışıp Galaksimizin bir yerinde birleşirse, yerçekimi dalgaları Dünya'da bir metre uzakta bulunan nesneler arasındaki mesafeyi atom çekirdeğinin çapının binde biri kadar uzatabilir ve sıkıştırabilir.

Bu tür olaylar nedeniyle uzay-zamandaki değişiklikleri kaydedebilen deneyler ortaya çıktı.

Önümüzdeki iki yıl içinde yerçekimi dalgalarını tespit etme şansımız yüksek.

Clifford Will

Richland, Washington ve Livingston, Louisiana yakınlarında gözlemevleri bulunan Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO), ikili L şeklindeki dedektörlerdeki çok küçük bozulmaları tespit etmek için bir lazer kullanıyor. Uzay-zaman dalgaları dedektörlerden geçerken uzayı gerer ve sıkıştırır, bu da dedektörün boyutlarının değişmesine neden olur. Ve LIGO bunları ölçebilir.

LIGO, 2002 yılında bir dizi lansmana başladı ancak sonuç alamadı. 2010 yılında iyileştirmeler yapıldı ve kuruluşun halefi olan Advanced LIGO'nun bu yıl yeniden faaliyete geçmesi bekleniyor. Planlanan deneylerin çoğu yerçekimi dalgalarını araştırmayı amaçlıyor.

Görelilik teorisini test etmenin bir başka yolu da kütleçekim dalgalarının özelliklerine bakmaktır. Örneğin ışığın polarize camlardan geçmesi gibi polarize olabilirler. Görelilik teorisi böyle bir etkinin özelliklerini öngörür ve hesaplamalardan herhangi bir sapma, teoriden şüphe etmek için bir neden olabilir.

Birleşik teori

Clifford Will, kütleçekim dalgalarının keşfinin yalnızca Einstein'ın teorisini güçlendireceğine inanıyor:

Doğru olduğundan emin olmak için genel göreliliğin kanıtlarını aramaya devam etmemiz gerektiğini düşünüyorum.

Bu deneylere neden ihtiyaç duyuldu?

Modern fiziğin en önemli ve anlaşılması zor görevlerinden biri, Einstein'ın araştırmalarını, yani makrokozmos bilimini ve en küçük nesnelerin gerçekliği olan kuantum mekaniğini birbirine bağlayacak bir teori arayışıdır.

Bu alandaki ilerlemeler, kuantum kütle çekimi, genel görelilikte değişiklikler gerektirebilir. Kuantum kütleçekim deneylerinin gerçekleştirilmesi imkansız olacak kadar çok enerji gerektirmesi mümkündür. "Ama kim bilir" diyor Will, "belki de kuantum evreninde önemsiz ama araştırılabilir bir etki vardır."

Görelilik teorisi 20. yüzyılın başlarında Albert Einstein tarafından ortaya atıldı. Özü nedir? Ana noktaları ele alalım ve TOE'yi açık bir dille tanımlayalım.

Görelilik teorisi, 20. yüzyıl fiziğinin tutarsızlıklarını ve çelişkilerini pratikte ortadan kaldırdı, uzay-zamanın yapısı fikrinde radikal bir değişikliği zorladı ve çok sayıda deney ve çalışmayla deneysel olarak doğrulandı.

Böylece TOE tüm modern temel yöntemlerin temelini oluşturdu. fiziksel teoriler. Aslında bu modern fiziğin anasıdır!

Öncelikle 2 görelilik teorisinin olduğunu belirtmekte fayda var:

• Özel görelilik teorisi (STR) - eşit şekilde hareket eden nesnelerdeki fiziksel süreçleri dikkate alır.
• Genel görelilik (GTR) - hızlanan nesneleri tanımlar ve yerçekimi ve varoluş gibi olayların kökenini açıklar.

STR'nin daha önce ortaya çıktığı ve esasen GTR'nin bir parçası olduğu açıktır. Önce ondan bahsedelim.

Basit kelimelerle STO

Teori, herhangi bir doğa kanununun sabit ve sabit bir hızla hareket eden cisimler için aynı olduğunu ileri süren görelilik ilkesine dayanmaktadır. Ve bu kadar basit görünen bir düşünceden, ışığın hızının (boşlukta 300.000 m/s) tüm cisimler için aynı olduğu sonucu çıkar.

Örneğin, size uzak gelecekten büyük hızla uçabilen bir uzay gemisi verildiğini hayal edin. Geminin pruvasına, fotonları ileri doğru fırlatabilen bir lazer topu yerleştirildi.

Gemiye göre bu tür parçacıklar ışık hızında uçuyor, ancak sabit bir gözlemciye göre, her iki hız da toplandığı için daha hızlı uçmaları gerektiği anlaşılıyor.

Ancak gerçekte bu gerçekleşmez! Seyirci fotonların 300.000 m/s hızla uçtuğunu görüyor, sanki hız uzay gemisi bunlara eklenmedi.

Şunu hatırlamanız gerekir: herhangi bir cisme göre, ışığın hızı, ne kadar hızlı hareket ederse etsin, sabit bir değer olacaktır.

Buradan zaman genişlemesi, boylamsal daralma ve vücut ağırlığının hıza bağımlılığı gibi şaşırtıcı sonuçlar çıkar. Özel Görelilik Teorisinin en ilginç sonuçları hakkında daha fazla bilgiyi aşağıdaki bağlantıdaki makalede okuyabilirsiniz.

Genel göreliliğin özü (GR)

Bunu daha iyi anlamak için iki gerçeği tekrar birleştirmemiz gerekiyor:

• Dört boyutlu uzayda yaşıyoruz

Uzay ve zaman, "uzay-zaman sürekliliği" adı verilen aynı varlığın tezahürleridir. Bu, x, y, z ve t koordinat eksenlerine sahip 4 boyutlu uzay-zamandır.

Biz insanlar 4 boyutu eşit olarak algılayamıyoruz. Aslında biz sadece dört boyutlu gerçek bir nesnenin uzay ve zamana yansımalarını görüyoruz.

İlginç bir şekilde görelilik teorisi, cisimlerin hareket ettikçe değiştiğini söylemiyor. 4 boyutlu nesneler her zaman değişmeden kalır ancak göreceli hareketle projeksiyonları değişebilir. Bunu da zamanın yavaşlaması, boyutun küçülmesi vb. olarak algılıyoruz.

• Bütün cisimler sabit hızla düşer ve ivmelenmezler

Hadi bir korku yaşayalım Düşünce deneyi. Kapalı bir asansörde olduğunuzu ve ağırlıksız bir durumda olduğunuzu hayal edin.

Bu durum ancak iki nedenden dolayı ortaya çıkabilir: Ya uzaydasınız ya da yer çekiminin etkisi altında kabinle birlikte serbestçe düşüyorsunuz.

Kabinin dışına bakmadan bu iki durumu birbirinden ayırmak kesinlikle imkansızdır. Sadece bir durumda eşit şekilde uçarsınız, diğerinde ise ivmeyle uçarsınız. Tahmin etmeniz gerekecek!

Belki Albert Einstein'ın kendisi de hayali bir asansör düşünüyordu ve aklına şaşırtıcı bir fikir geldi: Eğer bu iki durum birbirinden ayırt edilemiyorsa, o zaman yerçekimi nedeniyle düşmek de tekdüze bir harekettir. Hareket, dört boyutlu uzay-zamanda basitçe tekdüzedir, ancak büyük cisimlerin (örneğin) varlığında kavislidir ve tekdüze hareket, bizim için olağan olan üç boyutlu uzaya hızlandırılmış biçimde yansıtılır. hareket.

Tamamen doğru olmasa da, iki boyutlu uzayın eğriliğine ilişkin daha basit bir başka örneğe bakalım.

Herhangi bir devasa cismin altında bir çeşit huni şeklinde bir huni oluşturduğunu hayal edebilirsiniz. O zaman yanımızdan geçip giden diğer cisimler, hareketlerini düz bir çizgide sürdüremeyecek ve eğri uzayın kıvrımlarına göre yörüngelerini değiştireceklerdir.

Bu arada, vücudun fazla enerjisi yoksa hareketi kapalı olabilir.

Hareket eden cisimler açısından bakıldığında, onları döndüren hiçbir şey hissetmedikleri için düz bir çizgide hareket etmeye devam ettiklerini belirtmekte fayda var. Sonunda kavisli bir alana geldiler ve farkında olmadan doğrusal olmayan bir yörüngeye sahip oldular.

Zaman da dahil olmak üzere 4 boyutun büküldüğü unutulmamalıdır, dolayısıyla bu benzetmeye dikkatle yaklaşılmalıdır.

Dolayısıyla genel görelilik teorisinde yerçekimi bir kuvvet değil, yalnızca uzay-zamanın bükülmesinin bir sonucudur. Açık şu an bu teori, yerçekiminin kökeninin işleyen bir versiyonudur ve deneylerle mükemmel bir uyum içindedir.

Genel göreliliğin şaşırtıcı sonuçları

Işık ışınları büyük cisimlerin yakınında uçarken bükülebilir. Nitekim uzayda başkalarının arkasına "saklanan" uzak nesneler bulunmuştur, ancak ışık bize ulaştığı için ışık ışınları onların etrafında bükülür.

Genel göreliliğe göre kütle çekimi ne kadar güçlü olursa zaman da o kadar yavaş akar. GPS ve GLONASS'ı çalıştırırken bu gerçek dikkate alınmalıdır, çünkü uyduları Dünya'dakinden biraz daha hızlı çalışan en doğru atom saatleriyle donatılmıştır. Bu gerçek dikkate alınmazsa, bir gün içinde koordinat hatası 10 km olacaktır.

Yakınlarda bir kütüphanenin veya mağazanın nerede olduğunu Albert Einstein sayesinde anlayabilirsiniz.

Ve son olarak, genel görelilik, etrafında yerçekiminin o kadar güçlü olduğu ve zamanın yakında durduğu kara deliklerin varlığını öngörüyor. Bu nedenle kara deliğe düşen ışık onu terk edemez (yansıtamaz).

Bir kara deliğin merkezinde devasa yerçekimsel sıkıştırma nedeniyle sonsuz yüksek yoğunluğa sahip bir nesne oluşur ve öyle görünüyor ki bu var olamaz.

Dolayısıyla genel görelilik, aksine, çok çelişkili sonuçlara yol açabilir, bu nedenle fizikçilerin çoğunluğu onu tamamen kabul etmedi ve bir alternatif aramaya devam etti.

Ancak pek çok şeyi başarılı bir şekilde tahmin etmeyi başarıyor; örneğin, yakın zamanda gerçekleşen sansasyonel bir keşif, görelilik teorisini doğruladı ve büyük bilim adamını dili dışarıda bir kez daha hatırlamamıza neden oldu. Bilimi seviyorsanız WikiScience'ı okuyun.

Genel görelilik teorisi, özel görelilik teorisi ile birlikte, 20. yüzyılın başında fizikçilerin dünyaya bakış açısını değiştiren Albert Einstein'ın muhteşem eseridir. Yüz yıl sonra genel görelilik, dünyadaki fiziğin temel ve en önemli teorisi haline geliyor ve kuantum mekaniğiyle birlikte "her şeyin teorisi"nin iki temel taşından biri olduğunu iddia ediyor. Genel görelilik teorisi, yerçekimini, kütlenin etkisi altında uzay-zamanın (genel görelilikte tek bir bütün halinde birleştirilmiş) eğriliğinin bir sonucu olarak tanımlar. Genel görelilik sayesinde, bilim adamları birçok sabit türetmiş, bir dizi açıklanamayan olguyu test etmiş ve kara delikler, karanlık madde ve karanlık enerji, Evrenin genişlemesi, Büyük patlama ve daha fazlası. GTR aynı zamanda ışık hızının aşılmasını da veto etti, böylece kelimenin tam anlamıyla bizi çevremizde (Güneş Sistemi) tuzağa düşürdü, ancak solucan delikleri şeklinde bir boşluk bıraktı - uzay-zamanda kısa olası yollar.

Bir RUDN Üniversitesi çalışanı ve Brezilyalı meslektaşları, kararlı solucan deliklerini portal olarak kullanma kavramını sorguladılar. çeşitli noktalar boş zaman. Araştırmalarının sonuçları, bilim kurguda oldukça basmakalıp bir klişe olan Physical Review D.'de yayınlandı. Bir solucan deliği veya "solucan deliği", uzay-zamanın eğriliği yoluyla uzaydaki uzak noktaları, hatta iki evreni birbirine bağlayan bir tür tüneldir.

Bu ölümlü dünyada olup biten her şeyin göreliliğine tanıklık eden Albert Einstein'ın öğretilerini yalnızca tembeller bilmiyor. Neredeyse yüz yıldır tartışmalar sadece bilim dünyasında değil, aynı zamanda fizikçilerin dünyasında da sürüyor. Einstein'ın görelilik teorisi açıklandı basit kelimelerle Oldukça erişilebilirdir ve yeni başlayanlar için bir sır değildir.

Temas halinde

Birkaç genel soru

Büyük Albert'in teorik öğretilerinin özellikleri göz önüne alındığında, onun varsayımları, oldukça yüksek olan çeşitli teorik fizikçi hareketleri tarafından belirsiz bir şekilde değerlendirilebilir. bilimsel okullar fiziko-matematik okulunun irrasyonel akımının taraftarlarının yanı sıra.

Geçen yüzyılın başında, bilimsel düşüncede bir yükseliş yaşandığında ve arka planda sosyal değişiklikler bazı bilimsel hareketler ortaya çıkmaya başladı ve insanın içinde yaşadığı her şeyin görelilik teorisi ortaya çıktı. Çağdaşlarımız bu durumu nasıl değerlendirirse değerlendirsin, herkes gerçek dünya gerçekten statik değil, özel teori Einstein'ın göreliliği:

• Zaman değişiyor, toplumun toplumsal anlamda bazı sorunlara ilişkin görüşleri ve zihniyeti değişiyor;
• Çeşitli ülkelerde olasılık doktrinine ilişkin sosyal temeller ve dünya görüşü devlet sistemleri ve Özel durumlar toplumun gelişimi zamanla ve diğer nesnel mekanizmaların etkisi altında değişti.
• Toplumun sorunlara bakış açısı nasıl şekillendi? sosyal Gelişim konusundaki tutum ve düşünce aynıydı. Einstein'ın zamanla ilgili teorileri.

Önemli! Einstein'ın yerçekimi teorisi hem gelişiminin başlangıcında hem de tamamlanması sırasında en saygın bilim adamları arasındaki sistematik tartışmaların temeliydi. Bunun hakkında konuştular, çok sayıda tartışma oldu, farklı ülkelerdeki en üst düzey salonlarda sohbet konusu oldu.

Bilim adamları bunu tartıştı, sohbet konusu oldu. Hatta öğretinin bilim dünyasından yalnızca üç kişi tarafından anlaşılabileceğine dair bir hipotez bile vardı. Zamanı geldiğinde bilimlerin en gizemlisi olan Öklid matematiğinin rahipleri postülaları açıklamaya başladılar. Daha sonra dijital modelini ve dünya alanı üzerindeki eyleminin aynı matematiksel olarak doğrulanmış sonuçlarını oluşturmak için bir girişimde bulunuldu, hipotezin yazarı, yarattığı şeyi bile anlamanın çok zor hale geldiğini itiraf etti. Peki ne işe yarar genel görelilik teorisi, Ne araştırıyor ve modern dünyada hangi pratik uygulamayı buldu?

Teorinin tarihi ve kökleri

Bugün, çoğu durumda, büyük Einstein'ın başarıları, başlangıçta sarsılmaz bir sabit olan şeyin tamamen reddedilmesi olarak kısaca tanımlanıyor. Tüm okul çocukları tarafından fiziksel binom olarak bilinen şeyin çürütülmesini mümkün kılan bu keşifti.

Gezegen nüfusunun çoğunluğu, öyle ya da böyle, dikkatli ve düşünceli ya da yüzeysel olarak, bir kez bile olsa, büyük kitabın, İncil'in sayfalarına döndü.

Gerçek bir onayın ne olduğunu burada okuyabilirsiniz öğretimin özü- geçen yüzyılın başında genç bir Amerikalı bilim adamının üzerinde çalıştığı şey. Eski Ahit tarihinde havaya yükselme gerçekleri ve diğer oldukça yaygın şeyler, bir zamanlar modern zamanlarda mucizelere dönüştü. Eter, bir kişinin tamamen farklı bir hayat yaşadığı bir alandır. Havadaki yaşamın özellikleri, doğa bilimleri alanında dünyaca ünlü birçok kişi tarafından incelenmiştir. VE Einstein'ın yerçekimi teorisi kadim kitapta anlatılanların doğru olduğunu doğruladı.

Hendrik Lorentz ve Henri Poincaré'nin çalışmaları eterin belirli özelliklerinin deneysel olarak keşfedilmesini mümkün kıldı. Her şeyden önce bu, dünyanın matematiksel modellerini oluşturmaya yönelik bir çalışmadır. Temel, maddi parçacıkların eterik uzayda hareket ettiğinde hareket yönüne göre büzüldüğünün pratik olarak doğrulanmasıydı.

Bu büyük bilim adamlarının çalışmaları doktrinin ana önermelerinin temelini oluşturmayı mümkün kıldı. Kesinlikle bu gerçek Nobel ödüllü ve Albert'in görelilik teorisi intihaldi ve öyle de kalacak. Bugün pek çok bilim insanı, birçok varsayımın çok daha önce kabul edildiğini iddia ediyor, örneğin:

• Olayların koşullu eşzamanlılığı kavramı;
• Sabit binom hipotezinin ilkeleri ve ışık hızı kriterleri.

Ne yapmalı görelilik teorisini anlamak? Mesele geçmişte yatıyor. Poincare'in çalışmalarında, mekanik yasalarındaki yüksek hızların yeniden düşünülmesi gerektiği hipotezi öne sürüldü. Fransız fizikçinin açıklamaları sayesinde bilim dünyası Projeksiyondaki göreceli hareketin eterik uzay teorisine göre nasıl olduğunu öğrendi.

Statik bilimde büyük bir hacim dikkate alındı fiziksel süreçler ile hareket eden çeşitli maddi nesneler için. Genel konseptin varsayımları, hızlanan nesnelerle meydana gelen süreçleri tanımlar, graviton parçacıklarının varlığını ve yerçekiminin kendisini açıklar. Görelilik teorisinin özü daha önce bilim adamları için saçma olan gerçekleri açıklarken. Hareketin özelliklerini ve mekaniğin yasalarını, ışık hızına yaklaşan koşullarda uzay ve zaman sürekliliği arasındaki ilişkileri açıklamak gerekiyorsa, yalnızca görelilik doktrininin varsayımları uygulanmalıdır.

Teori hakkında kısaca ve net bir şekilde

Büyük Albert'in öğretisi neden ondan önceki fizikçilerin yaptıklarından bu kadar farklı? Daha önce fizik, doğadaki tüm süreçlerin gelişiminin ilkelerini "burada, bugün ve şimdi" sistemi çerçevesinde ele alan oldukça statik bir bilimdi. Einstein, etrafta olup biten her şeyi yalnızca üç boyutlu uzayda değil, aynı zamanda çeşitli nesnelerle ve zamandaki noktalarla ilişkili olarak görmeyi mümkün kıldı.

Dikkat! 1905 yılında Einstein görelilik teorisini yayınladığında farklı atalet hesaplama sistemleri arasındaki hareketi erişilebilir bir şekilde açıklamayı ve yorumlamayı mümkün kıldı.

Temel hükümleri, mutlak referans faktörlerinden biri olarak alınabilecek nesnelerden birini almak yerine, birbirine göre hareket eden iki nesnenin sabit hızlarının oranıdır.

Öğretimin özelliği tek bir istisnai durumla ilgili olarak değerlendirilebilmesidir. Ana faktörler:

1. Hareket yönünün düzlüğü;
2. Maddi bir cismin hareketinin tekdüzeliği.

Yön veya diğer basit parametreler değiştirilirken, maddi bir cisim hızlanabildiğinde veya yana doğru dönebildiğinde, statik görelilik doktrininin yasaları geçerli değildir. Bu durumda, genel kanunlar Genel bir durumda maddi cisimlerin hareketini açıklayabilen görelilik. Böylece Einstein, fiziksel cisimlerin uzayda birbirleriyle etkileşiminin tüm ilkeleri için bir açıklama buldu.

Göreliliğin ilkeleri

Öğretim ilkeleri

Görelilik hakkındaki açıklama yüz yıldır en hararetli tartışmalara konu oldu. Çoğu bilim insanı düşünüyor Çeşitli seçenekler postülaların iki fizik prensibinin uygulaması olarak uygulanması. Ve bu yol uygulamalı fizik arasında en popüler olanıdır. Temel varsayımlar görecelilik teorisi, İlginç gerçekler , bugün reddedilemez bir onay bulmuş olan:

• Görelilik ilkesi. Bedenler arasındaki ilişkinin tüm fizik yasalarına göre korunması. Bunları birbirine göre sabit hızlarda hareket eden eylemsiz referans çerçeveleri olarak kabul etmek.
• Işık hızı hakkında varsayımlarda bulunun. Hız ve ışık kaynaklarıyla olan ilişkiden bağımsız olarak her durumda değişmeyen bir sabit kalır.

Yeni öğreti ile en kesin bilimlerden birinin sabit statik göstergelere dayanan temel varsayımları arasındaki çelişkilere rağmen, yeni hipotez, bilime yeni bir bakış açısı kazandırdı. Dünya. Bilim insanının başarısı güvence altına alındı ​​ve bu, ödüllendirilmesiyle de teyit edildi. Nobel Ödülü kesin bilimler alanında.

Bu kadar şaşırtıcı bir popülerliğe ne sebep oldu ve Einstein görelilik teorisini nasıl keşfetti?? Genç bir bilim adamının taktikleri.

1. Şimdiye kadar dünyaca ünlü bilim adamları bir tez ortaya koydular ve ancak o zaman bir dizi pratik çalışma yürüttüler. Belirli bir anda genel kavrama uymayan veriler elde edilmişse, bunların hatalı olduğu kabul edildi ve nedenleri gösterildi.
2. Genç dahi tamamen farklı taktikler kullandı, pratik deneyler yaptı, seriydi. Elde edilen sonuçlar, kavramsal seriye bir şekilde uymasa da tutarlı bir teoriye dönüştürüldü. Ve tüm anlarda "hatalar" veya "yanlışlıklar" yok görelilik hipotezleri, örnekler ve gözlemlerin sonuçları açıkça devrim niteliğindeki teorik öğretiye uyuyor.
3. Gelecek Nobel ödüllüışık dalgalarının yayıldığı gizemli eterin incelenmesi ihtiyacını reddetti. Eterin var olduğu inancı bir takım önemli yanılgılara yol açmıştır. Ana varsayım, eterik ortamdaki süreci gözlemleyen gözlemciye göre ışık ışınının hızındaki bir değişikliktir.

Aptallar için görelilik

Görelilik en basit açıklamadır

Çözüm

Bilim insanının asıl başarısı, uzay ve zaman gibi niceliklerin uyum ve birliğinin kanıtıdır. Bu iki süreklilik arasındaki üç boyutlu bağlantının temel doğası, zaman boyutuyla birleştiğinde, maddi dünyanın doğasına ilişkin pek çok sırrın anlaşılmasını mümkün kılmıştır. Sayesinde Einstein'ın yerçekimi teorisi Modern bilimin derinliklerinin incelenmesi ve diğer başarıları mümkün hale geldi çünkü öğretimin olanakları bugüne kadar tam olarak kullanılmadı.

20. yüzyılın başında görelilik teorisi formüle edildi. Ne olduğunu ve yaratıcısının kim olduğunu bugün her okul çocuğu biliyor. O kadar büyüleyici ki bilimden uzak insanların bile ilgisini çekiyor. Bu makalede erişilebilir dil Görelilik teorisi açıklanmaktadır: nedir, varsayımları ve uygulaması nelerdir.

Yaratıcısı Albert Einstein'ın bir anda bir aydınlanma yaşadığını söylüyorlar. Bilim insanının İsviçre'nin Bern kentinde bir tramvaya bindiği iddia ediliyor. Sokak saatine baktı ve aniden tramvay ışık hızına çıkarsa bu saatin duracağını fark etti. Bu durumda zaman kalmayacaktır. Görelilik teorisinde zaman çok önemli bir rol oynar önemli rol. Einstein'ın formüle ettiği önermelerden biri, farklı gözlemcilerin gerçekliği farklı şekillerde algıladıklarıdır. Bu özellikle zaman ve mesafe için geçerlidir.

Gözlemcinin pozisyonunun muhasebeleştirilmesi

O gün Albert, bilim dilinde herhangi bir şeyin tanımının yapılabileceğini fark etti. fiziksel olay veya olaylar, gözlemcinin bulunduğu referans çerçevesine bağlıdır. Örneğin bir tramvay yolcusu gözlüklerini düşürürse gözlükler ona göre dikey olarak aşağıya düşecektir. Sokakta duran bir yayanın konumundan bakarsanız, tramvay hareket ettiği ve aynı anda camlar düştüğü için düşüşlerinin yörüngesi bir parabole karşılık gelecektir. Bu nedenle herkesin kendine ait bir referans çerçevesi vardır. Görelilik teorisinin ana varsayımlarını daha ayrıntılı olarak ele almayı öneriyoruz.

Dağıtılmış Hareket Yasası ve Görelilik İlkesi

Referans sistemleri değişince olayların tanımları değişse de değişmeyen evrensel şeyler de vardır. Bunu anlamak için bardağın düşmesini değil, düşmeye neden olan doğa kanununu kendimize sormamız gerekiyor. Herhangi bir gözlemci için, ister hareketli ister sabit bir koordinat sisteminde olsun, cevap aynı kalır. Bu yasaya dağıtılmış hareket yasası denir. Hem tramvayda hem de sokakta aynı şekilde çalışıyor. Başka bir deyişle, eğer olayların tanımı her zaman onları gözlemleyen kişiye bağlıysa, bu durum doğa kanunları için geçerli değildir. Genellikle bilimsel dilde ifade edildiği gibi değişmezdirler. Bu görelilik ilkesidir.

Einstein'ın iki teorisi

Diğer hipotezler gibi bu ilkenin de ilk önce şu varsayımla ilişkilendirilerek test edilmesi gerekiyordu: doğal olaylar, bizim gerçekliğimizde faaliyet gösteriyor. Einstein görelilik ilkesinden 2 teori türetmiştir. İlgili olmalarına rağmen ayrı kabul edilirler.

Özel veya özel görelilik teorisi (SRT), hızı sabit olan her türlü referans sistemi için doğa yasalarının aynı kaldığı önermesine dayanmaktadır. Genel görelilik teorisi (GTR), bu prensibi, ivmeyle hareket edenler de dahil olmak üzere herhangi bir referans çerçevesine genişletir. 1905'te A. Einstein ilk teoriyi yayınladı. Matematiksel aygıt açısından daha karmaşık olan ikincisi 1916'da tamamlandı. Görelilik teorisinin (hem STR hem de GTR) oluşturulması, fiziğin gelişiminde önemli bir aşama haline geldi. Her birine daha yakından bakalım.

Özel görelilik teorisi

Nedir bu, özü nedir? Bu soruyu cevaplayalım. Dünyanın nasıl çalıştığına dair sezgisel fikirlerimizle çelişen birçok paradoksal etkiyi öngören de bu teoridir. Hakkında Hareket hızı ışık hızına yaklaştığında gözlemlenen etkiler hakkında. Bunlardan en ünlüsü zaman genişlemesi (saat hareketi) etkisidir. Gözlemciye göre hareket eden saat, gözlemci için elindeki saate göre daha yavaş gider.

Koordinat sisteminde ışık hızına yakın bir hızda hareket ederken zaman gözlemciye göre uzar ve nesnelerin uzunluğu (uzaysal kapsam) tam tersine bu hareketin yönünün ekseni boyunca sıkıştırılır. . Bu etki Bilim insanları buna Lorentz-Fitzgerald kasılması diyor. 1889'da İtalyan fizikçi George Fitzgerald tarafından tanımlandı. Ve 1892'de Hollandalı Hendrik Lorenz bunu genişletti. Bu etki açıklıyor olumsuz sonuç Gezegenimizin uzaydaki hızının "ruhsal rüzgar" ölçülerek belirlendiği Michelson-Morley deneyini veriyor. Bunlar görelilik teorisinin (özel) temel varsayımlarıdır. Einstein bu kitlesel dönüşümleri benzetme yoluyla tamamladı. Buna göre bir cismin hızı ışık hızına yaklaştıkça cismin kütlesi artar. Örneğin, hareketsiz referans çerçevesindeki bir gözlemcinin bakış açısına göre hız 260 bin km/s, yani ışık hızının %87'si ise, cismin kütlesi iki katına çıkacaktır.

Servis istasyonu onayları

Bütün bu hükümler, ne kadar çelişkili olursa olsun, sağduyuÇünkü Einstein birçok deneyde doğrudan ve tam bir onay bulmuştur. Bunlardan biri Michigan Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından yürütüldü. Bu ilginç deney fizikteki görelilik teorisini doğruluyor. Araştırmacılar, düzenli olarak transatlantik uçuş yapan bir uçağa son derece hassas saatler yerleştirdi ve havaalanına döndükten sonra bu saatlerin okumaları, kontrol saatleriyle karşılaştırılarak kontrol edildi. Uçaktaki saatin her seferinde kontrol saatinin biraz daha gerisine düştüğü ortaya çıktı. Tabii ki, sadece önemsiz sayılardan, saniyenin kesirlerinden bahsediyorduk, ancak gerçeğin kendisi oldukça gösterge niteliğindedir.

Son yarım yüzyıldan beri araştırmacılar, devasa donanım kompleksleri olan hızlandırıcıları kullanarak temel parçacıkları inceliyorlar. İçlerinde elektron veya proton demetleri, yani yüklü olanlar, hızları ışık hızına yaklaşana kadar hızlandırılır. Bundan sonra nükleer hedeflere ateş ediyorlar. Bu deneylerde parçacıkların kütlesinin arttığını dikkate almak gerekir, aksi takdirde deney sonuçları yorumlanamaz. Bu bakımdan SRT artık sadece varsayımsal bir teori değil. Newton'un mekanik yasalarıyla birlikte uygulamalı mühendislikte kullanılan araçlardan biri haline geldi. Görelilik teorisinin ilkeleri büyük buldu pratik kullanım Bu günlerde.

SRT ve Newton yasaları

Bu arada, bahsetmişken (bu bilim adamının portresi yukarıda sunulmuştur), onlarla çelişiyor gibi görünen özel görelilik teorisinin, cisimleri tanımlamak için kullanılması durumunda aslında Newton yasalarının denklemlerini neredeyse tam olarak yeniden ürettiği söylenmelidir. Hareket hızı ışık hızından çok daha düşük. Yani özel görelilik uygulanırsa Newton fiziği hiçbir şekilde terk edilmez. Bu teori ise tam tersine onu tamamlıyor ve genişletiyor.

Işık hızı evrensel bir sabittir

Görelilik ilkesini kullanarak, dünyanın yapısının bu modelinde neden başka hiçbir şeyin değil de ışık hızının çok önemli bir rol oynadığı anlaşılabilir. Bu soru fizikle yeni tanışmaya başlayanlar tarafından soruluyor. Işık hızı, doğa bilimleri kanunları tarafından bu şekilde tanımlandığı için evrensel bir sabittir (bunun hakkında daha fazla bilgiyi Maxwell denklemlerini inceleyerek öğrenebilirsiniz). Görelilik ilkesi gereği ışığın boşluktaki hızı her referans çerçevesinde aynıdır. Bunun mantığa aykırı olduğunu düşünebilirsiniz. Gözlemcinin aynı anda hem sabit bir kaynaktan hem de hareketli bir kaynaktan (ne kadar hızlı hareket ettiğine bakılmaksızın) ışık aldığı ortaya çıktı. Ancak öyle değil. Özel rolü nedeniyle ışığın hızı atanmıştır. merkezi yer sadece özelde değil, genel görelilikte de. Onun hakkında da konuşalım.

Genel görelilik teorisi

Daha önce de söylediğimiz gibi, birbirlerine göre hareket hızlarının sabit olması gerekmeyen tüm referans sistemleri için kullanılır. Matematiksel olarak bu teori özel olandan çok daha karmaşık görünüyor. Bu da yayınları arasında 11 yıl geçtiğini açıklıyor. Genel görelilik, özel bir durum olarak özeli içerir. Dolayısıyla Newton yasaları da buna dahildir. Ancak genel görelilik öncekilerden çok daha ileri gidiyor. Örneğin yerçekimini yeni bir şekilde açıklıyor.

Dördüncü boyut

Genel görelilik sayesinde dünya dört boyutlu hale gelir: üç uzamsal boyuta zaman eklenir. Hepsi birbirinden ayrılamaz, dolayısıyla üç boyutlu dünyada iki nesne arasında var olan mekansal mesafeden bahsetmemize artık gerek yok. Artık çeşitli olaylar arasındaki, birbirlerine olan hem mekansal hem de zamansal mesafeyi birleştiren mekansal-zamansal aralıklardan bahsediyoruz. Yani görelilik teorisinde zaman ve uzay bir çeşit dört boyutlu süreklilik olarak kabul edilir. Uzay-zaman olarak tanımlanabilir. Bu süreklilik içinde birbirlerine göre hareket eden gözlemciler, iki olayın aynı anda mı meydana geldiği, yoksa bir olayın diğerinden önce mi gerçekleştiği konusunda bile farklı görüşlere sahip olacaklardır. Ancak neden-sonuç ilişkileri bozulmaz. Yani iki olayın aynı anda değil, farklı sıralarda meydana geldiği böyle bir koordinat sisteminin varlığına genel görelilik bile izin vermemektedir.

Genel görelilik ve evrensel çekim yasası

Yasaya göre evrensel yerçekimi, Newton'un keşfettiği Evrende herhangi iki cisim arasında karşılıklı çekim kuvveti mevcuttur. Aralarında karşılıklı çekim kuvvetleri olduğundan, Dünya bu konumdan Güneş'in etrafında döner. Ancak genel görelilik bizi bu olaya farklı bir perspektiften bakmaya zorluyor. Bu teoriye göre yerçekimi, kütlenin etkisi altında gözlemlenen uzay-zamanın “eğriliğinin” (deformasyonunun) bir sonucudur. Vücut ne kadar ağırsa (örneğimizde Güneş), uzay-zaman onun altında o kadar fazla "bükülür". Buna göre çekim alanı daha güçlüdür.

Görelilik teorisinin özünü daha iyi anlamak için bir karşılaştırmaya dönelim. Genel Göreliliğe göre Dünya, Güneş'in "uzay-zamanda ilerlemesi" sonucu oluşan bir huninin konisi etrafında dönen küçük bir top gibi Güneş'in etrafında döner. Ve yerçekimi kuvvetini düşünmeye alıştığımız şey aslında Newton'un anlayışına göre bir kuvvet değil, bu eğriliğin dışsal bir tezahürüdür. Bugüne kadar yerçekimi olgusunun Genel Görelilik'te önerilenden daha iyi bir açıklaması bulunamamıştır.

GTR'yi kontrol etme yöntemleri

Laboratuvar koşullarındaki sonuçları neredeyse evrensel çekim yasasına karşılık geldiğinden, genel göreliliğin doğrulanmasının kolay olmadığını unutmayın. Bununla birlikte, bilim adamları hala bir dizi önemli deney yürüttüler. Onların sonuçları Einstein'ın teorisinin doğrulandığı sonucuna varmamızı sağlıyor. GR ayrıca açıklamaya yardımcı olur çeşitli fenomenler uzayda gözlendi. Bunlar, örneğin Merkür'ün sabit yörüngesinden küçük sapmalarıdır. Newton klasik mekaniği açısından bunlar açıklanamaz. Bu da neden Elektromanyetik radyasyon Uzak yıldızlardan yayılan ışınlar Güneş'e yaklaştıkça bükülür.

Genel göreliliğin öngördüğü sonuçlar, aslında yalnızca süper güçlü kütleçekim alanları mevcut olduğunda Newton yasalarının (yukarıda portresi sunulmuştur) verdiği sonuçlardan önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu nedenle, genel göreliliğin tam olarak doğrulanması için, ya çok büyük kütleli nesnelerin ya da kara deliklerin çok hassas ölçümleri gereklidir, çünkü bizim alışılagelmiş kavramlarımız bunlara uygulanamaz. Bu nedenle, bu teoriyi test etmek için deneysel yöntemlerin geliştirilmesi, modern deneysel fiziğin ana görevlerinden biridir.

Pek çok bilim insanının ve hatta bilimden uzak insanların zihni, Einstein'ın yarattığı görelilik teorisiyle meşgul. Ne olduğunu kısaca anlattık. Bu teori, dünya hakkındaki alışılagelmiş fikirlerimizi altüst ediyor, bu yüzden ona olan ilgi hala azalmıyor.