Special Relativity (SRT) tai yksityinen teoria suhteellisuusteoria on Albert Einsteinin teoria, joka julkaistiin vuonna 1905 teoksessa "Liikkuvien kappaleiden sähködynamiikasta" (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).

Se selitti liikettä eri inertiavertailukehysten välillä tai vakionopeudella toistensa suhteen liikkuvien kappaleiden liikettä. Tässä tapauksessa mitään objekteja ei pidä ottaa viitekehyksenä, vaan niitä tulee tarkastella suhteessa toisiinsa. SRT tarjoaa vain yhden tapauksen, kun 2 kappaletta eivät muuta liikkeen suuntaa ja liikkuvat tasaisesti.

Erityisen suhteellisuusteorian lait lakkaavat toimimasta, kun jokin kappaleista muuttaa liikkeen rataa tai lisää nopeutta. Tässä tapahtuu yleinen suhteellisuusteoria (GR) antaen yleinen tulkinta esineiden liikkumista.

Kaksi postulaattia, joihin suhteellisuusteoria perustuu:

1. Suhteellisuusperiaate- Hänen mukaansa kaiken kaikkiaan olemassa oleviin järjestelmiin referenssit, jotka liikkuvat suhteessa toisiinsa vakionopeudella eivätkä muuta suuntaa, pätevät samat lait.
2. Valonnopeuden periaate- Valon nopeus on sama kaikille havainnoijille, eikä se riipu heidän liikkeensä nopeudesta. Tämä on suurin nopeus, eikä mikään luonnossa ole suurempaa. Valon nopeus on 3*10^8 m/s.

Albert Einstein käytti perustana pikemminkin kokeellista kuin teoreettista tietoa. Tämä oli yksi hänen menestyksensä tekijöistä. Luomisen perustana käytettiin uutta kokeellista dataa uutta teoriaa.

Fyysikot kanssa yhdeksästoista puolivälissä vuosisatoja on etsitty uutta salaperäistä välinettä nimeltä eetteri. Oletettiin, että eetteri voi kulkea kaikkien esineiden läpi, mutta ei osallistu niiden liikkeeseen. Eetteriä koskevien uskomusten mukaan muuttamalla katsojan nopeutta suhteessa eetteriin myös valon nopeus muuttuu.

Einstein luottaen kokeisiin hylkäsi ajatuksen uusi ympäristö eetteri ja oletetaan, että valon nopeus on aina vakio eikä riipu mistään olosuhteista, kuten ihmisen itsensä nopeudesta.

Ajanjaksot, etäisyydet ja niiden tasaisuus

Erityinen suhteellisuusteoria yhdistää ajan ja tilan. Aineellisessa universumissa avaruudessa tunnetaan kolme: oikea ja vasen, eteenpäin ja taaksepäin, ylös ja alas. Jos lisäämme niihin toisen ulottuvuuden, nimeltään aika, niin tämä muodostaa perustan aika-avaruuden jatkumolle.

Jos liikut hitaasti, havaintosi eivät lähennä nopeammin liikkuvien ihmisten kanssa.

Myöhemmin kokeet vahvistivat, että tilaa, kuten aikaa, ei voida havaita samalla tavalla: havaintomme riippuu esineiden liikkeen nopeudesta.

Energian yhteys massaan

Einstein keksi kaavan, joka yhdisti energian ja massan. Tämä kaava on yleistynyt fysiikassa, ja se on tuttu jokaiselle opiskelijalle: E=m*s², jossa E-energia; m- kehon massa, c-nopeus valon leviäminen.

Kehon massa kasvaa suhteessa valonnopeuden lisääntymiseen. Jos valon nopeus saavutetaan, kehon massa ja energia muuttuvat mitoimattomiksi.

Kohteen massaa suurentamalla sen nopeuden lisääminen on vaikeampaa, eli kappaleeseen, jolla on äärettömän suuri materiaalimassa, tarvitaan ääretöntä energiaa. Mutta todellisuudessa tämä on mahdotonta saavuttaa.

Einsteinin teoria yhdisti kaksi erillistä asemaa: massapaikan ja energian aseman yhdeksi yleiseksi laiksi. Tämä mahdollisti energian muuntamisen materiaalimassaksi ja päinvastoin.

Myös sisällä myöhään XIX luvulla useimmat tiedemiehet olivat taipuvaisia ​​siihen näkemykseen, että fyysinen maailmankuva oli pohjimmiltaan rakennettu ja säilyisi horjumattomana tulevaisuudessa - vain yksityiskohdat piti selvittää. Mutta 1900-luvun ensimmäisinä vuosikymmeninä fyysiset näkemykset muuttuivat radikaalisti. Se oli seurausta "kaskadista" tieteellisiä löytöjä tehty erittäin lyhyessä ajassa historiallinen ajanjakso päällyste viime vuodet XIX-luvulla ja XX-luvun ensimmäisillä vuosikymmenillä, joista monet eivät mahtuneet tavallisen ideaan inhimillinen kokemus. Hyvä esimerkki voi toimia Albert Einsteinin (1879-1955) luomana suhteellisuusteoriana.

Suhteellisuusteoria- aika-avaruuden fysikaalinen teoria, eli teoria, joka kuvaa universaaleja tila-aika-ominaisuuksia fyysisiä prosesseja. Max Planck otti termin käyttöön vuonna 1906 korostaakseen suhteellisuusperiaatteen roolia.
erityisessä suhteellisuusteoriassa (ja myöhemmin yleisessä suhteellisuusteoriassa).

AT suppea merkitys Suhteellisuusteoria sisältää erikois- ja yleissuhteellisuusteorian. Erityinen suhteellisuusteoria(jäljempänä SRT) tarkoittaa prosesseja, joita tutkittaessa gravitaatiokentät voidaan jättää huomiotta; yleinen suhteellisuusteoria(jäljempänä GR) on gravitaatioteoria, joka yleistää Newtonin.

Erityinen, tai yksityinen suhteellisuusteoria on teoria aika-avaruuden rakenteesta. Albert Einstein esitteli sen ensimmäisen kerran vuonna 1905 teoksessaan "Liikkuvien kehojen elektrodynamiikasta". Teoria kuvaa liikettä, mekaniikan lakeja sekä niitä määrääviä aika-avaruussuhteita millä tahansa liikenopeudella,
mukaan lukien lähellä valonnopeutta. Klassinen newtonilainen mekaniikka
sisällä SRT on likiarvo pienille nopeuksille.

Yksi Albert Einsteinin menestyksen syistä on se, että hän asetti kokeellisen tiedon teoreettisen tiedon edelle. Kun useat kokeet osoittivat tuloksia, jotka olivat ristiriidassa yleisesti hyväksytyn teorian kanssa, monet fyysikot päättivät, että nämä kokeet olivat virheellisiä.

Albert Einstein oli yksi ensimmäisistä, joka päätti rakentaa uuden teorian uusien kokeellisten tietojen perusteella.

1800-luvun lopulla fyysikot etsivät salaperäistä eetteriä - väliainetta, jossa yleisesti hyväksyttyjen oletusten mukaan kevyet aallot, kuten akustinen, jonka leviämiseen tarvitaan ilmaa tai muuta väliainetta - kiinteää, nestemäistä tai kaasumaista. Usko eetterin olemassaoloon johti uskomukseen, että valon nopeuden täytyy muuttua havainnoijan nopeuden mukaan suhteessa eetteriin. Albert Einstein hylkäsi eetterin käsitteen ja ehdotti, että kaikki fyysisiä lakeja, mukaan lukien valon nopeus, pysyvät muuttumattomina riippumatta tarkkailijan nopeudesta - kuten kokeet ovat osoittaneet.

SRT selitti kuinka tulkita liikkeitä eri inertiaalisten viitekehysten välillä - yksinkertaisesti sanottuna, esineiden, jotka liikkuvat mukana tasainen vauhti suhteessa toisiinsa. Einstein selitti, että kun kaksi esinettä liikkuu vakionopeudella, niiden liikettä tulisi harkita suhteessa toisiinsa sen sijaan, että toinen niistä otettaisiin absoluuttiseksi vertailukehykseksi. Joten jos kaksi astronauttia lentää kahdella avaruusaluksella ja haluavat verrata havaintojaan, heidän tarvitsee vain tietää niiden nopeus suhteessa toisiinsa.

Erikoissuhteellisuusteoria ottaa huomioon vain yhden erikoistapauksen (siis nimi), kun liike on suoraa ja tasaista.

Absoluuttisen liikkeen havaitsemisen mahdottomuuden perusteella Albert Einstein päätteli, että kaikki inertiajärjestelmät viite. Hän muotoili kaksi tärkeää postulaattia, jotka muodostivat perustan uudelle tilan ja ajan teorialle, jota kutsutaan erityiseksi suhteellisuusteoriaksi (SRT):

1. Einsteinin suhteellisuusperiaate - tämä periaate oli yleistys Galileon suhteellisuusperiaatteesta (väittelee samaa, mutta ei kaikille luonnonlaeille, vaan vain laeille klassinen mekaniikka, lähtee avoin kysymys suhteellisuusperiaatteen soveltuvuudesta optiikkaan ja sähködynamiikkaan) mihin tahansa fysikaaliseen. Se sanoo: kaikki fysikaaliset prosessit samoissa olosuhteissa inertiavertailujärjestelmissä (ISF) etenevät samalla tavalla. Tämä tarkoittaa, että ei fyysisiä kokeita suljetun ISO:n sisään piirrettynä on mahdotonta määrittää, onko se levossa vai liikkuuko se tasaisesti ja suorassa linjassa. Siten kaikki ISO:t ovat täysin samanarvoisia ja fyysiset lait ovat muuttumattomia ISO-valinnan suhteen (eli näitä lakeja ilmaisevat yhtälöt ovat sama muoto kaikissa inertiaalisissa viitekehyksessä).

2. Valonnopeuden pysyvyyden periaate- valon nopeus tyhjiössä on vakio eikä riipu valon lähteen ja vastaanottimen liikkeestä. Se on sama kaikissa suunnissa ja kaikissa inertiavertailukehyksissä. Valon nopeus tyhjiössä - rajoittava nopeus luonnossa - tämä on yksi tärkeimmistä fysikaalisista vakioista, niin sanotut maailmanvakiot.

SRT:n tärkein seuraus oli kuuluisa Einsteinin kaava massan ja energian suhteesta E \u003d mc 2 (jossa C on valon nopeus), joka osoitti tilan ja ajan ykseyden ilmaistuna niiden ominaisuuksien yhteismuutoksena massojen pitoisuudesta ja niiden liikkeestä riippuen ja vahvistettu tiedoilla moderni fysiikka. Aikaa ja tilaa ei enää käsitelty toisistaan ​​riippumatta, ja syntyi ajatus avaruus-aika-neliulotteisesta jatkumosta.

Suuren fyysikon teorian mukaan materiaalikappaleen nopeuden kasvaessa, lähestyttäessä valon nopeutta, myös sen massa kasvaa. Nuo. mitä nopeammin esine liikkuu, sitä raskaammaksi se tulee. Valonnopeuden saavuttaessa kehon massa, samoin kuin sen energia, muuttuvat äärettömäksi. Mitä raskaampi keho, sitä vaikeampaa on lisätä sen nopeutta; äärettömän massaisen kappaleen kiihdyttämiseen tarvitaan ääretön määrä energiaa, joten aineellisten esineiden on mahdotonta saavuttaa valonnopeutta.

Suhteellisuusteoriassa "kaksi lakia - massan säilymisen laki ja energian säilymisen laki - ovat menettäneet merkityksensä. itsenäinen ystävä oikeudenmukaisuus toisistaan ​​ja osoittautui yhdistyneeksi yhdeksi laiksi, jota voidaan kutsua energian tai massan säilymisen laiksi. Kiitokset perustavanlaatuinen yhteys näiden kahden käsitteen välillä aine voidaan muuttaa energiaksi ja päinvastoin - energia aineeksi.

Yleinen teoria suhteellisuusteoria- Einsteinin vuonna 1916 julkaisema painovoimateoria, jonka parissa hän työskenteli 10 vuotta. On edelleen kehittäminen erityinen suhteellisuusteoria. Jos materiaalirunko kiihtyy tai kääntyy sivulle, SRT-lakeja ei enää sovelleta. Sitten tulee voimaan GR, joka selittää aineellisten kappaleiden liikkeet yleisessä tapauksessa.

Yleinen suhteellisuusteoria väittää tämän gravitaatiovaikutuksia eivät johdu kappaleiden ja kenttien voimavuorovaikutuksesta, vaan juuri sen aika-avaruuden muodonmuutoksesta, jossa ne sijaitsevat. Tämä muodonmuutos liittyy erityisesti massaenergian läsnäoloon.

Yleinen suhteellisuusteoria on tällä hetkellä menestynein painovoimateoria, jota havainnot tukevat hyvin. Yleinen suhteellisuusteoria on yleistänyt SRT:n nopeutetuiksi, ts. ei-inertiaaliset järjestelmät. Yleisen suhteellisuusteorian perusperiaatteet ovat seuraavat:

- rajoittamalla valonnopeuden vakioperiaatteen sovellettavuutta alueille, joilla painovoimat voidaan jättää huomiotta(jos painovoima on voimakas, valon nopeus hidastuu);

- suhteellisuusperiaatteen laajentaminen kaikkiin liikkuviin järjestelmiin(eikä vain inertiaalisia).

Yleisessä suhteellisuusteoriassa eli gravitaatioteoriassa hän lähtee myös kokeellisesta tosiasiasta inertia- ja gravitaatiomassojen ekvivalenssista tai inertia- ja gravitaatiokenttien ekvivalenssista.

Ekvivalenssiperiaate pelaa tärkeä rooli tieteessä. Voimme aina laskea suoraan hitausvoimien vaikutuksen mihin tahansa fysikaaliseen järjestelmään, ja tämä antaa meille mahdollisuuden tietää gravitaatiokentän toiminnan, poistuen sen epähomogeenisuudesta, joka on usein hyvin merkityksetöntä.

GR:ltä saatiin sarja tärkeitä löytöjä:

1. Avaruuden ominaisuudet riippuvat liikkuvasta aineesta.

2. Valosäde, jolla on inertti ja siten painovoimamassa, on taivutettava gravitaatiokentässä.

3. Gravitaatiokentän vaikutuksen alaisen valon taajuuden tulisi siirtyä kohti pienempiä arvoja.

Pitkä aika kokeellisia todisteita OT ei riittänyt. Sopivuus teorian ja kokeen välillä on varsin hyvä, mutta kokeiden puhtautta rikkovat erilaiset monimutkaiset sivuvaikutukset. Tila-aikakaarevuuden vaikutus voidaan kuitenkin havaita jopa kohtalaisilla gravitaatiokentillä. Esimerkiksi erittäin herkät kellot voivat havaita ajan dilataatiota maan pinnalla. Yleisen suhteellisuusteorian kokeellisen perustan laajentamiseksi 1900-luvun jälkipuoliskolla tehtiin uusia kokeita: testattiin inertia- ja gravitaatiomassojen vastaavuus (mukaan lukien Kuun laseretäisyys);
tutkan avulla selvitettiin Merkuriuksen perihelin liikettä; mitattu painovoiman taipuma Auringon radioaallot, planeettatutka toteutettiin aurinkokunta; arvioitiin Auringon gravitaatiokentän vaikutus radioviestintään aurinkokunnan kaukaisille planeetoille lähetettyjen avaruusalusten kanssa jne. Ne kaikki tavalla tai toisella vahvistivat yleisen suhteellisuusteorian perusteella saadut ennusteet.

Niin, erityinen teoria suhteellisuusteoria perustuu postulaatteihin valonnopeuden pysyvyydestä ja luonnonlakien samanlaisuudesta kaikessa fyysiset järjestelmät, ja tärkeimmät tulokset, joihin se tulee, ovat seuraavat: aika-avaruuden ominaisuuksien suhteellisuus; massan ja energian suhteellisuus; raskaiden ja hitausmassojen ekvivalentti.

Yleisen suhteellisuusteorian merkittävin tulos filosofian näkökulmasta on ympäröivän maailman tila-aika-ominaisuuksien riippuvuuden toteaminen gravitaatiomassojen sijainnista ja liikkeestä. Se johtuu kehon vaikutuksesta
kanssa suurissa määrissä valopolut ovat taipuneet. Näin ollen tällaisten kappaleiden luoma gravitaatiokenttä määrittää viime kädessä maailman aika-avaruusominaisuudet.

Erityinen suhteellisuusteoria irtaantuu gravitaatiokenttien toiminnasta ja siksi sen johtopäätökset ovat sovellettavissa vain pienille aika-avaruusalueille. Kardinaalinen ero yleisen suhteellisuusteorian ja sitä edeltävien perusteorian välillä fyysiset teoriat useiden vanhojen käsitteiden hylkäämisessä ja uusien muotoilussa. On syytä sanoa, että yleinen suhteellisuusteoria on tehnyt todellisen vallankumouksen kosmologiassa. Sen perusteella siellä erilaisia ​​malleja Universumi.

Albert Einsteinin opetuksista, jotka todistavat kaiken tässä tapahtuvan suhteellisuudesta kuolevainen maailma, ei tiedä ellei laiska. Lähes sadan vuoden ajan kiistat ovat käyneet paitsi tieteen, myös fyysikkojen maailmassa. Einsteinin suhteellisuusteoria, kuvattu yksinkertaisin termein melko helposti saatavilla, eikä se ole salaisuus tietämättömille.

Yhteydessä

Muutama yleinen kysymys

Ottaen huomioon suuren Albertin teoreettisten opetusten erityispiirteet, monet teoreettisten fyysikkojen virrat voivat pitää hänen postulaattejaan moniselitteisesti, melko korkealla. tieteelliset koulut, sekä fyysisen ja matemaattisen koulukunnan irrationaalisen virran kannattajia.

Takaisin viime vuosisadan alussa, kun oli tieteellisen ajattelun aalto ja taustaa vasten sosiaalinen muutos tietyt tieteelliset suuntaukset alkoivat ilmaantua, ilmestyi suhteellisuusteoria kaikesta, missä ihminen elää. Ei ole väliä kuinka aikakautemme arvioivat Tämä tilanne, kaikki peliin todellista maailmaa ei todellakaan ole staattista Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria:

• Ajat muuttuvat, yhteiskunnan näkemykset ja mielipide tietyistä yhteiskuntasuunnitelman ongelmista muuttuvat;
• Yhteiskunnalliset perusteet ja maailmankuva koskien todennäköisyysoppia erilaisissa valtion järjestelmät ja klo erityisolosuhteet yhteiskunnan kehitys muuttui ajan myötä ja muiden objektiivisten mekanismien vaikutuksesta.
• Miten yhteiskunnan käsitys ongelmista kehittyi? sosiaalinen kehitys, sama oli asenne ja mielipiteet aiheesta Einsteinin teoriat ajasta.

Tärkeä! Einsteinin painovoimateoria oli perusta systeemisille kiisteille arvostetuimpien tiedemiesten keskuudessa sekä sen kehittämisen alussa että valmistumisen aikana. He puhuivat hänestä, tapahtui lukuisia riitoja, hänestä tuli keskustelunaihe eri maiden korkeimmissa salongeissa.

Tiedemiehet keskustelivat siitä, se oli keskustelun aihe. Oli jopa sellainen hypoteesi, että oppi on vain kolmen tieteellisen maailman ihmisen ymmärrettävissä. Kun tuli aika selittää postulaatit, salaperäisimmän tieteiden, euklidisen matematiikan, papit aloittivat. Sitten yritettiin rakentaa sen digitaalinen malli ja samat matemaattisesti todetut seuraukset sen toiminnasta maailmanavaruus, hypoteesin kirjoittaja myönsi, että hänen luomistaan ​​oli erittäin vaikea ymmärtää. Joten mikä on yleinen suhteellisuusteoria, mitä tutkii ja mitä sovellettu sovellus hän löysi nykymaailmasta?

Teorian historia ja juuret

Nykyään suurimmassa osassa tapauksia suuren Einsteinin saavutuksia kutsutaan lyhyesti alun perin horjumattoman vakion täydelliseksi kieltämiseksi. Juuri tämä löytö teki mahdolliseksi kumota sen, mitä kaikki koululaiset tuntevat fyysisenä binomiaalina.

Suurin osa maailman väestöstä, tavalla tai toisella, tarkasti ja harkiten tai pinnallisesti, edes kerran, kääntyi suuren kirjan - Raamatun - sivuille.

Siitä voit lukea siitä, mistä on tullut todellinen vahvistus opin ydin- mitä nuori amerikkalainen tiedemies työskenteli viime vuosisadan alussa. Levitaation tosiasiat ja muut melko yleiset asiat Vanhan testamentin historiassa tulivat kerran ihmeiksi nykyaikana. Eetteri on tila, jossa ihminen eli täysin erilaista elämää. Elämän piirteitä ilmassa tutkivat monet alan maailmankuuluisuudet luonnontieteet. Ja Einsteinin painovoimateoria vahvisti, että vanha kirja- Tämä on totta.

Hendrik Lorenzin ja Henri Poincarén teokset mahdollistivat eetterin tiettyjen piirteiden kokeellisen löytämisen. Ensinnäkin se on luomista matemaattiset mallit rauhaa. Lähtökohtana oli käytännön vahvistus siitä, että materiaalihiukkasten liikkuessa eetteritilassa ne supistuvat suhteessa liikkeen suuntaan.

Näiden suurten tiedemiesten työt mahdollistivat perustan opin pääpostulaateille. Tarkalleen annettu tosiasia antaa pysyvää materiaalia väittää, että Nobel-palkitun teokset ja Albertin relativistinen teoria olivat ja ovat edelleen plagiointia. Monet tutkijat väittävät nykyään, että monet oletukset hyväksyttiin paljon aikaisemmin, esimerkiksi:

• Tapahtumien ehdollisen samanaikaisuuden käsite;
• Vakiobinomihypoteesin periaatteet ja valonnopeuden kriteerit.

Mitä tehdä ymmärtää suhteellisuusteoriaa? Pointti on menneisyydessä. Poincarén teoksissa se hypoteesi esitettiin suuret nopeudet mekaniikan lakeja on mietittävä uudelleen. Kiitos lausunnoista ranskalainen fysiikka korkeakoulu Opin kuinka suhteellista liike projektiossa on eetteritilan teoriaan.

Staattisessa tieteessä tarkasteltiin suurta määrää fysikaalisia prosesseja erilaisille aineellisille esineille, jotka liikkuivat . Yleiskäsitteen postulaatit kuvaavat kiihtyvissä kohteissa tapahtuvia prosesseja, selittävät gravitonihiukkasten olemassaolon ja itse painovoiman. Suhteellisuusteorian ydin selittämään niitä tosiasioita, jotka tiedemiehille aiemmin olivat hölynpölyä. Jos on tarpeen kuvata liikkeen piirteitä ja mekaniikan lakeja, tilan ja ajan jatkumon suhdetta valonnopeuden lähestymisolosuhteissa, tulee käyttää yksinomaan suhteellisuusteorian postulaatteja.

Teoriasta lyhyesti ja selkeästi

Miten suuren Albertin opetukset eroavat niin paljon siitä, mitä fyysikot tekivät ennen häntä? Aiemmin fysiikka oli melko staattinen tiede, joka käsitteli kaikkien luonnossa tapahtuvien prosessien kehityksen periaatteita "tässä, tänään ja nyt" -järjestelmän piirissä. Einstein teki mahdolliseksi nähdä kaiken, mitä ympärillä tapahtuu, ei vain sisällä kolmiulotteinen tila, mutta myös suhteessa erilaisiin esineisiin ja ajankohtiin.

Huomio! Vuonna 1905, kun Einstein julkaisi suhteellisuusteoriansa, hän antoi selittää ja sisään edullinen vaihtoehto tulkita liikettä eri inertiavertailujärjestelmien välillä.

Sen tärkeimmät säännökset ovat kahden objektin vakionopeuksien suhde, jotka liikkuvat suhteessa toisiinsa sen sijaan, että otettaisiin yksi kohteista, jota voidaan pitää yhtenä absoluuttisena vertailutekijänä.

Opin ominaisuus piilee siinä, että sitä voidaan tarkastella suhteessa yhteen poikkeuksellinen tapaus. Päätekijät:

1. Liikesuunnan suoruus;
2. Aineellisen kappaleen liikkeen tasaisuus.

Muutettaessa suuntaa tai muita yksinkertaisia ​​parametreja, kun materiaalikappale voi kiihtyä tai kääntyä sivuttain, staattisen suhteellisuusteorian lait eivät päde. Tässä tapauksessa voimaantulo yleiset lait suhteellisuusteoria, joka voi selittää aineellisten kappaleiden liikkumisen sisään yleinen tilanne. Siten Einstein löysi selityksen kaikille vuorovaikutuksen periaatteille fyysiset kehot toisiaan avaruudessa.

Suhteellisuusteorian periaatteet

Opin periaatteet

Suhteellisuusteoriaa koskeva lausunto on ollut vilkkaimman keskustelun aiheena sata vuotta. Useimmat tiedemiehet ajattelevat erilaisia ​​vaihtoehtoja postulaattien soveltaminen kahden fysiikan periaatteen soveltamisena. Ja tämä polku on suosituin soveltavan fysiikan alalla. Peruspostulaatit suhteellisuusteoria, Mielenkiintoisia seikkoja , joka sai tänään kiistattoman vahvistuksen:

• Suhteellisuusperiaate. Kappaleiden suhteen säilyminen kaikkien fysiikan lakien mukaan. Hyväksymällä ne inertiaalisiksi vertailukehyksiksi, jotka liikkuvat vakionopeuksilla toisiinsa nähden.
• Postulaatti valonnopeudesta. Se pysyy muuttumattomana vakiona kaikissa tilanteissa, riippumatta nopeudesta ja suhteesta valonlähteisiin.

Huolimatta ristiriidoista uuden opetuksen ja peruspostulaattien välillä tarkkoja tieteitä jatkuvien staattisten indikaattoreiden perusteella uusi hypoteesi houkutteli tuoreet silmät päällä maailma. Tiedemiehen menestys varmistettiin, mikä vahvistettiin palkinnolla Nobel palkinto tarkkojen tieteiden alalla.

Mikä aiheutti niin valtavan suosion, ja Miten Einstein löysi suhteellisuusteoriansa?? Nuoren tiedemiehen taktiikkaa.

1. Tähän asti maailmankuulut tiedemiehet ovat esittäneet opinnäytetyön ja vasta sitten suorittaneet sarjan käytännön tutkimusta. Jos päällä tietty hetki vastaanotettu data, joka ei sovi yleinen käsite, heidän katsottiin olevan virheellisiä syiden yhteenvedossa.
2. Nuori nero käytti radikaalisti erilaista taktiikkaa, settiä käytännön kokemuksia, ne olivat sarja. Saadut tulokset, huolimatta siitä, etteivät ne jotenkin mahtuneet käsitteelliseen sarjaan, asettuivat yhtenäiseen teoriaan. Ja ei "virheitä" ja "virheitä", kaikki hetket suhteellisuushypoteesit, esimerkit ja havaintojen tulokset sopivat selvästi vallankumoukselliseen teoreettiseen oppiin.
3. Tulevaisuus nobelisti kiisti tarpeen tutkia salaperäistä eetteriä, jossa valoaallot leviävät. Uskomus eetterin olemassaolosta on johtanut useisiin merkittäviin väärinkäsityksiin. Pääpostulaatti on valonsäteen nopeuksien muutos suhteessa prosessia eetteriväliaineessa tarkkailevaan valonsäteen nopeuteen.

Suhteellisuusteoria tutille

Suhteellisuusteoria on yksinkertaisin selitys

Johtopäätös

Tiedemiehen tärkein saavutus on todiste sellaisten määrien kuin tilan ja ajan harmoniasta ja yhtenäisyydestä. Näiden kahden jatkumon yhteyden perustavanlaatuinen luonne osana kolmea ulottuvuutta yhdistettynä aikaulottuvuuden kanssa mahdollisti monien luonnon salaisuuksien oppimisen. aineellinen maailma. Kiitokset Einsteinin painovoimateoria tuli saataville syvyyksien tutkimus ja muut saavutukset moderni tiede Loppujen lopuksi opetusten kaikkia mahdollisuuksia ei ole käytetty tähän mennessä.

Sata vuotta sitten, vuonna 1915, nuori sveitsiläinen tiedemies, joka oli tuolloin jo tehnyt vallankumouksellisia löytöjä fysiikassa ehdotti pohjimmiltaan uutta ymmärrystä painovoimasta.

Vuonna 1915 Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteorian, joka luonnehtii painovoimaa avaruuden perusominaisuutena. Hän esitti sarjan yhtälöitä, jotka kuvaavat aika-avaruuden kaarevuuden vaikutusta siinä olevan aineen ja säteilyn energiaan ja liikkeeseen.

Sata vuotta myöhemmin yleisestä suhteellisuusteoriasta (GR) tuli perusta modernin tieteen rakentamiselle, se on kestänyt kaikki testit, joilla tutkijat hyökkäsivät sitä vastaan.

Mutta viime aikoihin asti ei ollut mahdollista suorittaa kokeita äärimmäiset olosuhteet testata teorian vakautta.

On hämmästyttävää, kuinka vahvaksi suhteellisuusteoria on osoittautunut yli 100 vuoden ajan. Käytämme edelleen sitä, mitä Einstein kirjoitti!

Clifford Will, teoreettinen fyysikko, Floridan yliopisto

Tiedemiehillä on nyt tekniikka etsiä fysiikkaa yleisen suhteellisuusteorian ulkopuolelta.

Uusi näkemys painovoimasta

Yleinen suhteellisuusteoria kuvaa painovoimaa ei voimana (kuten se näkyy Newtonin fysiikassa), vaan aika-avaruuden kaarevuutena, joka johtuu esineiden massasta. Maa pyörii Auringon ympäri, ei siksi, että tähti vetää sitä puoleensa, vaan siksi, että Aurinko muuttaa aika-avaruutta. Jos raskas keilapallo asetetaan venytetylle peitolle, peitto muuttaa muotoaan - painovoima vaikuttaa avaruuteen pitkälti samalla tavalla.

Einsteinin teoria ennusti hulluja löytöjä. Esimerkiksi mustien aukkojen olemassaolon mahdollisuus, jotka taivuttavat aika-avaruutta siinä määrin, ettei mikään pääse pakoon sisältä, ei edes valo. Teorian perusteella löydettiin todisteita yleisesti hyväksytylle mielipiteelle, jonka mukaan maailmankaikkeus laajenee ja kiihtyy.

Useat havainnot ovat vahvistaneet yleisen suhteellisuusteorian. Einstein itse käytti yleistä suhteellisuusteoriaa laskeakseen Merkuriuksen kiertoradan, jonka liikettä ei voida kuvata Newtonin laeilla. Einstein ennusti niin massiivisten esineiden olemassaolon, että ne taivuttavat valoa. Tämä on gravitaatiolinssiilmiö, jonka tähtitieteilijät kohtaavat usein. Esimerkiksi eksoplaneettojen etsintä perustuu planeetan ympärillä olevan tähden gravitaatiokentän kaarevan säteilyn hienovaraisten muutosten vaikutukseen.

Einsteinin teorian testaus

Yleinen suhteellisuusteoria toimii hyvin tavalliselle painovoimalle, kuten maapallolla tehdyt kokeet ja aurinkokunnan planeettojen havainnot osoittavat. Mutta sitä ei ole koskaan testattu äärimmäisissä olosuhteissa. voimakas vaikutus kentät fysiikan rajoilla sijaitsevissa tiloissa.

Lupaavin tapa testata teoriaa tällaisissa olosuhteissa on tarkkailla muutoksia aika-avaruudessa, joita kutsutaan gravitaatioaaltoiksi. Ne näkyvät seurauksena päätapahtumat, kahden massiivisen kappaleen, kuten mustien aukkojen tai erityisen tiheiden esineiden - neutronitähtien - sulautuessa.

Tämän suuruinen kosminen ilotulitus heijastuisi aika-avaruudessa vain pienimmissä väreissä. Esimerkiksi, jos kaksi mustaa aukkoa törmäävät ja sulautuivat jossain galaksissamme, gravitaatioaallot voisivat venyttää ja puristaa maapallon objektien välistä etäisyyttä metrin päässä toisistaan ​​tuhannesosalla atomiytimen halkaisijasta.

On ilmestynyt kokeita, jotka voivat tallentaa tällaisista tapahtumista johtuvia muutoksia aika-avaruudessa.

On hyvä mahdollisuus korjata gravitaatioaallot seuraavien kahden vuoden aikana.

Clifford Will

Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO), jonka observatoriot lähellä Richlandia, Washingtonia ja Livingston, Louisiana, käyttää laseria havaitakseen pieniä vääristymiä kaksois-L-muotoisissa ilmaisimissa. Kun avaruus-aika aaltoilu kulkee ilmaisimien läpi, ne venyvät ja puristavat tilaa, jolloin ilmaisin muuttaa mittoja. Ja LIGO voi mitata ne.

LIGO aloitti sarjan laukaisuja vuonna 2002, mutta se ei osunut maaliin. Parannuksia tehtiin vuonna 2010, ja organisaation seuraajan, Advanced LIGO -observatorion, pitäisi olla toiminnassa jälleen tänä vuonna. Monet suunnitelluista kokeista tähtäävät löytämiseen gravitaatioaaltoja.

Toinen tapa testata suhteellisuusteoriaa on tarkastella gravitaatioaaltojen ominaisuuksia. Ne voivat esimerkiksi olla polarisoituneita, kuten polarisoitujen lasien läpi kulkeva valo. Suhteellisuusteoria ennustaa tällaisen vaikutuksen piirteet, ja kaikki poikkeamat laskelmista voivat olla syynä epäillä teoriaa.

yhtenäinen teoria

Clifford Will uskoo, että gravitaatioaaltojen löytäminen vain vahvistaa Einsteinin teoriaa:

Mielestäni meidän on jatkettava yleisen suhteellisuusteorian todisteiden etsimistä varmistaaksemme, että se on oikein.

Miksi näitä kokeita ylipäätään tarvitaan?

Yksi modernin fysiikan tärkeimmistä ja vaikeimmista tehtävistä on etsiä teoriaa, joka yhdistää Einsteinin tutkimuksen eli makrokosmoksen tieteen ja kvanttimekaniikan, pienimpien objektien todellisuuden.

Edistys tällä alalla, kvanttigravitaatiossa, saattaa edellyttää muutoksia yleiseen suhteellisuusteoriaan. On mahdollista, että kokeita kentällä kvanttipainovoima vaativat niin paljon energiaa, että niiden suorittaminen on mahdotonta. "Mutta kuka tietää", Will sanoo, "ehkä sisään kvanttiuniversumi vaikutus on merkityksetön, mutta haettavissa.

materiaali Stephen Hawkingin ja Leonard Mlodinovin kirjasta "The Shortest History of Time".

Suhteellisuusteoria

Einsteinin peruspostulaatti, jota kutsutaan suhteellisuusperiaatteeksi, sanoo, että kaikkien fysiikan lakien on oltava samat kaikille vapaasti liikkuville havainnoijille heidän nopeudestaan ​​riippumatta. Jos valon nopeus vakio, silloin jokaisen vapaasti liikkuvan tarkkailijan on kiinnitettävä sama arvo riippumatta nopeudesta, jolla hän lähestyy valonlähdettä tai siirtyy pois siitä.

Vaatimus, että kaikki tarkkailijat ovat yhtä mieltä valon nopeudesta, pakottaa muuttamaan aikakäsitystä. Suhteellisuusteorian mukaan junassa ajava ja laiturilla seisova tarkkailija ovat eri mieltä valon kulkemasta matkasta. Koska nopeus on matka jaettuna ajalla, ainoa tapa Jos tarkkailijat ovat yhtä mieltä valon nopeudesta, ovat eri mieltä myös ajasta. Toisin sanoen suhteellisuusteoria lopetti ajatuksen absoluuttisesta ajasta! Kävi ilmi, että jokaisella tarkkailijalla on oltava oma aikamittansa, ja että eri tarkkailijoiden identtiset kellot eivät välttämättä näyttäisi samaa aikaa.

Sanomalla, että avaruudella on kolme ulottuvuutta, tarkoitamme, että pisteen sijainti siinä voidaan välittää kolmella numerolla - koordinaatilla. Jos sisällytämme kuvaukseen ajan, saamme neliulotteisen aika-avaruuden.

Toinen hyvin tunnettu suhteellisuusteorian seuraus on massan ja energian ekvivalenssi, joka ilmaistaan ​​kuuluisalla Einsteinin yhtälöllä E = mc 2 (jossa E on energia, m on kehon massa, c on valon nopeus). Energian ja massan vastaavuudesta johtuen kineettinen energia, joka aineellisella esineellä on liikkeensä vuoksi, lisää sen massaa. Toisin sanoen kohteen ylikellotus on vaikeampaa.

Tämä vaikutus on merkittävä vain kappaleille, jotka liikkuvat lähellä valonnopeutta. Esimerkiksi nopeudella, joka on 10% valon nopeudesta, kehon massa on vain 0,5% suurempi kuin levossa, mutta nopeudella 90% valon nopeudesta massa on jo enemmän kaksi kertaa normaaliin verrattuna. Kun lähestymme valon nopeutta, kehon massa kasvaa yhä nopeammin, joten sen kiihdyttämiseen tarvitaan kaikki. enemmän energiaa. Suhteellisuusteorian mukaan esine ei voi koskaan saavuttaa valonnopeutta, koska in Tämä tapaus sen massa muuttuisi äärettömäksi, ja massan ja energian ekvivalenssin vuoksi tämä vaatisi ääretöntä energiaa. Tästä syystä suhteellisuusteoria tuomitsee ikuisesti minkä tahansa tavallisen kappaleen liikkumaan valonnopeutta pienemmällä nopeudella. Vain valo tai muut aallot, joilla ei ole omaa massaa, voivat liikkua valon nopeudella.

kaareva tila

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria perustuu vallankumoukselliseen olettamukseen, jonka mukaan painovoima ei ole tavallinen voima, vaan seuraus siitä, että aika-avaruus ei ole tasainen, kuten kerran luultiin. Yleisessä suhteellisuusteoriassa aika-avaruus taipuu tai vääntyy siihen sijoitetun massan ja energian vaikutuksesta. Maan kaltaiset kappaleet liikkuvat kaarevilla kiertoradoilla, jotka eivät ole painovoiman vaikutuksen alaisia.

Koska geodeettinen viiva on lyhin linja kahden lentokentän välillä navigaattorit lentävät lentokoneita tällaisia ​​reittejä pitkin. Voit esimerkiksi lentää kompassin avulla 5 966 ​​kilometriä New Yorkista Madridiin melkein suoraan itään maantieteellistä leveyttä pitkin. Mutta vain 5802 kilometriä riittää, jos lennät isossa ympyrässä ensin koilliseen ja sitten vähitellen itään ja edelleen kaakkoon. Näkymä näistä kahdesta reitistä kartalla, missä maanpinta vääristynyt (esitetty tasainen), petollinen. Liikkuu "suoraan" itään pinnalla pisteestä toiseen maapallo, et todellakaan liiku suorassa linjassa tai pikemminkin et lyhimmässä geodeettisessa linjassa.

Jos avaruudessa suoraviivaisesti liikkuvan avaruusaluksen lentorata projisoidaan Maan kaksiulotteiselle pinnalle, se käy ilmi, että se on kaareva.

Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiokenttien tulisi taivuttaa valoa. Esimerkiksi teoria ennustaa, että lähellä aurinkoa valonsäteiden tulisi olla hieman taivutettua sen suuntaan tähden massan vaikutuksesta. Tämä tarkoittaa, että kaukaisen tähden valo, jos se sattuu kulkemaan Auringon läheltä, poikkeaa pienen kulman verran, minkä vuoksi maan päällä oleva tarkkailija näkee tähden ei aivan siellä, missä se todellisuudessa sijaitsee.

Muista, että suhteellisuusteorian peruspostulaatin mukaan kaikki fysikaaliset lait ovat samat kaikille vapaasti liikkuville havainnoijille heidän nopeudestaan ​​riippumatta. Karkeasti ottaen ekvivalenssiperiaate laajentaa tämän säännön koskemaan niitä tarkkailijoita, jotka eivät liiku vapaasti, vaan gravitaatiokentän vaikutuksen alaisena.

Riittävän pienillä avaruuden alueilla on mahdotonta arvioida, oletko levossa gravitaatiokentässä vai liikutko mukana jatkuva kiihtyvyys tyhjässä tilassa.

Kuvittele, että olet hississä keskellä tyhjä tila. Ei ole painovoimaa, ei ylös ja alas. Kellut vapaasti. Sitten hissi alkaa liikkua tasaisella kiihtyvyydellä. Yhtäkkiä tunnet painon. Eli sinua painetaan hissin yhtä seinää vasten, joka nyt nähdään lattiana. Jos otat omenan ja annat sen mennä, se putoaa lattialle. Itse asiassa nyt, kun liikut kiihtyvällä tahdilla, hissin sisällä kaikki tapahtuu täsmälleen samalla tavalla kuin jos hissi ei liikkuisi ollenkaan, vaan lepääsi yhtenäisessä gravitaatiokentässä. Einstein ymmärsi, että aivan kuten junavaunussa ei voi tietää, onko se paikallaan vai liikkuuko se tasaisesti, samoin kun olet hississä, et voi tietää, liikkuuko se tasaisella nopeudella vai onko se tasaisessa vauhdissa. liike, painovoimakenttä. Tämän ymmärryksen tulos oli vastaavuusperiaate.

Ekvivalenssiperiaate ja annettu esimerkki sen ilmentymisestä ovat voimassa vain, jos inertiamassa(sisältyy Newtonin toiseen lakiin, joka määrittää, millainen kiihtyvyys antaa keholle siihen kohdistuvan voiman) ja gravitaatiomassa (sisältyy Newtonin painovoimalakiin, joka määrittää arvon painovoiman vetovoima) ovat olennaisesti samat.

Einsteinin käyttämä inertia- ja gravitaatiomassojen ekvivalenssia ekvivalenssiperiaatteen ja viime kädessä koko yleisen suhteellisuusteorian johtamiseen on historiassa ennennäkemätöntä. ihmisen ajatus esimerkki jatkuvasta ja johdonmukaisesta loogisten johtopäätösten kehittämisestä.

Ajan hidastuminen

Toinen yleisen suhteellisuusteorian ennuste on, että Maan kaltaisten massiivisten kappaleiden ympärillä ajan pitäisi hidastua.

Nyt, kun olemme tutustuneet vastaavuusperiaatteeseen, voimme seurata Einsteinin päättelyn kulkua tekemällä toisen ajatuskokeilu, mikä osoittaa, miksi painovoima vaikuttaa aikaan. Kuvittele raketti lentävän avaruudessa. Mukavuussyistä oletetaan, että sen runko on niin suuri, että kestää kokonaisen sekunnin, ennen kuin valo kulkee sitä pitkin ylhäältä alas. Lopuksi oletetaan, että raketissa on kaksi tarkkailijaa, toinen ylhäällä, lähellä kattoa, toinen lattialla alla, ja molemmat on varustettu samalla kellolla, joka laskee sekunteja.

Oletetaan, että ylempi tarkkailija, odotettuaan kellonsa lähtölaskentaa, lähettää välittömästi valosignaalin alemmalle. Seuraavalla laskulla se lähettää toisen signaalin. Olojemme mukaan kestää yksi sekunti, ennen kuin jokainen signaali saavuttaa alemman havaitsijan. Koska ylempi tarkkailija lähettää kaksi valosignaalia yhden sekunnin välein, myös alempi tarkkailija rekisteröi ne samalla aikavälillä.

Mikä muuttuu, jos tässä kokeessa raketti ei kelluisi vapaasti avaruudessa vaan seisoo maan päällä ja kokee painovoiman toiminnan? Newtonin teorian mukaan painovoima ei vaikuta asioiden tilaan: jos yllä oleva tarkkailija lähettää signaaleja sekunnin välein, niin alla oleva havainnoija vastaanottaa ne samaan aikaan. Mutta vastaavuusperiaate ennustaa tapahtumien erilaista kehitystä. Kumman voimme ymmärtää, jos ekvivalenssiperiaatteen mukaisesti korvaamme painovoiman toiminnan henkisesti jatkuvalla kiihtyvyydellä. Tämä on yksi esimerkki siitä, kuinka Einstein käytti ekvivalenssiperiaatetta luodakseen uuden painovoimateoriansa.

Joten oletetaan, että rakettimme kiihtyy. (Oletetaan, että se kiihtyy hitaasti, jotta sen nopeus ei lähentele valon nopeutta.) Koska raketin runko liikkuu ylöspäin, ensimmäisen signaalin on kuljetettava lyhyempi matka kuin ennen (ennen kiihdytyksen alkamista) ja saapuu alempaan tarkkailijaan ennen kuin annat minulle sekunnin. Jos raketti liikkuisi tasaisella nopeudella, niin toinen signaali saapuisi täsmälleen saman verran aikaisemmin, jolloin kahden signaalin välinen aika pysyisi yhtä sekuntia. Mutta toisen signaalin lähettämishetkellä kiihtyvyyden vuoksi raketti liikkuu nopeammin kuin ensimmäisen lähetyshetkellä, joten toinen signaali kulkee lyhyemmän matkan kuin ensimmäinen ja viettää vielä vähemmän aikaa. Alla oleva tarkkailija tarkkailee kelloaan ja huomaa, että signaalien välinen aika on alle sekunti, ja on eri mieltä yllä olevan tarkkailijan kanssa, joka väittää lähettäneensä signaalit tasan sekuntia myöhemmin.

Kiihtyvän raketin tapauksessa tämän vaikutuksen ei luultavasti pitäisi olla erityisen yllättävää. Loppujen lopuksi me vain selitimme sen! Mutta muista: ekvivalenssiperiaate sanoo, että sama tapahtuu, kun raketti on levossa gravitaatiokentässä. Siksi, vaikka raketti ei kiihdytä, vaan seisoo esimerkiksi laukaisualustalla maan pinnalla, ylemmän tarkkailijan (kellonsa mukaan) sekunnin välein lähettämät signaalit saapuvat alempaan. tarkkailija lyhyemmällä aikavälillä (kellonsa mukaan) . Tämä on todella hämmästyttävää!

Painovoima muuttaa ajan kulumista. Aivan kuten erityinen suhteellisuusteoria kertoo meille sen aika juoksee Eri tavalla toistensa suhteen liikkuville havainnoijille yleinen suhteellisuusteoria julistaa, että ajan kuluminen on erilainen havainnoijille eri gravitaatiokentissä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan alempi havaitsija rekisteröi lyhyemmän aikavälin signaalien välillä, koska aika virtaa hitaammin lähellä maan pintaa, koska painovoima on täällä voimakkaampi. Mitä vahvempi painovoimakenttä on, sitä suurempi tämä vaikutus.

Meidän Biologinen kello myös reagoida ajan kulumisen muutoksiin. Jos toinen kaksosista asuu vuoren huipulla ja toinen meren rannalla, ensimmäinen vanhenee nopeammin kuin toinen. Tässä tapauksessa ikäero on mitätön, mutta se kasvaa merkittävästi heti, kun joku kaksosista lähtee pitkälle matkalle avaruusaluksella, joka kiihtyy lähellä valonnopeutta. Kun vaeltaja palaa, hän on paljon nuorempi kuin hänen veljensä, joka jäi maan päälle. Tämä tapaus tunnetaan kaksoisparadoksina, mutta se on vain paradoksi niille, jotka pitävät kiinni ideasta absoluuttisesta ajasta. Suhteellisuusteoriassa ei ole ainutlaatuista absoluuttista aikaa - jokaisella yksilöllä on oma aikamittansa, joka riippuu siitä, missä hän on ja miten hän liikkuu.

Satelliittien signaaleja vastaanottavien ultratarkkojen navigointijärjestelmien myötä kellotaajuuksien erot eri korkeuksilla ovat muuttuneet käytännön arvoa. Jos laitteisto jättää huomioimatta yleisen suhteellisuusteorian ennusteet, virhe sijainnin määrittämisessä voi nousta useisiin kilometreihin!

Yleisen suhteellisuusteorian tulo muutti tilanteen radikaalisti. Tila ja aika ovat saaneet aseman dynaamisia kokonaisuuksia. Kun kappaleet liikkuvat tai voimat vaikuttavat, ne aiheuttavat tilan ja ajan kaarevuutta, ja aika-avaruuden rakenne puolestaan ​​vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin ja voimien toimintaan. Avaruus ja aika eivät vaikuta vain kaikkeen, mitä universumissa tapahtuu, vaan ne itse ovat riippuvaisia ​​kaikesta.

Kuvittele peloton astronautti, joka jää romahtavan tähden pinnalle tuhoisan romahduksen aikana. Jossain vaiheessa hänen kellossaan, esimerkiksi klo 11.00, tähti kutistuu kriittiseen säteeseen, jonka jälkeen gravitaatiokenttä tulee niin voimakkaaksi, että siitä on mahdotonta paeta. Oletetaan nyt, että astronauttia kehotetaan lähettämään signaali joka sekunti kellollaan avaruusalukselle, joka on kiertoradalla jollain kiinteällä etäisyydellä tähden keskustasta. Se aloittaa signaalien lähettämisen klo 10:59:58, eli kaksi sekuntia ennen klo 11:00. Mitä miehistö rekisteröi avaruusalukseen?

Aiemmin, kun olemme tehneet ajatuskokeen valosignaalien välittämisestä raketin sisällä, olimme vakuuttuneita siitä, että painovoima hidastaa aikaa ja mitä voimakkaampi se on, sitä merkittävämpi vaikutus. Tähtien pinnalla oleva astronautti on voimakkaammassa gravitaatiokentässä kuin hänen kiertoradalla olevat kollegansa, joten yksi sekunti hänen kellossaan kestää kauemmin kuin sekunti laivan kellossa. Kun astronautti liikkuu pinnan kanssa kohti tähden keskustaa, häneen vaikuttava kenttä vahvistuu ja voimistuu, joten välit hänen avaruusaluksella vastaanotettujen signaalien välillä pidentyvät jatkuvasti. Tämä aikalaajennus on hyvin pieni klo 10:59:59 asti, joten astronauteilla kiertoradalla kello 10:59:58 ja 10:59:59 lähetettyjen signaalien välinen aika on vain vähän yli sekunti. Mutta kello 11.00 lähetettyä signaalia ei odoteta laivalla.

Kaikki, mitä tapahtuu tähden pinnalla astronautin kellon mukaan kello 10.59.59 ja 11.00 välisenä aikana, venytetään avaruusaluksen kellon avulla äärettömän pitkäksi ajaksi. Kun lähestymme kello 11.00, aikavälit peräkkäisten harjanteiden saapumisen ja tähden lähettämien valoaaltojen kourujen välillä pidentyvät ja pitenevät; sama tapahtuu astronautin signaalien välisillä aikaväleillä. Koska säteilyn taajuus määräytyy sekunnissa saapuvien harjujen (tai kourujen) lukumäärän mukaan, yhä enemmän matala taajuus tähden säteilyä. Tähden valosta tulee yhä enemmän punoitusta ja haalistumista samaan aikaan. Lopulta tähti himmenee niin paljon, että siitä tulee näkymätön avaruusalusten tarkkailijoille; jäljelle jää vain musta aukko avaruudessa. Kuitenkin tähden painovoiman vaikutus avaruusalus jatkuu, ja se jatkaa kiertokulkuaan.