सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत(जीआर) 1915-1916 में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रकाशित गुरुत्वाकर्षण का एक ज्यामितीय सिद्धांत है। इस सिद्धांत के भीतर, जो है आगामी विकाशसापेक्षता का विशेष सिद्धांत, यह माना जाता है कि गुरुत्वाकर्षण प्रभावअंतरिक्ष-समय में स्थित निकायों और क्षेत्रों के बल परस्पर क्रिया के कारण नहीं होते हैं, बल्कि अंतरिक्ष-समय के विरूपण के कारण होते हैं, जो विशेष रूप से, द्रव्यमान-ऊर्जा की उपस्थिति से जुड़ा होता है। इस प्रकार, सामान्य सापेक्षता में, अन्य मीट्रिक सिद्धांतों की तरह, गुरुत्वाकर्षण एक बल संपर्क नहीं है। अंतरिक्ष में मौजूद पदार्थ के लिए स्पेसटाइम की वक्रता को जोड़ने के लिए आइंस्टीन के समीकरणों का उपयोग करके सामान्य सापेक्षता गुरुत्वाकर्षण के अन्य मीट्रिक सिद्धांतों से भिन्न होती है।

ओटीओ वर्तमान में सबसे सफल है गुरुत्वाकर्षण सिद्धांतटिप्पणियों द्वारा अच्छी तरह से पुष्टि की गई। सामान्य सापेक्षता की पहली सफलता बुध के पेरिहेलियन की विषम पूर्वता की व्याख्या करना था। फिर, 1919 में, आर्थर एडिंगटन ने कुल ग्रहण के दौरान सूर्य के पास प्रकाश के विक्षेपण को देखने की सूचना दी, जिसने सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों की पुष्टि की।

तब से, कई अन्य टिप्पणियों और प्रयोगों ने सिद्धांत की भविष्यवाणियों की एक महत्वपूर्ण संख्या की पुष्टि की है, जिनमें शामिल हैं गुरुत्वाकर्षण मंदीसमय, गुरुत्वाकर्षण रेडशिफ्ट, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में संकेत विलंब और, अब तक केवल अप्रत्यक्ष रूप से, गुरुत्वाकर्षण विकिरण। इसके अलावा, कई टिप्पणियों की व्याख्या सामान्य सापेक्षता सिद्धांत की सबसे रहस्यमय और विदेशी भविष्यवाणियों में से एक की पुष्टि के रूप में की जाती है - ब्लैक होल का अस्तित्व।

सामान्य सापेक्षता की भारी सफलता के बावजूद, वैज्ञानिक समुदाय में यह बेचैनी है कि इसे सामान्य रूप से ब्लैक होल और स्पेस-टाइम विलक्षणताओं पर विचार करते समय अपरिवर्तनीय गणितीय विचलन की उपस्थिति के कारण क्वांटम सिद्धांत की शास्त्रीय सीमा के रूप में सुधार नहीं किया जा सकता है। इस समस्या को हल करने के लिए कई वैकल्पिक सिद्धांत प्रस्तावित किए गए हैं। वर्तमान प्रायोगिक साक्ष्य इंगित करते हैं कि सामान्य सापेक्षता से किसी भी प्रकार का विचलन बहुत छोटा होना चाहिए, यदि वह मौजूद है।

सामान्य सापेक्षता के मूल सिद्धांत

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण की अवधारणा पर आधारित है, जो एक लंबी दूरी का बल है: यह किसी भी दूरी पर तुरंत कार्य करता है। कार्रवाई की यह तात्कालिक प्रकृति आधुनिक भौतिकी के क्षेत्र प्रतिमान के साथ असंगत है, और विशेष रूप से, पॉइन्केयर और लोरेंत्ज़ के काम से प्रेरित आइंस्टीन द्वारा 1905 में बनाए गए सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के साथ। आइंस्टाइन के सिद्धांत में कोई सूचना नहीं फैल सकती तेज गतिनिर्वात में प्रकाश।

गणितीय रूप से, न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण बल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में किसी पिंड की संभावित ऊर्जा से प्राप्त होता है। इस संभावित ऊर्जा के अनुरूप गुरुत्वाकर्षण क्षमता पॉइसन समीकरण का पालन करती है, जो लोरेंत्ज़ परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय नहीं है। अपरिवर्तनीयता का कारण यह है कि सापेक्षता के विशेष सिद्धांत में ऊर्जा एक अदिश राशि नहीं है, बल्कि 4-वेक्टर के समय घटक में जाती है। गुरुत्वाकर्षण का वेक्टर सिद्धांत मैक्सवेल के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सिद्धांत के समान होता है और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की नकारात्मक ऊर्जा की ओर जाता है, जो बातचीत की प्रकृति से जुड़ा होता है: गुरुत्वाकर्षण में आवेश (द्रव्यमान) आकर्षित होते हैं, न कि प्रतिकर्षित, जैसा कि विद्युत चुंबकत्व में होता है। इस प्रकार, न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के मूल सिद्धांत के साथ असंगत है - संदर्भ के किसी भी जड़त्वीय फ्रेम में प्रकृति के नियमों का अपरिवर्तन, और न्यूटन के सिद्धांत का प्रत्यक्ष वेक्टर सामान्यीकरण, जिसे पहली बार 1905 में पोंकारे ने अपने में प्रस्तावित किया था। काम "इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता पर", शारीरिक रूप से असंतोषजनक परिणाम देता है।

आइंस्टीन ने गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की खोज शुरू की जो संदर्भ के किसी भी फ्रेम के संबंध में प्रकृति के नियमों के अपरिवर्तनीय सिद्धांत के अनुकूल होगा। इस खोज का परिणाम गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान की पहचान के सिद्धांत पर आधारित सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत था।

गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान की समानता का सिद्धांत

शास्त्रीय न्यूटनियन यांत्रिकी में, द्रव्यमान की दो अवधारणाएँ हैं: पहला न्यूटन के दूसरे नियम को संदर्भित करता है, और दूसरा नियम के लिए। गुरुत्वाकर्षण. पहला द्रव्यमान - जड़त्वीय (या जड़त्वीय) - शरीर पर कार्य करने वाले गैर-गुरुत्वाकर्षण बल का उसके त्वरण का अनुपात है। दूसरा द्रव्यमान - गुरुत्वाकर्षण (या, जैसा कि इसे कभी-कभी कहा जाता है, भारी) - अन्य निकायों द्वारा शरीर के आकर्षण बल और अपने स्वयं के आकर्षण बल को निर्धारित करता है। सामान्यतया, इन दो द्रव्यमानों को मापा जाता है, जैसा कि विवरण से देखा जा सकता है, विभिन्न प्रयोगों में, इसलिए उन्हें एक दूसरे के समानुपाती होने की आवश्यकता नहीं है। उनकी सख्त आनुपातिकता हमें गैर-गुरुत्वाकर्षण और गुरुत्वाकर्षण दोनों में एकल शरीर द्रव्यमान की बात करने की अनुमति देती है। इकाइयों के उपयुक्त चयन से इन द्रव्यमानों को एक दूसरे के बराबर बनाया जा सकता है। इस सिद्धांत को स्वयं आइजैक न्यूटन ने आगे रखा था, और द्रव्यमान की समानता को उनके द्वारा प्रयोगात्मक रूप से 10?3 की सापेक्ष सटीकता के साथ सत्यापित किया गया था। 19वीं शताब्दी के अंत में, ईओटवोस ने अधिक सूक्ष्म प्रयोग किए, जिससे सिद्धांत के सत्यापन की सटीकता 10?9 हो गई। 20वीं शताब्दी के दौरान, प्रायोगिक तकनीकों ने 10x12-10x13 (ब्रागिंस्की, डिके, आदि) की सापेक्ष सटीकता के साथ जनता की समानता की पुष्टि करना संभव बना दिया। कभी-कभी गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान की समानता के सिद्धांत को तुल्यता का कमजोर सिद्धांत कहा जाता है। अल्बर्ट आइंस्टीन ने इसे सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के आधार पर रखा।

भूगणितीय रेखाओं के साथ गति का सिद्धांत

यदि गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान जड़त्वीय द्रव्यमान के बराबर है, तो शरीर के त्वरण के लिए अभिव्यक्ति में, जो केवल प्रभावित होता है गुरुत्वाकर्षण बल, दोनों द्रव्यमान कम हो जाते हैं। इसलिए, शरीर का त्वरण, और फलस्वरूप, इसका प्रक्षेपवक्र द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है और आंतरिक ढांचातन। यदि अंतरिक्ष में एक ही बिंदु पर सभी निकायों को समान त्वरण प्राप्त होता है, तो यह त्वरण पिंडों के गुणों से नहीं, बल्कि इस बिंदु पर अंतरिक्ष के गुणों से जुड़ा हो सकता है।

इस प्रकार, पिंडों के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क के विवरण को अंतरिक्ष-समय के विवरण में कम किया जा सकता है जिसमें पिंड चलते हैं। यह मान लेना स्वाभाविक है, जैसा कि आइंस्टीन ने किया था, कि पिंड जड़त्व से चलते हैं, अर्थात, अपने स्वयं के संदर्भ फ्रेम में उनका त्वरण शून्य है। तब पिंडों के प्रक्षेप पथ भूगणितीय रेखाएँ होंगी, जिसका सिद्धांत गणितज्ञों द्वारा 19वीं शताब्दी में विकसित किया गया था।

दो घटनाओं के बीच की दूरी के एक एनालॉग को स्पेस-टाइम में निर्दिष्ट करके जियोडेसिक लाइनों को स्वयं पाया जा सकता है, जिसे पारंपरिक रूप से एक अंतराल या एक विश्व फ़ंक्शन कहा जाता है। त्रि-आयामी अंतरिक्ष और एक-आयामी समय में अंतराल (दूसरे शब्दों में, चार-आयामी अंतरिक्ष-समय में) मीट्रिक टेंसर के 10 स्वतंत्र घटकों द्वारा दिया जाता है। ये 10 संख्याएँ अंतरिक्ष मीट्रिक बनाती हैं। यह अलग-अलग दिशाओं में अंतरिक्ष-समय के दो असीम रूप से करीबी बिंदुओं के बीच "दूरी" को परिभाषित करता है। भौतिक पिंडों की विश्व रेखाओं के अनुरूप जियोडेसिक रेखाएँ जिनकी गति प्रकाश की गति से कम होती है, वे सबसे बड़े उचित समय की रेखाएँ बन जाती हैं, अर्थात, इस प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करते हुए एक घड़ी द्वारा मापा गया समय एक पिंड से कठोरता से जुड़ा होता है। आधुनिक प्रयोगगुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान की समानता के समान सटीकता के साथ भूगणितीय रेखाओं के साथ पिंडों की गति की पुष्टि करें।

अंतरिक्ष-समय की वक्रता

यदि दो पिंडों को एक दूसरे के समानांतर दो निकट बिंदुओं से प्रक्षेपित किया जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में वे धीरे-धीरे या तो एक दूसरे के पास पहुंचेंगे या दूर चले जाएंगे। इस प्रभाव को भूगणितीय रेखाओं का विचलन कहा जाता है। एक समान प्रभाव सीधे देखा जा सकता है यदि दो गेंदों को एक दूसरे के समानांतर एक रबर झिल्ली पर लॉन्च किया जाता है, जिस पर केंद्र में एक विशाल वस्तु रखी जाती है। गेंदें तितर-बितर हो जाएंगी: जो झिल्ली के माध्यम से धकेलने वाली वस्तु के करीब थी, वह अधिक दूर की गेंद की तुलना में केंद्र की ओर अधिक मजबूती से चलेगी। यह विसंगति (विचलन) झिल्ली की वक्रता के कारण होती है। इसी तरह, अंतरिक्ष-समय में, भू-भौतिकी का विचलन (पिंडों के प्रक्षेपवक्र का विचलन) इसकी वक्रता से जुड़ा होता है। स्पेस-टाइम की वक्रता विशिष्ट रूप से इसके मीट्रिक - मीट्रिक टेंसर द्वारा निर्धारित की जाती है। सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत और गुरुत्वाकर्षण के वैकल्पिक सिद्धांतों के बीच का अंतर ज्यादातर मामलों में सटीक रूप से पदार्थ (निकायों और गैर-गुरुत्वाकर्षण प्रकृति के क्षेत्र जो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाते हैं) और अंतरिक्ष-समय के मीट्रिक गुणों के बीच संबंध के तरीके से निर्धारित होता है। .

स्पेस-टाइम जीआर और मजबूत तुल्यता सिद्धांत

यह अक्सर गलत माना जाता है कि सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का आधार गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय क्षेत्रों की तुल्यता का सिद्धांत है, जिसे निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है:
अपेक्षाकृत छोटा स्थानीय भौतिक प्रणाली, एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में स्थित है, एक त्वरित (जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम के सापेक्ष) संदर्भ फ्रेम में स्थित एक ही प्रणाली से व्यवहार में अप्रभेद्य है, विशेष सापेक्षता के फ्लैट स्पेस-टाइम में डूबा हुआ है।

कभी-कभी एक ही सिद्धांत को "विशेष सापेक्षता की स्थानीय वैधता" या "मजबूत तुल्यता सिद्धांत" कहा जाता है।

ऐतिहासिक रूप से, इस सिद्धांत ने वास्तव में सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के विकास में एक बड़ी भूमिका निभाई और आइंस्टीन द्वारा इसके विकास में उपयोग किया गया था। हालांकि, सिद्धांत के सबसे अंतिम रूप में, यह वास्तव में निहित नहीं है, क्योंकि अंतरिक्ष-समय दोनों में त्वरित और मूल प्रणालीसापेक्षता के विशेष सिद्धांत में संदर्भ घुमावदार नहीं है - सपाट, और सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में यह किसी भी पिंड द्वारा घुमावदार है और यह इसकी वक्रता है जो पिंडों के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण का कारण बनती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के स्पेस-टाइम और सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के स्पेस-टाइम के बीच मुख्य अंतर इसकी वक्रता है, जो एक टेंसर मात्रा - वक्रता टेंसर द्वारा व्यक्त किया जाता है। विशेष सापेक्षता के स्पेस-टाइम में, यह टेंसर समान रूप से शून्य के बराबर होता है और स्पेस-टाइम फ्लैट होता है।

इस कारण से, "सामान्य सापेक्षता" नाम पूरी तरह से सही नहीं है। यह सिद्धांत वर्तमान में भौतिकविदों द्वारा विचार किए जा रहे गुरुत्वाकर्षण के कई सिद्धांतों में से एक है, जबकि विशेष सिद्धांतसापेक्षता (अधिक सटीक रूप से, स्पेस-टाइम मेट्रिकिटी का इसका सिद्धांत) आम तौर पर स्वीकार किया जाता है वैज्ञानिक समुदायऔर है नींव का पत्थरआधुनिक भौतिकी का आधार। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सामान्य सापेक्षता को छोड़कर गुरुत्वाकर्षण के अन्य विकसित सिद्धांतों में से कोई भी समय और प्रयोग की परीक्षा में खड़ा नहीं हुआ है।

सामान्य सापेक्षता के मुख्य परिणाम

पत्राचार सिद्धांत के अनुसार, कमजोर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में, सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियां न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम को छोटे सुधारों के साथ लागू करने के परिणामों के साथ मेल खाती हैं जो क्षेत्र की ताकत बढ़ने के साथ बढ़ती हैं।

सामान्य सापेक्षता के पहले अनुमानित और सत्यापित प्रयोगात्मक परिणाम तीन शास्त्रीय प्रभाव थे, जो उनके पहले सत्यापन के कालानुक्रमिक क्रम में नीचे सूचीबद्ध हैं:
1. न्यूटनियन यांत्रिकी की भविष्यवाणियों की तुलना में बुध की कक्षा के उपरी भाग का अतिरिक्त विस्थापन।
2. सूर्य के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में प्रकाश पुंज का विचलन।
3. गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में गुरुत्वाकर्षण रेडशिफ्ट, या समय फैलाव।

कई अन्य प्रभाव हैं जिन्हें प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया जा सकता है। उनमें से, हम सूर्य और बृहस्पति के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के विचलन और देरी (शापिरो प्रभाव) का उल्लेख कर सकते हैं, लेंस-थिरिंग प्रभाव (घूर्णन पिंड के पास एक जाइरोस्कोप की पूर्वता), काले रंग के अस्तित्व के लिए ज्योतिषीय साक्ष्य छिद्र, गुरुत्वीय तरंगों के उत्सर्जन के प्रमाण क्लोज सिस्टमदोहरे तारे और ब्रह्मांड का विस्तार।

अब तक, सामान्य सापेक्षता का खंडन करने वाले विश्वसनीय प्रायोगिक साक्ष्य नहीं मिले हैं। सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित प्रभावों के मापा मूल्यों का विचलन 0.1% (उपरोक्त तीन शास्त्रीय घटनाओं के लिए) से अधिक नहीं है। इसके बावजूद कई कारणगुरुत्वाकर्षण के कम से कम 30 वैकल्पिक सिद्धांत सिद्धांतकारों द्वारा विकसित किए गए हैं, और उनमें से कुछ सिद्धांत में शामिल मापदंडों के संबंधित मूल्यों के लिए सामान्य सापेक्षता के करीब मनमाने ढंग से परिणाम प्राप्त करना संभव बनाते हैं।

SRT, TOE - इन संक्षिप्त रूपों के तहत "सापेक्षता का सिद्धांत" शब्द निहित है, जो लगभग सभी से परिचित है। हर चीज को सरल शब्दों में समझाया जा सकता है, यहां तक ​​कि एक जीनियस का बयान भी, इसलिए अगर आपको याद नहीं है तो निराश न हों स्कूल पाठ्यक्रमभौतिकी, क्योंकि वास्तव में सब कुछ जितना लगता है उससे कहीं अधिक सरल है।

सिद्धांत की उत्पत्ति

तो, आइए पाठ्यक्रम "द थ्योरी ऑफ़ रिलेटिविटी फॉर डमीज़" शुरू करें। अल्बर्ट आइंस्टीन ने 1905 में अपना काम प्रकाशित किया और इससे वैज्ञानिकों में हलचल मच गई। इस सिद्धांत ने पिछली शताब्दी के भौतिकी में कई अंतराल और विसंगतियों को लगभग पूरी तरह से कवर किया, लेकिन इसके अलावा, इसने अंतरिक्ष और समय के विचार को उल्टा कर दिया। समकालीनों के लिए आइंस्टीन के कई कथनों पर विश्वास करना कठिन था, लेकिन प्रयोगों और अध्ययनों ने केवल महान वैज्ञानिक के शब्दों की पुष्टि की।

आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत ने सरल शब्दों में समझाया कि लोग सदियों से किस चीज से जूझ रहे थे। इसे सभी आधुनिक भौतिकी का आधार कहा जा सकता है। हालांकि, सापेक्षता के सिद्धांत के बारे में बातचीत जारी रखने से पहले, शर्तों के प्रश्न को स्पष्ट किया जाना चाहिए। निश्चित रूप से कई, लोकप्रिय विज्ञान लेख पढ़ रहे हैं, दो संक्षिप्त रूपों में आए हैं: एसआरटी और जीआरटी। वास्तव में, उनका मतलब कुछ अलग अवधारणाओं से है। पहला सापेक्षता का विशेष सिद्धांत है, और दूसरा "सामान्य सापेक्षता" के लिए खड़ा है।

कॉम्प्लेक्स के बारे में

एसआरटी एक पुराना सिद्धांत है जो बाद में जीआर का हिस्सा बन गया। यह केवल साथ चलने वाली वस्तुओं के लिए भौतिक प्रक्रियाओं पर विचार कर सकता है एकसमान गति. दूसरी ओर, एक सामान्य सिद्धांत यह वर्णन कर सकता है कि त्वरित वस्तुओं का क्या होता है, और यह भी समझा सकता है कि गुरुत्वाकर्षण कण और गुरुत्वाकर्षण क्यों मौजूद हैं।

यदि आपको प्रकाश की गति के करीब आने पर गति और साथ ही अंतरिक्ष और समय के संबंध का वर्णन करने की आवश्यकता है - यह सापेक्षता के विशेष सिद्धांत द्वारा किया जा सकता है। सरल शब्दों में, इसे इस प्रकार समझाया जा सकता है: उदाहरण के लिए, भविष्य के दोस्तों ने आपको एक अंतरिक्ष यान दिया जो तेज गति से उड़ सकता है। अंतरिक्ष यान की नाक पर एक तोप होती है जो सामने आने वाली हर चीज पर फोटान दागने में सक्षम होती है।

जब जहाज के सापेक्ष एक गोली चलाई जाती है, तो ये कण प्रकाश की गति से उड़ते हैं, लेकिन, तार्किक रूप से, एक स्थिर पर्यवेक्षक को दो गति (फोटॉन स्वयं और जहाज) का योग देखना चाहिए। लेकिन ऐसा कुछ नहीं है। पर्यवेक्षक फोटॉन को 300,000 मीटर/सेकेंड की गति से चलते हुए देखेंगे, जैसे कि जहाज की गति शून्य थी।

बात यह है कि कोई वस्तु कितनी भी तेज गति से चलती है, उसके लिए प्रकाश की गति एक स्थिर मान होती है।

यह कथन वस्तु के द्रव्यमान और गति के आधार पर धीमा और समय विरूपण जैसे आश्चर्यजनक तार्किक निष्कर्षों का आधार है। कई साइंस फिक्शन फिल्मों और सीरीज के प्लॉट इसी पर आधारित हैं।

सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत

एक अधिक विशाल सामान्य सापेक्षता को भी सरल शब्दों में समझाया जा सकता है। आरंभ करने के लिए, हमें इस तथ्य को ध्यान में रखना चाहिए कि हमारा स्थान चार-आयामी है। समय और स्थान इस तरह के "विषय" में "अंतरिक्ष-समय सातत्य" के रूप में एकजुट होते हैं। हमारे अंतरिक्ष में चार समन्वय अक्ष हैं: x, y, z, और t।

लेकिन लोग एक कल्पित की तरह सीधे चार आयामों को नहीं देख सकते हैं फ्लैट आदमीद्वि-आयामी दुनिया में रहना, ऊपर देखने में असमर्थ। वास्तव में, हमारी दुनिया केवल त्रि-आयामी अंतरिक्ष का त्रि-आयामी प्रक्षेपण है।

एक दिलचस्प तथ्य यह है कि, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, जब वे चलते हैं तो शरीर नहीं बदलते हैं। चार-आयामी दुनिया की वस्तुएं वास्तव में हमेशा अपरिवर्तित रहती हैं, और चलते समय, केवल उनके अनुमान बदल जाते हैं, जिसे हम समय की विकृति, आकार में कमी या वृद्धि आदि के रूप में देखते हैं।

लिफ्ट प्रयोग

एक छोटे से विचार प्रयोग की सहायता से सापेक्षता के सिद्धांत को सरल शब्दों में समझाया जा सकता है। कल्पना कीजिए कि आप लिफ्ट में हैं। केबिन हिलने लगा, और आप भारहीनता की स्थिति में थे। क्या हुआ? इसके दो कारण हो सकते हैं: या तो लिफ्ट अंतरिक्ष में है, या यह ग्रह के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में मुक्त रूप से गिर रहा है। सबसे दिलचस्प बात यह है कि अगर लिफ्ट केबिन से बाहर देखने का कोई रास्ता नहीं है, तो भारहीनता के कारण का पता लगाना असंभव है, यानी दोनों प्रक्रियाएं समान दिखती हैं।

शायद इसी तरह खर्च करके सोचा प्रयोगअल्बर्ट आइंस्टीन इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यदि ये दोनों स्थितियां एक-दूसरे से अप्रभेद्य हैं, तो वास्तव में गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में शरीर गति नहीं करता है, यह एक समान गति है जो एक विशाल शरीर के प्रभाव में घुमावदार है ( में इस मामले मेंग्रह)। इस प्रकार, त्वरित गति केवल त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एकसमान गति का प्रक्षेपण है।

निदर्शी उदाहरण

एक और अच्छा उदाहरण"द थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी फॉर डमीज" विषय पर। यह पूरी तरह से सही नहीं है, लेकिन यह बहुत ही सरल और स्पष्ट है। यदि किसी वस्तु को एक फैले हुए कपड़े पर रखा जाता है, तो वह उसके नीचे एक "विक्षेपण", एक "कीप" बनाती है। अंतरिक्ष की नई वक्रता के अनुसार सभी छोटे पिंडों को अपने प्रक्षेपवक्र को विकृत करने के लिए मजबूर किया जाएगा, और यदि शरीर में थोड़ी ऊर्जा है, तो यह इस फ़नल को बिल्कुल भी पार नहीं कर सकता है। हालांकि गतिमान वस्तु की दृष्टि से स्वयं प्रक्षेप पथ सीधा रहता है, वे अंतरिक्ष की वक्रता को महसूस नहीं करेंगे।

गुरुत्वाकर्षण "डाउनग्रेड"

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के आगमन के साथ, गुरुत्वाकर्षण बल नहीं रह गया है और अब समय और स्थान की वक्रता के एक साधारण परिणाम की स्थिति से संतुष्ट है। सामान्य सापेक्षता शानदार लग सकती है, लेकिन यह एक कार्यशील संस्करण है और प्रयोगों द्वारा इसकी पुष्टि की जाती है।

सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा हमारी दुनिया में बहुत सी प्रतीत होने वाली अविश्वसनीय चीजों को समझाया जा सकता है। सरल शब्दों में ऐसी चीजों को सामान्य सापेक्षता के परिणाम कहा जाता है। उदाहरण के लिए, विशाल पिंडों से निकट दूरी पर उड़ने वाली प्रकाश की किरणें मुड़ी हुई होती हैं। इसके अलावा, दूर के अंतरिक्ष से कई वस्तुएं एक-दूसरे के पीछे छिपी हुई हैं, लेकिन इस तथ्य के कारण कि प्रकाश की किरणें अन्य निकायों के चारों ओर जाती हैं, प्रतीत होता है कि अदृश्य वस्तुएं हमारे टकटकी के लिए उपलब्ध हैं (अधिक सटीक रूप से, दूरबीन की टकटकी के लिए)। यह दीवारों के माध्यम से देखने जैसा है।

गुरुत्वाकर्षण जितना अधिक होता है, किसी वस्तु की सतह पर उतना ही धीमा समय बहता है। यह न केवल न्यूट्रॉन सितारों या ब्लैक होल जैसे विशाल पिंडों पर लागू होता है। समय के फैलाव का प्रभाव पृथ्वी पर भी देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, उपग्रह नेविगेशन उपकरण सबसे सटीक परमाणु घड़ियों से लैस हैं। वे हमारे ग्रह की कक्षा में हैं, और वहां समय थोड़ा तेज चल रहा है। एक दिन में सैकंड का सैकड़ा एक ऐसा आंकड़ा जोड़ देगा जो पृथ्वी पर मार्ग की गणना में 10 किमी तक की त्रुटि देगा। यह सापेक्षता का सिद्धांत है जो हमें इस त्रुटि की गणना करने की अनुमति देता है।

सरल शब्दों में, हम इसे इस तरह से रख सकते हैं: सामान्य सापेक्षता कई आधुनिक तकनीकों का आधार है, और आइंस्टीन के लिए धन्यवाद, हम एक अपरिचित क्षेत्र में एक पिज़्ज़ेरिया और एक पुस्तकालय आसानी से पा सकते हैं।

सापेक्षता का सिद्धांत अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में पेश किया गया था। इसका सार क्या है? आइए मुख्य बिंदुओं पर विचार करें और समझने योग्य भाषा में टीओई की विशेषता बताएं।

सापेक्षता के सिद्धांत ने व्यावहारिक रूप से 20 वीं शताब्दी की भौतिकी की विसंगतियों और विरोधाभासों को समाप्त कर दिया, अंतरिक्ष-समय की संरचना के विचार को मौलिक रूप से बदलने के लिए मजबूर किया और कई प्रयोगों और अध्ययनों में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई।

इस प्रकार, TOE ने सभी आधुनिक मौलिक भौतिक सिद्धांतों का आधार बनाया। वास्तव में, यह आधुनिक भौतिकी की जननी है!

आरंभ करने के लिए, यह ध्यान देने योग्य है कि सापेक्षता के 2 सिद्धांत हैं:

• विशेष सापेक्षता (SRT) - समान रूप से गतिमान वस्तुओं में भौतिक प्रक्रियाओं पर विचार करता है।
• सामान्य सापेक्षता (जीआर) - त्वरित वस्तुओं का वर्णन करता है और गुरुत्वाकर्षण और अस्तित्व जैसी घटनाओं की उत्पत्ति की व्याख्या करता है।

यह स्पष्ट है कि एसआरटी पहले दिखाई दिया और वास्तव में, जीटीआर का एक हिस्सा है। आइए पहले उसके बारे में बात करते हैं।

सरल शब्दों में एसटीओ

यह सिद्धांत सापेक्षता के सिद्धांत पर आधारित है, जिसके अनुसार स्थिर और स्थिर गति से गतिमान पिंडों के संबंध में प्रकृति के सभी नियम समान हैं। और इस तरह के एक साधारण विचार से यह निष्कर्ष निकलता है कि प्रकाश की गति (निर्वात में 300,000 मीटर/सेकेंड) सभी निकायों के लिए समान होती है।

उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि आपको दूर के भविष्य से एक अंतरिक्ष यान दिया गया है जो महान गति से उड़ सकता है। जहाज के धनुष पर एक लेज़र तोप लगाई जाती है, जो आगे फोटॉन को फायर करने में सक्षम है।

जहाज के सापेक्ष, ऐसे कण प्रकाश की गति से उड़ते हैं, लेकिन एक स्थिर पर्यवेक्षक के सापेक्ष, ऐसा लगता है कि उन्हें तेजी से उड़ना चाहिए, क्योंकि दोनों गति का योग है।

हालाँकि, वास्तव में ऐसा नहीं होता है! एक बाहरी पर्यवेक्षक फोटॉन को 300,000 मीटर/सेकेंड पर उड़ते हुए देखता है, जैसे कि अंतरिक्ष यान की गति को उनमें जोड़ा नहीं गया था।

यह याद रखना चाहिए: किसी भी शरीर के सापेक्ष, प्रकाश की गति एक स्थिर मूल्य होगी, चाहे वह कितनी भी तेज गति से चले।

इससे आश्चर्यजनक निष्कर्ष निकलते हैं, जैसे समय का फैलाव, अनुदैर्ध्य संकुचन और गति पर शरीर के वजन की निर्भरता। नीचे दिए गए लिंक पर लेख में सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के सबसे दिलचस्प परिणामों के बारे में और पढ़ें।

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीआर) का सार

इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, हमें दो तथ्यों को फिर से जोड़ना होगा:

• हम 4D स्पेस में रहते हैं

अंतरिक्ष और समय एक ही इकाई की अभिव्यक्तियाँ हैं जिन्हें "अंतरिक्ष-समय सातत्य" कहा जाता है। यह एक्स, वाई, जेड और टी समन्वय अक्षों के साथ 4-आयामी अंतरिक्ष-समय है।

हम मनुष्य एक ही तरह से 4 आयामों को नहीं समझ पाते हैं। वास्तव में, हम अंतरिक्ष और समय पर वास्तविक चार-आयामी वस्तु के केवल अनुमान देखते हैं।

दिलचस्प बात यह है कि सापेक्षता का सिद्धांत यह नहीं बताता है कि शरीर चलते-फिरते बदलते हैं। 4-आयामी वस्तुएं हमेशा अपरिवर्तित रहती हैं, लेकिन सापेक्ष गति के साथ, उनके अनुमान बदल सकते हैं। और हम इसे समय में मंदी, आकार में कमी आदि के रूप में देखते हैं।

• सभी पिंड गति करने के बजाय स्थिर गति से गिरते हैं

आइए एक डरावना विचार प्रयोग करें। कल्पना कीजिए कि आप एक बंद लिफ्ट केबिन में सवारी कर रहे हैं और भारहीनता की स्थिति में हैं।

ऐसी स्थिति केवल दो कारणों से उत्पन्न हो सकती है: या तो आप अंतरिक्ष में हैं, या आप पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में केबिन के साथ स्वतंत्र रूप से गिर रहे हैं।

बूथ से बाहर देखे बिना, इन दो मामलों के बीच अंतर करना बिल्कुल असंभव है। यह सिर्फ इतना है कि एक मामले में आप समान रूप से उड़ते हैं, और दूसरे में त्वरण के साथ। आपको अनुमान लगाना होगा!

शायद अल्बर्ट आइंस्टीन खुद एक काल्पनिक लिफ्ट के बारे में सोच रहे थे, और उनके पास एक अद्भुत विचार था: यदि इन दोनों मामलों में अंतर नहीं किया जा सकता है, तो गुरुत्वाकर्षण के कारण गिरना भी एकसमान गति है। यह सिर्फ इतना है कि गति चार-आयामी अंतरिक्ष-समय में एक समान है, लेकिन बड़े निकायों (उदाहरण के लिए,) की उपस्थिति में यह मुड़ी हुई है और एक समान गति त्वरित गति के रूप में हमारे सामान्य त्रि-आयामी अंतरिक्ष में प्रक्षेपित होती है।

आइए एक और सरल देखें, हालांकि पूरी तरह से सही नहीं है, द्वि-आयामी अंतरिक्ष वक्रता का उदाहरण।

यह कल्पना की जा सकती है कि कोई भी विशाल पिंड अपने आप में एक प्रकार की आलंकारिक फ़नल बनाता है। तब अन्य पिंड उड़ते हुए एक सीधी रेखा में अपनी गति जारी नहीं रख पाएंगे और घुमावदार स्थान के वक्रों के अनुसार अपने प्रक्षेपवक्र को बदल देंगे।

वैसे, अगर शरीर में इतनी ऊर्जा नहीं है, तो इसकी गति सामान्य रूप से बंद हो सकती है।

यह ध्यान देने योग्य है कि गतिमान पिंडों की दृष्टि से, वे एक सीधी रेखा में चलते रहते हैं, क्योंकि उन्हें ऐसा कुछ भी महसूस नहीं होता है जो उन्हें घुमाए। वे बस एक घुमावदार जगह में आ गए और इसे महसूस किए बिना एक गैर-रेक्टिलिनियर प्रक्षेपवक्र है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि समय सहित 4 आयाम मुड़े हुए हैं, इसलिए इस सादृश्य को सावधानी के साथ व्यवहार किया जाना चाहिए।

इस प्रकार, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण बल बिल्कुल नहीं है, बल्कि केवल अंतरिक्ष-समय की वक्रता का परिणाम है। फिलहाल, यह सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण की उत्पत्ति का एक कार्यशील संस्करण है और प्रयोगों के साथ उत्कृष्ट समझौता है।

सामान्य सापेक्षता के आश्चर्यजनक परिणाम

बड़े पिंडों के पास उड़ते समय प्रकाश की किरणें झुक सकती हैं। दरअसल, अंतरिक्ष में दूर की वस्तुएं मिली हैं जो दूसरों के पीछे "छिप" जाती हैं, लेकिन प्रकाश किरणें उनके चारों ओर जाती हैं, जिसकी बदौलत प्रकाश हम तक पहुंचता है।

सामान्य सापेक्षता के अनुसार, गुरुत्वाकर्षण जितना मजबूत होता है, उतना ही धीमा समय बीतता है। जीपीएस और ग्लोनास के संचालन में इस तथ्य को आवश्यक रूप से ध्यान में रखा जाता है, क्योंकि उनके उपग्रहों में सबसे सटीक परमाणु घड़ियां होती हैं जो पृथ्वी की तुलना में थोड़ी तेज टिकती हैं। यदि इस तथ्य को ध्यान में नहीं रखा जाता है, तो एक दिन में निर्देशांक की त्रुटि 10 किमी होगी।

यह अल्बर्ट आइंस्टीन के लिए धन्यवाद है कि आप समझ सकते हैं कि पास में एक पुस्तकालय या एक स्टोर कहाँ स्थित है।

और, अंत में, जीआर ब्लैक होल के अस्तित्व की भविष्यवाणी करता है, जिसके चारों ओर गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत होता है कि समय बस पास ही रुक जाता है। इसलिए, ब्लैक होल में प्रवेश करने वाला प्रकाश इसे छोड़ नहीं सकता (प्रतिबिंबित हो सकता है)।

एक ब्लैक होल के केंद्र में, विशाल गुरुत्वाकर्षण संकुचन के कारण, एक वस्तु जिसका अनंत है उच्च घनत्व, और ऐसा, ऐसा लगता है, नहीं हो सकता।

इस प्रकार, जीआर इसके विपरीत बहुत विरोधाभासी निष्कर्ष निकाल सकता है, इसलिए अधिकांश भौतिकविदों ने इसे पूरी तरह से स्वीकार नहीं किया और एक विकल्प की तलाश जारी रखी।

लेकिन वह बहुत सफलतापूर्वक भविष्यवाणी करने का प्रबंधन करती है, उदाहरण के लिए, हाल ही में सनसनीखेज खोजसापेक्षता के सिद्धांत की पुष्टि की और मुझे उस महान वैज्ञानिक की याद दिला दी, जिसकी जीभ फिर से लटकी हुई थी। विज्ञान से प्रेम करो, विकीसाइंस पढ़ो।

इस सिद्धांत के बारे में कहा गया था कि दुनिया में केवल तीन लोग इसे समझते हैं, और जब गणितज्ञों ने संख्याओं में व्यक्त करने की कोशिश की, तो लेखक खुद - अल्बर्ट आइंस्टीन - ने मजाक में कहा कि अब वह इसे समझना बंद कर दिया है।

विशेष और सामान्य सापेक्षता सिद्धांत के अविभाज्य अंग हैं जिन पर दुनिया की संरचना पर आधुनिक वैज्ञानिक विचार निर्मित होते हैं।

"चमत्कारों का वर्ष"

1905 में, एक प्रमुख जर्मन वैज्ञानिक प्रकाशन, एनालेन डेर फिजिक (भौतिकी के इतिहास) ने 26 वर्षीय अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा एक के बाद एक चार लेख प्रकाशित किए, जिन्होंने संघीय कार्यालय के तीसरे वर्ग के परीक्षक - एक छोटे क्लर्क के रूप में काम किया। बर्न में पेटेंट आविष्कार। उन्होंने पहले पत्रिका के साथ सहयोग किया था, लेकिन एक वर्ष में इतने सारे पत्रों का प्रकाशन एक असाधारण घटना थी। यह तब और भी उत्कृष्ट हो गया जब उनमें से प्रत्येक में निहित विचारों का मूल्य स्पष्ट हो गया।

पहले लेखों में, प्रकाश की क्वांटम प्रकृति के बारे में विचार व्यक्त किए गए थे, और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण और रिलीज की प्रक्रियाओं पर विचार किया गया था। इस आधार पर, पहले फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या की गई थी - पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन, प्रकाश के फोटोन द्वारा खटखटाया गया, इस मामले में जारी ऊर्जा की मात्रा की गणना के लिए सूत्र प्रस्तावित किए गए थे। यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सैद्धांतिक विकास के लिए है, जो क्वांटम यांत्रिकी की शुरुआत बन गया, न कि सापेक्षता के सिद्धांत के अभिधारणाओं के लिए, आइंस्टीन को 1922 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया जाएगा।

एक अन्य लेख में, तरल में निलंबित सबसे छोटे कणों की ब्राउनियन गति के अध्ययन के आधार पर भौतिक सांख्यिकी के अनुप्रयुक्त क्षेत्रों के लिए नींव रखी गई थी। आइंस्टीन ने उतार-चढ़ाव के पैटर्न की खोज के लिए प्रस्तावित तरीके - यादृच्छिक और यादृच्छिक विचलन भौतिक मात्राउनके सबसे संभावित मूल्यों से।

और अंत में, लेखों में "चलती निकायों के इलेक्ट्रोडायनामिक्स पर" और "क्या शरीर की जड़ता उसमें ऊर्जा सामग्री पर निर्भर करती है?" भौतिकी के इतिहास में अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के रूप में नामित किया जाएगा, या इसके पहले भाग - एसआरटी - सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के रोगाणु शामिल थे।

स्रोत और पूर्ववर्ती

19वीं शताब्दी के अंत में, कई भौतिकविदों को ऐसा लगा कि ब्रह्मांड की अधिकांश वैश्विक समस्याओं का समाधान हो गया है, मुख्य खोजें की गई हैं, और मानवता को केवल शक्तिशाली त्वरण के लिए संचित ज्ञान का उपयोग करना होगा तकनीकी प्रगति. केवल कुछ सैद्धांतिक विसंगतियों ने ईथर से भरे और अपरिवर्तनीय न्यूटनियन कानूनों के अनुसार रहने वाले ब्रह्मांड की हार्मोनिक तस्वीर को खराब कर दिया।

मैक्सवेल के सैद्धांतिक शोध से सद्भाव खराब हो गया था। उनके समीकरण, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों की बातचीत का वर्णन करते हैं, शास्त्रीय यांत्रिकी के आम तौर पर स्वीकृत कानूनों का खंडन करते हैं। इसका संबंध प्रकाश की गति के मापन से है गतिशील प्रणालीसंदर्भ, जब गैलीलियो के सापेक्षता के सिद्धांत ने काम करना बंद कर दिया - प्रकाश की गति से चलते समय ऐसी प्रणालियों की परस्पर क्रिया का गणितीय मॉडल विद्युत चुम्बकीय तरंगों के गायब होने का कारण बना।

इसके अलावा, ईथर, जो कणों और तरंगों, स्थूल और सूक्ष्म जगत के एक साथ अस्तित्व को समेटने वाला था, पता लगाने के लिए उपज नहीं था। प्रयोग, जो 1887 में अल्बर्ट माइकलसन और एडवर्ड मॉर्ले द्वारा किया गया था, का उद्देश्य "ईथर की हवा" का पता लगाना था, जिसे अनिवार्य रूप से एक अद्वितीय उपकरण - एक इंटरफेरोमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया जाना था। प्रयोग पूरे एक साल तक चला - सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की पूर्ण क्रांति का समय। ग्रह को आधे साल के लिए ईथर के प्रवाह के खिलाफ जाना पड़ा, ईथर को आधे साल के लिए पृथ्वी के "पाल में उड़ना" पड़ा, लेकिन परिणाम शून्य था: ईथर के प्रभाव में प्रकाश तरंगों का कोई विस्थापन नहीं था पाया, जिसने ईथर के अस्तित्व पर संदेह किया।

लोरेंत्ज़ और पोंकारे

भौतिकविदों ने ईथर का पता लगाने के लिए प्रयोगों के परिणामों के लिए एक स्पष्टीकरण खोजने की कोशिश की है। हेंड्रिक लोरेंत्ज़ (1853-1928) ने अपने गणितीय मॉडल का प्रस्ताव रखा। इसने अंतरिक्ष के ईथर भरने को वापस जीवन में लाया, लेकिन केवल एक बहुत ही सशर्त और कृत्रिम धारणा के तहत कि ईथर के माध्यम से चलते समय, वस्तुएं गति की दिशा में अनुबंध कर सकती हैं। इस मॉडल को महान हेनरी पोंकारे (1854-1912) द्वारा अंतिम रूप दिया गया था।

इन दो वैज्ञानिकों के कार्यों में, पहली बार ऐसी अवधारणाएँ सामने आईं, जो सापेक्षता के सिद्धांत के मुख्य सिद्धांतों का गठन करती हैं, और यह आइंस्टीन के साहित्यिक चोरी के आरोपों को कम नहीं होने देती है। इनमें समकालिकता की अवधारणा की सशर्तता, प्रकाश की गति की स्थिरता की परिकल्पना शामिल है। पोंकारे ने स्वीकार किया कि उच्च गतिन्यूटन के यांत्रिकी के नियमों को संशोधित करने की आवश्यकता है, उन्होंने गति की सापेक्षता के बारे में एक निष्कर्ष निकाला, लेकिन ईथर सिद्धांत के लिए आवेदन में।

विशेष सापेक्षता - SRT

सही विवरण की समस्या विद्युतचुंबकीय प्रक्रियाएंसैद्धांतिक विकास के लिए एक विषय चुनने के लिए प्रेरणा बन गई, और 1905 में प्रकाशित आइंस्टीन के लेखों में एक विशेष मामले की व्याख्या शामिल थी - एकसमान और सीधा गति। 1915 तक, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का गठन किया गया था, जिसने अंतःक्रियाओं और गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं की व्याख्या की, लेकिन पहला सिद्धांत था, जिसे विशेष कहा जाता था।

आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत को दो बुनियादी अभिधारणाओं में संक्षेपित किया जा सकता है। पहला गैलीलियो के सापेक्षता के सिद्धांत के प्रभाव को हर चीज तक फैलाता है भौतिक घटनाएंऔर न केवल यांत्रिक प्रक्रियाएं। अधिक में सामान्य फ़ॉर्मयह कहता है: All भौतिक नियमसभी जड़त्वीय (समान रूप से सीधा या आराम से चल रहे) संदर्भ के फ्रेम के लिए समान हैं।

दूसरा कथन, जिसमें सापेक्षता का विशेष सिद्धांत शामिल है: संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम के लिए निर्वात में प्रकाश के प्रसार की गति समान है। इसके अलावा, एक और वैश्विक निष्कर्ष निकाला गया है: प्रकाश की गति प्रकृति में बातचीत की संचरण दर का अधिकतम मूल्य है।

SRT की गणितीय गणनाओं में, E=mc² का सूत्र दिया गया है, जो पहले भौतिक प्रकाशनों में प्रकट हुआ है, लेकिन यह आइंस्टीन के लिए धन्यवाद था कि यह विज्ञान के इतिहास में सबसे प्रसिद्ध और लोकप्रिय बन गया। द्रव्यमान और ऊर्जा की तुल्यता के बारे में निष्कर्ष सापेक्षता के सिद्धांत का सबसे क्रांतिकारी सूत्र है। यह अवधारणा कि द्रव्यमान वाली किसी भी वस्तु में भारी मात्रा में ऊर्जा होती है, परमाणु ऊर्जा के उपयोग में विकास का आधार बन गई और सबसे बढ़कर, परमाणु बम की उपस्थिति का कारण बनी।

विशेष सापेक्षता के प्रभाव

SRT से कई परिणाम सामने आते हैं, जिन्हें आपेक्षिक (सापेक्षता अंग्रेजी - सापेक्षता) प्रभाव कहा जाता है। समय का फैलाव सबसे हड़ताली में से एक है। इसका सार यह है कि संदर्भ के एक गतिशील फ्रेम में समय चलता हैऔर धीमा। गणना से पता चलता है कि एक अंतरिक्ष यान पर जिसने स्टार सिस्टम अल्फा सेंटॉरी के लिए एक काल्पनिक उड़ान भरी और 0.95 c (c प्रकाश की गति है) की गति से वापस आया, 7.3 वर्ष बीत जाएंगे, और पृथ्वी पर - 12 वर्ष। डमी के लिए सापेक्षता के सिद्धांत के साथ-साथ संबंधित जुड़वां विरोधाभास की व्याख्या करते समय ऐसे उदाहरण अक्सर दिए जाते हैं।

एक अन्य प्रभाव रैखिक आयामों में कमी है, अर्थात्, पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, सी के करीब गति से उसके सापेक्ष गतिमान वस्तुओं की गति की दिशा में उनकी अपनी लंबाई की तुलना में छोटे रैखिक आयाम होंगे। सापेक्षतावादी भौतिकी द्वारा अनुमानित इस प्रभाव को लोरेंत्ज़ संकुचन कहा जाता है।

आपेक्षिक गतिकी के नियमों के अनुसार गतिमान वस्तु का द्रव्यमान अधिक द्रव्यमानआराम। प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए उपकरणों के विकास में यह प्रभाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है - इसे ध्यान में रखे बिना एलएचसी (लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर) के काम की कल्पना करना मुश्किल है।

अंतरिक्ष समय

में से एक महत्वपूर्ण घटकएसआरटी सापेक्षतावादी किनेमेटिक्स का एक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है, जो एक अंतरिक्ष-समय की एक विशेष अवधारणा है, जिसे जर्मन गणितज्ञ हरमन मिंकोव्स्की द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जो एक समय में अल्बर्ट आइंस्टीन के छात्र के गणित के शिक्षक थे।

मिंकोव्स्की मॉडल का सार परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं की स्थिति का निर्धारण करने के लिए एक पूरी तरह से नए दृष्टिकोण में निहित है। समय की सापेक्षता का विशेष सिद्धांत विशेष ध्यान देता है। समय शास्त्रीय त्रि-आयामी समन्वय प्रणाली का न केवल चौथा समन्वय बन जाता है, समय एक निरपेक्ष मूल्य नहीं है, बल्कि अंतरिक्ष की एक अविभाज्य विशेषता है, जो एक अंतरिक्ष-समय सातत्य का रूप लेता है, ग्राफिक रूप से एक शंकु के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिसमें सभी परस्पर क्रिया होती है।

सापेक्षता के सिद्धांत में इस तरह की जगह, एक अधिक सामान्य चरित्र के विकास के साथ, बाद में और वक्रता के अधीन थी, जिसने इस तरह के मॉडल को गुरुत्वाकर्षण बातचीत का वर्णन करने के लिए भी उपयुक्त बनाया।

सिद्धांत का आगे विकास

एसआरटी को भौतिकविदों के बीच तुरंत समझ नहीं मिली, लेकिन धीरे-धीरे यह दुनिया का वर्णन करने का मुख्य उपकरण बन गया, विशेष रूप से प्राथमिक कणों की दुनिया, जो भौतिक विज्ञान के अध्ययन का मुख्य विषय बन गया। लेकिन गुरुत्वाकर्षण बलों की व्याख्या के साथ एसआरटी को पूरक करने का कार्य बहुत प्रासंगिक था, और आइंस्टीन ने सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत - जीआर के सिद्धांतों का सम्मान करते हुए काम करना बंद नहीं किया। इन सिद्धांतों के गणितीय प्रसंस्करण में काफी लंबा समय लगा - लगभग 11 साल, और भौतिकी से सटे सटीक विज्ञान के विशेषज्ञों ने इसमें भाग लिया।

इस प्रकार, उस समय के प्रमुख गणितज्ञ डेविड हिल्बर्ट (1862-1943), जो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के समीकरणों के सह-लेखकों में से एक बने, ने बहुत बड़ा योगदान दिया। वे एक सुंदर इमारत के निर्माण में अंतिम पत्थर थे, जिसे नाम मिला - सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत, या जीआर।

सामान्य सापेक्षता - GR

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का आधुनिक सिद्धांत, "अंतरिक्ष-समय" संरचना का सिद्धांत, "अंतरिक्ष-समय" की ज्यामिति, संदर्भ के गैर-जड़त्वीय फ्रेम में भौतिक अंतःक्रियाओं का नियम - ये सभी अल्बर्ट आइंस्टीन के विभिन्न नाम हैं। सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत से संपन्न है।

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत, जिसने लंबे समय तक विभिन्न आकारों की वस्तुओं और क्षेत्रों की बातचीत पर गुरुत्वाकर्षण पर भौतिक विज्ञान के विचारों को निर्धारित किया। विरोधाभासी रूप से, लेकिन इसका मुख्य दोष इसके सार की अमूर्तता, भ्रामक, गणितीय प्रकृति थी। तारों और ग्रहों के बीच एक खालीपन था, बीच में एक आकर्षण खगोलीय पिंडकुछ बलों की लंबी दूरी की कार्रवाई और तात्कालिक द्वारा समझाया गया। अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत ने गुरुत्वाकर्षण को भौतिक सामग्री से भर दिया, इसे विभिन्न भौतिक वस्तुओं के सीधे संपर्क के रूप में प्रस्तुत किया।

गुरुत्वाकर्षण की ज्यामिति

आइंस्टीन ने जिस मुख्य विचार के साथ गुरुत्वाकर्षण बातचीत को समझाया वह बहुत सरल है। वह गुरुत्वाकर्षण की ताकतों की भौतिक अभिव्यक्ति को अंतरिक्ष-समय घोषित करता है, जो काफी मूर्त विशेषताओं से संपन्न होता है - मेट्रिक्स और विकृति, जो उस वस्तु के द्रव्यमान से प्रभावित होती हैं जिसके चारों ओर ऐसी वक्रताएँ बनती हैं। एक समय में, आइंस्टीन को ब्रह्मांड के सिद्धांत पर वापस जाने के लिए कॉल का श्रेय दिया गया था, ईथर की अवधारणा, एक लोचदार सामग्री माध्यम के रूप में जो अंतरिक्ष को भरता है। उन्होंने यह भी समझाया कि उनके लिए ऐसे पदार्थ को कॉल करना मुश्किल था जिसमें कई गुण हों जिन्हें निर्वात के रूप में वर्णित किया जा सकता है।

तो गुरुत्वाकर्षण एक अभिव्यक्ति है ज्यामितीय गुणचार-आयामी अंतरिक्ष-समय, जिसे एसआरटी में अनकर्व्ड के रूप में नामित किया गया था, लेकिन अधिक में सामान्य मामलेयह एक वक्रता से संपन्न है जो भौतिक वस्तुओं की गति को निर्धारित करता है, जिन्हें आइंस्टीन द्वारा घोषित तुल्यता के सिद्धांत के अनुसार समान त्वरण दिया जाता है।

सापेक्षता के सिद्धांत का यह मूल सिद्धांत सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के न्यूटनियन सिद्धांत के कई "अड़चनों" की व्याख्या करता है: प्रकाश की वक्रता तब देखी जाती है जब यह कुछ खगोलीय घटनाओं के दौरान बड़े पैमाने पर अंतरिक्ष वस्तुओं के पास से गुजरती है और पिंडों के गिरने के समान त्वरण द्वारा नोट किया जाता है पूर्वजों, उनके द्रव्यमान की परवाह किए बिना।

अंतरिक्ष की वक्रता मॉडलिंग

डमी के लिए सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत की व्याख्या करने वाला एक सामान्य उदाहरण एक ट्रैम्पोलिन के रूप में अंतरिक्ष-समय का प्रतिनिधित्व है - एक लोचदार पतली झिल्ली जिस पर वस्तुओं (अक्सर गेंदें) रखी जाती हैं, जो परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं की नकल करती हैं। भारी गेंदें झिल्ली को मोड़ती हैं, जिससे उनके चारों ओर एक फ़नल बन जाता है। सतह पर लॉन्च की गई एक छोटी गेंद गुरुत्वाकर्षण के नियमों के अनुसार पूरी तरह से चलती है, धीरे-धीरे अधिक विशाल वस्तुओं द्वारा बनाए गए गड्ढों में लुढ़कती है।

लेकिन यह उदाहरण बल्कि मनमाना है। वास्तविक अंतरिक्ष-समय बहुआयामी है, इसकी वक्रता भी इतनी प्राथमिक नहीं लगती है, लेकिन गुरुत्वाकर्षण संपर्क के गठन का सिद्धांत और सापेक्षता के सिद्धांत का सार स्पष्ट हो जाता है। किसी भी मामले में, एक परिकल्पना जो अधिक तार्किक और सुसंगत रूप से गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत की व्याख्या करेगी, अभी तक मौजूद नहीं है।

सत्य के प्रमाण

जीआर जल्दी से एक शक्तिशाली नींव के रूप में देखा जाने लगा जिस पर निर्माण करना था आधुनिक भौतिकी. सापेक्षता का सिद्धांत शुरू से ही अपने सामंजस्य और सामंजस्य के साथ प्रभावित हुआ, और न केवल विशेषज्ञ, और इसके प्रकट होने के तुरंत बाद टिप्पणियों द्वारा पुष्टि की जाने लगी।

सूर्य के निकटतम बिंदु - बुध की कक्षा का पेरिहेलियन - सौर मंडल के अन्य ग्रहों की कक्षाओं के सापेक्ष धीरे-धीरे स्थानांतरित हो रहा है, जिसे 19 वीं शताब्दी के मध्य में वापस खोजा गया था। इस तरह के एक आंदोलन - पूर्वसर्ग - को न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत के ढांचे के भीतर एक उचित स्पष्टीकरण नहीं मिला, लेकिन सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के आधार पर सटीकता के साथ गणना की गई थी।

1919 में हुए सूर्य ग्रहण ने सामान्य सापेक्षता के एक और प्रमाण का अवसर प्रदान किया। आर्थर एडिंगटन, जिन्होंने मजाक में खुद को तीन में से दूसरा व्यक्ति कहा, जो सापेक्षता के सिद्धांत की मूल बातें समझते हैं, ने आइंस्टीन द्वारा तारे के पास प्रकाश के फोटॉनों के पारित होने के दौरान भविष्यवाणी की गई विचलन की पुष्टि की: ग्रहण के समय, में एक बदलाव कुछ सितारों की स्पष्ट स्थिति ध्यान देने योग्य हो गई।

सामान्य सापेक्षता के अन्य प्रमाणों के बीच, स्वयं आइंस्टीन द्वारा घड़ी की मंदी या गुरुत्वाकर्षण रेडशिफ्ट का पता लगाने का प्रयोग प्रस्तावित किया गया था। सिर्फ बाद में लंबे सालआवश्यक प्रायोगिक उपकरण तैयार करने और इस प्रयोग को करने में कामयाब रहे। उत्सर्जक और रिसीवर से विकिरण की गुरुत्वाकर्षण आवृत्ति बदलाव, ऊंचाई में अलग-अलग, सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित सीमा के भीतर निकला, और हार्वर्ड भौतिकविदों रॉबर्ट पाउंड और ग्लेन रेबका, जिन्होंने इस प्रयोग को आयोजित किया, ने केवल माप की सटीकता में वृद्धि की , और सापेक्षता के सिद्धांत का सूत्र फिर से सही निकला।

सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान परियोजनाओं की पुष्टि में वाह़य ​​अंतरिक्षआइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत जरूरी है। संक्षेप में, हम कह सकते हैं कि यह विशेषज्ञों के लिए एक इंजीनियरिंग उपकरण बन गया है, विशेष रूप से उपग्रह नेविगेशन सिस्टम - जीपीएस, ग्लोनास, आदि में शामिल लोगों के लिए। सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित संकेतों की मंदी को ध्यान में रखे बिना, अपेक्षाकृत छोटी जगह में भी, आवश्यक सटीकता के साथ किसी वस्तु के निर्देशांक की गणना करना असंभव है। खासकर जब यह अलग-अलग दूरी वाली वस्तुओं की बात आती है अंतरिक्ष दूरीजहां नेविगेशन में त्रुटि बहुत बड़ी हो सकती है।

सापेक्षता के सिद्धांत के निर्माता

अल्बर्ट आइंस्टीन अभी भी एक युवा व्यक्ति थे जब उन्होंने सापेक्षता के सिद्धांत की नींव प्रकाशित की। इसके बाद, इसकी कमियां और विसंगतियां उनके लिए स्पष्ट हो गईं। विशेष रूप से, मुख्य समस्यासामान्य सापेक्षता क्वांटम यांत्रिकी में इसके बढ़ने की असंभवता बन गई, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं का वर्णन उन सिद्धांतों का उपयोग करता है जो एक दूसरे से मौलिक रूप से भिन्न हैं। क्वांटम यांत्रिकी में, एक ही अंतरिक्ष-समय में वस्तुओं की परस्पर क्रिया को माना जाता है, और आइंस्टीन के अनुसार, यह स्थान स्वयं गुरुत्वाकर्षण बनाता है।

"सब बातों का सूत्र" लिखना - एकीकृत सिद्धांतक्षेत्र, जो सामान्य सापेक्षता और क्वांटम भौतिकी के बीच के अंतर्विरोधों को समाप्त कर देगा, आइंस्टीन का लक्ष्य कई वर्षों तक था, उन्होंने अंतिम घंटे तक इस सिद्धांत पर काम किया, लेकिन सफलता हासिल नहीं की। सामान्य सापेक्षता की समस्याएं दुनिया के अधिक आदर्श मॉडल की तलाश में कई सिद्धांतकारों के लिए एक उत्तेजना बन गई हैं। इस तरह से स्ट्रिंग थ्योरी, लूप क्वांटम ग्रेविटी और कई अन्य प्रकट हुए।

सामान्य सापेक्षता के लेखक के व्यक्तित्व ने इतिहास में एक ऐसी छाप छोड़ी, जिसकी तुलना स्वयं सापेक्षता के सिद्धांत के विज्ञान के लिए की जा सकती है। वह अब तक उदासीन नहीं छोड़ती है। आइंस्टीन ने खुद सोचा था कि उन लोगों और उनके काम पर इतना ध्यान क्यों दिया गया, जिनका भौतिकी से कोई लेना-देना नहीं था। अपने व्यक्तिगत गुणों, प्रसिद्ध बुद्धि, सक्रिय राजनीतिक स्थिति और यहां तक ​​​​कि अभिव्यंजक उपस्थिति के लिए धन्यवाद, आइंस्टीन पृथ्वी पर सबसे प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी, कई पुस्तकों, फिल्मों और कंप्यूटर गेम के नायक बन गए।

उनके जीवन का अंत नाटकीय रूप से कई लोगों द्वारा वर्णित किया गया है: वह अकेला था, खुद को सबसे भयानक हथियार की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार माना जो ग्रह पर सभी जीवन के लिए खतरा बन गया, उसका सिद्धांत एकीकृत क्षेत्रएक अवास्तविक सपना बना रहा, लेकिन सबसे अच्छा परिणाम आइंस्टीन के शब्दों को माना जा सकता है, जो उनकी मृत्यु से कुछ समय पहले बोले गए थे, कि उन्होंने पृथ्वी पर अपना कार्य पूरा किया। इसके साथ बहस करना मुश्किल है।