Relativitas Khusus (SRT) atau teori pribadi relativitas adalah teori Albert Einstein, diterbitkan pada tahun 1905 dalam karya "Pada elektrodinamika benda bergerak" (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).

Ini menjelaskan pergerakan antara kerangka acuan inersia yang berbeda atau pergerakan benda yang bergerak relatif satu sama lain dengan kecepatan konstan. Dalam hal ini, tidak ada objek yang harus diambil sebagai kerangka acuan, tetapi mereka harus dianggap relatif satu sama lain. SRT hanya menyediakan 1 kasus ketika 2 benda tidak mengubah arah gerak dan bergerak secara seragam.

Hukum relativitas khusus berhenti bekerja ketika salah satu benda mengubah lintasan gerakan atau meningkatkan kecepatan. Di sini teori relativitas umum (GR) terjadi, memberikan interpretasi umum pergerakan benda.

Dua postulat yang mendasari teori relativitas adalah:

1. Prinsip relativitas- Menurut dia, secara keseluruhan sistem yang ada referensi yang bergerak relatif satu sama lain dengan kecepatan konstan dan tidak berubah arah, hukum yang sama berlaku.
2. Prinsip kecepatan cahaya- Kecepatan cahaya adalah sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada kecepatan gerakan mereka. Ini adalah kecepatan tertinggi, dan tidak ada di alam yang memiliki kecepatan lebih tinggi. Kecepatan cahaya 3*10^8 m/s.

Albert Einstein mengambil data eksperimental daripada data teoritis sebagai dasar. Ini adalah salah satu komponen kesuksesannya. Data eksperimental baru berfungsi sebagai dasar untuk membuat teori baru.

Fisikawan dengan pertengahan kesembilan belas berabad-abad telah mencari media misterius baru yang disebut eter. Diasumsikan bahwa eter dapat melewati semua benda, tetapi tidak berpartisipasi dalam gerakannya. Menurut kepercayaan tentang eter, dengan mengubah kecepatan pemirsa dalam kaitannya dengan eter, kecepatan cahaya juga berubah.

Einstein, mempercayai eksperimen, menolak gagasan itu lingkungan baru eter dan diasumsikan bahwa kecepatan cahaya selalu konstan dan tidak bergantung pada keadaan apapun, seperti kecepatan orang itu sendiri.

Rentang waktu, jarak, dan keseragamannya

Teori relativitas khusus menghubungkan ruang dan waktu. Di Alam Semesta Material, ada 3 yang dikenal di luar angkasa: kanan dan kiri, maju dan mundur, atas dan bawah. Jika kita menambahkannya ke dimensi lain, yang disebut waktu, maka ini akan membentuk dasar kontinum ruang-waktu.

Jika Anda bergerak dengan kecepatan lambat, pengamatan Anda tidak akan bertemu dengan orang yang bergerak lebih cepat.

Eksperimen selanjutnya menegaskan bahwa ruang, sama seperti waktu, tidak dapat dirasakan dengan cara yang sama: persepsi kita bergantung pada kecepatan pergerakan objek.

Hubungan energi dengan massa

Einstein datang dengan formula yang menggabungkan energi dengan massa. Rumus ini telah tersebar luas dalam fisika, dan akrab bagi setiap siswa: E=m*s², di mana E-energi; m- massa tubuh, c-kecepatan penyebaran cahaya.

Massa tubuh meningkat sebanding dengan peningkatan kecepatan cahaya. Jika kecepatan cahaya tercapai, massa dan energi tubuh menjadi tak berdimensi.

Dengan meningkatkan massa suatu benda, menjadi lebih sulit untuk mencapai peningkatan kecepatannya, yaitu, untuk benda dengan massa material yang sangat besar, diperlukan energi yang tidak terbatas. Namun pada kenyataannya hal tersebut tidak mungkin tercapai.

Teori Einstein menggabungkan dua posisi terpisah: posisi massa dan posisi energi menjadi satu hukum umum. Ini memungkinkan untuk mengubah energi menjadi massa material dan sebaliknya.

Juga di terlambat XIX abad, sebagian besar ilmuwan cenderung pada sudut pandang bahwa gambaran fisik dunia pada dasarnya dibangun dan akan tetap tak tergoyahkan di masa depan - hanya detailnya yang harus diklarifikasi. Namun dalam dekade pertama abad kedua puluh, pandangan fisik berubah secara radikal. Itu adalah konsekuensi dari "kaskade" penemuan ilmiah dibuat dalam waktu yang sangat singkat periode sejarah penutup tahun-tahun terakhir Abad XIX dan dekade pertama XX, banyak yang tidak sesuai dengan gagasan biasa pengalaman manusia. Sebuah contoh utama dapat dijadikan sebagai teori relativitas yang diciptakan oleh Albert Einstein (1879-1955).

Teori relativitas- teori fisik ruang-waktu, yaitu teori yang menjelaskan sifat-sifat ruang-waktu universal proses fisik. Istilah ini diperkenalkan pada tahun 1906 oleh Max Planck untuk menekankan peran prinsip relativitas.
dalam relativitas khusus (dan, kemudian, relativitas umum).

PADA pengertian sempit Teori relativitas meliputi relativitas khusus dan umum. Teori relativitas khusus(selanjutnya disebut sebagai SRT) mengacu pada proses dalam studi yang medan gravitasinya dapat diabaikan; teori relativitas umum(selanjutnya disebut GR) adalah teori gravitasi yang menggeneralisasikan Newton.

Spesial, atau teori relativitas privat adalah teori struktur ruang-waktu. Ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1905 oleh Albert Einstein dalam karyanya "On the Electrodynamics of Moving Bodies". Teori ini menjelaskan gerakan, hukum mekanika, serta hubungan ruang-waktu yang menentukannya, pada kecepatan gerakan apa pun,
termasuk yang mendekati kecepatan cahaya. Mekanika Newton klasik
dalam SRT adalah perkiraan untuk kecepatan rendah.

Salah satu alasan keberhasilan Albert Einstein adalah karena ia menempatkan data eksperimen di atas data teoretis. Ketika sejumlah percobaan menunjukkan hasil yang bertentangan dengan teori yang diterima secara umum, banyak fisikawan memutuskan bahwa percobaan ini salah.

Albert Einstein adalah salah satu orang pertama yang memutuskan untuk membangun teori baru berdasarkan data eksperimen baru.

Pada akhir abad ke-19, fisikawan sedang mencari eter misterius - media di mana, menurut asumsi yang diterima secara umum, gelombang cahaya, seperti akustik, untuk propagasi yang membutuhkan udara, atau media lain - padat, cair atau gas. Keyakinan akan keberadaan eter menyebabkan keyakinan bahwa kecepatan cahaya harus berubah dengan kecepatan pengamat terhadap eter. Albert Einstein meninggalkan konsep eter dan menyarankan bahwa segalanya hukum fisika, termasuk kecepatan cahaya, tetap tidak berubah terlepas dari kecepatan pengamat - seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen.

SRT menjelaskan bagaimana menafsirkan gerakan antara kerangka acuan inersia yang berbeda - sederhananya, objek yang bergerak dengan kecepatan tetap dalam hubungannya satu sama lain. Einstein menjelaskan bahwa ketika dua benda bergerak dengan kecepatan konstan, seseorang harus mempertimbangkan gerakan mereka relatif satu sama lain, alih-alih mengambil salah satu dari mereka sebagai kerangka acuan absolut. Jadi, jika dua astronot terbang dengan dua pesawat ruang angkasa dan ingin membandingkan pengamatan mereka, satu-satunya hal yang perlu mereka ketahui adalah kecepatan relatif satu sama lain.

Relativitas khusus hanya mempertimbangkan satu kasus khusus (karena itu namanya), ketika gerakannya lurus dan seragam.

Berdasarkan ketidakmungkinan mendeteksi gerakan absolut, Albert Einstein menyimpulkan bahwa semua sistem inersia referensi. Dia merumuskan dua postulat penting yang membentuk dasar teori baru ruang dan waktu, yang disebut Teori Relativitas Khusus (SRT):

1. prinsip relativitas Einstein - prinsip ini adalah generalisasi dari prinsip relativitas Galileo (menyatakan hal yang sama, tetapi tidak untuk semua hukum alam, tetapi hanya untuk hukum mekanika klasik, meninggalkan pertanyaan terbuka tentang penerapan prinsip relativitas optik dan elektrodinamika) untuk fisik apa pun. Ia mengatakan: semua proses fisik di bawah kondisi yang sama dalam sistem referensi inersia (ISF) berjalan dengan cara yang sama. Ini berarti tidak eksperimen fisik digambar di dalam ISO tertutup, tidak mungkin untuk menentukan apakah itu diam atau bergerak secara seragam dan dalam garis lurus. Dengan demikian, semua ISO sepenuhnya sama, dan hukum fisika tidak berubah sehubungan dengan pilihan ISO (yaitu, persamaan yang menyatakan hukum ini memiliki bentuk yang sama dalam semua kerangka acuan inersia).

2. Prinsip keteguhan kecepatan cahaya- kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan dan tidak bergantung pada pergerakan sumber dan penerima cahaya. Itu sama di semua arah dan di semua kerangka acuan inersia. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa - kecepatan yang membatasi di alam - ini adalah salah satu konstanta fisik yang paling penting, yang disebut konstanta dunia.

Konsekuensi paling penting dari SRT adalah yang terkenal rumus Einstein tentang hubungan antara massa dan energi E \u003d mc 2 (di mana C adalah kecepatan cahaya), yang menunjukkan kesatuan ruang dan waktu, dinyatakan dalam perubahan bersama dalam karakteristiknya tergantung pada konsentrasi massa dan pergerakannya dan dikonfirmasi oleh data fisika modern. Waktu dan ruang tidak lagi dianggap independen satu sama lain, dan gagasan tentang kontinum empat dimensi ruang-waktu muncul.

Menurut teori fisikawan besar, ketika kecepatan benda material meningkat, mendekati kecepatan cahaya, massanya juga meningkat. Itu. semakin cepat suatu benda bergerak, semakin berat benda tersebut. Dalam hal mencapai kecepatan cahaya, massa tubuh, serta energinya, menjadi tak terbatas. Semakin berat tubuh, semakin sulit untuk meningkatkan kecepatannya; jumlah energi yang tak terbatas diperlukan untuk mempercepat benda dengan massa tak terbatas, sehingga tidak mungkin benda material mencapai kecepatan cahaya.

Dalam teori relativitas, "dua hukum - hukum kekekalan massa dan kekekalan energi - telah hilang teman mandiri keadilan satu sama lain dan ternyata menyatu menjadi satu hukum tunggal, yang bisa disebut hukum kekekalan energi atau massa. Terimakasih untuk koneksi mendasar antara dua konsep ini, materi dapat diubah menjadi energi, dan sebaliknya - energi menjadi materi.

Teori umum relativitas- Teori gravitasi diterbitkan oleh Einstein pada tahun 1916, yang ia kerjakan selama 10 tahun. Adalah pengembangan lebih lanjut teori relativitas khusus. Jika badan material dipercepat atau berbelok ke samping, hukum SRT tidak berlaku lagi. Kemudian GR mulai berlaku, yang menjelaskan gerakan benda material dalam kasus umum.

Teori relativitas umum mendalilkan bahwa efek gravitasi disebabkan bukan oleh interaksi gaya benda dan medan, tetapi oleh deformasi ruang-waktu di mana mereka berada. Deformasi ini dikaitkan, khususnya, dengan adanya energi massa.

Relativitas Umum saat ini merupakan teori gravitasi yang paling sukses, didukung dengan baik oleh pengamatan. Relativitas umum telah menggeneralisasi SRT menjadi yang dipercepat, mis. sistem non-inersia. Prinsip dasar relativitas umum adalah sebagai berikut:

- membatasi penerapan prinsip keteguhan kecepatan cahaya ke area di mana gaya gravitasi bisa diabaikan(di mana gravitasi kuat, kecepatan cahaya melambat);

- perluasan prinsip relativitas ke semua sistem yang bergerak(dan bukan hanya yang inersia).

Dalam relativitas umum, atau teori gravitasi, ia juga berangkat dari fakta eksperimental kesetaraan massa inersia dan gravitasi, atau kesetaraan medan inersia dan gravitasi.

Prinsip kesetaraan memainkan peran penting dalam sains. Kita selalu dapat menghitung secara langsung aksi gaya kelembaman pada sistem fisik apa pun, dan ini memberi kita kesempatan untuk mengetahui aksi medan gravitasi, mengabstraksi dari ketidakhomogenannya, yang seringkali sangat tidak signifikan.

Dari GR, diperoleh seri temuan penting:

1. Sifat-sifat ruang-waktu bergantung pada materi yang bergerak.

2. Seberkas cahaya, yang memiliki inert, dan, akibatnya, massa gravitasi, harus ditekuk dalam medan gravitasi.

3. Frekuensi cahaya di bawah pengaruh medan gravitasi harus bergeser ke arah nilai yang lebih rendah.

Lama bukti eksperimental PL tidak cukup. Kesepakatan antara teori dan eksperimen cukup baik, tetapi kemurnian eksperimen dilanggar oleh berbagai efek samping yang kompleks. Namun, efek kelengkungan ruang-waktu dapat dideteksi bahkan di medan gravitasi sedang. Jam yang sangat sensitif, misalnya, dapat mendeteksi pelebaran waktu di permukaan bumi. Untuk memperluas basis eksperimen relativitas umum, pada paruh kedua abad ke-20, eksperimen baru dilakukan: kesetaraan massa inersia dan gravitasi diuji (termasuk dengan jangkauan laser Bulan);
dengan bantuan radar, pergerakan perihelion Merkurius diklarifikasi; diukur defleksi gravitasi gelombang radio oleh Matahari, radar planet dilakukan tata surya; pengaruh medan gravitasi Matahari pada komunikasi radio dengan pesawat ruang angkasa yang dikirim ke planet-planet jauh tata surya dievaluasi, dll. Semuanya, dengan satu atau lain cara, mengkonfirmasi prediksi yang diperoleh berdasarkan relativitas umum.

Jadi, teori khusus relativitas didasarkan pada postulat keteguhan kecepatan cahaya dan kesamaan hukum alam di semua sistem fisik, dan hasil utama yang diperoleh adalah sebagai berikut: relativitas sifat-sifat ruang-waktu; relativitas massa dan energi; kesetaraan massa berat dan inersia.

Hasil paling signifikan dari teori relativitas umum dari sudut pandang filosofis adalah pembentukan ketergantungan sifat-sifat ruang-waktu dunia sekitarnya pada lokasi dan pergerakan massa gravitasi. Itu karena pengaruh tubuh
dengan dalam jumlah besar jalur cahaya dibengkokkan. Akibatnya, medan gravitasi yang diciptakan oleh benda-benda tersebut pada akhirnya menentukan sifat ruang-waktu dunia.

Teori relativitas khusus abstrak dari aksi medan gravitasi dan oleh karena itu kesimpulannya hanya berlaku untuk area ruang-waktu yang kecil. Perbedaan utama antara teori relativitas umum dan teori fundamental yang mendahuluinya teori fisika dalam penolakan sejumlah konsep lama dan perumusan yang baru. Patut dikatakan bahwa teori relativitas umum telah membuat revolusi nyata dalam kosmologi. Berdasarkan itu, ada berbagai model Semesta.

Tentang ajaran Albert Einstein, yang bersaksi tentang relativitas segala sesuatu yang terjadi di sini dunia fana, tidak tahu kecuali malas. Selama hampir seratus tahun, perselisihan telah terjadi tidak hanya di dunia sains, tetapi juga di dunia praktik fisikawan. Teori relativitas Einstein, dijelaskan dengan kata-kata sederhana cukup mudah diakses, dan bukan rahasia bagi yang belum tahu.

dalam kontak dengan

Beberapa pertanyaan umum

Dengan mempertimbangkan kekhasan ajaran teoretis Albert yang agung, postulatnya dapat dianggap secara ambigu oleh berbagai aliran fisikawan teoretis, cukup tinggi sekolah ilmiah, serta penganut aliran irasional sekolah fisika dan matematika.

Kembali pada awal abad terakhir, ketika ada gelombang pemikiran ilmiah dan dengan latar belakang perubahan sosial tren ilmiah tertentu mulai muncul, teori relativitas segala sesuatu di mana seseorang hidup muncul. Tidak peduli bagaimana orang sezaman kita mengevaluasi situasi ini, semua masuk dunia nyata benar-benar tidak statis teori relativitas khusus Einstein:

• Waktu berubah, pandangan dan opini mental masyarakat tentang masalah-masalah tertentu dalam rencana sosial berubah;
• Landasan sosial dan pandangan dunia mengenai doktrin probabilitas dalam berbagai sistem pemerintahan dan di kondisi khusus perkembangan masyarakat berubah dari waktu ke waktu dan di bawah pengaruh mekanisme objektif lainnya.
• Bagaimana pandangan masyarakat tentang masalah berkembang? perkembangan sosial, sama halnya dengan sikap dan pendapat tentang Teori Einstein tentang waktu.

Penting! teori gravitasi einstein adalah dasar untuk perselisihan sistemik di antara para ilmuwan paling terkemuka, baik pada awal perkembangannya maupun selama penyelesaiannya. Mereka membicarakannya, banyak perselisihan terjadi, dia menjadi topik pembicaraan di salon paling tinggi di berbagai negara.

Para ilmuwan membahasnya, itu adalah topik pembicaraan. Bahkan ada hipotesis bahwa doktrin tersebut hanya dapat dipahami oleh tiga orang dari dunia ilmiah. Ketika saatnya tiba untuk menjelaskan postulat, para pendeta dari ilmu yang paling misterius, matematika Euclidean, dimulai. Kemudian upaya dilakukan untuk membangun model digitalnya dan konsekuensi yang sama yang diverifikasi secara matematis dari tindakannya pada ruang dunia, penulis hipotesis mengakui bahwa menjadi sangat sulit untuk memahami bahkan apa yang dia ciptakan. Jadi apa itu? teori relativitas umum, Apa menjelajah dan apa aplikasi yang diterapkan dia temukan di dunia modern?

Sejarah dan akar teori

Saat ini, dalam sebagian besar kasus, pencapaian Einstein yang agung secara singkat disebut penolakan total terhadap apa yang semula merupakan konstanta yang tak tergoyahkan. Penemuan inilah yang memungkinkan untuk menyangkal apa yang diketahui semua anak sekolah sebagai binomial fisik.

Sebagian besar penduduk dunia, dengan satu atau lain cara, dengan penuh perhatian dan pemikiran atau secara dangkal, bahkan sekali, membuka halaman-halaman buku besar - Alkitab.

Di dalamnya Anda dapat membaca tentang apa yang telah menjadi konfirmasi sejati inti dari doktrin- apa yang dikerjakan oleh seorang ilmuwan muda Amerika pada awal abad terakhir. Fakta levitasi dan hal-hal lain yang cukup umum dalam sejarah Perjanjian Lama pernah menjadi mukjizat di zaman modern. Eter adalah ruang di mana seseorang menjalani kehidupan yang sama sekali berbeda. Fitur kehidupan di udara dipelajari oleh banyak selebriti dunia di lapangan ilmu pengetahuan Alam. Dan teori gravitasi einstein menegaskan bahwa buku kuno- ini benar.

Karya-karya Hendrik Lorentz dan Henri Poincaré memungkinkan untuk secara eksperimental menemukan fitur-fitur tertentu dari eter. Pertama-tama, ini adalah ciptaan model matematika perdamaian. Dasarnya adalah konfirmasi praktis bahwa ketika partikel material bergerak di ruang halus, mereka berkontraksi relatif terhadap arah gerakan.

Karya-karya para ilmuwan besar ini memungkinkan untuk menciptakan landasan bagi postulat-postulat utama doktrin. Tepat fakta yang diberikan memberi bahan permanen untuk menegaskan bahwa karya-karya peraih Nobel dan Teori relativistik Albert dulu dan masih plagiat. Banyak ilmuwan saat ini berpendapat bahwa banyak postulat diterima jauh lebih awal, misalnya:

• Konsep simultanitas bersyarat dari peristiwa;
• Prinsip hipotesis binomial konstan dan kriteria kecepatan cahaya.

Apa yang harus dilakukan? memahami teori relativitas? Intinya adalah di masa lalu. Dalam karya Poincaré hipotesis diajukan bahwa kecepatan tinggi dalam hukum mekanika perlu dipikirkan kembali. Berkat pernyataan Fisika Prancis akademisi Saya belajar tentang bagaimana relatif gerakan dalam proyeksi dengan teori ruang halus.

Dalam ilmu statis, sejumlah besar proses fisik dipertimbangkan untuk berbagai objek material yang bergerak dengan . Postulat konsep umum menjelaskan proses yang terjadi dengan benda yang berakselerasi, menjelaskan keberadaan partikel graviton dan gaya gravitasi yang tepat. Inti dari teori relativitas dalam menjelaskan fakta-fakta yang sebelumnya tidak masuk akal bagi para ilmuwan. Jika perlu untuk menggambarkan fitur gerak dan hukum mekanika, hubungan ruang dan kontinum waktu dalam kondisi mendekati kecepatan cahaya, postulat teori relativitas harus digunakan secara eksklusif.

Tentang teori secara singkat dan jelas

Bagaimana ajaran Albert yang agung begitu berbeda dari apa yang dilakukan fisikawan sebelumnya? Sebelumnya, fisika adalah ilmu yang agak statis, yang mempertimbangkan prinsip-prinsip pengembangan semua proses di alam dalam lingkup sistem "di sini, hari ini dan sekarang". Einstein memungkinkan untuk melihat segala sesuatu yang terjadi di sekitar tidak hanya di ruang tiga dimensi, tetapi juga relatif terhadap berbagai objek dan titik waktu.

Perhatian! Pada tahun 1905, ketika Einstein menerbitkan teori relativitasnya, dia mengizinkan untuk menjelaskan dan pilihan terjangkau menafsirkan gerakan antara sistem referensi inersia yang berbeda.

Ketentuan utamanya adalah rasio kecepatan konstan dua benda yang bergerak relatif satu sama lain alih-alih mengambil salah satu benda, yang dapat diambil sebagai salah satu faktor referensi absolut.

Fitur doktrin terletak pada kenyataan bahwa itu dapat dianggap dalam kaitannya dengan satu kasus luar biasa. Faktor utama:

1. Kelurusan arah gerakan;
2. Keseragaman gerak tubuh material.

Ketika mengubah arah atau parameter sederhana lainnya, ketika benda material dapat berakselerasi atau berbelok ke samping, hukum teori relativitas statis tidak valid. Dalam hal ini, berlakunya hukum umum relativitas, yang dapat menjelaskan pergerakan benda-benda material di situasi umum. Dengan demikian, Einstein menemukan penjelasan untuk semua prinsip interaksi tubuh fisik satu sama lain di luar angkasa.

Prinsip Teori Relativitas

Prinsip-prinsip doktrin

Pernyataan tentang relativitas telah menjadi bahan diskusi paling hidup selama seratus tahun. Kebanyakan ilmuwan menganggap berbagai pilihan penerapan postulat sebagai penerapan dua prinsip fisika. Dan jalur ini adalah yang paling populer di bidang fisika terapan. Postulat dasar teori relativitas, Fakta Menarik , yang hari ini menemukan konfirmasi yang tak terbantahkan:

• Prinsip relativitas. Pelestarian rasio tubuh di bawah semua hukum fisika. Menerima mereka sebagai kerangka acuan inersia, yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif satu sama lain.
• Postulat tentang kecepatan cahaya. Itu tetap konstan yang tidak berubah, dalam semua situasi, terlepas dari kecepatan dan hubungan dengan sumber cahaya.

Terlepas dari kontradiksi antara ajaran baru dan dalil-dalil dasar dari salah satu yang paling ilmu pasti berdasarkan indikator statis konstan, hipotesis baru menarik mata segar pada Dunia. Keberhasilan ilmuwan dipastikan, yang dikonfirmasi oleh penghargaan Penghargaan Nobel dalam bidang ilmu eksakta.

Apa yang menyebabkan popularitas luar biasa seperti itu, dan Bagaimana Einstein menemukan teori relativitasnya?? Taktik seorang ilmuwan muda.

1. Sampai saat ini, para ilmuwan terkenal di dunia telah mengajukan tesis, dan baru kemudian melakukan serangkaian penelitian praktis. Jika aktif momen tertentu menerima data yang tidak sesuai dengan konsep umum, mereka dianggap salah dengan menyimpulkan alasannya.
2. Jenius muda menggunakan taktik yang sangat berbeda, set pengalaman praktis, mereka serial. Hasil yang diperoleh, terlepas dari kenyataan bahwa mereka entah bagaimana tidak bisa masuk ke dalam rangkaian konseptual, berbaris dalam teori yang koheren. Dan tidak ada "kesalahan" dan "kesalahan", semua momen hipotesis relativitas, contoh dan hasil pengamatan jelas cocok dengan doktrin teoretis revolusioner.
3. Masa depan pemenang nobel menyangkal kebutuhan untuk mempelajari eter misterius, tempat gelombang cahaya merambat. Keyakinan bahwa eter itu ada telah menyebabkan sejumlah kesalahpahaman yang signifikan. Postulat utama adalah perubahan kecepatan berkas cahaya relatif terhadap yang mengamati proses dalam media halus.

Relativitas untuk boneka

Teori relativitas adalah penjelasan paling sederhana

Kesimpulan

Pencapaian utama ilmuwan adalah bukti keselarasan dan kesatuan besaran-besaran seperti ruang dan waktu. Sifat dasar dari hubungan dua kontinum ini sebagai bagian dari tiga dimensi, dikombinasikan dengan dimensi waktu, memungkinkan untuk mempelajari banyak rahasia alam. dunia materi. Terimakasih untuk teori gravitasi einstein menjadi tersedia studi tentang kedalaman dan pencapaian lainnya ilmu pengetahuan modern, bagaimanapun, kemungkinan penuh dari ajaran tersebut belum digunakan sampai saat ini.

Seratus tahun yang lalu, pada tahun 1915, seorang ilmuwan muda Swiss, yang pada waktu itu telah membuat penemuan revolusioner dalam fisika, mengusulkan pemahaman fundamental baru tentang gravitasi.

Pada tahun 1915, Einstein menerbitkan teori relativitas umum, yang mencirikan gravitasi sebagai properti dasar ruang-waktu. Dia mempresentasikan serangkaian persamaan yang menggambarkan efek kelengkungan ruang-waktu pada energi dan gerak materi dan radiasi yang ada di dalamnya.

Seratus tahun kemudian, teori relativitas umum (GR) menjadi dasar pembangunan ilmu pengetahuan modern, ia telah bertahan dari semua ujian yang digunakan para ilmuwan untuk menyerangnya.

Tetapi sampai saat ini tidak mungkin untuk melakukan eksperimen di kondisi ekstrim untuk menguji stabilitas teori.

Sungguh menakjubkan betapa kuatnya teori relativitas telah terbukti lebih dari 100 tahun. Kami masih menggunakan apa yang ditulis Einstein!

Clifford Will, fisikawan teoretis, Universitas Florida

Para ilmuwan sekarang memiliki teknologi untuk mencari fisika di luar relativitas umum.

Pandangan baru tentang gravitasi

Relativitas umum menggambarkan gravitasi bukan sebagai gaya (seperti yang tampak dalam fisika Newton), tetapi sebagai kelengkungan ruang-waktu karena massa benda. Bumi berputar mengelilingi Matahari, bukan karena bintang menariknya, tetapi karena Matahari mengubah bentuk ruang-waktu. Jika bola bowling yang berat diletakkan di atas selimut yang diregangkan, selimut akan berubah bentuk - gravitasi mempengaruhi ruang dengan cara yang hampir sama.

Teori Einstein meramalkan beberapa penemuan gila. Misalnya, kemungkinan adanya lubang hitam, yang membengkokkan ruang-waktu sedemikian rupa sehingga tidak ada yang bisa lolos dari dalam, bahkan cahaya sekalipun. Berdasarkan teori, ditemukan bukti untuk pendapat yang diterima secara umum saat ini bahwa alam semesta mengembang dan berakselerasi.

Teori relativitas umum telah dikonfirmasi oleh banyak pengamatan. Einstein sendiri menggunakan relativitas umum untuk menghitung orbit Merkurius, yang gerakannya tidak dapat dijelaskan oleh hukum Newton. Einstein meramalkan keberadaan benda-benda yang begitu masif sehingga mereka membelokkan cahaya. Ini adalah fenomena lensa gravitasi yang sering ditemui para astronom. Misalnya, pencarian exoplanet didasarkan pada efek perubahan halus pada radiasi yang dilengkungkan oleh medan gravitasi bintang di sekitar tempat planet berputar.

Menguji Teori Einstein

Teori relativitas umum bekerja dengan baik untuk gravitasi biasa, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen di Bumi dan pengamatan planet-planet tata surya. Tapi belum pernah diuji dalam kondisi ekstrim. dampak yang kuat bidang dalam ruang yang terletak di batas-batas fisika.

Cara paling menjanjikan untuk menguji teori dalam kondisi seperti itu adalah dengan mengamati perubahan ruang-waktu, yang disebut gelombang gravitasi. Mereka muncul sebagai hasilnya peristiwa besar, selama penggabungan dua benda masif, seperti lubang hitam, atau terutama benda padat - bintang neutron.

Kembang api kosmik sebesar ini hanya akan memiliki riak terkecil dalam ruang-waktu. Misalnya, jika dua lubang hitam bertabrakan dan bergabung di suatu tempat di galaksi kita, gelombang gravitasi dapat meregangkan dan memampatkan jarak antara objek di Bumi yang terpisah satu meter dengan seperseribu diameter inti atom.

Eksperimen telah muncul yang dapat merekam perubahan ruang-waktu karena peristiwa semacam itu.

Ada peluang bagus untuk memperbaiki gelombang gravitasi dalam dua tahun ke depan.

Clifford Will

Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO), dengan observatorium di dekat Richland, Washington, dan Livingston, Louisiana, menggunakan laser untuk mendeteksi distorsi kecil pada detektor berbentuk L ganda. Saat riak ruang-waktu melewati detektor, mereka meregangkan dan memampatkan ruang, menyebabkan detektor berubah dimensi. Dan LIGO dapat mengukurnya.

LIGO memulai serangkaian peluncuran pada tahun 2002 tetapi tidak mencapai sasaran. Perbaikan dilakukan pada 2010, dan penerus organisasi, Advanced LIGO Observatory, harus berdiri dan berjalan lagi tahun ini. Banyak dari eksperimen yang direncanakan ditujukan untuk menemukan gelombang gravitasi.

Cara lain untuk menguji teori relativitas adalah dengan melihat sifat-sifat gelombang gravitasi. Misalnya, mereka dapat terpolarisasi, seperti cahaya yang melewati kacamata terpolarisasi. Teori relativitas memprediksi fitur efek seperti itu, dan setiap penyimpangan dari perhitungan dapat menjadi alasan untuk meragukan teori tersebut.

teori terpadu

Clifford Will percaya bahwa penemuan gelombang gravitasi hanya akan memperkuat teori Einstein:

Saya pikir kita perlu terus mencari bukti relativitas umum untuk memastikan kebenarannya.

Mengapa eksperimen ini diperlukan sama sekali?

Salah satu tugas fisika modern yang paling penting dan sulit dipahami adalah pencarian teori yang akan menghubungkan penelitian Einstein, yaitu ilmu makrokosmos, dan mekanika kuantum, realitas objek terkecil.

Kemajuan ke arah ini, gravitasi kuantum, mungkin memerlukan perubahan pada teori relativitas umum. Ada kemungkinan eksperimen di lapangan gravitasi kuantum akan membutuhkan begitu banyak energi sehingga tidak mungkin untuk melakukan mereka. “Tapi siapa yang tahu,” kata Will, “mungkin di alam semesta kuantum ada efek, tidak signifikan, tapi dicari.

bahan dari buku "The Shortest History of Time" oleh Stephen Hawking dan Leonard Mlodinov

relativitas

Postulat fundamental Einstein, yang disebut prinsip relativitas, menyatakan bahwa semua hukum fisika harus sama untuk semua pengamat yang bergerak bebas, berapa pun kecepatannya. Jika kecepatan cahaya konstan, maka setiap pengamat yang bergerak bebas harus menetapkan nilai yang sama, terlepas dari kecepatan yang ia gunakan untuk mendekati sumber cahaya atau menjauh darinya.

Persyaratan bahwa semua pengamat setuju pada kecepatan cahaya memaksa perubahan dalam konsep waktu. Menurut teori relativitas, seorang pengamat yang naik kereta api dan seorang yang berdiri di atas peron akan berbeda pendapat tentang jarak yang ditempuh cahaya. Karena kecepatan adalah jarak dibagi waktu, satu-satunya jalan bagi pengamat untuk setuju pada kecepatan cahaya adalah untuk tidak setuju pada waktu juga. Dengan kata lain, relativitas mengakhiri gagasan tentang waktu absolut! Ternyata setiap pengamat harus memiliki ukuran waktunya sendiri, dan bahwa jam yang identik untuk pengamat yang berbeda belum tentu menunjukkan waktu yang sama.

Mengatakan bahwa ruang memiliki tiga dimensi, yang kami maksud adalah bahwa posisi suatu titik di dalamnya dapat disampaikan menggunakan tiga angka - koordinat. Jika kita memasukkan waktu ke dalam deskripsi kita, kita mendapatkan ruang-waktu empat dimensi.

Konsekuensi lain yang terkenal dari teori relativitas adalah kesetaraan massa dan energi, yang dinyatakan oleh persamaan Einstein yang terkenal E = mc 2 (di mana E adalah energi, m adalah massa benda, c adalah kecepatan cahaya). Karena kesetaraan energi dan massa energi kinetik, yang dimiliki benda material karena gerakannya, meningkatkan massanya. Dengan kata lain, objek menjadi lebih sulit untuk di-overclock.

Efek ini hanya signifikan untuk benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Misalnya, pada kecepatan yang sama dengan 10% dari kecepatan cahaya, massa benda hanya 0,5% lebih banyak daripada saat diam, tetapi pada kecepatan 90% dari kecepatan cahaya, massanya sudah akan lebih dari dua kali normal. Saat kita mendekati kecepatan cahaya, massa tubuh meningkat lebih cepat dan lebih cepat, jadi semuanya diperlukan untuk mempercepatnya. lebih banyak energi. Menurut teori relativitas, suatu benda tidak akan pernah bisa mencapai kecepatan cahaya, karena dalam kasus ini massanya akan menjadi tak terbatas, dan karena kesetaraan massa dan energi, ini akan membutuhkan energi tak terbatas. Itulah sebabnya teori relativitas selamanya menghukum setiap benda biasa untuk bergerak dengan kecepatan kurang dari kecepatan cahaya. Hanya cahaya atau gelombang lain yang tidak memiliki massa sendiri yang dapat bergerak dengan kecepatan cahaya.

ruang melengkung

Teori relativitas umum Einstein didasarkan pada asumsi revolusioner bahwa gravitasi bukanlah gaya biasa, tetapi konsekuensi dari fakta bahwa ruang-waktu tidak datar, seperti yang pernah diperkirakan. Dalam relativitas umum, ruangwaktu dibengkokkan atau dibelokkan oleh massa dan energi yang ditempatkan di dalamnya. Benda-benda seperti Bumi bergerak dalam orbit melengkung tidak di bawah pengaruh gaya yang disebut gravitasi.

Karena garis geodesik adalah garis terpendek antara dua bandara, navigator menerbangkan pesawat di sepanjang rute tersebut. Misalnya, Anda dapat mengikuti kompas untuk terbang sejauh 5.966 kilometer dari New York ke Madrid hampir ke timur di sepanjang paralel geografis. Tetapi Anda hanya perlu menempuh 5.802 kilometer jika Anda terbang dalam lingkaran besar, pertama ke timur laut dan kemudian secara bertahap berbelok ke timur dan semakin jauh ke tenggara. Lihat dua rute ini di peta, di mana permukaan bumi terdistorsi (diwakili datar), menipu. Bergerak "lurus" ke timur dari satu titik ke titik lain di permukaan dunia, Anda tidak benar-benar bergerak dalam garis lurus, atau lebih tepatnya, tidak dalam garis geodesik terpendek.

Jika lintasan pesawat ruang angkasa yang bergerak di ruang angkasa dalam garis lurus diproyeksikan ke permukaan bumi dua dimensi, ternyata melengkung.

Menurut relativitas umum, medan gravitasi harus membelokkan cahaya. Misalnya, teori memprediksi bahwa di dekat Matahari, sinar cahaya harus sedikit dibelokkan ke arahnya di bawah pengaruh massa bintang. Ini berarti bahwa cahaya bintang yang jauh, jika kebetulan lewat di dekat Matahari, akan menyimpang dengan sudut kecil, sehingga pengamat di Bumi akan melihat bintang tidak tepat di tempat sebenarnya.

Ingatlah bahwa menurut postulat dasar teori relativitas khusus, semua hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang bergerak bebas, berapa pun kecepatannya. Secara kasar, prinsip ekivalensi memperluas aturan ini kepada para pengamat yang tidak bergerak bebas, tetapi di bawah pengaruh medan gravitasi.

Di wilayah ruang yang cukup kecil, tidak mungkin untuk menilai apakah Anda diam dalam medan gravitasi atau bergerak dengan percepatan konstan di ruang kosong.

Bayangkan Anda berada di lift di tengah ruang kosong. Tidak ada gravitasi, tidak ada naik turun. Anda melayang bebas. Kemudian lift mulai bergerak dengan percepatan konstan. Anda tiba-tiba merasa berat. Artinya, Anda ditekan ke salah satu dinding lift, yang sekarang dianggap sebagai lantai. Jika Anda mengambil sebuah apel dan melepaskannya, apel itu akan jatuh ke lantai. Faktanya, sekarang ketika Anda bergerak dengan percepatan, di dalam lift semuanya akan terjadi dengan cara yang persis sama seolah-olah lift tidak bergerak sama sekali, tetapi berhenti di medan gravitasi yang seragam. Einstein menyadari bahwa sama seperti Anda tidak dapat mengetahui ketika Anda berada di dalam gerbong kereta apakah itu diam atau bergerak beraturan, jadi ketika Anda berada di dalam lift, Anda tidak dapat mengetahui apakah lift itu bergerak dengan percepatan konstan atau dalam keadaan seragam. gerak. medan gravitasi. Hasil dari pemahaman ini adalah prinsip kesetaraan.

Prinsip ekuivalensi dan contoh yang diberikan dari manifestasinya akan valid hanya jika massa inersia(termasuk dalam hukum kedua Newton, yang menentukan jenis percepatan apa yang diberikan tubuh oleh gaya yang diterapkan padanya) dan massa gravitasi (termasuk dalam hukum gravitasi Newton, yang menentukan nilai tarikan gravitasi) pada dasarnya sama.

Penggunaan ekivalensi massa inersia dan gravitasi Einstein untuk memperoleh prinsip ekivalensi dan, pada akhirnya, seluruh teori relativitas umum belum pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah. pemikiran manusia contoh pengembangan kesimpulan logis yang gigih dan konsisten.

Perlambatan waktu

Prediksi lain dari relativitas umum adalah bahwa di sekitar benda-benda masif seperti Bumi, waktu akan melambat.

Sekarang, setelah mengenal prinsip ekivalensi, kita dapat mengikuti alur penalaran Einstein dengan melakukan hal lain. eksperimen pikiran, yang menunjukkan mengapa gravitasi mempengaruhi waktu. Bayangkan sebuah roket terbang di luar angkasa. Untuk kenyamanan, kita akan menganggap bahwa tubuhnya begitu besar sehingga membutuhkan waktu satu detik untuk cahaya melewatinya dari atas ke bawah. Akhirnya, anggaplah ada dua pengamat di roket, satu di atas, dekat langit-langit, yang lain di bawah, di lantai, dan keduanya dilengkapi dengan jam yang sama yang menghitung detik.

Mari kita asumsikan bahwa pengamat atas, setelah menunggu hitungan mundur jamnya, segera mengirimkan sinyal cahaya ke yang lebih rendah. Pada hitungan berikutnya, ia mengirimkan sinyal kedua. Menurut kondisi kami, dibutuhkan satu detik untuk setiap sinyal mencapai pengamat yang lebih rendah. Karena pengamat atas mengirimkan dua sinyal cahaya dengan selang waktu satu detik, pengamat bawah juga akan mendaftarkannya dengan selang waktu yang sama.

Apa yang akan berubah jika, dalam percobaan ini, bukannya melayang bebas di luar angkasa, roket akan berdiri di bumi, mengalami aksi gravitasi? Menurut teori Newton, gravitasi tidak akan mempengaruhi situasi dengan cara apa pun: jika pengamat di atas memancarkan sinyal pada interval satu detik, maka pengamat di bawah akan menerimanya pada interval yang sama. Tetapi prinsip kesetaraan memprediksi perkembangan peristiwa yang berbeda. Yang mana, kita dapat memahami jika, sesuai dengan prinsip kesetaraan, kita secara mental mengganti aksi gravitasi dengan percepatan konstan. Ini adalah salah satu contoh bagaimana Einstein menggunakan prinsip kesetaraan untuk menciptakan teori gravitasi barunya.

Jadi, misalkan roket kita mengalami percepatan. (Kita akan menganggap bahwa roket itu berakselerasi perlahan, sehingga kecepatannya tidak mendekati kecepatan cahaya.) Karena badan roket bergerak ke atas, sinyal pertama harus menempuh jarak yang lebih pendek dari sebelumnya (sebelum akselerasi dimulai), dan akan tiba di pengamat yang lebih rendah sebelum memberi saya waktu sebentar. Jika roket bergerak dengan kecepatan konstan, maka sinyal kedua akan tiba dengan jumlah yang persis sama sebelumnya, sehingga interval antara kedua sinyal akan tetap sama dengan satu detik. Tetapi pada saat mengirim sinyal kedua, karena percepatan, roket bergerak lebih cepat daripada saat mengirim sinyal pertama, sehingga sinyal kedua akan menempuh jarak yang lebih pendek dari yang pertama, dan menghabiskan lebih sedikit waktu. Pengamat di bawah, memeriksa arlojinya, akan mencatat bahwa interval antara sinyal kurang dari satu detik, dan tidak akan setuju dengan pengamat di atas, yang mengklaim bahwa ia mengirim sinyal tepat satu detik kemudian.

Dalam kasus roket yang dipercepat, efek ini mungkin tidak terlalu mengejutkan. Lagi pula, kami baru saja menjelaskannya! Tapi ingat: prinsip kesetaraan mengatakan bahwa hal yang sama terjadi ketika roket diam di medan gravitasi. Oleh karena itu, bahkan jika roket tidak dipercepat, tetapi, misalnya, berdiri di landasan peluncuran di permukaan bumi, sinyal yang dikirim oleh pengamat atas pada interval satu detik (menurut jamnya) akan tiba di bawah. pengamat pada interval yang lebih pendek (menurut jamnya). Ini benar-benar menakjubkan!

Gravitasi mengubah aliran waktu. Sama seperti relativitas khusus memberitahu kita bahwa waktu berjalan berbeda untuk pengamat yang bergerak relatif satu sama lain, relativitas umum menyatakan bahwa jalannya waktu berbeda untuk pengamat di medan gravitasi yang berbeda. Menurut teori relativitas umum, pengamat yang lebih rendah mencatat interval yang lebih pendek antara sinyal, karena waktu mengalir lebih lambat di dekat permukaan bumi, karena gravitasi lebih kuat di sini. Semakin kuat medan gravitasi, semakin besar efek ini.

Kita Jam biologis juga menanggapi perubahan dalam perjalanan waktu. Jika salah satu dari si kembar tinggal di puncak gunung dan yang lainnya tinggal di tepi laut, yang pertama akan menua lebih cepat daripada yang kedua. Dalam hal ini, perbedaan usia akan diabaikan, tetapi akan meningkat secara signifikan segera setelah salah satu dari si kembar melakukan perjalanan panjang di pesawat ruang angkasa yang berakselerasi ke kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Ketika pengembara kembali, dia akan jauh lebih muda dari saudaranya, yang tetap tinggal di Bumi. Kasus ini dikenal sebagai paradoks kembar, tetapi hanya paradoks bagi mereka yang berpegang pada gagasan tentang waktu absolut. Dalam teori relativitas tidak ada waktu absolut yang unik - setiap individu memiliki ukuran waktunya sendiri, yang bergantung pada di mana dia berada dan bagaimana dia bergerak.

Dengan munculnya sistem navigasi ultra-presisi yang menerima sinyal dari satelit, perbedaan kecepatan jam pada ketinggian yang berbeda telah menjadi nilai praktis. Jika peralatan mengabaikan prediksi relativitas umum, kesalahan dalam menentukan posisi bisa mencapai beberapa kilometer!

Munculnya teori relativitas umum secara radikal mengubah situasi. Ruang dan waktu telah mendapatkan status entitas dinamis. Ketika benda bergerak atau gaya bekerja, mereka menyebabkan kelengkungan ruang dan waktu, dan struktur ruang-waktu, pada gilirannya, mempengaruhi pergerakan benda dan aksi gaya. Ruang dan waktu tidak hanya mempengaruhi segala sesuatu yang terjadi di alam semesta, tetapi mereka sendiri bergantung pada itu semua.

Bayangkan seorang astronot pemberani yang tetap berada di permukaan bintang yang runtuh selama keruntuhan dahsyat. Pada titik tertentu di arlojinya, katakanlah pada pukul 11:00, bintang akan menyusut ke radius kritis, di luar itu medan gravitasi menjadi begitu kuat sehingga tidak mungkin untuk melarikan diri darinya. Sekarang anggaplah astronot diinstruksikan untuk mengirim sinyal setiap detik pada arlojinya ke pesawat ruang angkasa yang mengorbit pada jarak tertentu dari pusat bintang. Ini mulai mengirimkan sinyal pada 10:59:58, yaitu, dua detik sebelum 11:00. Apa yang akan didaftarkan kru di pesawat ruang angkasa?

Sebelumnya, setelah melakukan eksperimen pemikiran dengan transmisi sinyal cahaya di dalam roket, kami yakin bahwa gravitasi memperlambat waktu dan semakin kuat, semakin signifikan efeknya. Seorang astronot di permukaan bintang berada dalam medan gravitasi yang lebih kuat daripada rekan-rekannya di orbit, jadi satu detik pada jamnya akan bertahan lebih lama dari satu detik pada jam kapal. Saat astronot bergerak dengan permukaan menuju pusat bintang, medan yang bekerja padanya menjadi lebih kuat dan lebih kuat, sehingga interval antara sinyalnya yang diterima di pesawat ruang angkasa terus memanjang. Dilatasi waktu ini akan sangat kecil hingga 10:59:59, sehingga untuk astronot di orbit, interval antara sinyal yang dikirimkan pada 10:59:58 dan 10:59:59 akan sangat sedikit lebih dari satu detik. Tetapi sinyal yang dikirim pada pukul 11:00 tidak diharapkan di kapal.

Apa pun yang terjadi di permukaan bintang antara 10:59:59 dan 11:00 menurut jam astronot akan diregangkan selama periode waktu tak terbatas oleh jam pesawat ruang angkasa. Saat kita mendekati 11:00, interval antara kedatangan puncak berturut-turut dan palung gelombang cahaya yang dipancarkan oleh bintang akan menjadi lebih lama dan lebih lama; hal yang sama akan terjadi dengan interval waktu antara sinyal astronot. Karena frekuensi radiasi ditentukan oleh jumlah punggungan (atau lembah) yang tiba per detik, semakin banyak frekuensi rendah radiasi bintang. Cahaya bintang akan menjadi semakin memerah dan memudar pada saat yang bersamaan. Akhirnya bintang akan sangat redup sehingga tidak terlihat oleh pengamat pesawat ruang angkasa; yang tersisa hanyalah lubang hitam di luar angkasa. Namun, efek gravitasi bintang pada pesawat luar angkasa bertahan, dan terus mengorbit.