1900 წლის 27 აპრილს დიდი ბრიტანეთის სამეფო ინსტიტუტში გამოსვლისას ლორდ კელვინმა თქვა: „თეორიული ფიზიკა კარგად პროპორციული და დასრულებული შენობაა. Ზე მოწმენდილი ცაფიზიკაში არსებობს მხოლოდ ორი პატარა ღრუბელი - ეს არის სინათლის სიჩქარის მუდმივობა და გამოსხივების ინტენსივობის მრუდი ტალღის სიგრძის მიხედვით. მე ვფიქრობ, რომ ეს ორი კონკრეტული საკითხი მალე გადაიჭრება და მე-20 საუკუნის ფიზიკოსებს არაფერი ესაქმებათ“. ლორდი კელვინი აბსოლუტურად მართალი აღმოჩნდა ფიზიკის კვლევის ძირითადი სფეროების მითითებისას, მაგრამ მან არასწორად შეაფასა მათი მნიშვნელობა: მათგან წარმოშობილი ფარდობითობის თეორია და კვანტური თეორია აღმოჩნდა. გაუთავებელი სივრცეებიკვლევისთვის, რომელიც მეცნიერთა გონებას ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში იკავებდა.

ვინაიდან იგი არ აღწერდა გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას, აინშტაინმა მისი დასრულებიდან მალევე დაიწყო განვითარება. ზოგადი ვერსიაეს თეორია, რომლის შექმნასაც მან 1907-1915 წწ. თეორია ლამაზი იყო თავისი სიმარტივით და თანმიმდევრულობით ბუნებრივი ფენომენიგარდა იმისა ერთი მომენტიაინშტაინის თეორიის შედგენის დროს ჯერ არ იყო ცნობილი სამყაროს გაფართოებისა და სხვა გალაქტიკების არსებობის შესახებ, ამიტომ იმდროინდელი მეცნიერები თვლიდნენ, რომ სამყარო უსასრულოდ არსებობდა და სტაციონარული იყო. ამავდროულად, ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონიდან გამომდინარეობდა, რომ უცვლელი ვარსკვლავები რაღაც მომენტში უბრალოდ ერთ წერტილამდე უნდა იყოს გაყვანილი.

ვერ იპოვა უკეთესი ახსნა ამ ფენომენისთვის, აინშტაინმა შეიტანა თავის განტოლებებში, რომლებიც რიცხობრივად აკომპენსირებდა და ამით ნება დართო სტაციონარული სამყაროს არსებობა ფიზიკის კანონების დარღვევის გარეშე. შემდგომში, აინშტაინმა დაიწყო კოსმოლოგიური მუდმივის შეყვანა თავის განტოლებებში თავის უდიდეს შეცდომად, რადგან ეს არ იყო აუცილებელი თეორიისთვის და არ იყო დადასტურებული სხვა არაფერით, გარდა იმდროინდელი ერთი შეხედვით სტაციონარული სამყაროსა. და 1965 წელს აღმოაჩინეს ფონის გამოსხივება, რაც იმას ნიშნავდა, რომ სამყაროს ჰქონდა დასაწყისი და მუდმივი აინშტაინის განტოლებებში სრულიად არასაჭირო აღმოჩნდა. მიუხედავად ამისა, კოსმოლოგიური მუდმივი მაინც იქნა ნაპოვნი 1998 წელს: ჰაბლის ტელესკოპის მიერ მიღებული მონაცემების მიხედვით, შორეული გალაქტიკებიარ შეანელა მათი გაფართოება გრავიტაციით მიზიდულობის შედეგად, არამედ დააჩქარა კიდეც მათი გაფართოება.

თეორიის საფუძვლები

ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ძირითადი პოსტულატების გარდა, აქ დაემატა ახალი: ნიუტონის მექანიკამ აჩვენა მატერიალური სხეულების გრავიტაციული ურთიერთქმედების რიცხვითი შეფასება, მაგრამ არ ახსნა ამ პროცესის ფიზიკა. აინშტაინმა მოახერხა ამის აღწერა მასიური სხეულის მიერ 4 განზომილებიანი სივრცე-დროის გამრუდების საშუალებით: სხეული თავის გარშემო ქმნის აურზაურს, რის შედეგადაც გარშემო მყოფი სხეულები იწყებენ მოძრაობას გეოდეზიური ხაზების გასწვრივ (ასეთი ხაზების მაგალითებია დედამიწის გრძედი და გრძედი ხაზები, რომლებიც შიდა დამკვირვებლისთვის თითქოს სწორი ხაზებია, მაგრამ სინამდვილეში ოდნავ მოხრილია). სინათლის სხივები ასევე გადახრილია, რაც ამახინჯებს ხილულ სურათს მასიური ობიექტის მიღმა. ობიექტების პოზიციებისა და მასების წარმატებული დამთხვევით, ეს იწვევს (როდესაც სივრცე-დროის გამრუდება მოქმედებს როგორც უზარმაზარი ლინზა, რომელიც შორეულ სინათლის წყაროს გაცილებით კაშკაშას ხდის). თუ პარამეტრები იდეალურად არ ემთხვევა, ამან შეიძლება გამოიწვიოს "აინშტაინის ჯვრის" ან "აინშტაინის წრის" ფორმირება შორეული ობიექტების ასტრონომიულ სურათებში.

თეორიის პროგნოზებს შორის იყო ასევე გრავიტაციის შენელებადრო (რომელიც მასიურ ობიექტთან მიახლოებისას სხეულზე მოქმედებდა ისევე, როგორც დროის გაფართოება აჩქარების შედეგად), გრავიტაციული (როდესაც მასიური სხეულის მიერ გამოსხივებული სინათლის სხივი გადადის სპექტრის წითელ ნაწილში, როგორც "გრავიტაციული ჭაბურღილიდან" სამუშაო ფუნქციისთვის ენერგიის დაკარგვის შედეგი), აგრეთვე გრავიტაციული ტალღები (სივრცე-დროის აშლილობა, რომელიც წარმოქმნის ნებისმიერ სხეულს, რომელსაც აქვს მასა მისი მოძრაობის დროს).

თეორიის სტატუსი

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პირველი დადასტურება თავად აინშტაინმა მიიღო იმავე 1915 წელს, როდესაც გამოქვეყნდა: თეორია აბსოლუტური სიზუსტით აღწერდა მერკურის პერიჰელიონის გადაადგილებას, რაც მანამდე ვერ აიხსნებოდა ნიუტონის მექანიკის გამოყენებით. მას შემდეგ აღმოაჩინეს მრავალი სხვა ფენომენი, რომლებიც იწინასწარმეტყველა თეორიამ, მაგრამ მისი გამოქვეყნების მომენტში ძალიან სუსტი იყო გამოვლენისთვის. ბოლო ასეთი აღმოჩენა დღემდე იყო აღმოჩენა გრავიტაციული ტალღები 2015 წლის 14 სექტემბერი.

მასალა სტივენ ჰოკინგის და ლეონარდ მლოდინოვის წიგნიდან "დროის უმოკლესი ისტორია"

ფარდობითობა

აინშტაინის ფუნდამენტური პოსტულატი, რომელსაც ფარდობითობის პრინციპი ეწოდება, ამბობს, რომ ფიზიკის ყველა კანონი ერთნაირი უნდა იყოს ყველა თავისუფლად მოძრავი დამკვირვებლისთვის, განურჩევლად მათი სიჩქარისა. თუ სინათლის სიჩქარე მუდმივი, მაშინ ნებისმიერ თავისუფლად მოძრავმა დამკვირვებელმა უნდა დააფიქსიროს იგივე მნიშვნელობა, მიუხედავად სიჩქარისა, რომლითაც იგი უახლოვდება სინათლის წყაროს ან შორდება მას.

მოთხოვნა, რომ ყველა დამკვირვებელი შეთანხმდეს სინათლის სიჩქარეზე, იწვევს დროის კონცეფციის ცვლილებას. ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, დამკვირვებელი, რომელიც მატარებელში ზის და ის, ვინც დგას ბაქანზე, არ ეთანხმება სინათლის მიერ გავლილ მანძილს. და რადგან სიჩქარე არის მანძილი დაყოფილი დროზე, დამკვირვებლების მიერ სინათლის სიჩქარეზე შეთანხმების ერთადერთი გზა არის ასევე დროზე უთანხმოება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ფარდობითობამ ბოლო მოუღო აბსოლუტური დროის იდეას! აღმოჩნდა, რომ თითოეულ დამკვირვებელს უნდა ჰქონდეს დროის საკუთარი საზომი და რომ სხვადასხვა დამკვირვებლის იდენტური საათი სულაც არ აჩვენებს ერთსა და იმავე დროს.

თუ ვიტყვით, რომ სივრცეს აქვს სამი განზომილება, ვგულისხმობთ, რომ მასში წერტილის პოზიცია შეიძლება გადმოიცეს სამი რიცხვის - კოორდინატების გამოყენებით. თუ ჩვენს აღწერაში დროს შემოვიყვანთ, მივიღებთ ოთხგანზომილებიან სივრცე-დროს.

ფარდობითობის თეორიის კიდევ ერთი ცნობილი შედეგია მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობა, რომელიც გამოიხატება ცნობილი აინშტაინის განტოლებით E = mc 2 (სადაც E არის ენერგია, m არის სხეულის მასა, c არის სინათლის სიჩქარე). ენერგიისა და მასის ეკვივალენტობის გამო კინეტიკური ენერგია, რომელიც მატერიალურ საგანს აქვს თავისი მოძრაობის გამო, ზრდის მის მასას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ობიექტის გადატვირთვა უფრო რთული ხდება.

ეს ეფექტი მნიშვნელოვანია მხოლოდ სხეულებისთვის, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან ახლოს სიჩქარით. მაგალითად, სინათლის სიჩქარის 10%-ის ტოლი სიჩქარით, სხეულის მასა იქნება მხოლოდ 0,5%-ით მეტი ვიდრე მოსვენებულ მდგომარეობაში, მაგრამ სინათლის სიჩქარის 90%-ის სიჩქარით, მასა უკვე მეტი იქნება. ვიდრე ნორმალურზე ორჯერ. რაც უფრო ვუახლოვდებით სინათლის სიჩქარეს, სხეულის მასა უფრო და უფრო სწრაფად იზრდება, ამიტომ ყველაფერია საჭირო მის დასაჩქარებლად. მეტი ენერგია. ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, ობიექტი ვერასოდეს მიაღწევს სინათლის სიჩქარეს, რადგან ამ შემთხვევაში მისი მასა გახდება უსასრულო, ხოლო მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის გამო ამას უსასრულო ენერგია დასჭირდება. ამიტომ ფარდობითობის თეორია სამუდამოდ განწირავს ნებისმიერ ჩვეულებრივ სხეულს სინათლის სიჩქარეზე ნაკლები სიჩქარით მოძრაობისთვის. მხოლოდ სინათლეს ან სხვა ტალღებს, რომლებსაც არ აქვთ საკუთარი მასა, შეუძლიათ სინათლის სიჩქარით მოძრაობა.

მოხრილი სივრცე

აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია ემყარება რევოლუციურ დაშვებას, რომ გრავიტაცია არ არის ჩვეულებრივი ძალა, არამედ შედეგია იმისა, რომ სივრცე-დრო არ არის ბრტყელი, როგორც ადრე ეგონათ. ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, სივრცე-დრო არის მოხრილი ან მრუდე მასში მოთავსებული მასისა და ენერგიის გამო. დედამიწის მსგავსი სხეულები მოძრაობენ მრუდე ორბიტებში არა იმ ძალის გავლენის ქვეშ, რომელსაც გრავიტაცია ეწოდება.

ვინაიდან გეოდეზიური ხაზი არის უმოკლესი ხაზიორ აეროპორტს შორის ნავიგატორები დაფრინავენ თვითმფრინავებს ასეთი მარშრუტების გასწვრივ. მაგალითად, თქვენ შეგიძლიათ მიჰყვეთ კომპასს, რომ გაფრინდეთ 5,966 კილომეტრი ნიუ-იორკიდან მადრიდში, გეოგრაფიული პარალელის გასწვრივ, თითქმის აღმოსავლეთით. მაგრამ თქვენ მხოლოდ 5802 კილომეტრის გავლა მოგიწევთ, თუ იფრინავთ დიდ წრეში, ჯერ ჩრდილო-აღმოსავლეთისკენ და შემდეგ თანდათანობით აღმოსავლეთისაკენ და შემდგომ სამხრეთ-აღმოსავლეთისკენ. ამ ორი მარშრუტის გამოჩენა რუკაზე, სადაც დედამიწის ზედაპირი დამახინჯებულია (წარმოდგენილია როგორც ბრტყელი), მატყუარაა. როდესაც დედამიწის ზედაპირის ერთი წერტილიდან მეორეზე გადადიხართ აღმოსავლეთით, თქვენ ნამდვილად არ მოძრაობთ სწორი ხაზის გასწვრივ, უფრო სწორად, არა უმოკლეს, გეოდეზიური ხაზის გასწვრივ.

თუ კოსმოსური ხომალდის ტრაექტორია, რომელიც მოძრაობს კოსმოსში სწორი ხაზით, დაპროექტებულია დედამიწის ორგანზომილებიან ზედაპირზე, აღმოჩნდება, რომ ის მრუდია.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, გრავიტაციული ველები სინათლეს უნდა მოახდინონ. მაგალითად, თეორია პროგნოზირებს, რომ მზის მახლობლად, ვარსკვლავის მასის გავლენით სინათლის სხივები ოდნავ უნდა იყოს მოხრილი მის მიმართულებით. ეს ნიშნავს, რომ შორეული ვარსკვლავის სინათლე, თუ ის მზესთან ახლოს გაივლის, მცირე კუთხით გადაიხრება, რის გამოც დედამიწაზე დამკვირვებელი დაინახავს ვარსკვლავს არა მთლად იქ, სადაც ის რეალურად მდებარეობს.

შეგახსენებთ, რომ ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ძირითადი პოსტულატის მიხედვით, ყველა ფიზიკური კანონებიერთნაირია ყველა თავისუფლად მოძრავი დამკვირვებლისთვის, მიუხედავად მათი სიჩქარისა. უხეშად რომ ვთქვათ, ეკვივალენტობის პრინციპი ავრცელებს ამ წესს იმ დამკვირვებლებზე, რომლებიც თავისუფლად კი არ მოძრაობენ, არამედ გრავიტაციული ველის გავლენით.

სივრცის საკმარისად მცირე რეგიონებში შეუძლებელია ვიმსჯელოთ, ისვენებთ გრავიტაციულ ველში თუ მოძრაობთ მუდმივი აჩქარებით ცარიელ სივრცეში.

წარმოიდგინეთ, რომ ლიფტში ხართ ცარიელი ადგილის შუაგულში. არ არის გრავიტაცია, არ არის მაღლა და ქვევით. თავისუფლად ცურავ. შემდეგ ლიფტი იწყებს მოძრაობას მუდმივი აჩქარებით. უცებ იგრძნო წონა. ანუ ლიფტის ერთ-ერთ კედელზე ხარ დაჭერილი, რომელიც ახლა იატაკად აღიქმება. თუ ვაშლს აიღებთ და გაუშვით, ის იატაკზე დაეცემა. ფაქტობრივად, ახლა, როცა აჩქარებით მოძრაობთ, ლიფტის შიგნით ყველაფერი ზუსტად ისე მოხდება, თითქოს ლიფტი საერთოდ არ მოძრაობდეს, მაგრამ დაისვენოს ერთგვაროვან გრავიტაციულ ველში. აინშტაინმა გააცნობიერა, რომ როგორც ვაგონში ყოფნისას ვერ გაიგებთ, ის უძრავად დგას თუ თანაბრად მოძრაობს, ასევე, როცა ლიფტში ხართ, ვერ გაიგებთ ის მუდმივი აჩქარებით მოძრაობს თუ მოძრაობს. ერთგვაროვანი მოძრაობა გრავიტაციული ველი. ამ გაგების შედეგი იყო ეკვივალენტობის პრინციპი.

ეკვივალენტობის პრინციპი და მისი გამოვლინების მოცემული მაგალითი მართებული იქნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ინერციული მასა (შედის ნიუტონის მეორე კანონში, რომელიც განსაზღვრავს რა სახის აჩქარებას იძლევა სხეულზე მიმართული ძალა) და გრავიტაციული მასა(ჩართულია ნიუტონის მიზიდულობის კანონში, რომელიც განსაზღვრავს გრავიტაციული მიზიდულობის სიდიდეს) ერთი და იგივეა.

აინშტაინის მიერ ინერციული და გრავიტაციული მასების ეკვივალენტობის გამოყენება ეკვივალენტობის პრინციპის გამოსატანად და, საბოლოო ჯამში, ფარდობითობის ზოგადი თეორია არის ლოგიკური დასკვნების მუდმივი და თანმიმდევრული განვითარების მაგალითი, რომელიც უპრეცედენტოა ადამიანის აზროვნების ისტორიაში.

დროის შენელება

ზოგადი ფარდობითობის კიდევ ერთი პროგნოზი არის ის, რომ დედამიწის მსგავსი მასიური სხეულების გარშემო დრო უნდა შენელდეს.

ახლა, როდესაც ჩვენ ვიცნობთ ეკვივალენტობის პრინციპს, შეგვიძლია მივყვეთ აინშტაინის მსჯელობას კიდევ ერთი სააზროვნო ექსპერიმენტის ჩატარებით, რომელიც აჩვენებს, თუ რატომ მოქმედებს გრავიტაცია დროზე. წარმოიდგინეთ რაკეტა დაფრინავს კოსმოსში. მოხერხებულობისთვის ვივარაუდებთ, რომ მისი სხეული იმდენად დიდია, რომ მთელი წამი სჭირდება სინათლეს მის გასწვრივ ზემოდან ქვემოდან გადატანას. დაბოლოს, დავუშვათ, რომ რაკეტაში არის ორი დამკვირვებელი, ერთი ზევით, ჭერთან ახლოს, მეორე ბოლოში, იატაკზე და ორივე აღჭურვილია ერთი და იგივე საათით, რომელიც ითვლის წამებს.

დავუშვათ, რომ ზედა დამკვირვებელი, რომელიც დაელოდა თავისი საათის ათვლას, მაშინვე აგზავნის სინათლის სიგნალს ქვედაზე. მომდევნო დათვლაზე ის აგზავნის მეორე სიგნალს. ჩვენი პირობების მიხედვით, თითოეულ სიგნალს ქვედა დამკვირვებლამდე მისვლას დასჭირდება ერთი წამი. ვინაიდან ზედა დამკვირვებელი აგზავნის ორ სინათლის სიგნალს ერთი წამის ინტერვალით, ქვედა დამკვირვებელიც დარეგისტრირებს მათ იმავე ინტერვალით.

რა შეიცვლება, თუ ამ ექსპერიმენტში, კოსმოსში თავისუფლად ცურვის ნაცვლად, რაკეტა დედამიწაზე დადგება და განიცდის გრავიტაციის მოქმედებას? ნიუტონის თეორიის მიხედვით, გრავიტაცია არანაირად არ იმოქმედებს სიტუაციაზე: თუ ზემოთ დამკვირვებელი გადასცემს სიგნალებს წამის ინტერვალით, მაშინ ქვემოთ მოცემული დამკვირვებელი მიიღებს მათ იმავე ინტერვალში. მაგრამ ეკვივალენტობის პრინციპი პროგნოზირებს მოვლენების განსხვავებულ განვითარებას. რომელი, ჩვენ შეგვიძლია გავიგოთ, თუ ეკვივალენტობის პრინციპის შესაბამისად, გონებრივად ჩავანაცვლებთ გრავიტაციის მოქმედებას მუდმივი აჩქარებით. ეს არის ერთი მაგალითი იმისა, თუ როგორ გამოიყენა აინშტაინმა ეკვივალენტობის პრინციპი მისი შესაქმნელად ახალი თეორიაგრავიტაცია.

ასე რომ, დავუშვათ, რომ ჩვენი რაკეტა აჩქარებს. (ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ ის აჩქარებს ნელა, ისე რომ მისი სიჩქარე არ უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს.) ვინაიდან რაკეტის სხეული მაღლა მოძრაობს, პირველმა სიგნალმა უნდა გაიაროს უფრო მოკლე მანძილი, ვიდრე ადრე (აჩქარების დაწყებამდე). და ჩამოვა ქვედა დამკვირვებელთან, სანამ წამს მომცემს. თუ რაკეტა მუდმივი სიჩქარით მოძრაობდა, მაშინ მეორე სიგნალი ზუსტად იმავე რაოდენობით ჩამოვიდოდა ადრე, ასე რომ ორ სიგნალს შორის ინტერვალი დარჩებოდა ერთი წამის ტოლი. მაგრამ მეორე სიგნალის გაგზავნის მომენტში, აჩქარების გამო, რაკეტა უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე პირველის გაგზავნის მომენტში, ისე რომ მეორე სიგნალი პირველზე უფრო მოკლე მანძილს გაივლის და კიდევ უფრო ნაკლებ დროს დახარჯავს. ქვემოთ მოყვანილი დამკვირვებელი, რომელიც ამოწმებს თავის საათს, შენიშნავს, რომ სიგნალებს შორის ინტერვალი ერთ წამზე ნაკლებია და არ დაეთანხმება ზემოთ მოცემულ დამკვირვებელს, რომელიც ამტკიცებს, რომ მან სიგნალები გაგზავნა ზუსტად ერთი წამის შემდეგ.

აჩქარებული რაკეტის შემთხვევაში, ეს ეფექტი ალბათ არ უნდა იყოს განსაკუთრებით გასაკვირი. ბოლოს და ბოლოს, ჩვენ უბრალოდ ავუხსენით! მაგრამ გახსოვდეთ: ეკვივალენტობის პრინციპი ამბობს, რომ იგივე ხდება, როდესაც რაკეტა ისვენებს გრავიტაციულ ველში. ამიტომ, მაშინაც კი, თუ რაკეტა არ აჩქარებს, მაგრამ, მაგალითად, დგას დედამიწის ზედაპირზე გაშვების ბალიშზე, ზედა დამკვირვებლის მიერ წამის ინტერვალით გაგზავნილი სიგნალები (მისი საათის მიხედვით) ჩამოვა ქვედაზე. დამკვირვებელი უფრო მოკლე ინტერვალით (მისი საათის მიხედვით) . ეს მართლაც საოცარია!

გრავიტაცია ცვლის დროის დინებას. როგორც ამას ფარდობითობის სპეციალური თეორია გვეუბნება დრო გადისერთმანეთის მიმართ მოძრავი დამკვირვებლებისთვის განსხვავებულად, ფარდობითობის ზოგადი თეორია აცხადებს, რომ დროის მსვლელობა განსხვავებულია სხვადასხვა ადგილას მდებარე დამკვირვებლებისთვის. გრავიტაციული ველები. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის თანახმად, ქვედა დამკვირვებელი აღრიცხავს უფრო მოკლე ინტერვალს სიგნალებს შორის, რადგან დრო უფრო ნელა მიედინება დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, ვინაიდან გრავიტაცია აქ უფრო ძლიერია. რაც უფრო ძლიერია გრავიტაციული ველი, მით უფრო დიდია ეს ეფექტი.

ჩვენი ბიოლოგიური საათი ასევე რეაგირებს დროის მსვლელობის ცვლილებებზე. თუ ტყუპებიდან ერთი მთის წვერზე ცხოვრობს, მეორე კი ზღვის პირას, პირველი უფრო სწრაფად დაბერდება, ვიდრე მეორე. ამ შემთხვევაში ასაკობრივი სხვაობა უმნიშვნელო იქნება, მაგრამ საგრძნობლად გაიზრდება, როგორც კი ერთ-ერთი ტყუპისცალი შორ მოგზაურობაში წავა კოსმოსური ხომალდით, რომელიც აჩქარებს სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებულ სიჩქარეს. როდესაც მოხეტიალე დაბრუნდება, ის ბევრად უმცროსი იქნება, ვიდრე მისი ძმა, რომელიც დედამიწაზე დარჩა. ეს შემთხვევა ცნობილია როგორც ტყუპის პარადოქსი, მაგრამ ეს მხოლოდ პარადოქსია მათთვის, ვინც აბსოლუტური დროის იდეას ინარჩუნებს. ფარდობითობის თეორიაში არ არსებობს უნიკალური აბსოლუტური დრო - თითოეულ ინდივიდს აქვს დროის საკუთარი საზომი, რომელიც დამოკიდებულია იმაზე, თუ სად არის და როგორ მოძრაობს.

ულტრა ზუსტი სანავიგაციო სისტემების მოსვლასთან ერთად, რომლებიც იღებენ სიგნალებს თანამგზავრებიდან, სხვადასხვა სიმაღლეზე საათის სიჩქარის სხვაობა პრაქტიკული მნიშვნელობის გახდა. თუ აღჭურვილობა უგულებელყოფდა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პროგნოზებს, პოზიციის დადგენის შეცდომამ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე კილომეტრს!

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის გამოჩენამ რადიკალურად შეცვალა სიტუაცია. სივრცემ და დრომ სტატუსი მოიპოვა დინამიური ერთეულები. როდესაც სხეულები მოძრაობენ ან ძალები მოქმედებენ, ისინი იწვევენ სივრცისა და დროის გამრუდებას, ხოლო სივრცე-დროის სტრუქტურა, თავის მხრივ, გავლენას ახდენს სხეულების მოძრაობასა და ძალების მოქმედებაზე. სივრცე და დრო არა მხოლოდ გავლენას ახდენს ყველაფერზე, რაც ხდება სამყაროში, არამედ ისინი თავად არიან დამოკიდებული ამ ყველაფერზე.

წარმოიდგინეთ თავხედი ასტრონავტი, რომელიც რჩება კოლაფსირებული ვარსკვლავის ზედაპირზე კატაკლიზმური კოლაფსის დროს. მისი საათის რაღაც მომენტში, ვთქვათ, 11:00 საათზე, ვარსკვლავი შემცირდება კრიტიკულ რადიუსამდე, რომლის მიღმა გრავიტაციული ველი იმდენად ძლიერი ხდება, რომ მისგან თავის დაღწევა შეუძლებელია. ახლა დავუშვათ, რომ ასტრონავტს დაევალა ყოველ წამს სიგნალი გაუგზავნოს კოსმოსურ ხომალდს, რომელიც ორბიტაზე იმყოფება ვარსკვლავის ცენტრიდან გარკვეულ მანძილზე. ის იწყებს სიგნალების გადაცემას 10:59:58 საათზე, ანუ 11:00 საათამდე ორი წამით ადრე. რას დარეგისტრირებს ეკიპაჟი კოსმოსურ ხომალდზე?

მანამდე, როდესაც ჩავატარეთ სააზროვნო ექსპერიმენტი რაკეტის შიგნით სინათლის სიგნალების გადაცემის შესახებ, დავრწმუნდით, რომ გრავიტაცია ანელებს დროს და რაც უფრო ძლიერია ის, მით უფრო მნიშვნელოვანი იქნება ეფექტი. ვარსკვლავის ზედაპირზე მყოფი ასტრონავტი უფრო ძლიერ გრავიტაციულ ველშია, ვიდრე მისი კოლეგები ორბიტაზე, ამიტომ მის საათზე ერთი წამი გემის საათზე წამზე მეტხანს გაგრძელდება. როდესაც ასტრონავტი ზედაპირთან ერთად მოძრაობს ვარსკვლავის ცენტრისკენ, მასზე მოქმედი ველი უფრო და უფრო ძლიერდება, ასე რომ, კოსმოსურ ხომალდზე მიღებულ მის სიგნალებს შორის ინტერვალები მუდმივად იზრდება. ამ დროის გაფართოება 10:59:59 საათამდე იქნება ძალიან მცირე, ასე რომ ორბიტაზე მყოფი ასტრონავტებისთვის 10:59:58 და 10:59:59 სიგნალებს შორის ინტერვალი იქნება წამზე ცოტა მეტი. მაგრამ დილის 11:00 საათზე გაგზავნილი სიგნალი გემზე არ იქნება მოსალოდნელი.

ყველაფერი, რაც ხდება ვარსკვლავის ზედაპირზე დილის 10:59:59-დან 11:00 საათამდე, ასტრონავტის საათის მიხედვით, კოსმოსური ხომალდის საათის მიერ დროის უსასრულო მონაკვეთზე იქნება გადაჭიმული. 11:00 საათს რომ ვუახლოვდებით, ვარსკვლავის მიერ გამოსხივებული ზედიზედ მწვერვალებისა და სინათლის ტალღების ღეროებს შორის ინტერვალები უფრო და უფრო გრძელი გახდება; იგივე მოხდება ასტრონავტის სიგნალებს შორის დროის ინტერვალებთან დაკავშირებით. ვინაიდან გამოსხივების სიხშირე განისაზღვრება წამში შემომავალი ქედების (ან ღეროების) რაოდენობით, უფრო და უფრო დაბალი სიხშირევარსკვლავის გამოსხივება. ვარსკვლავის შუქი უფრო და უფრო გაწითლდება და ერთდროულად ქრებოდა. საბოლოოდ ვარსკვლავი იმდენად დაბნელდება, რომ კოსმოსური ხომალდის დამკვირვებლებისთვის უხილავი გახდება; რჩება მხოლოდ შავი ხვრელი სივრცეში. თუმცა, ვარსკვლავის მიზიდულობის გავლენა კოსმოსურ ხომალდზე გაგრძელდება და ის გააგრძელებს ორბიტას.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია(OTO) - გეომეტრიული თეორიაგრავიტაცია, გამოქვეყნებული ალბერტ აინშტაინის მიერ 1915-1916 წლებში. ამ თეორიის ფარგლებში, რომელიც წარმოადგენს ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შემდგომ განვითარებას, ვარაუდობენ, რომ გრავიტაციული ეფექტები გამოწვეულია არა სივრცე-დროში მდებარე სხეულებისა და ველების ძალთა ურთიერთქმედებით, არამედ სივრცე-დროის დეფორმაციით. თავად, რაც დაკავშირებულია, კერძოდ, მასობრივი ენერგიის არსებობასთან. ამრიგად, ზოგად ფარდობითობაში, ისევე როგორც სხვა მეტრულ თეორიებში, გრავიტაცია არ არის ძალის ურთიერთქმედება. ფარდობითობის ზოგადი თეორია განსხვავდება გრავიტაციის სხვა მეტრიკული თეორიებისგან, აინშტაინის განტოლებების გამოყენებით, რათა დააკავშიროს სივრცე-დროის გამრუდება სივრცეში არსებულ მატერიასთან.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია ამჟამად ყველაზე წარმატებული გრავიტაციული თეორიაა, რომელიც კარგად არის დადასტურებული დაკვირვებებით. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პირველი წარმატება იყო მერკურის პერიჰელიონის ანომალიური პრეცესიის ახსნა. შემდეგ, 1919 წელს, არტურ ედინგტონმა მოახსენა მზის მახლობლად სინათლის გადახრის დაკვირვება იმ მომენტში. სრული დაბნელება, რომელმაც დაადასტურა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პროგნოზები.

მას შემდეგ ბევრმა სხვა დაკვირვებამ და ექსპერიმენტმა დაადასტურა თეორიის პროგნოზების მნიშვნელოვანი რაოდენობა, მათ შორის გრავიტაციული დროის გაფართოება, გრავიტაციული წითელ გადანაცვლება, გრავიტაციულ ველში სიგნალის შეფერხება და ჯერჯერობით მხოლოდ ირიბად, გრავიტაციული გამოსხივება. გარდა ამისა, მრავალი დაკვირვება განიმარტება, როგორც ზოგადი ფარდობითობის ერთ-ერთი ყველაზე იდუმალი და ეგზოტიკური პროგნოზის - შავი ხვრელების არსებობის დადასტურება.

ზოგადი ფარდობითობის აბსოლუტური წარმატების მიუხედავად, სამეცნიერო საზოგადოებაში დისკომფორტია, რომ ის არ შეიძლება გადაფორმულირდეს, როგორც კვანტური თეორიის კლასიკური ზღვარი, შეუქცევადი მათემატიკური განსხვავებების გამო, შავი ხვრელების და, ზოგადად, სივრცე-დროის სინგულარების განხილვისას. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, მთელი რიგი ალტერნატიული თეორიები. ამჟამინდელი ექსპერიმენტული მტკიცებულება მიუთითებს, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორიიდან ნებისმიერი სახის გადახრა უნდა იყოს ძალიან მცირე, თუ ის საერთოდ არსებობს.

ფარდობითობის ზოგადი პრინციპები

ნიუტონის გრავიტაციის თეორია ემყარება გრავიტაციის კონცეფციას, რომელიც არის შორ მანძილზე ძალა: ის მყისიერად მოქმედებს ნებისმიერ მანძილზე. მოქმედების ეს მყისიერი ბუნება შეუთავსებელია თანამედროვე ფიზიკის საველე პარადიგმასთან და, კერძოდ, სპეციალური თეორიაფარდობითობა, შექმნილი 1905 წელს აინშტაინის მიერ, შთაგონებული პუანკარესა და ლორენცის ნაშრომებით. აინშტაინის თეორიაში ვერცერთი ინფორმაცია ვერ იმოგზაურებს იმაზე სწრაფად, ვიდრე სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.

მათემატიკურად, ნიუტონის გრავიტაციული ძალა გამომდინარეობს პოტენციური ენერგიასხეულები გრავიტაციულ ველში. ამ პოტენციური ენერგიის შესაბამისი გრავიტაციული პოტენციალი ემორჩილება პუასონის განტოლებას, რომელიც არ არის უცვლელი ლორენცის გარდაქმნების დროს. შეუცვლელობის მიზეზი არის ის, რომ ენერგია სპეციალურ ფარდობითობაში არ არის სკალარული ღირებულება, და გადადის 4-ვექტორის დროის კომპონენტში. გრავიტაციის ვექტორული თეორია თეორიის მსგავსი აღმოჩნდება ელექტრომაგნიტური ველიმაქსველი და მივყავართ უარყოფითი ენერგიაგრავიტაციული ტალღები, რაც დაკავშირებულია ურთიერთქმედების ბუნებასთან: ამავე სახელწოდების მუხტები (მასები) იზიდავს გრავიტაციაში და არა მოგერიება, როგორც ელექტრომაგნიტიზმში. ამგვარად, ნიუტონის გრავიტაციის თეორია შეუთავსებელია ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ფუნდამენტურ პრინციპთან - ბუნების კანონების უცვლელობასთან ნებისმიერ ინერციულ მიმართვის სისტემაში და ნიუტონის თეორიის პირდაპირ ვექტორულ განზოგადებას, რომელიც პირველად პუანკარემ 1905 წელს შემოთავაზებული თავის წერილში. მუშაობა "ელექტრონის დინამიკაზე", იწვევს ფიზიკურად არადამაკმაყოფილებელ შედეგებს.

აინშტაინმა დაიწყო გრავიტაციის თეორიის ძიება, რომელიც შეესაბამებოდა ბუნების კანონების შეუცვლელობის პრინციპს ნებისმიერი მითითების სისტემასთან მიმართებაში. ამ ძიების შედეგი იყო ფარდობითობის ზოგადი თეორია, რომელიც ეფუძნება გრავიტაციული და ინერციული მასის იდენტურობის პრინციპს.

გრავიტაციული და ინერციული მასების თანასწორობის პრინციპი

კლასიკურ ნიუტონის მექანიკაში მასის ორი ცნება არსებობს: პირველი ეხება ნიუტონის მეორე კანონს, ხოლო მეორე - უნივერსალური მიზიდულობის კანონს. პირველი მასა - ინერციული (ან ინერციული) - არის სხეულზე მოქმედი არაგრავიტაციული ძალის თანაფარდობა მის აჩქარებასთან. მეორე მასა - გრავიტაციული (ან, როგორც მას ზოგჯერ უწოდებენ, მძიმე) - განსაზღვრავს სხეულის მიზიდულობის ძალას სხვა სხეულების მიერ და მისი საკუთარი ძალამიმზიდველობა. ზოგადად, ეს ორი მასა იზომება, როგორც აღწერიდან ჩანს, სხვადასხვა ექსპერიმენტებში, ამიტომ ისინი საერთოდ არ უნდა იყვნენ ერთმანეთის პროპორციული. მათი მკაცრი პროპორციულობა საშუალებას გვაძლევს ვისაუბროთ სხეულის ერთიან მასაზე, როგორც არაგრავიტაციულ, ისე გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებში. ერთეულების შესაფერისი არჩევანით, ეს მასები შეიძლება ერთმანეთის ტოლფასი იყოს. თავად პრინციპი წამოაყენა ისააკ ნიუტონმა და მასების თანასწორობა ექსპერიმენტულად 10?3-ის შედარებითი სიზუსტით დაადასტურა. XIX საუკუნის ბოლოს Eötvös-მა ჩაატარა უფრო დახვეწილი ექსპერიმენტები, რამაც პრინციპის გადამოწმების სიზუსტე 10?9-მდე მიიყვანა. მე-20 საუკუნის განმავლობაში ექსპერიმენტულმა ტექნიკამ შესაძლებელი გახადა მასების თანასწორობის დადასტურება 10x12-10x13 შედარებითი სიზუსტით (ბრაგინსკი, დიკე და სხვ.). ზოგჯერ გრავიტაციული და ინერციული მასების თანასწორობის პრინციპს ეკვივალენტობის სუსტ პრინციპს უწოდებენ. ალბერტ აინშტაინმა ის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძვლად დააყენა.

გეოდეზიური ხაზების გასწვრივ მოძრაობის პრინციპი

თუ გრავიტაციული მასა ზუსტად უდრის ინერციულ მასას, მაშინ სხეულის აჩქარების გამოხატულებაში, რომელზეც მოქმედებს მხოლოდ გრავიტაციული ძალები, ორივე მასა მცირდება. შესაბამისად, სხეულის აჩქარება და, შესაბამისად, მისი ტრაექტორია არ არის დამოკიდებული მასაზე და შიდა სტრუქტურასხეული. თუ სივრცის ერთ წერტილში მყოფი ყველა სხეული იღებს ერთსა და იმავე აჩქარებას, მაშინ ეს აჩქარება შეიძლება ასოცირდებოდეს არა სხეულების თვისებებთან, არამედ თავად სივრცის თვისებებთან ამ წერტილში.

ამრიგად, სხეულებს შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების აღწერა შეიძლება შემცირდეს სივრცე-დროის აღწერამდე, რომელშიც სხეულები მოძრაობენ. ბუნებრივია, აინშტაინის მსგავსად, ვივარაუდოთ, რომ სხეულები მოძრაობენ ინერციით, ანუ ისე, რომ მათი აჩქარება საკუთარ საცნობარო სისტემაში ნულის ტოლია. შემდეგ სხეულების ტრაექტორია იქნება გეოდეზიური ხაზები, რომელთა თეორია მათემატიკოსებმა ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში განავითარეს.

თავად გეოდეზიური ხაზები შეიძლება მოიძებნოს სივრცე-დროში ორ მოვლენას შორის მანძილის ანალოგის მითითებით, რომელსაც ტრადიციულად უწოდებენ ინტერვალს ან მსოფლიო ფუნქციას. ინტერვალი შიგნით სამგანზომილებიანი სივრცეხოლო ერთგანზომილებიანი დრო (სხვა სიტყვებით, ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დროში) მოცემულია მეტრულ ტენზორის 10 დამოუკიდებელი კომპონენტით. ეს 10 რიცხვი ქმნის სივრცის მეტრიკას. ის განსაზღვრავს „მანძილს“ სივრცე-დროის ორ უსასრულოდ ახლო წერტილს შორის სხვადასხვა მიმართულებით. მსოფლიო ხაზების შესაბამისი გეოდეზიური ხაზები ფიზიკური სხეულები, რომლის სიჩქარეც სინათლის სიჩქარეზე ნაკლებია, აღმოჩნდება, რომ არის ყველაზე დიდი სათანადო დროის ხაზები, ანუ დრო, რომელიც იზომება ამ ტრაექტორიის მიმავალ სხეულზე მკაცრად მიმაგრებული საათის მიერ. თანამედროვე ექსპერიმენტები ადასტურებს სხეულების მოძრაობას გეოდეზიური ხაზების გასწვრივ ისეთივე სიზუსტით, როგორც გრავიტაციული და ინერციული მასების თანასწორობა.

სივრცე-დროის გამრუდება

თუ ორი სხეული ერთმანეთის პარალელურად ორი ახლო წერტილიდან არის გაშვებული, მაშინ გრავიტაციულ ველში ისინი თანდათან ან მიუახლოვდებიან ან შორდებიან ერთმანეთს. ამ ეფექტს ეწოდება გეოდეზიური ხაზების გადახრა. მსგავსი ეფექტი შეიძლება დაფიქსირდეს უშუალოდ, თუ ორი ბურთი ერთმანეთის პარალელურად გაიშვება რეზინის გარსზე, რომელზედაც მასიური ობიექტია განთავსებული ცენტრში. ბურთები გაიფანტება: ის, რომელიც უფრო ახლოს იყო ობიექტთან, რომელიც მემბრანას უბიძგებს, უფრო ძლიერად მიისწრაფვის ცენტრისკენ, ვიდრე უფრო შორეული ბურთი. ეს შეუსაბამობა (გადახრა) გამოწვეულია მემბრანის გამრუდებით. ანალოგიურად, სივრცე-დროში გეოდეზიის გადახრა (სხეულების ტრაექტორიების განსხვავება) დაკავშირებულია მის გამრუდებასთან. სივრცე-დროის გამრუდება ცალსახად განისაზღვრება მისი მეტრიკით - მეტრული ტენსორი. ფარდობითობის ზოგად თეორიასა და გრავიტაციის ალტერნატიულ თეორიებს შორის განსხვავება უმეტეს შემთხვევაში განისაზღვრება ზუსტად მატერიის (არაგრავიტაციული ბუნების სხეულები და ველები, რომლებიც ქმნიან გრავიტაციულ ველს) და სივრცე-დროის მეტრულ თვისებებს შორის კავშირის გზით. .

სივრცე-დრო GR და ძლიერი ეკვივალენტობის პრინციპი

ხშირად არასწორად ითვლება, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველია გრავიტაციული და ინერციული ველების ეკვივალენტობის პრინციპი, რომელიც შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად:
შედარებით მცირე ადგილობრივი ფიზიკური სისტემაგრავიტაციულ ველში მდებარე, ქცევით არ განსხვავდება ერთი და იგივე სისტემისგან, რომელიც აჩქარებულ (შედარებით ინერციული სისტემამითითება) სპეციალური ფარდობითობის ბრტყელ სივრცე-დროში ჩაძირული საცნობარო სისტემა.

ზოგჯერ იგივე პრინციპი პოსტულირებულია, როგორც "სპეციალური ფარდობითობის ლოკალური ვალიდობა" ან უწოდებენ "ძლიერი ეკვივალენტობის პრინციპს".

ისტორიულად ამ პრინციპმა მართლაც დიდი როლი ითამაშა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შემუშავებაში და გამოიყენა აინშტაინმა მის განვითარებაში. თუმცა, თეორიის ყველაზე საბოლოო ფორმაში, ის ფაქტობრივად არ შეიცავს, რადგან სივრცე-დრო, როგორც აჩქარებულ, ასევე ორიგინალური სისტემაფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში მითითება არ არის მრუდი - ბრტყელი, ხოლო ფარდობითობის ზოგად თეორიაში მას ნებისმიერი სხეული ახვევს და სწორედ მისი გამრუდება იწვევს გრავიტაციული მიზიდულობატელ.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის სივრცე-დროსა და ფარდობითობის სპეციალური თეორიის სივრცე-დროს შორის მთავარი განსხვავებაა მისი გამრუდება, რომელიც გამოიხატება ტენზორული სიდიდით - მრუდის ტენსორი. ფარდობითობის სპეციალური ფარდობითობის სივრცე-დროში ეს ტენსორი იდენტურად ნულის ტოლია და სივრცე-დრო ბრტყელია.

ამ მიზეზით სახელწოდება „ზოგადი ფარდობითობა“ მთლად სწორი არ არის. ეს თეორია არის მხოლოდ ერთ-ერთი სიმძიმის თეორიებიდან, რომლებიც ამჟამად განიხილება ფიზიკოსების მიერ, ხოლო ფარდობითობის სპეციალური თეორია (უფრო ზუსტად, მისი სივრცე-დროის მეტრიკის პრინციპი) ზოგადად მიღებულია. სამეცნიერო საზოგადოებადა წარმოადგენს თანამედროვე ფიზიკის საფუძვლის ქვაკუთხედს. თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ არცერთი სხვა განვითარებული თეორიებიგრავიტაციას, გარდა ფარდობითობის ზოგადი თეორიისა, არ გაუძლო დროსა და ექსპერიმენტს.

ზოგადი ფარდობითობის ძირითადი შედეგები

კორესპონდენციის პრინციპის მიხედვით, სუსტ გრავიტაციულ ველებში ზოგადი ფარდობითობის პროგნოზები ემთხვევა ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონის გამოყენების შედეგებს მცირე კორექტივებით, რომლებიც იზრდება ველის სიძლიერის მატებასთან ერთად.

ზოგადი ფარდობითობის პირველი პროგნოზირებული და დამოწმებული ექსპერიმენტული შედეგები იყო სამი კლასიკური ეფექტი, რომლებიც ჩამოთვლილია ქვემოთ მათი პირველი შემოწმების ქრონოლოგიური თანმიმდევრობით:
1. მერკურის ორბიტის პერიჰელიონის დამატებითი ცვლა ნიუტონის მექანიკის პროგნოზებთან შედარებით.
2. სინათლის სხივის გადახრა მზის გრავიტაციულ ველში.
3. გრავიტაციული წითელ გადანაცვლება, ან დროის გაფართოება გრავიტაციულ ველში.

არსებობს მრავალი სხვა ეფექტი, რომელიც შეიძლება ექსპერიმენტულად დადასტურდეს. მათ შორის შეიძლება აღინიშნოს ელექტრომაგნიტური ტალღების გადახრა და დაყოვნება (შაპიროს ეფექტი) მზისა და იუპიტერის გრავიტაციულ ველში, ლინზა-თირინგის ეფექტი (გიროსკოპის პრეცესია მბრუნავ სხეულთან), ასტროფიზიკური მტკიცებულება შავი ფერის არსებობის შესახებ. ხვრელები, ახლო სისტემების მიერ გრავიტაციული ტალღების გამოსხივების მტკიცებულება ორმაგი ვარსკვლავებიდა სამყაროს გაფართოება.

ჯერჯერობით არ არის ნაპოვნი სანდო ექსპერიმენტული მტკიცებულება, რომელიც უარყოფს ზოგად ფარდობითობას. ეფექტების გაზომილი მნიშვნელობების გადახრები ზოგადი ფარდობითობით ნაწინასწარმეტყველებისაგან არ აღემატება 0,1%-ს (ზემოხსენებული სამი კლასიკური ფენომენისთვის). ამის მიუხედავად, სხვადასხვა მიზეზის გამო, თეორეტიკოსებმა შეიმუშავეს გრავიტაციის მინიმუმ 30 ალტერნატიული თეორია და ზოგიერთი მათგანი შესაძლებელს ხდის თეორიაში შემავალი პარამეტრების შესაბამისი მნიშვნელობების ზოგად ფარდობითობასთან თვითნებურად მიახლოებული შედეგების მიღებას.

„ზს“ No7-11 / 1939 წ

ლევ ლანდაუ

წელს ჩვენი დროის უდიდესი ფიზიკოსის, ალბერტ აინშტაინის 60 წელი შეუსრულდა. აინშტაინი ცნობილია ფარდობითობის თეორიით, რომელმაც ნამდვილი რევოლუცია გამოიწვია მეცნიერებაში. ჩვენს ირგვლივ სამყაროს გაგებით, ფარდობითობის პრინციპმა, რომელიც წამოაყენა აინშტაინმა ჯერ კიდევ 1905 წელს, მოახდინა იგივე უზარმაზარი რევოლუცია, რაც თავის დროზე კოპერნიკის დოქტრინამ მოახდინა.
კოპერნიკამდე ხალხი ფიქრობდა, რომ ისინი ცხოვრობდნენ აბსოლუტურად მშვიდ სამყაროში, უმოძრაო დედამიწაზე - სამყაროს ცენტრში. კოპერნიკმა გაანადგურა ეს საუკუნოვანი ცრურწმენა და დაამტკიცა, რომ სინამდვილეში დედამიწა მხოლოდ ქვიშის პატარა მარცვალია უზარმაზარ სამყაროში, რომელიც მუდმივ მოძრაობაშია. ეს იყო ოთხასი წლის წინ. ახლა კი აინშტაინმა აჩვენა, რომ ჩვენთვის ისეთი ნაცნობი და ერთი შეხედვით სრულიად ნათელი რამ, როგორც დროს, ასევე აქვს სრულიად განსხვავებული თვისებები, ვიდრე ის, რასაც ჩვენ მას ჩვეულებრივ მივაწერთ...

ამ ძალიან რთული თეორიის სრულად გასაგებად საჭიროა მათემატიკისა და ფიზიკის დიდი ცოდნა. თუმცა ზოგადი იდეაყველას შეუძლია და უნდა ჰქონდეს ამის შესახებ კულტურის კაცი. ჩვენ შევეცდებით აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპის შესახებ ასეთი ზოგადი წარმოდგენა მივცეთ ჩვენს სტატიაში, რომელიც ნაწილებად გამოქვეყნდება ცოდნა არის ძალაუფლება სამ ნომერში.

ახალგაზრდა მკითხველისთვის ამ სტატიის დამუშავებაში მონაწილეობა მიიღეს ე.ზელიკოვიჩმა, ი.ნეჩაევმა და ო.პისარჟევსკიმ.

ფარდობითობა ჩვენ შეჩვეული ვართ

აქვს თუ არა ყველა განცხადებას აზრი?

Აშკარად არა. მაგალითად, თუ ამბობთ „ბე-ბა-ბუ“, მაშინ ამ ძახილში აზრს ვერავინ იპოვის. მაგრამ საკმაოდ მნიშვნელოვანი სიტყვებიც კი, გრამატიკის ყველა წესის მიხედვით შერწყმული, ასევე შეუძლია სრული სისულელე. ამრიგად, ძნელია რაიმე მნიშვნელობის მინიჭება ფრაზას „ლირიული ყველი იცინის“.

თუმცა, ყველა სისულელე არ არის ასე აშკარა: ძალიან ხშირად განცხადება, ერთი შეხედვით, საკმაოდ გონივრული, არსებითად აბსურდული აღმოჩნდება. მითხარით, მაგალითად, მოსკოვის პუშკინის მოედნის რომელ მხარეს არის პუშკინის ძეგლი: მარჯვნივ თუ მარცხნივ?

ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა შეუძლებელია. თუ წითელი მოედნიდან მაიაკოვსკის მოედანზე მიდიხარ, მაშინ ძეგლი მარცხნივ იქნება, ხოლო თუ საპირისპირო მიმართულებით წახვალ, მარჯვნივ. ნათელია, რომ მიმართულების მითითების გარეშე, რომლებთან მიმართებაშიც მივიჩნევთ „მარჯვნივ“ და „მარცხნივ“, ამ ცნებებს არანაირი მნიშვნელობა არ აქვს.

ანალოგიურად, შეუძლებელია იმის თქმა, რა არის ახლა დედამიწაზე: დღე თუ ღამე? პასუხი დამოკიდებულია იმაზე, თუ სად არის დასმული შეკითხვა. როცა მოსკოვში დღეა, ჩიკაგოში ღამეა. მაშასადამე, განცხადებას „ახლა დღეა თუ ღამეა“ არავითარი მნიშვნელობა არ აქვს, თუ არ არის მითითებული, თუ რომელ ადგილს ეხება იგი. ასეთ ცნებებს "ნათესავი" დაერქმევა.

აქ ნაჩვენები ორი ნახატი აჩვენებს მწყემსს და ძროხას. ერთ სურათზე მწყემსი ძროხაზე დიდია, მეორეში კი ძროხა მწყემსზე დიდია. მაგრამ ყველასთვის გასაგებია, რომ აქ არანაირი წინააღმდეგობა არ არის. ნახატები შესრულდა სხვადასხვა ადგილას მყოფი დამკვირვებლების მიერ: პირველი უფრო ახლოს იყო ძროხასთან, მეორე უფრო ახლოს იყო მწყემსთან. ნახატებში მნიშვნელოვანია არა ობიექტების ზომა, არამედ ის კუთხე, რომლითაც ჩვენ ვხედავთ ამ ობიექტებს სინამდვილეში.

ცხადია, რომ ობიექტის „კუთხური სიდიდე“ ფარდობითია: ეს დამოკიდებულია მათსა და ობიექტს შორის მანძილზე. რაც უფრო ახლოს არის ობიექტი, მით უფრო დიდია მისი კუთხური სიდიდე და უფრო დიდი ჩანს, და რაც უფრო შორს არის ობიექტი, მით უფრო მცირეა მისი კუთხური სიდიდე და მით უფრო პატარა ჩანს.

აბსოლუტი შედარებითი აღმოჩნდა

თუმცა, ყოველთვის არა, ჩვენი ცნებების ფარდობითობა ისეთივე აშკარაა, როგორც მოცემულ მაგალითებში.

ხშირად ვამბობთ „ზემოთ“ და „ქვემოთ“. ეს ცნებები აბსოლუტურია თუ ფარდობითი? AT ძველი დრო, როდესაც ჯერ კიდევ არ იყო ცნობილი, რომ დედამიწა სფერულია და იგი წარმოიდგინეს ფორმაში ბრტყელი ბლინი, თავისთავად მიიჩნეოდა, რომ მთელ მსოფლიოში "ზევით" და "ქვემოთ" მიმართულებები ერთნაირია.

მაგრამ შემდეგ აღმოჩნდა, რომ დედამიწა სფერულია და აღმოჩნდა, რომ ვერტიკალის მიმართულებები სხვადასხვა წერტილში დედამიწის ზედაპირიგანსხვავებული.

ეს ყველაფერი ახლა ეჭვს არ გვიტოვებს. იმავდროულად, ისტორია გვიჩვენებს, რომ არც ისე ადვილი იყო „ზევით“ და „ქვევით“ ფარდობითობის გაგება. ადამიანებს აქვთ უნარი მიანიჭონ აბსოლუტური მნიშვნელობა ცნებებს, რომელთა ფარდობითობა არ არის ნათელი ყოველდღიური გამოცდილებიდან. გავიხსენოთ სასაცილო "პროტესტი" დედამიწის სფერულობის წინააღმდეგ, რომელიც ძალიან წარმატებული იყო შუა საუკუნეებში: დედამიწის "სხვა მხარეს", როგორც ამბობენ, ხეები ქვევით უნდა გაიზარდოს, წვიმის წვეთები ზევით ჩამოვარდეს, ხალხი კი იარეთ თავდაყირა.

მართლაც, თუ მოსკოვში ვერტიკალის მიმართულებას აბსოლუტურად მივიჩნევთ, გამოდის, რომ ჩიკაგოში ხალხი თავდაყირა დადის. და ჩიკაგოში მცხოვრები ადამიანების აბსოლუტური თვალსაზრისით, მოსკოველები თავდაყირა დადიან. მაგრამ სინამდვილეში, ვერტიკალური მიმართულება არ არის აბსოლუტური, არამედ ფარდობითი. და ყველგან დედამიწაზე, თუმცა ის სფერულია, ადამიანები მხოლოდ თავდაყირა დადიან.

და მოძრაობა ფარდობითია

წარმოვიდგინოთ ორი მოგზაური, რომლებიც მოგზაურობენ ექსპრეს მატარებლით მოსკოვი - ვლადივოსტოკი. ისინი თანხმდებიან, რომ ყოველდღე ერთსა და იმავე ადგილას იკრიბებიან სასადილო მანქანაში და წერილებს მისწერენ ქმრებს. მოგზაურები დარწმუნებულები არიან, რომ ასრულებენ პირობას - ყოველდღე იმყოფებოდნენ იმავე ადგილას, სადაც გუშინ იყვნენ. თუმცა, მათი ქმრები ამას არ დაეთანხმებიან: ისინი მტკიცედ ირწმუნებიან, რომ მოგზაურები ყოველდღე ხვდებოდნენ ახალ ადგილას, წინა ადგილიდან ათასი კილომეტრის მოშორებით.

ვინ არის მართალი: მოგზაურები თუ მათი ქმრები?

ჩვენ არ გვაქვს მიზეზი, რომ უპირატესობა მივცეთ ერთს ან მეორეს: ცნება „ერთი და იგივე ადგილი“ ფარდობითია. რაც შეეხება მატარებელს, მოგზაურები ნამდვილად ხვდებოდნენ ყოველთვის „ერთ ადგილას“ და დედამიწის ზედაპირთან შედარებით, მათი შეხვედრის ადგილი მუდმივად იცვლებოდა.

ამრიგად, სივრცეში პოზიცია ფარდობითი ცნებაა. სხეულის პოზიციაზე საუბრისას, ჩვენ ყოველთვის ვგულისხმობთ მის პოზიციას სხვა სხეულებთან მიმართებაში. ამიტომ, ჩვენ რომ გვეკითხებოდნენ, სად არის ესა თუ ის ორგანო, პასუხში სხვა ორგანოების ხსენების გარეშე, ასეთი მოთხოვნა სრულიად შეუსრულებლად უნდა მივიჩნიოთ.

აქედან გამომდინარეობს, რომ სხეულების მოძრაობა, ანუ მოძრაობაც შედარებითია. და როდესაც ჩვენ ვამბობთ "სხეული მოძრაობს", ეს მხოლოდ იმას ნიშნავს, რომ ის ცვლის თავის პოზიციას სხვა სხეულებთან შედარებით.

წარმოვიდგინოთ, რომ სხეულის მოძრაობას ვაკვირდებით სხვადასხვა წერტილიდან. ჩვენ შევთანხმდებით, რომ ასეთ პუნქტებს "ლაბორატორიები" ვუწოდოთ. ჩვენი წარმოსახვითი ლაბორატორიები შეიძლება იყოს ნებისმიერი რამ მსოფლიოში: სახლები, ქალაქები, მატარებლები, თვითმფრინავები, დედამიწა, სხვა პლანეტები, მზე და ვარსკვლავებიც კი.

როგორ გვეჩვენება ტრაექტორია, ანუ მოძრავი სხეულის გზა?

ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელი ლაბორატორიიდან ვაკვირდებით მას. დავუშვათ, რომ პილოტი თვითმფრინავიდან ტვირთს აგდებს. პილოტის გადმოსახედიდან ტვირთი ვერტიკალურად დაბლა დაფრინავს სწორხაზოვნად, ხოლო ადგილზე დამკვირვებლის გადმოსახედიდან დატვირთვის დაცემა აღწერს მრუდე ხაზს – პარაბოლას. რეალურად რომელ ტრაექტორიაზე მოძრაობს ტვირთი?

ამ კითხვას ისეთივე მცირე აზრი აქვს, როგორც კითხვას, თუ რომელი ფოტოა ადამიანის „რეალური“, ის, რომელშიც ის წინა მხრიდან არის გადაღებული, თუ ის, რომელშიც ის უკნიდან არის გადაღებული?

იმ მრუდის გეომეტრიულ ფორმას, რომლის გასწვრივაც სხეული მოძრაობს, იგივე ფარდობითი ხასიათი აქვს, როგორც ადამიანის ფოტოსურათს. ადამიანის წინიდან და უკნიდან გადაღებისას მივიღებთ სხვადასხვა კადრებს და თითოეული მათგანი სავსებით სწორი იქნება. ანალოგიურად, სხვადასხვა ლაბორატორიიდან ნებისმიერი სხეულის მოძრაობაზე დაკვირვებით, ჩვენ ვხედავთ სხვადასხვა ტრაექტორიას და ყველა ეს ტრაექტორია არის „რეალური“.

მაგრამ ისინი ყველა ჩვენთვის თანასწორია? ბოლოს და ბოლოს, შესაძლებელია თუ არა ისეთი დაკვირვების წერტილის, ისეთი ლაბორატორიის პოვნა, საიდანაც უკეთესად შეგვეძლო შევისწავლოთ კანონები, რომლებიც მართავენ სხეულის მოძრაობას?

ჩვენ უბრალოდ შევადარეთ მოძრავი სხეულის ტრაექტორიები ადამიანის ფოტოებს - ორივე შეიძლება იყოს ძალიან მრავალფეროვანი - ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელი წერტილიდან აკვირდებით სხეულის მოძრაობას ან იღებთ სურათს. მაგრამ თქვენ იცით, რომ ფოტოგრაფიაში ყველა თვალსაზრისი არ არის თანაბარი. მაგალითად, თუ თქვენ გჭირდებათ ფოტო პირადობის მოწმობისთვის, მაშინ ბუნებრივია გსურთ გადაიღოთ ფოტო წინა მხრიდან და არა უკნიდან. ანალოგიურად, მექანიკაში, ანუ სხეულების მოძრაობის კანონების შესწავლისას, დაკვირვების ყველა შესაძლო წერტილიდან უნდა ავირჩიოთ ყველაზე შესაფერისი.

მშვიდობის ძიებაში

ჩვენ ვიცით, რომ სხეულების მოძრაობაზე გავლენას ახდენს გარე გავლენები, რომლებსაც ჩვენ ძალებს ვუწოდებთ. მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ სხეული, რომელიც თავისუფალია რაიმე ძალის გავლენისგან. ერთხელ და სამუდამოდ შევთანხმდეთ, რომ სხეული, რომელზედაც ძალები არ მოქმედებს, მოსვენებულია. ახლა, დასვენების კონცეფციის დანერგვის შემდეგ, როგორც ჩანს, უკვე გვაქვს მყარი მხარდაჭერა სხეულების მოძრაობის შესწავლაში. სინამდვილეში, ეს სხეული, რომელზედაც არ მოქმედებს არანაირი ძალები და რომელიც ჩვენ შევთანხმდით, რომ მიჩნეულია მოსვენებულ მდგომარეობაში, შეიძლება გვემსახუროს როგორც მეგზური, „მმართველი ვარსკვლავი“ ყველა სხვა სხეულის მოძრაობის შესწავლაში.

წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენ რომელიმე სხეული ისე შორს მოვაცილეთ ყველა სხვა სხეულს, რომ მასზე ძალები აღარ იმოქმედებენ. და მაშინ ჩვენ შევძლებთ დავადგინოთ, როგორ უნდა განვითარდეს ფიზიკური მოვლენები ასეთ მოსვენებულ სხეულზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ მექანიკის კანონები, რომლებიც მართავენ ამ წარმოსახვით „დასვენების“ ლაბორატორიას. და თუ შევადარებთ მათ იმას, რასაც ვაკვირდებით სხვა, რეალურ ლაბორატორიებში, უკვე შეგვიძლია ვიმსჯელოთ მოძრაობის ნამდვილ თვისებებზე ყველა შემთხვევაში.

ასე რომ, როგორც ჩანს, ყველაფერი კარგადაა: ჩვენ ვიპოვეთ ძლიერი წერტილი - "მშვიდობა", თუმცა პირობითი, და ახლა მოძრაობამ დაკარგა ჩვენთვის ფარდობითობა.

თუმცა, სინამდვილეში, ასეთი სირთულით მიღწეული მოჩვენებითი „მშვიდობაც“ აბსოლუტური არ იქნება.

წარმოიდგინეთ დამკვირვებლები, რომლებიც ცხოვრობენ მარტოხელა ბურთზე, დაკარგული სამყაროს უზარმაზარ სივრცეში. ისინი არ გრძნობენ რაიმე გარე ძალების გავლენას საკუთარ თავზე და, შესაბამისად, უნდა დარწმუნდნენ, რომ ბურთი, რომელზეც ისინი ცხოვრობენ, სრულ უძრაობაშია, აბსოლუტურ, უცვლელ სიმშვიდეში.

უცებ შორს შეამჩნიეს კიდევ ერთი მსგავსი ბურთი, რომელზეც ერთი და იგივე დამკვირვებლები არიან. დიდი სისწრაფით, ეს მეორე ბურთი პირდაპირ და თანაბრად მირბის პირველისკენ. პირველ ბურთზე დამკვირვებლებს ეჭვი არ ეპარებათ, რომ ისინი დგანან და მხოლოდ მეორე ბურთი მოძრაობს. მაგრამ ამ მეორე ბურთის მაცხოვრებლებსაც სჯერათ მათი უძრაობისა და მტკიცედ არიან დარწმუნებულნი, რომ ეს პირველი "უცხო" ბურთი მათკენ მიიწევს.

რომელი მათგანია მართალი? ამაზე კამათს აზრი არ აქვს, რადგან მართკუთხა და ერთგვაროვანი მოძრაობის მდგომარეობა სრულიად არ განსხვავდება დასვენების მდგომარეობიდან.

ამაში დასარწმუნებლად მე და შენ არც კი გვჭირდება სამყაროს უსასრულო სიღრმეში ასვლა. ჩაჯექით მდინარის ორთქლმავალზე ნავსაყუდელთან, ჩაკეტეთ თქვენს სალონში და კარგად დაფარეთ ფანჯრები. ასეთ პირობებში ვერასოდეს შეამჩნევთ, დგახართ უძრავად თუ მოძრაობთ სწორი ხაზით და თანაბრად. სალონში ყველა სხეული ორივე შემთხვევაში ზუსტად ერთნაირად მოიქცევა: ჭიქაში წყლის ზედაპირი მუდამ მშვიდი დარჩება; ვერტიკალურად ზემოთ აგდებული ბურთი ასევე ვერტიკალურად ქვემოთ დაეცემა; საათის ქანქარა ისე ირხევა, როგორც თქვენი ბინის კედელზე.

თქვენს ორთქლმავალს შეუძლია ნებისმიერი სიჩქარით სვლა, მაგრამ მასზე მოძრაობის იგივე კანონები ჭარბობს, როგორც სრულიად სტაციონარული ორთქლის გემზე. მხოლოდ მისი შენელების ან აჩქარების მომენტში შეგიძლიათ მისი მოძრაობის ამოცნობა; როდესაც ის მიდის პირდაპირ და თანაბრად, ყველაფერი მასზე მიედინება ისევე, როგორც სტაციონარული გემზე.

ამრიგად, ჩვენ ვერსად ვიპოვეთ აბსოლუტური დასვენება, მაგრამ აღმოვაჩინეთ, რომ მსოფლიოში შეიძლება იყოს უსასრულოდ ბევრი „დასვენება“, რომლებიც ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით. ამიტომ, როდესაც ვსაუბრობთ სხეულის მოძრაობაზე, ყოველთვის უნდა მივუთითოთ, თუ კონკრეტულად რომელ „დასვენებაზე“ მოძრაობს იგი. ამ პოზიციას მექანიკაში უწოდებენ "მოძრაობის ფარდობითობის კანონს". ის სამასი წლის წინ წამოაყენა გალილეომ.

მაგრამ თუ მოძრაობა და დასვენება ფარდობითია, მაშინ სიჩქარე, ცხადია, ფარდობითი უნდა იყოს. ასე რომ, ეს ნამდვილად არის. დავუშვათ, რომ, მაგალითად, ორთქლის გემბანზე დარბიხართ წამში 5 მეტრი სიჩქარით. თუ გემი იმავე მიმართულებით მოძრაობს წამში 10 მეტრით, მაშინ თქვენი სიჩქარე ნაპირთან შედარებით იქნება 15 მეტრი წამში.

მაშასადამე, განცხადებას: „სხეული მოძრაობს ასეთი და ასეთი სიჩქარით“, იმის მითითების გარეშე, თუ რაზეა გაზომილი სიჩქარე, აზრი არ აქვს. მოძრავი სხეულის სიჩქარის დადგენა სხვადასხვა წერტილიდან, განსხვავებული შედეგი უნდა მივიღოთ.

ყველაფერი, რაზეც აქამდე ვისაუბრეთ, აინშტაინის მოღვაწეობამდე დიდი ხნით ადრე იყო ცნობილი. მოძრაობის, დასვენებისა და სიჩქარის ფარდობითობა დაადგინეს მექანიკის დიდმა შემქმნელებმა - გალილეომ და ნიუტონმა. მის მიერ აღმოჩენილმა მოძრაობის კანონებმა საფუძველი ჩაუყარა ფიზიკას და თითქმის სამი საუკუნის განმავლობაში დიდად შეუწყო ხელი ყველას განვითარებას. ნატურალური მეცნიერება. უთვალავი ახალი ფაქტი და კანონი აღმოაჩინეს მკვლევარებმა და ყველა მათგანი ისევ და ისევ ადასტურებდა გალილეოსა და ნიუტონის შეხედულებების სისწორეს. ეს შეხედულებები დადასტურდა პრაქტიკულ მექანიკაშიც - ყველა სახის მანქანებისა და აპარატების დიზაინსა და ექსპლუატაციაში.

ეს გაგრძელდა სანამ გვიანი XIXსაუკუნეში, როდესაც აღმოაჩინეს ახალი ფენომენები, რომლებიც გადამწყვეტ ეწინააღმდეგებოდა კანონებს კლასიკური მექანიკა.

1881 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა მაიკლსონმა ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია სინათლის სიჩქარის გასაზომად. ამ ექსპერიმენტების მოულოდნელმა შედეგმა ფიზიკოსთა რიგებში დაბნეულობა გამოიწვია; ის იმდენად გასაოცარი და იდუმალი იყო, რომ მსოფლიოს უდიდესი მეცნიერები გააოგნა.

სინათლის შესანიშნავი თვისებები

ალბათ თქვენ შეგიმჩნევიათ ასეთი საინტერესო ფენომენი.

სადღაც შორს, მინდორში, რკინიგზის ლიანდაგზე ან სამშენებლო მოედანზე, ჩაქუჩი სცემს. ხედავ, როგორ ძლიერად ეცემა კოჭზე ან ფოლადის ლიანდაგზე. თუმცა, დარტყმის ხმა სრულიად გაუგონარია. როგორც ჩანს, ჩაქუჩი რაღაც ძალიან რბილს დაეშვა. მაგრამ ახლა ის კვლავ აღდგება. და იმ მომენტში, როდესაც ის უკვე საკმაოდ მაღლა დგას ჰაერში, გესმით შორეული მკვეთრი კაკუნი.

ძნელი არ არის იმის გაგება, თუ რატომ ხდება ეს. ნორმალურ პირობებში, ხმა ჰაერში დაახლოებით 340 მეტრი წამში სიჩქარით მოძრაობს, ამიტომ ჩაქუჩის დარტყმა გვესმის არა იმ მომენტში, როდესაც ის ხდება, არამედ მხოლოდ მას შემდეგ, რაც მისგან ხმა ყურამდე მიდის.

აქ არის კიდევ ერთი, უფრო ნათელი მაგალითი. ელვა და ჭექა-ქუხილი ერთდროულად ხდება, მაგრამ ხშირად ჩანს, რომ ელვა ჩუმად ციმციმებს, რადგან ჭექა-ქუხილი ჩვენს ყურამდე მხოლოდ რამდენიმე წამის შემდეგ აღწევს. თუ გვიან გვესმის, მაგალითად, 10 წამით, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ ელვა არის ჩვენგან 340 x 10 = 3400 მეტრში, ანუ 3,4 კილომეტრში.

ორივე შემთხვევაში ჩვენ ვსაუბრობთ ორ მომენტზე: როდესაც მოხდა მოვლენა რეალურად და იმ მომენტზე, როდესაც ამ მოვლენის ექო ჩვენს ყურამდე მივიდა. მაგრამ როგორ გავიგოთ, ზუსტად როდის მოხდა ეს მოვლენა?

ჩვენ ვხედავთ მას: ვხედავთ ჩაქუჩს, რომელიც ჩამოდის, ელვა ციმციმებს. ამ შემთხვევაში, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ მოვლენა ნამდვილად ხდება იმ მომენტში, როდესაც ჩვენ მას ვხედავთ. მაგრამ მართლა ასეა?

არა ასე არა. ჩვენ ხომ პირდაპირ არ აღვიქვამთ მოვლენებს. იმ მოვლენებში, რომლებსაც მხედველობის დახმარებით ვაკვირდებით, სინათლე მონაწილეობს. და სინათლე მყისიერად არ ვრცელდება სივრცეში: ბგერის მსგავსად, სინათლის სხივებს მანძილის გადალახვას დრო სჭირდება.

სიცარიელეში სინათლე წამში დაახლოებით 300000 კილომეტრით მოძრაობს. ეს ნიშნავს, რომ თუ თქვენგან 300 ათასი კილომეტრის დაშორებით შუქი ანათებს, მის ნათებას შეამჩნევთ არა მაშინვე, არამედ მხოლოდ ერთი წამის შემდეგ.

ერთ წამში სინათლის სხივებს შეეძლოთ შვიდჯერ მოეხვიათ გარშემო დედამიწაეკვატორის გასწვრივ. ასეთ კოლოსალურ სიჩქარესთან შედარებით, მიწიერი დისტანციები უმნიშვნელო ჩანს, ამიტომ, პრაქტიკაში, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ჩვენ ვხედავთ დედამიწაზე მომხდარ ყველა ფენომენს იმავე მომენტში, როდესაც ისინი წარმოიქმნება.

წარმოუდგენელი უზარმაზარი სიჩქარესინათლე შეიძლება გასაკვირი ჩანდეს. თუმცა, ბევრად უფრო გასაკვირი სხვა რამ არის: ის ფაქტი, რომ სინათლის სიჩქარე გასაოცარია მისი საოცარი მუდმივობით. ვნახოთ, რა არის ეს მუდმივობა.

ცნობილია, რომ სხეულების მოძრაობა ხელოვნურად შეიძლება შენელდეს და აჩქარდეს. თუ, მაგალითად, ქვიშის ყუთი მოთავსებულია ტყვიის გზაზე, მაშინ ტყვია კოლოფში დაკარგავს გარკვეულ სიჩქარეს. დაკარგული სიჩქარე არ აღდგება: ყუთიდან გასვლის შემდეგ ტყვია შემდგომში გაფრინდება არა იმავე სიჩქარით, არამედ შემცირებული სიჩქარით.

სინათლის სხივები სხვაგვარად იქცევა. ჰაერში ისინი უფრო ნელა მრავლდებიან, ვიდრე სიცარიელეში, წყალში - უფრო ნელა, ვიდრე ჰაერში, ხოლო მინაში - კიდევ უფრო ნელა. თუმცა, სიცარიელეში რაიმე ნივთიერების (რა თქმა უნდა, გამჭვირვალე) დატოვების შემდეგ, სინათლე აგრძელებს გავრცელებას თავისი ყოფილი სიჩქარით - 300 ათასი კილომეტრი წამში. ამავდროულად, სინათლის სიჩქარე არ არის დამოკიდებული მისი წყაროს თვისებებზე: ზუსტად იგივეა მზის სხივები, პროჟექტორი და სანთელი. გარდა ამისა, არ აქვს მნიშვნელობა, თავად სინათლის წყარო მოძრაობს თუ არა - ეს არანაირად არ იმოქმედებს სინათლის სიჩქარეზე.

იმისათვის, რომ სრულად გავიგოთ ამ ფაქტის მნიშვნელობა, კიდევ ერთხელ შევადაროთ სინათლის გავრცელება ჩვეულებრივი სხეულების მოძრაობას. წარმოიდგინეთ, რომ ქუჩაში შლანგიდან წყლის ნაკადს ისვრით წამში 5 მეტრი სიჩქარით. ეს ნიშნავს, რომ წყლის თითოეული ნაწილაკი ქუჩასთან შედარებით წამში 5 მეტრს მოძრაობს. მაგრამ თუ შლანგს მოათავსებთ მანქანაზე, რომელიც მიდის ჭავლის მიმართულებით 10 მეტრი წამში, მაშინ ჭავლის სიჩქარე ქუჩასთან შედარებით უკვე იქნება 15 მეტრი წამში: წყლის ნაწილაკებს სიჩქარე ენიჭებათ არა მხოლოდ შლანგი, არამედ მოძრავი მანქანით, რომელიც ატარებს შლანგს თვითმფრინავთან ერთად წინ.

სინათლის წყაროს შლანგთან შედარება, ხოლო მისი სხივები - წყლის ჭავლით, ჩვენ დავინახავთ მნიშვნელოვან განსხვავებას. არ აქვს მნიშვნელობა სინათლის სხივებს თუ რომელი წყაროდან შევიდნენ ისინი სიცარიელეში და რა დაემართათ სიცარიელეში შესვლამდე. მასში ყოფნისას მათი გავრცელების სიჩქარე უდრის იგივე მნიშვნელობას - 300 ათასი კილომეტრი წამში და მიუხედავად იმისა, მოძრაობს თუ არა სინათლის წყარო.

ვნახოთ, როგორ შეესაბამება სინათლის ეს განსაკუთრებული თვისებები მოძრაობის ფარდობითობის კანონს, რომელიც განხილული იყო სტატიის პირველ ნაწილში. ამისთვის შევეცადოთ გადავჭრათ სიჩქარის შეკრება-გამოკლების პრობლემა და სიმარტივისთვის ჩავთვლით, რომ ყველა ის ფენომენი, რომელიც ჩვენ წარმოვიდგენთ, ხდება სიცარიელეში, სადაც სინათლის სიჩქარე 300 ათასი კილომეტრია.

ნება მიეცით მოძრავ ორთქლმავალზე განთავსდეს სინათლის წყარო, მის შუაში და დამკვირვებელი ორთქლის ყოველ ბოლოზე. ორივე ზომავს სინათლის გავრცელების სიჩქარეს. რა შედეგები მოჰყვება მათ მუშაობას?

იმის გამო, რომ სხივები ვრცელდება ყველა მიმართულებით და ორივე დამკვირვებელი მოძრაობს ორთქლმავალთან ერთად ერთი მიმართულებით, გამოვა შემდეგი სურათი: ორთქლის ნავის უკანა ბოლოში მდებარე დამკვირვებელი მოძრაობს სხივებისკენ, ხოლო წინა მუდმივად შორდება. მათგან.

მაშასადამე, პირველმა დამკვირვებელმა უნდა დაადგინოს, რომ სინათლის სიჩქარე არის 300 000 კილომეტრი, პლუს ორთქლის გემის სიჩქარე, ხოლო მეორემ უნდა აღმოაჩინოს, რომ სინათლის სიჩქარე არის 300 000 კილომეტრი ორთქლის სიჩქარის გამოკლებით. და თუ ერთი წუთით წარმოვიდგენთ, რომ ორთქლმავალი წამში 200 000 კილომეტრის ამაზრზენი მანძილს გადის, მაშინ პირველი დამკვირვებლის მიერ აღმოჩენილი სინათლის სიჩქარე იქნება 500 000 კილომეტრი, მეორესთვის კი 100 000 კილომეტრი წამში. სტაციონარული ორთქლის გემზე ორივე დამკვირვებელი მიიღებდა ერთსა და იმავე შედეგს - 300 000 კილომეტრს წამში.

ამრიგად, დამკვირვებლების თვალსაზრისით, ჩვენს მოძრავ გემზე სინათლე, როგორც ჩანს, ვრცელდება ერთი მიმართულებით 1 2/3-ჯერ უფრო სწრაფად, ხოლო მეორეში - სამჯერ ნელა, ვიდრე მოსვენებულზე. რაც მარტივია არითმეტიკული მოქმედებები, ისინი შეძლებენ ორთქლის გემის აბსოლუტური სიჩქარის დაყენებას.

ანალოგიურად შეგვიძლია დავადგინოთ ნებისმიერი სხვა მოძრავი სხეულის აბსოლუტური სიჩქარე: ამისათვის საკმარისია მასზე განათავსოთ სინათლის წყარო და გავზომოთ სინათლის სხივების გავრცელების სიჩქარე სხეულის სხვადასხვა წერტილიდან.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ მოულოდნელად აღმოვჩნდით, რომ შეგვიძლია განვსაზღვროთ სიჩქარე და, შესაბამისად, სხეულის მოძრაობა, განურჩევლად ყველა სხვა სხეულისა. მაგრამ თუ არსებობს აბსოლუტური სიჩქარე, მაშინ არის ერთი, აბსოლუტური დასვენება, კერძოდ: ნებისმიერი ლაბორატორია, რომელშიც დამკვირვებლები, რომლებიც გაზომავენ სინათლის სიჩქარეს ნებისმიერი მიმართულებით, იღებენ იგივე მნიშვნელობას - 300 ათასი კილომეტრი წამში, იქნება აბსოლუტურად მოსვენებული.

ადვილი მისახვედრია, რომ ეს ყველაფერი სრულიად ეწინააღმდეგება იმ დასკვნებს, რომლებიც ჟურნალის წინა ნომერში მივედით. სინამდვილეში: ჩვენ ვისაუბრეთ იმაზე, რომ სხეულზე, რომელიც ერთნაირად მოძრაობს მართკუთხა წესით, ყველაფერი ისე მიმდინარეობს, როგორც სტაციონალურზე. ამიტომ, ჩვენ, მაგალითად, ვისვრით გემზე მისი მოძრაობის მიმართულებით თუ მოძრაობის საწინააღმდეგოდ, ტყვიის სიჩქარე ხომალდთან შედარებით იგივე დარჩება და უტოლდება სტაციონარული გემის სიჩქარეს. ამავე დროს, ჩვენ დავრწმუნდით, რომ მოძრაობა, სიჩქარე და დასვენება ფარდობითი ცნებებია: აბსოლუტური მოძრაობა, სიჩქარე და დასვენება არ არსებობს. ახლა კი მოულოდნელად ირკვევა, რომ სინათლის თვისებებზე დაკვირვება ყველა ამ დასკვნას არღვევს და ეწინააღმდეგება გალილეოს მიერ აღმოჩენილ ბუნების კანონს - მოძრაობის ფარდობითობის კანონს.

მაგრამ ეს არის მისი ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონი: ის დომინირებს მთელ მსოფლიოში; მისი სამართლიანობა არაერთხელ დადასტურდა გამოცდილებით, დასტურდება აქამდე ყველგან და ყოველ წუთში; თუ ის მოულოდნელად შეწყვეტდა სამართლიანობას, წარმოუდგენელი არეულობა მოიცვა სამყაროს. მაგრამ სინათლე არათუ არ ემორჩილება მას, არამედ უარყოფს კიდეც მას!

მიქაელსონის გამოცდილება

რა ვუყოთ ამ წინააღმდეგობებს? ამ საკითხთან დაკავშირებით გარკვეული მოსაზრებების გამოთქმამდე, ყურადღება მივაქციოთ შემდეგ გარემოებას: სინათლის თვისებები ეწინააღმდეგება მოძრაობის ფარდობითობის კანონს, რომელიც ჩვენ დავადგინეთ მხოლოდ მსჯელობით. მართალია, ეს იყო ძალიან დამაჯერებელი არგუმენტები. მაგრამ, მხოლოდ მსჯელობით შემოვიფარგლებით, დავემსგავსებით ძველ ფილოსოფოსებს, რომლებიც ცდილობდნენ ბუნების კანონების აღმოჩენას არა გამოცდილებისა და დაკვირვების დახმარებით, არამედ მხოლოდ დასკვნების საფუძველზე. ამ შემთხვევაში აუცილებლად ჩნდება საშიშროება, რომ ასე შექმნილი სამყაროს სურათი, მთელი თავისი დამსახურებით, ძალიან ცოტათი აღმოჩნდეს ჩვენს გარშემო არსებულ რეალურ სამყაროს.

ნებისმიერი ფიზიკური თეორიის უზენაესი მსაჯული ყოველთვის არის გამოცდილება და, შესაბამისად, არ შემოიფარგლება მხოლოდ იმის მსჯელობით, თუ როგორ უნდა გავრცელდეს სინათლე მოძრავ სხეულზე, უნდა მივმართოთ ექსპერიმენტებს, რომლებიც აჩვენებენ, თუ როგორ ვრცელდება ის რეალურად ამ პირობებში.

თუმცა, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ასეთი ექსპერიმენტების დაყენება რთულია ძალიან მარტივი მიზეზის გამო: პრაქტიკაში შეუძლებელია ისეთი სხეულის პოვნა, რომელიც მოძრაობს სინათლის კოლოსალური სიჩქარის შესაბამისი სიჩქარით. ბოლოს და ბოლოს, ისეთი ორთქლის ხომალდი, როგორიც ჩვენს მსჯელობაში გამოვიყენეთ, რა თქმა უნდა, არ არსებობს და ვერც იარსებებს.

იმისთვის, რომ შეგვეძლოს ჩვენთვის ხელმისაწვდომ შედარებით ნელა მოძრავ სხეულებზე სინათლის სიჩქარის უმნიშვნელო ცვლილების დადგენა, საჭირო იყო განსაკუთრებული სიზუსტის საზომი ხელსაწყოების შექმნა. და მხოლოდ მაშინ, როდესაც შეიძლებოდა ასეთი მოწყობილობების დამზადება, შესაძლებელი გახდა სინათლის თვისებებსა და მოძრაობის ფარდობითობის კანონს შორის წინააღმდეგობის გარკვევა.

ასეთი ექსპერიმენტი 1881 წელს ჩაატარა თანამედროვე დროის ერთ-ერთმა უდიდესმა ექსპერიმენტატორმა. ამერიკელი ფიზიკოსიმიქაელსონი.

როგორც მოძრავი სხეული, მაიკლსონმა გამოიყენა ... გლობუსი. მართლაც, დედამიწა არის სხეული, რომელიც აშკარად მოძრაობს: ის ბრუნავს მზის გარშემო და, უფრო მეტიც, ჩვენი პირობებისთვის საკმაოდ "სოლიდური" სიჩქარით - 30 კილომეტრი წამში. ამიტომ, დედამიწაზე სინათლის გავრცელების შესწავლისას, ჩვენ რეალურად ვსწავლობთ სინათლის გავრცელებას მოძრავ ლაბორატორიაში.

მიქაელსონმა გაზომა სინათლის სიჩქარე დედამიწაზე სხვადასხვა მიმართულებით ძალიან მაღალი სიზუსტით, ანუ მან პრაქტიკულად განახორციელა ის, რაც ჩვენ გონებრივად გავაკეთეთ თქვენთან წარმოსახვით მოძრავ ორთქლმავალზე. 30 კილომეტრის მცირე სხვაობის დასაჭერად 300 000 კილომეტრის უზარმაზარ რაოდენობასთან შედარებით, მაიკლსონს მოუწია ძალიან დახვეწილი ექსპერიმენტული ტექნიკის გამოყენება და მთელი თავისი დიდი გამომგონებლობის გამოყენება. ექსპერიმენტის სიზუსტე იმდენად დიდი იყო, რომ მიქაელსონს შეეძლო დაეფიქსირებინა სიჩქარის გაცილებით მცირე განსხვავება, ვიდრე ის, რისი აღმოჩენაც სურდა.

გარეთ frying პან შევიდა ცეცხლი

როგორც ჩანს, ექსპერიმენტის შედეგი წინასწარ აშკარა იყო. სინათლის თვისებების ცოდნით, შეიძლება განჭვრიტოთ, რომ სხვადასხვა მიმართულებით გაზომილი სინათლის სიჩქარე განსხვავებული იქნებოდა. მაგრამ იქნებ ფიქრობთ, რომ ექსპერიმენტის შედეგი რეალურად ასეთი აღმოჩნდა?

მსგავსი არაფერი! მიქაელსონის ექსპერიმენტმა სრულიად მოულოდნელი შედეგი გამოიღო. მრავალი წლის განმავლობაში ის მრავალჯერ განმეორდა ყველაზე მრავალფეროვან პირობებში, მაგრამ უცვლელად მიგვიყვანდა იმავე გასაოცარ დასკვნამდე.

შეგნებულად მოძრავ დედამიწაზე, სინათლის სიჩქარე, გაზომილი ნებისმიერი მიმართულებით, აღმოჩნდება ზუსტად იგივე.

ასე რომ, სინათლე არ არის გამონაკლისი. ის ემორჩილება იმავე კანონს, როგორც ტყვია მოძრავი ორთქლის გემზე, გალილეოს ფარდობითობის კანონს. დედამიწის „აბსოლუტური“ მოძრაობის აღმოჩენა შეუძლებელი იყო. ის არ არსებობს, როგორც ეს უნდა იყოს ფარდობითობის კანონის მიხედვით.

უსიამოვნო წინააღმდეგობა, რომელიც მეცნიერებას შეექმნა, მოგვარდა. მაგრამ გაჩნდა ახალი წინააღმდეგობები! ფიზიკოსები ცეცხლიდან გადმოვიდნენ და ტაფაში შევიდნენ.

იმისათვის, რომ გავიგოთ ახალი წინააღმდეგობები, რომლებზეც მიქაელსონის გამოცდილებამ მიგვიყვანა, მოდით გადახედოთ ჩვენს გამოკვლევებს თანმიმდევრობით.

ჩვენ ჯერ დავადგინეთ, რომ აბსოლუტური მოძრაობა და დასვენება არ არსებობს; ამას ამბობს გალილეოს ფარდობითობის კანონი. მერე აღმოჩნდა რომ სპეციალური თვისებებისინათლე ეწინააღმდეგება ფარდობითობის კანონს. აქედან გამომდინარეობდა, რომ აბსოლუტური მოძრაობა და დასვენება ჯერ კიდევ არსებობს. ამის შესამოწმებლად მიქაელსონმა ჩაატარა ექსპერიმენტი. ექსპერიმენტმა საპირისპირო აჩვენა: არ არსებობს წინააღმდეგობა - და სინათლე ემორჩილება ფარდობითობის კანონს. ამიტომ, აბსოლუტური მოძრაობა და ისევ დასვენება არ არსებობს. მეორე მხრივ, მიქაელსონის გამოცდილების შედეგები აშკარად ეხება ნებისმიერ მოძრავ სხეულს და არა მხოლოდ დედამიწას; მაშასადამე, სინათლის სიჩქარე ყველა ლაბორატორიაში ერთნაირია, განურჩევლად მათი საკუთარი მოძრაობისა და, შესაბამისად, სინათლის სიჩქარე მაინც არა ფარდობითი, არამედ აბსოლუტური მნიშვნელობაა.

მოჯადოებული წრე აღმოჩნდა. მთელი მსოფლიოს უდიდესი ფიზიკოსები წლებია, ჭკუას ატარებენ. შესთავაზა სხვადასხვა თეორიები, ყველაზე წარმოუდგენელ და ფანტასტიურამდე. მაგრამ არაფერი უშველა: ყოველი ახალი ვარაუდი მაშინვე იწვევდა ახალ წინააღმდეგობებს. მეცნიერული სამყარო ერთ-ერთი უდიდესი საიდუმლოს წინაშე აღმოჩნდა.

ამ ყველაფერში ყველაზე იდუმალი და უცნაური ის იყო, რომ მეცნიერება აქ საქმე ჰქონდა სრულიად მკაფიო, მტკიცედ დადგენილ ფაქტებთან: ფარდობითობის კანონთან, ცნობილი თვისებებისინათლე და მიქაელსონის გამოცდილება. და მათ მიიყვანა, როგორც ჩანს, სრულყოფილ აბსურდამდე.

ჭეშმარიტებათა წინააღმდეგობა... მაგრამ ჭეშმარიტება არ შეიძლება ეწინააღმდეგებოდეს ერთმანეთს, ვინაიდან ჭეშმარიტება შეიძლება იყოს მხოლოდ ერთი. ამიტომ, ფაქტების გაგებაში შეცდომა უნდა იყოს. Მაგრამ სად? Რა არის ეს?

24 მთელი წლის განმავლობაში - 1881 წლიდან 1905 წლამდე - ამ კითხვებზე პასუხი ვერ იპოვეს. მაგრამ 1905 წელს ჩვენი დროის უდიდესმა ფიზიკოსმა ალბერტ აინშტაინმა ბრწყინვალე ახსნა მისცა გამოცანას. სრულიად მოულოდნელი მიმართულებიდან გამოჩენამ ფიზიკოსებზე აფეთქებული ბომბის შთაბეჭდილება შექმნა.

აინშტაინის ახსნა იმდენად განსხვავდება ყველა იმ კონცეფციისგან, რომელსაც კაცობრიობა მიჩვეულია ათასწლეულების მანძილზე, რომ გამორჩეულად წარმოუდგენლად ჟღერს. თუმცა, ამის მიუხედავად, უდავოდ სწორი აღმოჩნდა: უკვე 34 წელია, ლაბორატორიული ექსპერიმენტები და დაკვირვებები მსოფლიოს სხვადასხვა ფიზიკურ მოვლენებზე სულ უფრო და უფრო ადასტურებს მის მართებულობას.

როცა კარები იღება

იმისათვის, რომ გავიგოთ აინშტაინის ახსნა, პირველ რიგში უნდა ვიცოდეთ მიქაელსონის ექსპერიმენტის ერთი შედეგი. მოდით შევხედოთ მას მაშინვე მაგალითით. ამისთვის კიდევ ერთხელ გამოვიყენოთ ფანტასტიკური ორთქლმავალი.

წარმოიდგინეთ გემი 5 400 000 კილომეტრის სიგრძით. დაე, ის მოძრაობდეს სწორი ხაზით და ერთნაირად ზღაპრული სიჩქარით 240 ათასი კილომეტრი წამში. რაღაც მომენტში, ორთქლის გემის შუაში ნათურა ირთვება. გემის მშვილდსა და უკანა მხარეს არის კარები. ისინი ისეა მოწყობილი, რომ იმ მომენტში, როცა ნათურის შუქი მათზე ეცემა, ავტომატურად იხსნება. აქ ნათურა ანთებულია. ზუსტად როდის გაიხსნება კარები?

ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად გავიხსენოთ მიქაელსონის ექსპერიმენტის შედეგები. მიქაელსონის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ მოძრავ დედამიწაზე დამკვირვებლებთან შედარებით, სინათლე ვრცელდება ყველა მიმართულებით ერთი და იგივე სიჩქარით 300 000 კილომეტრი წამში. იგივე, რა თქმა უნდა, მოძრავ ორთქლმავალზეც მოხდება. მაგრამ მანძილი ნათურიდან გემის თითოეულ ბოლომდე არის 2700.000 კილომეტრი, ხოლო 2700.000: 300.000 = 9. ეს ნიშნავს, რომ ნათურის შუქი თითოეულ კარს მიაღწევს 9 წამში. ამრიგად, ორივე კარი ერთდროულად გაიხსნება.

ასე წარუდგენენ საქმეს გემზე დამკვირვებელს. და რას დაინახავენ ადამიანები იმ ნავსადგურზე, რომლის მიღმაც ორთქლმავალი მოძრაობს?

ვინაიდან სინათლის სიჩქარე არ არის დამოკიდებული სინათლის წყაროს მოძრაობაზე, ის უდრის იგივე 300000 კილომეტრს წამში პიერთან მიმართებაში, მიუხედავად იმისა, რომ სინათლის წყარო მოძრავ გემზეა. მაგრამ, ნავსაყუდელზე დამკვირვებლის გადმოსახედიდან, გემის უკანა მხარეს კარი სინათლის სხივისკენ მოძრაობს გემის სიჩქარით. როდის შეხვდება კარი სხივს?

აქ საქმე გვაქვს ორი მოგზაურის ერთმანეთისკენ მიმავალი პრობლემის მსგავს პრობლემასთან. შეხვედრის დროის დასადგენად, თქვენ უნდა გაყოთ მოგზაურებს შორის მანძილი მათი სიჩქარის ჯამზე. აქაც იგივე მოვიქცეთ. ნათურასა და კარს შორის მანძილი 2700 ათასი კილომეტრია, კარის (ანუ ორთქლის გემის) სიჩქარე წამში 240 ათასი კილომეტრია, სინათლის სიჩქარე კი 300 ათასი კილომეტრი წამში.

ამიტომ, უკანა კარი გაიხსნება

2700.000/(300000 + 240000)=5 წამი

ნათურის ჩართვის შემდეგ. რაც შეეხება წინა მხარეს?

შესასვლელი კარი, ბურჯზე დამკვირვებლის თვალსაზრისით, სინათლის სხივი უნდა დაეწიოს, რადგან ის გემთან ერთად მოძრაობს იმავე მიმართულებით, როგორც სინათლის სხივი. აქედან გამომდინარე, აქ გვაქვს მოგზაურების პრობლემა, რომელთაგან ერთი უსწრებს მეორეს. მანძილს გავყოფთ სიჩქარის სხვაობაზე:

2700.000/(300000 - 240000)=45 წამი

ასე რომ, პირველი კარი გაიხსნება შუქის ჩასვლიდან 5 წამში, ხოლო მეორე კარი 45 წამის შემდეგ. ამიტომ, კარები ერთდროულად არ გაიხსნება. აი რას წარუდგენენ სურათს პირზე ხალხს! სურათი ყველაზე საოცარია იმ ყველაფერზე, რაც აქამდე ითქვა.

გამოდის, რომ იგივე მოვლენები - წინა და უკანა კარების გაღება - აღმოჩნდება გემზე მყოფი ადამიანებისთვის ერთდროული, ხოლო ნავსადგურზე მყოფი ადამიანებისთვის არაერთდროული, მაგრამ გამოყოფილი დროის ინტერვალით 40 წამი.

ეს სრულ სისულელედ არ ჟღერს? ეს არ ჰგავს ხუმრობის აბსურდულ განცხადებას - რომ ნიანგის სიგრძე კუდიდან თავამდე 2 მეტრია, ხოლო თავიდან კუდამდე 1 მეტრი?

და, გაითვალისწინეთ, პირას მყოფი ხალხი არ იფიქრებს, რომ კარები ერთდროულად გაიღო: მათთვის ეს რეალურად ერთდროულად მოხდება. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენ გამოვთვალეთ დრო, როდესაც თითოეული კარი გაიხსნა. ამავდროულად, ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ მეორე კარი რეალურად გაიღო პირველზე 40 წამით გვიან.

თუმცა, ორთქლის გემის მგზავრებმა ასევე სწორად დაადგინეს, რომ ორივე კარი ერთდროულად გაიხსნა. და არითმეტიკურად იყო ნაჩვენები. Რა მოხდა? არითმეტიკა vs არითმეტიკა?!

არა, აქ არითმეტიკა არ არის დამნაშავე. ყველა წინააღმდეგობა, რაც აქ შეგვხვდა, მდგომარეობს დროის შესახებ ჩვენს მცდარ წარმოდგენაში: დრო აღმოჩნდა სრულიად განსხვავებული იმისგან, რასაც კაცობრიობა აქამდე თვლიდა.

აინშტაინმა გადახედა ამ ძველ, ათასწლიან ცნებებს. ამავე დროს მან გააკეთა დიდი აღმოჩენა, რომლის წყალობითაც მისი სახელი უკვდავი გახდა.

დრო შედარებითია

წინა ნომერში ვაჩვენეთ, რა არაჩვეულებრივი დასკვნების გამოტანა მოუხდათ ფიზიკოსებს მიქაელსონის ექსპერიმენტიდან. ჩვენ განვიხილეთ წარმოსახვითი ორთქლის გემის მაგალითი, რომელზედაც ორი კარი იხსნება სინათლის სიგნალზე და დავადგინეთ გასაოცარი ფაქტი: ორთქლმავალზე დამკვირვებლების თვალსაზრისით, კარები იხსნება ერთსა და იმავე მომენტში, მაგრამ ნავსადგურზე დამკვირვებლების თვალსაზრისი, სხვადასხვა მომენტში.

ის, რასაც ადამიანი არ არის მიჩვეული, მისთვის წარმოუდგენლად გამოიყურება. ორთქლის გემზე კარების შემთხვევა აბსოლუტურად წარმოუდგენელია, რადგან ჩვენ არასდროს ვმოძრაობდით სიჩქარით, თუნდაც დისტანციურად მივუახლოვდეთ ზღაპრულ რაოდენობას – 240,000 კილომეტრ წამში. მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ ასეთი სიჩქარით წარმოქმნილი ფენომენი შეიძლება ძალიან განსხვავდებოდეს იმისგან, რასაც ჩვენ შეჩვეული ვართ. Ყოველდღიური ცხოვრების.

რა თქმა უნდა, სინამდვილეში, არ არსებობს ორთქლის ხომალდები, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით. და რეალურად არავის დაუნახავს ისეთი შემთხვევა კარებთან, როგორიც ჩვენს მაგალითშია აღწერილი. მაგრამ მსგავსი ფენომენები, თანამედროვე მაღალგანვითარებული ექსპერიმენტული ტექნოლოგიის წყალობით, რა თქმა უნდა შეიძლება გამოვლინდეს. შეგახსენებთ, რომ კარების გაღების მაგალითი არ არის დაფუძნებული აბსტრაქტულ მსჯელობაზე, არამედ მხოლოდ გამოცდილებით მიღებულ მტკიცედ დადგენილ ფაქტებზე: მიქაელსონის ექსპერიმენტი და მრავალი წლის დაკვირვება სინათლის თვისებებზე.

ასე რომ, სწორედ გამოცდილებამ მიგვიყვანა უდავო დასკვნამდე, რომ ორი მოვლენის ერთდროულობის ცნება არ არის აბსოლუტური. ადრე, ჩვენ ვთვლიდით, რომ თუ ორი მოვლენა მოხდა ნებისმიერ ლაბორატორიაში ერთდროულად, მაშინ ნებისმიერი სხვა ლაბორატორიისთვის ისინი ერთდროულად იქნებოდა. ახლა ჩვენ გავარკვიეთ, რომ ეს ეხება მხოლოდ ერთმანეთთან შედარებით დასვენებულ ლაბორატორიებს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მოვლენები, რომლებიც ერთდროულია ერთი ლაბორატორიისთვის, მოხდება მეორესთვის სხვადასხვა დროს.

აქედან გამომდინარეობს, რომ ერთდროულობის ცნება ფარდობითი ცნებაა. მნიშვნელობას მხოლოდ მაშინ იძენს, როცა მიუთითებ, თუ როგორ მოძრაობს ლაბორატორია, საიდანაც ხდება მოვლენების დაკვირვება.

სტატიის დასაწყისში ვისაუბრეთ ორ მოგზაურზე, რომლებიც ყოველდღიურად ჩნდებოდნენ ექსპრეს რესტორნის მანქანაში. მოგზაურები დარწმუნებულები იყვნენ, რომ ისინი ყოველთვის ერთსა და იმავე ადგილას ხვდებოდნენ. მათი ქმრები ამტკიცებდნენ, რომ ისინი ყოველდღე ხვდებოდნენ ახალ ადგილას, წინა ადგილიდან ათასი კილომეტრის მოშორებით.

ორივე მართალი იყო: მატარებელთან დაკავშირებით მოგზაურები ფაქტობრივად ერთსა და იმავე ადგილას ხვდებოდნენ, მაგრამ რკინიგზის ლიანდაგთან მიმართებაში, სხვადასხვა ადგილას. ამ მაგალითმა დაგვანახა, რომ სივრცის ცნება არა აბსოლუტური, არამედ ფარდობითი ცნებაა.

ორივე მაგალითი - მოგზაურებთან შეხვედრისა და ორთქლის გემზე კარების გაღების შესახებ - ერთმანეთის მსგავსია. Ორივე შემთხვევაში ჩვენ ვსაუბრობთფარდობითობის შესახებ და არსებობს კიდეც იგივე სიტყვები: „ერთსა და იმავეში“ და „განსხვავებულში“. მხოლოდ პირველ მაგალითშია საუბარი ადგილებზე, ანუ სივრცეზე, ხოლო მეორეში - მომენტებზე, ანუ დროსზე. რა მოყვება აქედან?

რომ დროის ცნება ისეთივე ფარდობითია, როგორც სივრცის ცნება.

ამის საბოლოოდ გადასამოწმებლად, მოდით, ოდნავ შევცვალოთ ორთქლის ნავის მაგალითი. დავუშვათ, რომ ერთ-ერთი კარის მექანიზმი გაუმართავია. გემზე მყოფებმა შეამჩნიონ, რომ წინა კარი უკანა კარამდე 15 წამით ადრე გაიღო ამ გაუმართაობის გამო. და რას ნახავს ხალხი პირას?

თუ მაგალითის პირველ ვარიანტში წინა კარი გაიღო მათთვის 40 წამით გვიან, ვიდრე უკანა, მაშინ მეორე ვარიანტში ეს მოხდება მხოლოდ 40 - 15 = 25 წამის შემდეგ. მაშასადამე, გამოდის, რომ გემზე მყოფი ადამიანებისთვის წინა კარი უფრო ადრე გაიღო, ვიდრე უკანა, ხოლო პირზე მყოფი ადამიანებისთვის - მოგვიანებით.

ასე რომ, ის, რაც ადრე მოხდა ერთი ლაბორატორიისთვის, მოგვიანებით მოხდა მეორესთან მიმართებაში. აქედან ირკვევა, რომ თავად დროის ცნება ფარდობითი ცნებაა.

ეს აღმოჩენა 1905 წელს გააკეთა ოცდაექვსი წლის ფიზიკოსმა ალბერტ აინშტაინმა. მანამდე ადამიანი წარმოიდგენდა დროს აბსოლუტურად – მსოფლიოში ყველგან ერთნაირი, რაიმე ლაბორატორიისგან დამოუკიდებლად. ასე რომ, ერთხელ ადამიანები თვლიდნენ, რომ ზედა და ქვედა მიმართულებები ერთნაირი იყო მთელ მსოფლიოში.

ახლა კი სივრცის ბედი დროს დაემართა. აღმოჩნდა, რომ გამოთქმას „ამავდროულად“ არ აქვს მეტი აზრივიდრე გამოთქმა „ერთსა და იმავე ადგილას“, თუ არ არის მითითებული რომელ ლაბორატორიას ეხება ისინი.

შესაძლოა, ვინმეს მაინც გაუჩნდეს კითხვა: სინამდვილეში, რაიმე ლაბორატორიის მიუხედავად, რომელიმე ორი მოვლენა ერთდროულია თუ არა? ამ კითხვაზე ფიქრი ისეთივე აბსურდულია, როგორც კითხვაზე ფიქრი, მაგრამ სად არის სინამდვილეში, განურჩევლად ნებისმიერი ლაბორატორიისა, მსოფლიოში ზედა და ბოლო?

დროის ფარდობითობის აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა, როგორც მოგვიანებით იხილავთ, გადაეჭრა ყველა წინააღმდეგობა, რომლებთანაც მიქაელსონის ექსპერიმენტმა მიიყვანა ფიზიკა. ეს აღმოჩენა იყო გონების ერთ-ერთი უდიდესი გამარჯვება ათასწლეულების მანძილზე ჩამოყალიბებულ სტაგნატურ იდეებზე. გასაოცარია აქ თავისი უჩვეულოობით აკადემია, მან ღრმა რევოლუცია მოახდინა კაცობრიობის შეხედულებებში ბუნებაზე. ხასიათითა და მნიშვნელობით, ის შეიძლება შევადაროთ მხოლოდ იმ აჯანყებას, რომელიც გამოწვეულია დედამიწის სფერულობის აღმოჩენით ან მზის გარშემო მისი მოძრაობის აღმოჩენით.

ასე რომ, აინშტაინმა კოპერნიკთან და ნიუტონთან ერთად სრულიად ახალი გზები გაუხსნა მეცნიერებას. და ტყუილად არ არის, რომ ამ, მაშინ ჯერ კიდევ ახალგაზრდა, მეცნიერის აღმოჩენამ სწრაფად მოიპოვა მისთვის პოპულარობა. უდიდესი ფიზიკოსიჩვენი საუკუნე.

დროის ფარდობითობის დოქტრინას ჩვეულებრივ უწოდებენ "აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპს" ან უბრალოდ "ფარდობითობის პრინციპს". ის არ უნდა აგვერიოს მოძრაობის ფარდობითობის კანონთან, ანუ პრინციპთან, რომელიც ადრე იყო განხილული, ანუ „ფარდობითობის კლასიკურ პრინციპთან“, ან „გალილეო - ნიუტონის ფარდობითობის პრინციპთან“.

სიჩქარეს აქვს საზღვარი

უთხარით მათ შესახებ ჟურნალის სტატიაში უზარმაზარი ცვლილებებიდა ყველაფერი ახალი, რაც ფარდობითობის პრინციპმა შემოიღო მეცნიერებაში, შეუძლებელია. გარდა ამისა, ამ ყველაფრის გასაგებად, ფიზიკის კარგად ცოდნა და უმაღლესი მათემატიკა.

ჩვენი სტატიის მიზანია ახსნას მხოლოდ აინშტაინის პრინციპის საფუძვლები და ის ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგები, რომლებიც მოჰყვება დროის ფარდობითობას. მარტო ეს, როგორც ხედავთ, შორს არის მარტივი ამოცანისგან. გაითვალისწინეთ, რომ ფარდობითობის პრინციპი ერთ-ერთი ყველაზე რთულია სამეცნიერო კითხვებიდა საერთოდ შეუძლებელია მასში საკმარისად ღრმად ჩახედვა მათემატიკის დახმარების გარეშე.

დასაწყისისთვის, განიხილეთ დროის ფარდობითობის ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი შედეგი, რაც ეხება სიჩქარეს.

მოგეხსენებათ, ორთქლის ლოკომოტივების, ავტომობილების და თვითმფრინავების სიჩქარე მათი გამოგონებიდან და დღემდე მუდმივად იზრდება. ამჟამად მან მიაღწია იმ მნიშვნელობას, რომელიც წარმოუდგენლად ჩანდა რამდენიმე ათეული წლის წინ. ის კვლავ გაიზრდება.

გაცილებით მაღალი სიჩქარე ასევე ცნობილია ტექნოლოგიაში. ეს არის, პირველ რიგში, ტყვიების და საარტილერიო ჭურვების სიჩქარე. ტყვიების და ჭურვების ფრენის სიჩქარე, უწყვეტი ტექნიკური გაუმჯობესების წყალობით, ასევე წლიდან წლამდე გაიზარდა და მომავალშიც გაიზრდება.

მაგრამ ტექნოლოგიაში გამოყენებული ყველაზე მაღალი სიჩქარე არის სიგნალის გადაცემის სიჩქარე სინათლის სხივების გამოყენებით, ელექტრო დენიდა რადიოტალღები. სამივე შემთხვევაში ის დაახლოებით იგივე სიდიდის ტოლია - 300 ათასი კილომეტრი წამში.

შეიძლება ვიფიქროთ, რომ ტექნოლოგიების შემდგომი განვითარებით, რაღაც ახალი სხივების აღმოჩენით, ამ სიჩქარესაც კი გადააჭარბებს; ჩვენთვის ხელმისაწვდომი სიჩქარის მუდმივად გაზრდით, ჩვენ საბოლოოდ შევძლებთ მივუახლოვდეთ სიგნალების ან ძალისხმევის მყისიერი გადაცემის იდეალს ნებისმიერ მანძილზე.

თუმცა, მიქაელსონის გამოცდილება აჩვენებს, რომ ეს იდეალი მიუღწეველია. მართლაც, გადაცემის უსასრულოდ მაღალი სიჩქარით, ორი მოვლენის სიგნალები ყველა პირობებში მყისიერად მივიდოდა ჩვენამდე; და თუ ერთ ლაბორატორიაში ორი მოვლენა ერთდროულად მომხდარიყო, მაშინ ყველა სხვა ლაბორატორიაში ისინი ასევე დაკვირვებული იქნებოდნენ ერთდროულად - იმავე მომენტში, როდესაც ისინი მოხდა. და ეს ნიშნავს, რომ „ერთდროულობა“ გახდა აბსოლუტური, სრულიად დამოუკიდებელი ლაბორატორიების მოძრაობისგან. მაგრამ დროის აბსოლუტურობას, როგორც ვნახეთ, უარყოფს მიქაელსონის ექსპერიმენტი. ამიტომ, სიგნალების ან ძალების გადაცემა არ შეიძლება იყოს მყისიერი.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნებისმიერი გადაცემის სიჩქარე არ შეიძლება იყოს უსასრულოდ დიდი. არსებობს გარკვეული სიჩქარის ლიმიტი - სიჩქარის ლიმიტი, რომლის გადალახვა არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება.

ადვილია იმის შემოწმება, რომ შემზღუდველი სიჩქარე ემთხვევა სინათლის სიჩქარეს. მართლაც, გალილეო-ნიუტონის ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით, ბუნების კანონები ყველა ლაბორატორიაში, რომლებიც ერთმანეთთან მიმართებაში მოძრაობენ სწორი ხაზით და ერთნაირად, ერთნაირია. ეს ნიშნავს, რომ ყველა ასეთი ლაბორატორიისთვის ერთი და იგივე სიჩქარე უნდა იყოს შემზღუდველი. მაგრამ როგორი სიჩქარე ინარჩუნებს მის მნიშვნელობას უცვლელად ყველა ლაბორატორიაში? ასეთი საოცარი მუდმივობა, როგორც ვნახეთ, მხოლოდ სინათლის სიჩქარეა და მხოლოდ ის! აქედან გამომდინარეობს, რომ სინათლის სიჩქარე არ არის მხოლოდ სამყაროში რაღაც ერთი (თუმცა ძალიან მნიშვნელოვანი) მოქმედების გავრცელების სიჩქარე: ეს არის ამავე დროს ბუნებაში არსებული შემზღუდველი სიჩქარე.

ბუნებაში შემზღუდველი სიჩქარის არსებობის აღმოჩენა ასევე იყო ადამიანის აზროვნების ერთ-ერთი უდიდესი გამარჯვება. გასული საუკუნის ფიზიკოსი ვერ გამოიცნო, რომ სიჩქარის შეზღუდვა არსებობდა. თუმცა, თუ ის ექსპერიმენტების დროს წააწყდებოდა შემზღუდველი სიჩქარის არსებობის ფაქტს, მაშინ ის გადაწყვეტდა, რომ ეს იყო უბედური შემთხვევა, რომ მხოლოდ მისი ექსპერიმენტული შესაძლებლობების შეზღუდვის ბრალი იყო. მას გაუმართლებდა ფიქრი, რომ ტექნოლოგიების განვითარებით, შეზღუდვის სიჩქარე შეიძლება გადააჭარბოს.

ჩვენთვის საპირისპიროა ნათელი: ამის დათვლა ისეთივე სასაცილო იქნება, როგორც იმის დაჯერება, რომ ნავიგაციის განვითარებით შესაძლებელი იქნება დედამიწის ზედაპირზე მიაღწიოთ იმ ადგილს, რომელიც საწყისი წერტილიდან 20 ათას კილომეტრზე მეტია დაშორებული ( ანუ დედამიწის გარშემოწერილობის ნახევარზე მეტი).

როდის უდრის წუთი საათს?

დროის ფარდობითობის ყოვლისმომცველი ახსნის და ამისგან გამომდინარე შედეგების ასახსნელად, რომლებიც ჩვეულებიდან უცნაურად გამოიყურება, აინშტაინი იყენებს მაგალითებს მატარებლით. ჩვენც ასე მოვიქცევით. წარმოსახვითი ზღაპრული სიჩქარით მოძრავ გიგანტურ მატარებელს „აინშტაინის მატარებელს“ ეძახიან.

წარმოიდგინეთ ძალიან გრძელი რკინიგზა. ორი სადგურია ერთმანეთისგან 864 მილიონი კილომეტრის დაშორებით. მათ შორის მანძილის დასაფარად აინშტაინის მატარებელს, რომელიც მოძრაობს, ვთქვათ, 240 ათასი კილომეტრი წამში, დრო დასჭირდება საათში. ორივე სადგური აქვს მთლიანად ზუსტი საათი.

მოგზაური მატარებელში ჯდება პირველ სადგურზე. პირველ რიგში, ის ჯიბის ქრონომეტრს ზუსტად აყენებს სადგურის საათს. სხვა სადგურზე მისვლისთანავე ის ადარებს სადგურის საათს და გაკვირვებული შეამჩნევს, რომ ქრონომეტრი ჩამორჩა...

რატომ მოხდა ეს?

დავუშვათ, რომ მანქანის იატაკზე არის ელექტრო ნათურა, ხოლო ჭერზე სარკე. სარკეში მოხვედრილი ნათურის სინათლის სხივი აირეკლება უკან ნათურაზე. სხივის გზა, როგორც მანქანაში მყოფი მოგზაური ხედავს, ნაჩვენებია ზედა ფიგურაში: სხივი მიმართულია ვერტიკალურად ზევით და ვერტიკალურად ეცემა ქვემოთ.

სადგურზე დამკვირვებელს განსხვავებული სურათი წარუდგენს. იმ დროის განმავლობაში, როცა სინათლის სხივი ნათურიდან სარკეში გადადიოდა, სარკე მატარებელთან ერთად მოძრაობდა. და ასახული სხივის დაცემის დროს, ნათურა თავად მოძრაობდა იმავე მანძილზე. სხივის მიერ გავლილი გზა სადგურზე დამკვირვებლის თვალთახედვით ნაჩვენებია ქვედა ფიგურაში: იგი ტოლფერდა სამკუთხედის ორ გვერდს ქმნის. სამკუთხედის ფუძე იქმნება მატარებლის წინ გადატანილი ნათურით.

ჩვენ ვხედავთ, რომ სადგურზე დამკვირვებლის თვალსაზრისით, სინათლის სხივმა უფრო დიდი მანძილი გაიარა, ვიდრე მატარებელში დამკვირვებლის თვალთახედვით. ამავე დროს, ჩვენ ვიცით, რომ სინათლის სიჩქარე მუდმივია ყველა პირობებში: ზუსტად იგივეა სადგურზე დამკვირვებლისთვის და მატარებელში მოგზაურისთვის. რა მოყვება აქედან?

გასაგებია, რომ თუ სიჩქარეები ერთნაირია, მაგრამ ბილიკების სიგრძე განსხვავებულია, მაშინ ნაკლები დრო იხარჯება პატარა გზის გავლაზე და მეტი დრო იხარჯება უფრო დიდის გავლაზე. ორივე დროის თანაფარდობის გამოთვლა ადვილია.

დავუშვათ, რომ სადგურზე დამკვირვებლის თვალთახედვიდან 10 წამი გავიდა სხივის სარკემდე გასვლამდე და მის ნათურამდე დაბრუნებას შორის. ამ 10 წამის განმავლობაში სინათლე გავიდა:

300000 x 10 = 3 მილიონი კილომეტრი.

შესაბამისად, ABC ტოლფერდა სამკუთხედის AB და BC გვერდები 1,5 მილიონი კილომეტრია თითოეული. გვერდი AC 1, სამკუთხედის ფუძე, უდრის მატარებლის გავლილ მანძილს 10 წამში, კერძოდ:

240,000 x 10 = 2,4 მილიონი კილომეტრი.

ბაზის ნახევარი, AD 1 უდრის 1,2 მილიონ კილომეტრს.

აქედან ადვილია მანქანის სიმაღლის დადგენა - BD სამკუთხედის სიმაღლე. დან მართკუთხა სამკუთხედი ABD გვაქვს:

BD 2 \u003d AB 2 - AD 2 \u003d 1.52 - 1.22

აქედან გამომდინარე, BD = 0,9 მილიონი კილომეტრი.

სიმაღლე საკმაოდ მყარია, რაც, თუმცა, გასაკვირი არ არის აინშტაინის მატარებლის ასტრონომიული ზომების გათვალისწინებით.

სხივის მიერ გავლილი გზა მატარებელში დამკვირვებლის თვალსაზრისით აშკარად უდრის სამკუთხედის ორჯერ სიმაღლეს:

2BD = 2 x 0.9 = 1.8 მილიონი კილომეტრი.

ამ ბილიკის გასავლელად შუქს დასჭირდება:

1,800,000/300,000 = 6 წამი.

ასე რომ, სანამ სინათლის სხივი ნათურიდან სარკემდე და უკან მიდიოდა, სადგურზე 10 წამი გავიდა და მატარებელში მხოლოდ 6 წამი. მატარებელში დროის თანაფარდობა სადგურებთან დროის თანაფარდობაა 6/10.

აქედან გამომდინარეობს გასაკვირი შედეგი: სადგურის დროის მიხედვით, მატარებელი ერთ საათს ატარებდა სადგურებს შორის, მაგრამ მოგზაურის ქრონომეტრის მიხედვით, მხოლოდ 6/10 საათი, ანუ 36 წუთი. სწორედ ამიტომ, სადგურებს შორის მოძრაობის დროს მოგზაურის ქრონომეტრი ჩამორჩებოდა სადგურის საათს და უფრო მეტიც, 24 წუთით.

ამ ფაქტის კარგად გააზრებაა საჭირო: მოგზაურის ქრონომეტრი ჩამორჩა არა იმიტომ; რომ უფრო ნელა იყო ან არ მუშაობდა გამართულად. არა, ის მუშაობდა ისევე, როგორც საათები სადგურებზე. მაგრამ სადგურებთან შედარებით მოძრავ მატარებელში დრო სხვაგვარად მიედინებოდა, ვიდრე სადგურებში.

სამკუთხედის სქემიდან ჩანს, რომ მეტი სიჩქარემატარებელი, რაც უფრო დიდი უნდა იყოს ქრონომეტრის ჩამორჩენა მატარებლიდან სინათლის სიჩქარემდე, შესაძლებელია იმის უზრუნველყოფა, რომ მატარებელში დროის ნებისმიერმა მცირე მონაკვეთმა გაიაროს სადგურის დროის ერთ საათში. მაგალითად, სინათლის სიჩქარის დაახლოებით 0,9999 მატარებლის სიჩქარით, მატარებელზე სადგურის დროის საათში მხოლოდ 1 წუთი გაივლის (ან, პირიქით, მატარებლის სადგურის დროის წუთში ერთი საათი გავათუ ერთ სადგურზე დამკვირვებელი ამოწმებს თავის დროს მატარებლის დასაწყისში და ბოლოს დაყენებული ორი ქრონომეტრის გამოყენებით).

დრო აბსოლუტურად მიჩნეული, ადამიანი მას წარმოიდგენდა, როგორც რაღაც თანაბრად მიედინება და, უფრო მეტიც, ყველგან და ყველა პირობებში მსოფლიოში ერთნაირი სიჩქარით. მაგრამ აინშტაინის მატარებელი აჩვენებს, რომ სხვადასხვა ლაბორატორიაში დროის ტემპი განსხვავებულია. დროის ეს ფარდობითობა ფიზიკური სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა.

ყოველივე ნათქვამიდან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ უელსის მიერ ფანტასტიკურ მოთხრობაში აღწერილი „დროის მანქანა“ არც ისე ცარიელი ფანტაზიაა. დროის ფარდობითობა მათ წინაშე ხსნის - თეორიულად მაინც - მომავალში მოგზაურობის შესაძლებლობას. ადვილი მისახვედრია, რომ აინშტაინის მატარებელი სწორედ „დროის მანქანაა“.

Დროის მანქანა

მართლაც, წარმოიდგინეთ, რომ აინშტაინის მატარებელი არ მოძრაობს სწორი ხაზით, არამედ წრიული რკინიგზის გასწვრივ. შემდეგ, ყოველ ჯერზე, როცა მოგზაური ბრუნდება საწყის სადგურზე, აღმოაჩენს, რომ მისი საათი სადგურის საათის უკან დგას.

მატარებლის სიჩქარის სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებით, თქვენ შეგიძლიათ, როგორც უკვე იცით, უზრუნველყოთ, რომ ნებისმიერმა მცირე დრომ გაიაროს საათში მატარებლის სადგურის საათის მიხედვით. ეს იწვევს გასაოცარ შედეგებს: სანამ მატარებელში მხოლოდ წლები გადის, სადგურზე ასობით და ათასობით წელი გადის. თავისი „დროის მანქანიდან“ გამოსული ჩვენი მოგზაური განცალკევებულ მომავალში აღმოჩნდება... მისი ახლობლები და მეგობრები დიდი ხანია გარდაიცვალნენ... ცოცხალ მხოლოდ მათ შორეულ შთამომავლებს იპოვის.

თუმცა, აინშტაინის მატარებელი მაინც ძალიან განსხვავდება უელსისგან. ყოველივე ამის შემდეგ, რომანისტის თქმით, მას შეეძლო დროულად გადაადგილება არა მისი მაღალი სიჩქარის გამო, არამედ სპეციალური ტექნიკური მოწყობილობის წყალობით. მაგრამ სინამდვილეში ასეთი მოწყობილობის შექმნა არ შეიძლება; ეს არის სრული სისულელე. მომავალში მხოლოდ ერთი გზაა: მატარებელს მივცეთ უზარმაზარი სიჩქარე - სინათლის სიჩქარესთან ახლოს.

კიდევ ერთი თვისება განასხვავებს აინშტაინის მატარებელს უელსის დროის მანქანისგან: მას არ შეუძლია დროში „უკან“ გადაადგილება, ანუ არ შეუძლია წარსულში წასვლა და ამით მომავლიდან აწმყოში დაბრუნება.

ზოგადად, დროში უკან გადასვლის იდეა სრულიად უაზროა. ჩვენ შეგვიძლია ვიმოქმედოთ მხოლოდ იმაზე, რაც ჯერ არ ყოფილა, მაგრამ ჩვენ არ შეგვიძლია შევცვალოთ ის, რაც უკვე იყო. ეს ამ მაგალითიდანაც ნათლად ჩანს: თუ შესაძლებელი იყო დროის უკან დაბრუნება, მაშინ შეიძლებოდა მომხდარიყო, რომ ადამიანი წარსულში წასულიყო და მშობლები მოკლა, როცა ისინი ჯერ კიდევ ჩვილები იყვნენ. და თუ ის აწმყოს დაუბრუნდებოდა, აღმოჩნდებოდა იმ ადამიანის სასაცილო მდგომარეობაში, რომლის მშობლები მის დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე გარდაიცვალნენ!

სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრაობა თეორიულად კიდევ ერთ შესაძლებლობას ხსნის: დროსთან ერთად ნებისმიერი მანძილის გადალახვა. და ისინი შეიძლება იმდენად დიდი იყვნენ მსოფლიო სივრცეში, რომ მაქსიმალური სიჩქარითაც კი, მოგზაურობის უმეტესობისთვის, საკმარისი არ იქნება ადამიანის სიცოცხლე.

ამის მაგალითი იქნება ვარსკვლავი, რომელიც, ვთქვათ, ჩვენგან ორასი სინათლის წლის მანძილზეა. იმის გამო, რომ სინათლის სიჩქარე ბუნებაში ყველაზე მაღალი სიჩქარეა, შეუძლებელია ამ ვარსკვლავთან მიღწევა დაწყებიდან ორას წელზე ადრე. და რადგან ადამიანის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ორას წელზე ნაკლებია, როგორც ჩანს, დარწმუნებით შეიძლება ითქვას, რომ ადამიანს ფუნდამენტურად მოკლებულია შორეულ ვარსკვლავებთან მიღწევის შესაძლებლობა.

თუმცა ეს მსჯელობა მცდარია. შეცდომა ის არის, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ ორას წელზე, როგორც რაღაც აბსოლუტურზე. მაგრამ დრო ფარდობითია, ანუ არ არის საერთო დრო ყველა ლაბორატორიისთვის. სადგურებს ჰქონდათ დროის ერთი დათვლა, ხოლო აინშტაინის მატარებელს მეორე.

წარმოვიდგინოთ ასტრონავტი, რომელიც მსოფლიოს კოსმოსში გაემგზავრა. სანამ ის ჩვენგან ორასი სინათლის წლის მანძილზე მდებარე ვარსკვლავს მიაღწევს, ორასი წელი მართლაც გაივლის მიწიერი დროის მიხედვით. რაკეტაში, დედამიწასთან შედარებით მისი სიჩქარიდან გამომდინარე, როგორც ვიცით, დროის ნებისმიერი მცირე მონაკვეთი შეიძლება გადიოდეს.

ამრიგად, ასტრონავტი ვარსკვლავს თავის დროზე მიაღწევს არა ორას წელიწადში, არამედ, ვთქვათ, ერთ წელიწადში. საკმარისად მაღალი სიჩქარით, თეორიულად შესაძლებელია ვარსკვლავზე "ფრენა" და სარაკეტო საათის მიხედვით დაბრუნება ერთ წუთშიც კი...

უფრო მეტიც: მსოფლიოში მაქსიმალური სიჩქარით მოძრაობისას - 300 ათასი კილომეტრი წამში - და დრო ხდება უკიდურესად მცირე, ანუ ნულის ტოლი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ რაკეტას შეეძლო სინათლის სიჩქარით მოძრაობა, მასში დამკვირვებლის დრო საერთოდ შეჩერდებოდა და ამ დამკვირვებლის თვალსაზრისით, დაწყების მომენტი დაემთხვა დასრულების მომენტს.

ვიმეორებთ, რომ ეს ყველაფერი მხოლოდ თეორიულად არის წარმოდგენა. პრაქტიკაში მომავლისა და შორეული ვარსკვლავებისკენ მოგზაურობა შეუძლებელია, რადგან მანქანებისა და ადამიანების მოძრაობა სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით ტექნიკური მიზეზების გამო შეუძლებელია.

და ზომები შედარებითია.

მსჯელობა და გასართობი მაგალითებიწინა თავებში მოცემული ფანტასტიკური ჩანს. მაგრამ მათი მიზანი არ არის მკითხველის ფანტაზიით მოხიბვლა, არამედ დროის ფარდობითობიდან გამომდინარე შედეგების სრული სიღრმისა და სერიოზულობის ჩვენება.

ადვილი მისახვედრია, რომ სხეულების ზომების ფარდობითობა ასევე გამომდინარეობს დროის ფარდობითობისგან.

დაე, პლატფორმის სიგრძე, რომლითაც გადის აინშტაინის მატარებელი, იყოს 2,4 მილიონი კილომეტრი. წამში 240 ათასი კილომეტრის სიჩქარით მატარებელი პლატფორმას 10 წამში გაივლის. მაგრამ სადგურის დროის 10 წამში მატარებელში მხოლოდ 6 წამი გაივლის. აქედან მოგზაური სამართლიანად დაასკვნის, რომ პლატფორმის სიგრძეა 240,000 x 6 = 1,44 მილიონი კილომეტრი და არა 2,40 მილიონი კილომეტრი.

ეს ნიშნავს, რომ მოსვენებული ობიექტი ნებისმიერ ლაბორატორიასთან შედარებით გრძელია ვიდრე მოძრავი. მატარებელთან შედარებით, ბაქანი მოძრაობდა, ხოლო სადგურთან შედარებით ის ისვენებდა. ამიტომ, სადგურზე დამკვირვებლისთვის ის უფრო გრძელი იყო, ვიდრე მოგზაურისთვის. მატარებლის ვაგონები, პირიქით, სადგურზე დამკვირვებლისთვის 10/6-ჯერ უფრო მოკლე იყო, ვიდრე მოგზაურისთვის.

სიჩქარის მატებასთან ერთად, ობიექტების სიგრძე უფრო და უფრო მცირდება. მაშასადამე, ყველაზე მაღალი სიჩქარით ის უნდა გამხდარიყო უმცირესი, ანუ ნულის ტოლი.

ამრიგად, ყველა მოძრავი სხეული იკუმშება მისი მოძრაობის მიმართულებით. ამასთან დაკავშირებით აუცილებელია ჟურნალის მე-9 ნომერში მოყვანილი ერთ-ერთი მაგალითის შესწორება, კერძოდ: ორთქლმავალზე კარების გაღების ექსპერიმენტში აღმოვაჩინეთ, რომ ბურჯზე დამკვირვებლისთვის მეორე კარი გაიღო. პირველზე 40 წამით გვიან. მაგრამ იმის გამო, რომ ორთქლის გემის სიგრძე, რომელიც წამში 240 ათასი კილომეტრი სიჩქარით მოძრაობს, 10/6-ჯერ შემცირდა ბურჯთან შედარებით, კარების გაღებას შორის რეალური დროის ინტერვალი ტოლი იქნება პიერზე და არა 40 საათისა. წამი, მაგრამ 40: 10/6 = 24 წამი. რა თქმა უნდა, ეს რიცხვითი შესწორება არ ცვლის ორთქლის გემთან მუშაობის გამოცდილებიდან ჩვენს მიერ გამოტანილ ფუნდამენტურ დასკვნებს.

სხეულების ზომების ფარდობითობა დაუყოვნებლივ იწვევს ფარდობითობის პრინციპის ახალ, ალბათ ყველაზე გასაოცარ შედეგს. "ყველაზე გასაოცარია", რადგან ის ხსნის მიქაელსონის ექსპერიმენტის მოულოდნელ შედეგს, რომელმაც ერთ დროს ფიზიკოსთა რიგებში დაბნეულობა გამოიწვია. საქმე ეხებოდა, როგორც გახსოვთ, სიჩქარის მიმატებას, რომელსაც გაურკვეველი მიზეზის გამო არ „უნდა“ დაემორჩილა ჩვეულებრივ არითმეტიკას.

ადამიანი ყოველთვის მიჩვეული იყო სწორი ხაზით და ერთი მიმართულებით მიმართული სიჩქარის დამატებას, წმინდა არითმეტიკულად, ანუ ისევე, როგორც ცხრილები ან ვაშლები. მაგალითად, თუ გემი მიცურავს გარკვეული მიმართულებით 20 კილომეტრი საათში სიჩქარით, ხოლო მგზავრი დადის მისი გემბანის გასწვრივ იმავე მიმართულებით 5 კილომეტრი საათში, მაშინ მგზავრის სიჩქარე შედარებით ბურჯი იქნება 20 + 5 = 25 კილომეტრი საათში.

ბოლო დრომდე ფიზიკოსები დარწმუნებულნი იყვნენ, რომ დამატების ეს მეთოდი აბსოლუტურად სწორია და შესაფერისია ნებისმიერი სიჩქარის ჯამის საპოვნელად. მაგრამ ფარდობითობის პრინციპმა ხელშეუხებელი არ დატოვა მექანიკის ეს წესიც კი.

სცადეთ, მაგალითად, დაამატოთ 230 და 270 ათასი კილომეტრის სიჩქარე წამში. Რა მოხდება? 500 ათასი კილომეტრი წამში. და ასეთი სიჩქარე არ შეიძლება არსებობდეს, რადგან 300 ათასი კილომეტრი წამში არის ყველაზე მაღალი სიჩქარე მსოფლიოში. აქედან მაინც ნათელია, რომ ნებისმიერი და ნებისმიერი რაოდენობის სიჩქარის ჯამი, ნებისმიერ შემთხვევაში, არ შეიძლება აღემატებოდეს 300 000 კილომეტრს წამში.

მაგრამ, იქნებ, დასაშვებია არითმეტიკურად დაბალი სიჩქარის დამატება, მაგალითად, 150 და 130 ათასი კილომეტრი წამში? ყოველივე ამის შემდეგ, მათი ჯამი, 280 ათასი კილომეტრი წამში, არ აღემატება სიჩქარის ზღვარს მსოფლიოში.

ადვილი მისახვედრია, რომ არითმეტიკული ჯამი აქაც არასწორია. მოდით, მაგალითად, ორთქლის გემმა გადაინაცვლოს ბურჯზე 150 000 კილომეტრი წამში სიჩქარით, ხოლო ბურთი 130 000 კმ/წმ სიჩქარით მოძრაობდეს ორთქლის გემბანის გასწვრივ. ამ სიჩქარის ჯამი უნდა გამოხატავდეს ბურთის სიჩქარეს ბურჯთან შედარებით. თუმცა, წინა თავიდან ვიცით, რომ მოძრავი სხეული ზომაში იკლებს. მაშასადამე, ორთქლმავალზე 130 000 კილომეტრის მანძილი საერთოდ არ არის 130 000 კილომეტრის ტოლი დამკვირვებლისთვის ნავსადგურზე, ხოლო სანაპიროზე 150 000 კილომეტრი საერთოდ არ არის 150 000 კილომეტრის ტოლი ორთქლის მგზავრისთვის.

გარდა ამისა, ბურჯთან მიმართებაში ბურთის სიჩქარის დასადგენად, დამკვირვებელი იყენებს პიერზე არსებულ საათს. მაგრამ ორთქლის გემზე ბურთის სიჩქარე განისაზღვრება ორთქლის ნავის დროით. და დრო მოძრავ ორთქლმავალზე და ნავსადგურზე, როგორც ვიცით, სულაც არ არის ერთი და იგივე.

ასე გამოიყურება პრაქტიკაში სიჩქარის დამატების საკითხი: თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ როგორც მანძილების, ასევე დროის ფარდობითობა. როგორ უნდა გაერთიანდეს სიჩქარე?

აინშტაინმა მისცა ამისთვის სპეციალური ფორმულა, რომელიც შეესაბამება ფარდობითობის პრინციპს. აქამდე ჩვენ არ მოგვცეს ფორმულები ფარდობითობის თეორიიდან, არ გვინდა ამ რთული სტატიის დატვირთვა. თუმცა, მათემატიკის ლაკონური და ზუსტი ენა ბევრ რამეს დაუყოვნებლივ ნათელს ხდის, ანაცვლებს გრძელ, სიტყვიერ არგუმენტებს. სიჩქარის დამატების ფორმულა არა მხოლოდ ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე ყველა წინა მსჯელობა, არამედ თავისთავად ისეთი მარტივი და საინტერესოა, რომ ციტირება ღირს:

V1 + V2
W = _________________
V 1 x V 2
1+ ___________
C2

აქ V 1 და V 2 არის სიჩქარის პირობები, W არის მთლიანი სიჩქარე, c არის მსოფლიოში ყველაზე მაღალი სიჩქარე (სინათლის სიჩქარე), უდრის 300 ათასი კილომეტრს წამში.

ამ მშვენიერ ფორმულას აქვს მხოლოდ სასურველი ქონება: რაც არ უნდა სწრაფად დავამატოთ, წამში 300 ათას კილომეტრზე მეტს ვერასდროს მივიღებთ. სცადეთ დაამატოთ 230 000 და 270 000 კილომეტრი წამში ამ ფორმულის გამოყენებით, ან თუნდაც 300 000 და 300 000 კილომეტრი წამში და ნახეთ რა მოხდება.

მცირე სიჩქარის დამატებისას - ისეთს, როგორსაც უმეტეს შემთხვევაში პრაქტიკაში ვხვდებით - ფორმულა გვაძლევს ჩვეულებრივ შედეგს, რომელიც ცოტათი განსხვავდება არითმეტიკული ჯამი. აიღეთ მაგალითად ყველაზე დიდიც კი თანამედროვე სიჩქარეებიმოძრაობა. ნება მიეცით ორი თვითმფრინავი გადაადგილდეს ერთმანეთისკენ, თითოეული საათში 650 კილომეტრით დაფრინავს. რა არის მათი დაახლოების სიჩქარე?

არითმეტიკურად - (650 + 650) = 1300 კილომეტრი საათში. აინშტაინის ფორმულით - მხოლოდ 0,72 მიკრონი საათში ნაკლები. ზემოთ მოყვანილ მაგალითში კი ნელა მოძრავი გემით, რომლის გემბანზეც ადამიანი დადის, ეს განსხვავება 340 ათასჯერ ნაკლებია.

ასეთ შემთხვევებში გაზომვებით შეუძლებელია ასეთი რაოდენობების აღმოჩენა. დიახ, და მათი პრაქტიკული ღირებულება ნულის ტოლია. აქედან ირკვევა, თუ რატომ არ შეამჩნია ადამიანმა ათასობით წლის განმავლობაში, რომ სიჩქარის არითმეტიკული შეკრება ფუნდამენტურად არასწორია: ასეთი შეკრების უზუსტობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე პრაქტიკის ყველაზე მკაცრი მოთხოვნები. და ამიტომ, ტექნოლოგიაში, ყველაფერი ყოველთვის ემთხვეოდა გამოთვლებს, თუ მხოლოდ გამოთვლები იყო სწორი.

მაგრამ უკვე აღარ არის შესაძლებელი სინათლის სიჩქარის შესადარებელი არითმეტიკული სიჩქარის დამატება: აქ შეიძლება უხეში შეცდომებში ჩავვარდეთ. მაგალითად, 36 ათასი კილომეტრის სიჩქარის დროს, შეცდომა 1 ათას კილომეტრს გადააჭარბებს, ხოლო 100 ათას კილომეტრს წამში უკვე მიაღწევს 20 ათას კილომეტრს წამში.

ის, რომ სიჩქარის არითმეტიკული შეკრება არასწორია და აინშტაინის ფორმულა სწორია, ამას გამოცდილებაც ადასტურებს. სხვაგვარად არ შეიძლებოდა: ბოლოს და ბოლოს, სწორედ გამოცდილებამ აიძულა ფიზიკოსები გადაეხედათ ძველი ცნებები მექანიკაში და მიიყვანა ისინი ფარდობითობის პრინციპამდე.

იმის ცოდნა, თუ როგორ დავამატოთ სიჩქარეები, ახლა ჩვენ შეგვიძლია გავიგოთ მაიკლსონის ექსპერიმენტის "იდუმალი" შედეგები. ამ ექსპერიმენტის ჩატარებისას, როდესაც დედამიწა სინათლის სხივისკენ 30 კილომეტრი წამში სიჩქარით მოძრაობდა, მაიკლსონი ელოდა, რომ მიიღებდა 300000 + 30 = 300030 კილომეტრს წამში.

მაგრამ ასე სიჩქარეს ვერ დაამატებ!

ჩაანაცვლეთ V 1 = c (c არის სინათლის სიჩქარე) და V 2 = 30 სიჩქარის დამატების ფორმულაში და ნახავთ, რომ მთლიანი სიჩქარე არის მხოლოდ c1 და არა მეტი. სწორედ ასეთი იყო მიქაელსონის ექსპერიმენტის შედეგი.

იგივე შედეგი მიიღება V 2-ის ყველა სხვა მნიშვნელობისთვის, თუ V 1 უდრის სინათლის სიჩქარეს. დაე, დედამიწამ გაიაროს ნებისმიერი რაოდენობის კილომეტრი წამში: 30 - მზის გარშემო, 275 - მზის სისტემასთან ერთად და ათასობით კილომეტრი - მთელ გალაქტიკასთან. ეს არ ცვლის რამეს. დედამიწის სიჩქარის სინათლის სიჩქარეზე დამატების ყველა შემთხვევაში, ფორმულა მისცემს იგივე მნიშვნელობას c.

ასე რომ, მიქაელსონის ექსპერიმენტის შედეგებმა გაგვაოცა მხოლოდ იმიტომ, რომ არ ვიცოდით, როგორ შეგვემატებინა სიჩქარეები სწორად. ჩვენ არ ვიცოდით, როგორ გაგვეკეთებინა ეს, რადგან არ ვიცოდით, რომ სხეულები იკუმშება მათი მოძრაობის მიმართულებით და რომ დრო სხვაგვარად გადის სხვადასხვა ლაბორატორიაში.

მასა და ენერგია

რჩება ბოლო კითხვის განხილვა.

ნებისმიერი სხეულის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება მისი მასაა. ჩვენ მიჩვეული ვართ გვჯეროდეს, რომ ის ყოველთვის უცვლელი რჩება. მაგრამ ფარდობითობის პრინციპზე დაფუძნებული გამოთვლები სხვა რამეს აჩვენებს: როდესაც სხეული მოძრაობს, მისი მასა იზრდება. ის იზრდება იმდენჯერ, რამდენჯერაც სხეულის სიგრძე მცირდება. ამრიგად, აინშტაინის მატარებლის მასა, რომელიც მოძრაობს წამში 240 ათასი კილომეტრით, 10/6-ჯერ აღემატება მასას მოსვენებულ მდგომარეობაში.

როგორც სიჩქარე უახლოვდება ლიმიტს, მასა უფრო და უფრო სწრაფად იზრდება. შეზღუდვის სიჩქარით, ნებისმიერი სხეულის მასა უნდა გახდეს უსასრულოდ დიდი. ჩვეულებრივი სიჩქარეები, რომლებსაც პრაქტიკაში ვხვდებით, იწვევს მასის სრულიად უმნიშვნელო მატებას.

თუმცა ამ ფენომენის ექსპერიმენტულად შემოწმება მაინც შესაძლებელია: თანამედროვე ექსპერიმენტული ფიზიკაშეუძლია სწრაფად მოძრავი ელექტრონების მასის შედარება მოსვენებული ელექტრონების მასასთან. გამოცდილება კი სრულად ადასტურებს მასის სიჩქარეზე დამოკიდებულების კანონს.

მაგრამ იმისთვის, რომ სხეულებს ვუთხრათ სიჩქარე, საჭიროა ენერგიის დახარჯვა. და გამოდის, რომ ზოგადად, სხეულზე შესრულებული ნებისმიერი სამუშაო, სხეულის ენერგიის ნებისმიერი ზრდა იწვევს ამ დახარჯული ენერგიის პროპორციულად მასის ზრდას. მაშასადამე, გახურებული სხეულის მასა უფრო დიდია, ვიდრე ცივი, შეკუმშული ზამბარის მასა მეტია, ვიდრე თავისუფალი.

მასის ერთეულების უმნიშვნელო რაოდენობა შეესაბამება უზარმაზარი რაოდენობითენერგიის ერთეული. მაგალითად, სხეულის მასის მხოლოდ 1 გრამით გაზრდისთვის საჭიროა მასზე მუშაობა 25 მილიონი კილოვატ საათში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მასა 25 მილიონი კილოვატ/საათია ელექტრული ენერგიაუდრის 1 გრამს. ამ გრმის მისაღებად საჭიროა Dneproges-ის მიერ ორი დღის განმავლობაში გამომუშავებული მთელი ენერგია. თითო კილოვატ საათში მხოლოდ ერთი კაპიკის დათვლით, აღმოვაჩენთ, რომ ყველაზე იაფი ელექტროენერგიის 1 გრამი 250 ათასი რუბლი ღირს. და თუ ელექტროენერგიას შუქად აქცევთ, მაშინ 1 გრამი შუქი დაახლოებით 10 მილიონი რუბლი ეღირება. ეს ბევრჯერ ძვირია, ვიდრე ყველაზე ძვირადღირებული ნივთიერება - რადიუმი.

თუ თქვენ დაწვავთ 1 ტონა ნახშირს შენობაში, მაშინ წვის პროდუქტები მხოლოდ 1/3000 გრამით ნაკლებს იწონის ვიდრე ნახშირი და ჟანგბადი, საიდანაც ისინი წარმოიქმნება გაგრილების შემდეგ. მასის დაკარგული ნაწილი იკარგება სითბოს გამოსხივებით. ხოლო 1 ტონა წყლის 0-დან 100 გრადუსამდე გაცხელება გამოიწვევს მისი მასის გაზრდას 5/1 000 000 გრამზე ნაკლები წილადით.

სავსებით ნათელია, რომ სხეულების მასის ასეთი უმნიშვნელო ცვლილებები, როდესაც ისინი კარგავენ ან მოიპოვებენ ენერგიას, შორდება ყველაზე ზუსტ გაზომვებს. თუმცა თანამედროვე ფიზიკაცნობილია ფენომენები, რომლებშიც შესამჩნევი ხდება მასის ცვლილება. ეს ის პროცესებია, რომლებიც ხდება ატომის ბირთვების შეჯახების დროს, როდესაც ზოგიერთი ელემენტის ბირთვებიდან წარმოიქმნება სხვა ელემენტების ბირთვები.

მაგალითად, როდესაც ლითიუმის ატომის ბირთვი ეჯახება წყალბადის ატომის ბირთვს, წარმოიქმნება ჰელიუმის ატომის ორი ბირთვი. ამ ორი ბირთვის მასა უკვე მნიშვნელოვანი რაოდენობაა - 1/4 ნაწილით - ნაკლები სრული წონაწყალბადის და ლითიუმის ბირთვები. მაშასადამე, ლითიუმის და წყალბადის ნარევის 1 გრამი ჰელიუმად გარდაქმნისას უნდა გამოიყოს 1/400 გრამი ენერგია, რომელიც იქნება კილოვატ საათში:

25,000,000/400 = 62,5 ათასი კილოვატ-საათი.

ამრიგად, თუ ჩვენ ადვილად შეგვეძლო ბირთვული ტრანსფორმაციების განხორციელება, ჩვენ გავხდებოდით ენერგიის უმდიდრესი წყაროს მფლობელები: დნეპროგეს სიმძლავრის მისაღებად საკმარისი იქნებოდა მხოლოდ 4 გრამი ლითიუმის და წყალბადის ნარევი ჰელიუმად გადააქციოთ. საათი.

ახალი და ძველი ფიზიკა

ეს ამთავრებს ფარდობითობის პრინციპის ჩვენს მოკლე შესავალს.

ვნახეთ რამდენად სერიოზული და ღრმა ცვლილებებიშემოიტანა ფარდობითობის პრინციპი მსოფლმხედველობაში, რომელიც მრავალი საუკუნის მანძილზე ვითარდებოდა კაცობრიობაში. განა ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ძველი იდეები მთლიანად განადგურებულია? რომ ისინი მთლიანად უნდა უარყვეს? რომ ფარდობითობის პრინციპის აღმოჩენამდე შექმნილი ყველა ფიზიკა არასწორი უნდა იყოს გადახაზული?

არა, რადგან განსხვავება ძველ ფიზიკას შორის (მას უწოდებენ "კლასიკურს") და ფიზიკას შორის, რომელიც ითვალისწინებს ფარდობითობის პრინციპს ("რელატივისტური", ლათინური სიტყვიდან "relatio", რაც ნიშნავს "მინიშნებას"), ძალიან არის. პატარა ჩვენი თითქმის ყველა სფეროში პრაქტიკული აქტივობები.

თუ, მაგალითად, ჩვეულებრივი, თუნდაც ყველაზე სწრაფი მატარებლის (მაგრამ, რა თქმა უნდა, არა აინშტაინის მატარებლის) მგზავრს ეს თავის თავში ჩაეგდო ფარდობითობის პრინციპის დროის კორექტირების შესატანად, მას დასცინიდნენ. ერთი დღის განმავლობაში, ასეთი ცვლილება გამოიხატებოდა წამის ათი მილიარდი ნაწილით. მატარებლის რხევა და საუკეთესო საათის მექანიზმის არაზუსტი მუშაობა შეუდარებლად ძლიერ გავლენას ახდენს საათის ჩვენებაზე.

ინჟინერს, რომელიც გამოთვლებში შეიტანდა წყლის მასის გაცხელებისას მატებას, შეიძლება გიჟი ეწოდოს. მეორე მხრივ, ფიზიკოსი, რომელიც სწავლობს ატომის ბირთვების შეჯახებას, მაგრამ არ ითვალისწინებს მასის შესაძლო ცვლილებებს, უცოდინრობის გამო უნდა განდევნონ ლაბორატორიიდან.

დიზაინერები ყოველთვის შეიმუშავებენ მანქანებს კანონების გამოყენებით კლასიკური ფიზიკა: ფარდობითობის პრინციპის შესწორებები მანქანებზე ნაკლებ გავლენას მოახდენს, ვიდრე მიკრობი, რომელიც დაეშვა საფრენ ბორბალზე. მაგრამ ფიზიკოსმა, რომელიც აკვირდება სწრაფ ელექტრონებს, უნდა გაითვალისწინოს მათი მასის ცვლილება სიჩქარის მიხედვით.

ასე რომ, ბუნების კანონები, აღმოჩენილი ფარდობითობის პრინციპის გაჩენამდე, არ გაუქმებულია; ფარდობითობის თეორია არ უარყოფს, არამედ მხოლოდ ღრმავდება და სრულყოფს ძველი მეცნიერების მიერ შეძენილ ცოდნას. ის ადგენს საზღვრებს, რომლებშიც ეს ცოდნა შეიძლება გამოყენებულ იქნას შეცდომების გარეშე.

დასასრულს, უნდა ითქვას, რომ ფარდობითობის თეორია არ შემოიფარგლება მხოლოდ იმ საკითხებით, რომლებიც განვიხილეთ ამ სტატიაში. განაგრძო თავისი სწავლებების განვითარება, აინშტაინმა მოგვიანებით მისცა სრულიად ახალი სურათი ისეთი მნიშვნელოვანი ფენომენის შესახებ, როგორიცაა უნივერსალური გრავიტაცია. ამასთან დაკავშირებით ფარდობითობის დოქტრინა ორ ნაწილად გაიყო. მათგან პირველს, რომელიც არ ეხება გრავიტაციას, ეწოდა „პირადი“ ან „განსაკუთრებული“ „ფარდობითობის პრინციპი“; მეორე ნაწილი, რომელიც მოიცავს გრავიტაციის საკითხებს, არის "ფარდობითობის ზოგადი პრინციპი". ამრიგად, ჩვენ შევხვდით მხოლოდ კონკრეტულ პრინციპს (გათვალისწინება ზოგადი პრინციპიარ იყო ამ სტატიის ფარგლებში).

რჩება მხოლოდ აღნიშვნა, რომ ფიზიკის საკმარისად ღრმა შესწავლით, ფარდობითობის თეორიის რთული შენობის ყველა ლაბირინთი სრულიად ნათელი ხდება. მაგრამ მათში მოხვედრა, როგორც ვიცით, არც ისე ადვილი იყო. ამისთვის საჭირო იყო ბრწყინვალე გამოცნობა: საჭირო იყო მიქაელსონის ექსპერიმენტის გაკეთება. სწორი დასკვნები- აღმოაჩინეთ დროის ფარდობითობა ყველა შემდგომი შედეგით.

ასე რომ, კაცობრიობამ, თავისი მარადიული სურვილით, შეიცნოს სამყარო უფრო ფართოდ და ღრმად, მოიგო ერთი მისი ყველაზე დიდი გამარჯვებები.

ამას ევალება ალბერტ აინშტაინის გენიალურობა.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია ფარდობითობის სპეციალურ თეორიასთან ერთად არის ალბერტ აინშტაინის ბრწყინვალე ნაშრომი, რომელმაც მე-20 საუკუნის დასაწყისში შეცვალა ფიზიკოსების შეხედულება სამყაროზე. ასი წლის შემდეგ ფარდობითობის ზოგადი თეორია არის მთავარი და ყველაზე მნიშვნელოვანი თეორიაფიზიკა მსოფლიოში და ერთად კვანტური მექანიკავრცელდება ორიდან ერთზე ქვაკუთხედები"ყველაფრის თეორია". ფარდობითობის ზოგადი თეორია აღწერს გრავიტაციას, როგორც სივრც-დროის გამრუდების შედეგს (ზოგად ფარდობითობაში გაერთიანებულია ერთ მთლიანობაში) მასის გავლენის ქვეშ. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის წყალობით, მეცნიერებმა გამოიკვლიეს მრავალი მუდმივი, შეამოწმეს რამდენიმე აუხსნელი ფენომენებიდა გამოვიდა ისეთი რაღაცეები, როგორიცაა შავი ხვრელები, ბნელი მატერიადა ბნელი ენერგია, სამყაროს გაფართოება, Დიდი აფეთქებადა უფრო მეტი. ასევე, GTR-მა დადო ვეტო სინათლის სიჩქარეზე, ფაქტიურად დაგვაპატიმრა ჩვენს სამეზობლოში ( მზის სისტემა), მაგრამ დატოვა ხვრელი ჭიის ხვრელების სახით - მოკლე შესაძლო ბილიკები სივრცე-დროში.

RUDN-ის უნივერსიტეტის თანამშრომელმა და მისმა ბრაზილიელმა კოლეგებმა ეჭვქვეშ დააყენეს სტაბილური ჭიის ხვრელების პორტალებად გამოყენების კონცეფცია. სხვადასხვა წერტილებისივრცე-დრო. მათი კვლევის შედეგები გამოქვეყნდა Physical Review D.-ში - საკმაოდ გაურკვეველი კლიშე სამეცნიერო ფანტასტიკა. ჭიის ხვრელი, ან mole ხვრელი”, არის ერთგვარი გვირაბი, რომელიც აკავშირებს სივრცეში შორეულ წერტილებს, ან თუნდაც ორ სამყაროს, სივრცე-დროის გამრუდების მეშვეობით.