ფარდობითობის ზოგადი თეორია(GR) არის გრავიტაციის გეომეტრიული თეორია, რომელიც გამოქვეყნდა ალბერტ აინშტაინის მიერ 1915-1916 წლებში. ამ თეორიის ფარგლებში, რომელიც არის შემდგომი განვითარებაფარდობითობის სპეციალური თეორია, ვარაუდობენ, რომ გრავიტაციული ეფექტებიგამოწვეულია არა სივრცე-დროში მდებარე სხეულებისა და ველების ძალთა ურთიერთქმედებით, არამედ თავად სივრცე-დროის დეფორმაციით, რაც დაკავშირებულია, კერძოდ, მასა-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.

OTO ამჟამად ყველაზე წარმატებულია გრავიტაციული თეორიაკარგად დადასტურებულია დაკვირვებებით. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პირველი წარმატება იყო მერკურის პერიჰელიონის ანომალიური პრეცესიის ახსნა. შემდეგ, 1919 წელს, არტურ ედინგტონმა მოახსენა მზის მახლობლად სინათლის გადახრის დაკვირვება სრული დაბნელების დროს, რამაც დაადასტურა ზოგადი ფარდობითობის პროგნოზები.

მას შემდეგ ბევრმა სხვა დაკვირვებამ და ექსპერიმენტმა დაადასტურა თეორიის პროგნოზების მნიშვნელოვანი რაოდენობა, მათ შორის გრავიტაციის შენელებადრო, გრავიტაციული წითელ გადანაცვლება, სიგნალის შეფერხება გრავიტაციულ ველში და ჯერჯერობით მხოლოდ ირიბად, გრავიტაციული გამოსხივება. გარდა ამისა, მრავალი დაკვირვება განიმარტება, როგორც ფარდობითობის ზოგადი თეორიის 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 შემოთავაზებულია მრავალი ალტერნატიული თეორია. 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, 1905 წელს აინშტაინის მიერ შექმნილ ფარდობითობის სპეციალურ თეორიასთან, რომელიც შთაგონებულია პუანკარესა და ლორენცის ნაშრომებით. აინშტაინის თეორიაში ვერანაირი ინფორმაცია არ ვრცელდება უფრო სწრაფი სიჩქარესინათლე ვაკუუმში.

მათემატიკურად, ნიუტონის გრავიტაციული ძალა მიღებულია სხეულის პოტენციური ენერგიისგან გრავიტაციულ ველში. ამ პოტენციური ენერგიის შესაბამისი გრავიტაციული პოტენციალი ემორჩილება პუასონის განტოლებას, რომელიც არ არის უცვლელი ლორენცის გარდაქმნების დროს. შეუცვლელობის მიზეზი არის ის, რომ ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში ენერგია არ არის სკალარული სიდიდე, არამედ გადადის 4-ვექტორის დროის კომპონენტში. გრავიტაციის ვექტორული თეორია მაქსველის ელექტრომაგნიტური ველის თეორიის მსგავსია და იწვევს გრავიტაციული ტალღების უარყოფით ენერგიას, რაც ასოცირდება ურთიერთქმედების ბუნებასთან: გრავიტაციაში მუხტების (მასების) მსგავსად იზიდავს 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 ცნებაა: პირველი ეხება ნიუტონის მეორე კანონს, ხოლო მეორე - კანონს. გრავიტაცია. 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 საკუთარი მიზიდულობის ძალას. 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 დაადასტურა 10?3 შედარებითი სიზუსტით. 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 გავლენას ახდენს მხოლოდ გრავიტაციული ძალები, ორივე მასა შემცირებულია. 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 სამგანზომილებიან სივრცეში და ერთგანზომილებიან დროს (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ოთხგანზომილებიან 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. გეოდეზიური ხაზები, რომლებიც შეესაბამება ფიზიკური სხეულების სამყაროს ხაზებს, რომელთა სიჩქარე სინათლის სიჩქარეზე ნაკლებია, აღმოჩნდება, რომ არის უდიდესი სწორი დროის ხაზები, ანუ დრო, რომელიც იზომება სხეულზე მკაცრად მიმაგრებული საათის მიერ. ეს ტრაექტორია. თანამედროვე ექსპერიმენტებიდაადასტურეთ სხეულების მოძრაობა 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 პირდაპირ, თუ ორი ბურთი ერთმანეთის პარალელურად გაშვებულია რეზინის მემბრანაზე, 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 სისტემა, რომელიც მდებარეობს გრავიტაციულ ველში, არ განსხვავდება ქცევით იმავე სისტემისგან, რომელიც მდებარეობს სპეციალური ფარდობითობის ბრტყელ სივრცე-დროში ჩაძირულ აჩქარებულ (ინერციულ საცნობარო ჩარჩოსთან შედარებით) საცნობარო ჩარჩოში.

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, ფარდობითობის ზოგად თეორიაში კი მას ახვევს ნებისმიერი სხეული და სწორედ მისი გამრუდება იწვევს სხეულების გრავიტაციულ მიზიდულობას.

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 ფარდობითობის სივრცე-დროში ეს ტენსორი იდენტურად ნულის ტოლია და სივრცე-დრო ბრტყელია.

ამ მიზეზით სახელწოდება „ზოგადი ფარდობითობა“ მთლად სწორი არ არის. ეს თეორია მხოლოდ ერთ-ერთია სიმძიმის თეორიებიდან, რომლებიც ამჟამად განიხილება ფიზიკოსების მიერ, მაშინ როცა სპეციალური თეორიაფარდობითობა (უფრო ზუსტად, მისი სივრცე-დროის მეტრულობის პრინციპი) ზოგადად მიღებულია სამეცნიერო საზოგადოებადა არის საძირკვლის ქვათანამედროვე ფიზიკის საფუძველი. თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ გრავიტაციის არცერთ სხვა განვითარებულ თეორიას, 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, გრავიტაციული ტალღების გამოსხივების მტკიცებულება დახურვა სისტემებიორმაგი ვარსკვლავები და 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, იმის გამო სხვადასხვა მიზეზებითეორეტიკოსების მიერ შემუშავებულია გრავიტაციის მინიმუმ 30 ალტერნატიული თეორია და ზოგიერთი მათგანი შესაძლებელს ხდის თეორიაში შემავალი პარამეტრების შესაბამისი მნიშვნელობების ზოგად ფარდობითობას თვითნებურად მიახლოებული შედეგების მიღებას.

SRT, TOE - ამ აბრევიატურების ქვეშ დევს თითქმის ყველასთვის ნაცნობი ტერმინი "ფარდობითობის თეორია". ყველაფრის ახსნა შეიძლება მარტივი სიტყვებით, თუნდაც გენიოსის განცხადება, ასე რომ არ დაიდარდოთ, თუ არ გახსოვთ სკოლის კურსიფიზიკა, რადგან სინამდვილეში ყველაფერი ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე ჩანს.

თეორიის წარმოშობა

მაშ ასე, დავიწყოთ კურსი "ფარდობითობის თეორია დუმებისთვის". ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა თავისი ნაშრომი 1905 წელს და ამან გამოიწვია აჟიოტაჟი მეცნიერებში. ეს თეორია თითქმის მთლიანად ფარავდა გასული საუკუნის ფიზიკაში არსებულ ბევრ ხარვეზს და შეუსაბამობას, მაგრამ, გარდა ამისა, თავდაყირა დააყენა სივრცისა და დროის იდეა. თანამედროვეებს გაუჭირდათ აინშტაინის მრავალი განცხადების დაჯერება, მაგრამ ექსპერიმენტებმა და კვლევებმა მხოლოდ დიდი მეცნიერის სიტყვები დაადასტურა.

აინშტაინის ფარდობითობის თეორია მარტივი სიტყვებით ხსნიდა იმას, რასაც ადამიანები საუკუნეების განმავლობაში ებრძოდნენ. მას შეიძლება ეწოდოს მთელი თანამედროვე ფიზიკის საფუძველი. თუმცა ფარდობითობის თეორიის შესახებ საუბრის გაგრძელებამდე ტერმინების საკითხი უნდა დაზუსტდეს. რა თქმა უნდა, ბევრს, პოპულარულ სამეცნიერო სტატიებს კითხულობს, შეხვდა ორ აბრევიატურას: SRT და GRT. სინამდვილეში, ისინი გულისხმობენ გარკვეულწილად განსხვავებულ ცნებებს. პირველი არის ფარდობითობის სპეციალური თეორია, ხოლო მეორე ნიშნავს "ზოგად ფარდობითობას".

უბრალოდ კომპლექსი

SRT არის ძველი თეორია, რომელიც მოგვიანებით გახდა GR-ის ნაწილი. მას შეუძლია განიხილოს მხოლოდ ფიზიკური პროცესები ობიექტების გადაადგილებისთვის ერთიანი სიჩქარე. ზოგად თეორიას, მეორე მხრივ, შეუძლია აღწეროს რა ემართება აჩქარებულ ობიექტებს და ასევე ახსნას რატომ არსებობს გრავიტონის ნაწილაკები და გრავიტაცია.

თუ საჭიროა აღწეროთ მოძრაობა და ასევე სივრცისა და დროის ურთიერთობა სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებისას - ეს შეიძლება გაკეთდეს ფარდობითობის სპეციალური თეორიით. მარტივი სიტყვებით, ეს შეიძლება აიხსნას შემდეგნაირად: მაგალითად, მომავლის მეგობრებმა მოგცეს კოსმოსური ხომალდი, რომელსაც შეუძლია მაღალი სიჩქარით ფრენა. კოსმოსური ხომალდის ცხვირზე არის ქვემეხი, რომელსაც შეუძლია ფოტონების გასროლა ყველაფერზე, რაც წინ მოდის.

როდესაც გასროლა ხდება, გემთან შედარებით, ეს ნაწილაკები სინათლის სიჩქარით დაფრინავენ, მაგრამ, ლოგიკურად, სტაციონარული დამკვირვებელმა უნდა დაინახოს ორი სიჩქარის ჯამი (თავად ფოტონები და გემი). მაგრამ მსგავსი არაფერი. დამკვირვებელი დაინახავს ფოტონებს, რომლებიც მოძრაობენ 300 000 მ/წმ სიჩქარით, თითქოს გემის სიჩქარე ნული იყოს.

საქმე ის არის, რომ რაც არ უნდა სწრაფად მოძრაობდეს ობიექტი, მისთვის სინათლის სიჩქარე მუდმივი მნიშვნელობაა.

ეს განცხადება არის საოცარი ლოგიკური დასკვნების საფუძველი, როგორიცაა შენელება და დროის დამახინჯება, რაც დამოკიდებულია ობიექტის მასაზე და სიჩქარეზე. ამას ეფუძნება მრავალი სამეცნიერო ფანტასტიკური ფილმისა და სერიის სიუჟეტი.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია

უფრო მოცულობითი ზოგადი ფარდობითობა ასევე შეიძლება აიხსნას მარტივი სიტყვებით. დასაწყისისთვის უნდა გავითვალისწინოთ ის ფაქტი, რომ ჩვენი სივრცე ოთხგანზომილებიანია. დრო და სივრცე გაერთიანებულია ისეთ „სუბიექტში“, როგორიცაა „სივრცე-დროის კონტინუუმი“. ჩვენს სივრცეს აქვს ოთხი კოორდინატთა ღერძი: x, y, z და t.

მაგრამ ადამიანებს არ შეუძლიათ პირდაპირ აღიქვან ოთხი განზომილება, ისევე როგორც ჰიპოთეტური ბრტყელი კაციცხოვრობს ორგანზომილებიან სამყაროში, არ შეუძლია ზევით ყურება. სინამდვილეში, ჩვენი სამყარო არის მხოლოდ ოთხგანზომილებიანი სივრცის პროექცია სამგანზომილებიანად.

საინტერესო ფაქტია, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, სხეულები არ იცვლებიან მოძრაობისას. ოთხგანზომილებიანი სამყაროს ობიექტები ფაქტობრივად ყოველთვის უცვლელები არიან და გადაადგილებისას იცვლება მხოლოდ მათი პროექცია, რასაც ჩვენ აღვიქვამთ, როგორც დროის დამახინჯებას, შემცირებას ან ზომის გაზრდას და ა.შ.

ლიფტის ექსპერიმენტი

ფარდობითობის თეორია შეიძლება აიხსნას მარტივი სიტყვებით მცირე სააზროვნო ექსპერიმენტის დახმარებით. წარმოიდგინეთ, რომ ლიფტში ხართ. სალონმა მოძრაობა დაიწყო, თქვენ კი უწონად მდგომარეობაში იყავით. Რა მოხდა? ორი მიზეზი შეიძლება იყოს: ან ლიფტი კოსმოსშია, ან თავისუფალ ვარდნაშია პლანეტის გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ შეუძლებელია უწონადობის მიზეზის გარკვევა, თუ ლიფტის სალონიდან გახედვის საშუალება არ არის, ანუ ორივე პროცესი ერთნაირად გამოიყურება.

ალბათ მსგავსის ხარჯვით სააზროვნო ექსპერიმენტიალბერტ აინშტაინი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ თუ ეს ორი სიტუაცია ერთმანეთისგან არ განსხვავდება, მაშინ, ფაქტობრივად, სხეული გრავიტაციის გავლენის ქვეშ არ აჩქარებს, ეს არის ერთგვაროვანი მოძრაობა, რომელიც მრუდია მასიური სხეულის გავლენის ქვეშ ( in ამ საქმესპლანეტები). ამრიგად, აჩქარებული მოძრაობა არის მხოლოდ ერთიანი მოძრაობის პროექცია სამგანზომილებიან სივრცეში.

საილუსტრაციო მაგალითი

სხვა კარგი მაგალითითემაზე „რელატიურობის თეორია დუმებისთვის“. ეს არ არის მთლად სწორი, მაგრამ ძალიან მარტივი და გასაგებია. თუ რაიმე საგანი მოთავსებულია დაჭიმულ ქსოვილზე, იქმნება „გადახრილობა“, „ძაბრი“ მის ქვეშ. ყველა პატარა სხეული იძულებული იქნება დაამახინჯოს თავისი ტრაექტორია სივრცის ახალი გამრუდების მიხედვით და თუ სხეულს მცირე ენერგია ექნება, შეიძლება საერთოდ არ გადალახოს ეს ძაბრი. თუმცა, თავად მოძრავი ობიექტის თვალსაზრისით, ტრაექტორია სწორი რჩება, ისინი ვერ იგრძნობენ სივრცის გამრუდებას.

გრავიტაცია "დაქვეითებულია"

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მოსვლასთან ერთად, გრავიტაციამ შეწყვიტა ძალა და ახლა კმაყოფილია დროისა და სივრცის გამრუდების მარტივი შედეგის პოზიციით. ფარდობითობის ზოგადი თეორია შეიძლება ფანტასტიურად მოგეჩვენოთ, მაგრამ ის სამუშაო ვერსიაა და დადასტურებულია ექსპერიმენტებით.

ჩვენს სამყაროში ბევრი ერთი შეხედვით წარმოუდგენელი რამ შეიძლება აიხსნას ფარდობითობის თეორიით. მარტივი სიტყვებით, ასეთ საკითხებს ზოგადი ფარდობითობის შედეგებს უწოდებენ. მაგალითად, მასიური სხეულებიდან ახლო მანძილზე მოფრენილი სინათლის სხივები მოხრილია. უფრო მეტიც, შორეული სივრციდან მრავალი ობიექტი იმალება ერთმანეთის მიღმა, მაგრამ იმის გამო, რომ სინათლის სხივები სხვა სხეულების ირგვლივ ტრიალებს, ერთი შეხედვით უხილავი ობიექტები ხელმისაწვდომია ჩვენი მზერისთვის (უფრო ზუსტად, ტელესკოპის მზერაზე). ეს ჰგავს კედლებში ყურებას.

რაც უფრო დიდია გრავიტაცია, მით უფრო ნელა მიედინება დრო ობიექტის ზედაპირზე. ეს ეხება არა მხოლოდ მასიურ სხეულებს, როგორიცაა ნეიტრონული ვარსკვლავები ან შავი ხვრელები. დროის გაფართოების ეფექტი დედამიწაზეც კი შეინიშნება. მაგალითად, სატელიტური სანავიგაციო მოწყობილობები აღჭურვილია ყველაზე ზუსტი ატომური საათებით. ისინი ჩვენი პლანეტის ორბიტაზე იმყოფებიან და იქ დრო ცოტათი უფრო სწრაფად გადის. წამის მეასედი დღეში დაემატება ფიგურას, რომელიც დედამიწაზე მარშრუტის გამოთვლებისას 10 კმ-მდე შეცდომას იძლევა. ეს არის ფარდობითობის თეორია, რომელიც საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ ეს შეცდომა.

მარტივად რომ ვთქვათ, შეგვიძლია ასე ვთქვათ: GR არის მრავალი თანამედროვე ტექნოლოგიის საფუძველი და აინშტაინის წყალობით, ჩვენ მარტივად შეგვიძლია ვიპოვოთ პიცერია და ბიბლიოთეკა უცნობ ადგილას.

ფარდობითობის თეორია შემოიღო ალბერტ აინშტაინმა მე-20 საუკუნის დასაწყისში. რა არის მისი არსი? მოდით განვიხილოთ ძირითადი პუნქტები და დავახასიათოთ TOE გასაგებ ენაზე.

ფარდობითობის თეორიამ პრაქტიკულად აღმოფხვრა მე-20 საუკუნის ფიზიკის შეუსაბამობები და წინააღმდეგობები, აიძულა რადიკალურად შეეცვალა სივრცე-დროის სტრუქტურის იდეა და ექსპერიმენტულად დადასტურდა მრავალრიცხოვან ექსპერიმენტებსა და კვლევებში.

ამრიგად, TOE-მ საფუძველი ჩაუყარა ყველა თანამედროვე ფუნდამენტურ ფიზიკურ თეორიას. სინამდვილეში, ეს არის თანამედროვე ფიზიკის დედა!

დასაწყისისთვის, აღსანიშნავია, რომ არსებობს ფარდობითობის 2 თეორია:

• ფარდობითობის სპეციალური (SRT) - განიხილავს ფიზიკურ პროცესებს ერთნაირად მოძრავ ობიექტებში.
• ფარდობითობის ზოგადი თეორია (GR) - აღწერს აჩქარებულ ობიექტებს და ხსნის ისეთი ფენომენების წარმოშობას, როგორიცაა გრავიტაცია და არსებობა.

გასაგებია, რომ SRT უფრო ადრე გამოჩნდა და, ფაქტობრივად, GTR-ის ნაწილია. ჯერ მის შესახებ ვისაუბროთ.

STO მარტივი სიტყვებით

თეორია ემყარება ფარდობითობის პრინციპს, რომლის მიხედვითაც ბუნების ნებისმიერი კანონი ერთნაირია სტაციონარული და მუდმივი სიჩქარით მოძრავი სხეულების მიმართ. და ასეთი ერთი შეხედვით მარტივი აზრიდან გამომდინარეობს, რომ სინათლის სიჩქარე (300000 მ/წმ ვაკუუმში) ყველა სხეულისთვის ერთნაირია.

მაგალითად, წარმოიდგინეთ, რომ გეძლევათ შორეული მომავლის კოსმოსური ხომალდი, რომელსაც შეუძლია დიდი სიჩქარით ფრენა. გემის მშვილდზე დამონტაჟებულია ლაზერული ქვემეხი, რომელსაც შეუძლია ფოტონების წინ გასროლა.

გემთან შედარებით, ასეთი ნაწილაკები დაფრინავენ სინათლის სიჩქარით, მაგრამ სტაციონარული დამკვირვებლის მიმართ, როგორც ჩანს, ისინი უფრო სწრაფად უნდა იფრინონ, რადგან ორივე სიჩქარე შეჯამებულია.

თუმცა, ეს რეალურად არ ხდება! გარე დამკვირვებელი ხედავს ფოტონებს, რომლებიც დაფრინავენ 300000 მ/წმ სიჩქარით, თითქოს მათ ხომალდის სიჩქარე არ დაემატა.

უნდა გვახსოვდეს: ნებისმიერ სხეულთან შედარებით, სინათლის სიჩქარე იქნება მუდმივი მნიშვნელობა, არ აქვს მნიშვნელობა რამდენად სწრაფად მოძრაობს იგი.

აქედან გამომდინარეობს საოცარი დასკვნები, როგორიცაა დროის გაფართოება, გრძივი შეკუმშვა და სხეულის წონის დამოკიდებულება სიჩქარეზე. წაიკითხეთ მეტი ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ყველაზე საინტერესო შედეგების შესახებ სტატიაში ქვემოთ მოცემულ ბმულზე.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის არსი (GR)

ამის უკეთ გასაგებად, კვლავ უნდა გავაერთიანოთ ორი ფაქტი:

• ჩვენ ვცხოვრობთ 4D სივრცეში

სივრცე და დრო არის ერთი და იგივე ერთეულის გამოვლინება, რომელსაც ეწოდება "სივრცე-დროის კონტინიუმი". ეს არის 4 განზომილებიანი სივრცე-დრო x, y, z და t კოორდინატთა ღერძებით.

ჩვენ ადამიანებს არ შეგვიძლია 4 განზომილების ერთნაირად აღქმა. სინამდვილეში, ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ რეალური ოთხგანზომილებიანი ობიექტის პროექციას სივრცესა და დროს.

საინტერესოა, რომ ფარდობითობის თეორია არ აცხადებს, რომ სხეულები იცვლებიან მოძრაობისას. 4 განზომილებიანი ობიექტები ყოველთვის უცვლელი რჩება, მაგრამ შედარებითი მოძრაობით, მათი პროგნოზები შეიძლება შეიცვალოს. და ჩვენ ამას აღვიქვამთ, როგორც დროის შენელებას, ზომის შემცირებას და ა.შ.

• ყველა სხეული აჩქარების ნაცვლად მუდმივი სიჩქარით ეცემა

მოდით გავაკეთოთ საშინელი სააზროვნო ექსპერიმენტი. წარმოიდგინეთ, რომ დახურულ ლიფტის სალონში მიდიხართ და უწონად მდგომარეობაში ხართ.

ასეთი ვითარება შეიძლება წარმოიშვას მხოლოდ ორი მიზეზის გამო: ან ხარ კოსმოსში, ან თავისუფლად ეცემა სალონთან ერთად დედამიწის გრავიტაციის გავლენის ქვეშ.

ჯიხურიდან გამოხედვის გარეშე ამ ორი შემთხვევის გარჩევა აბსოლუტურად შეუძლებელია. უბრალოდ, ერთ შემთხვევაში თანაბრად დაფრინავ, მეორეში კი აჩქარებით. მოგიწევთ გამოცნობა!

შესაძლოა, თავად ალბერტ აინშტაინი წარმოსახვით ლიფტზე ფიქრობდა და ერთი საოცარი იდეა გაუჩნდა: თუ ამ ორი შემთხვევის გარჩევა შეუძლებელია, მაშინ გრავიტაციის გამო დაცემაც ერთგვაროვანი მოძრაობაა. უბრალოდ, მოძრაობა ერთგვაროვანია ოთხგანზომილებიან სივრცე-დროში, მაგრამ მასიური სხეულების არსებობისას (მაგალითად, ) ის მოხრილია და ერთგვაროვანი მოძრაობა პროეცირებულია ჩვენს ჩვეულებრივ სამგანზომილებიან სივრცეში აჩქარებული მოძრაობის სახით.

მოდით შევხედოთ ორგანზომილებიანი სივრცის გამრუდების კიდევ ერთ მარტივ, თუმცა არა მთლად სწორი, მაგალითს.

შეიძლება წარმოვიდგინოთ, რომ ნებისმიერი მასიური სხეული თავის ქვეშ ქმნის ერთგვარ ფიგურალურ ძაბრს. მაშინ სხვა სხეულები, რომლებიც მიფრინავდნენ წარსულში, ვერ შეძლებენ გააგრძელონ მოძრაობა სწორი ხაზით და შეცვლიან ტრაექტორიას მრუდი სივრცის მრუდების მიხედვით.

სხვათა შორის, თუ სხეულს არ აქვს ამდენი ენერგია, მაშინ მისი მოძრაობა შეიძლება ზოგადად დახურული აღმოჩნდეს.

აღსანიშნავია, რომ მოძრავი სხეულების თვალსაზრისით, ისინი აგრძელებენ მოძრაობას სწორი ხაზით, რადგან ისინი არ გრძნობენ არაფერს, რაც მათ მობრუნებას აიძულებს. ისინი უბრალოდ შევიდნენ მოხრილ სივრცეში და ამის გაცნობიერების გარეშე აქვთ არასწორხაზოვანი ტრაექტორია.

უნდა აღინიშნოს, რომ 4 განზომილება არის მოხრილი დროის ჩათვლით, ამიტომ ამ ანალოგიას სიფრთხილით უნდა მოეპყროთ.

ამრიგად, ფარდობითობის ზოგად თეორიაში გრავიტაცია საერთოდ არ არის ძალა, არამედ მხოლოდ დრო-სივრცის გამრუდების შედეგია. ამ დროისთვის ეს თეორია არის გრავიტაციის წარმოშობის სამუშაო ვერსია და შესანიშნავად შეესაბამება ექსპერიმენტებს.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის გასაოცარი შედეგები

სინათლის სხივები შეიძლება მოხრილი იყოს მასიურ სხეულებთან ფრენისას. მართლაც, კოსმოსში ნაპოვნია შორეული ობიექტები, რომლებიც „იმალებიან“ სხვების უკან, მაგრამ სინათლის სხივები მათ გარშემო ტრიალებს, რის წყალობითაც სინათლე აღწევს ჩვენამდე.

ზოგადი ფარდობითობის მიხედვით, რაც უფრო ძლიერია გრავიტაცია, მით უფრო ნელა გადის დრო. ეს ფაქტი აუცილებლად გასათვალისწინებელია GPS-ისა და GLONASS-ის მუშაობისას, რადგან მათ თანამგზავრებს აქვთ ყველაზე ზუსტი ატომური საათები, რომლებიც ოდნავ უფრო სწრაფად იკეცება, ვიდრე დედამიწაზე. თუ ეს ფაქტი არ იქნება გათვალისწინებული, მაშინ ერთ დღეში კოორდინატების შეცდომა იქნება 10 კმ.

ალბერტ აინშტაინის წყალობით შეგიძლიათ გაიგოთ, სად მდებარეობს ბიბლიოთეკა ან მაღაზია იქვე.

და ბოლოს, GR პროგნოზირებს შავი ხვრელების არსებობას, რომელთა ირგვლივ გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ დრო უბრალოდ ახლოს ჩერდება. მაშასადამე, შავ ხვრელში შესული სინათლე ვერ დატოვებს მას (ასახული).

შავი ხვრელის ცენტრში, კოლოსალური გრავიტაციული შეკუმშვის გამო, ობიექტი წარმოიქმნება უსასრულოდ მაღალი სიმკვრივისდა ასეთი, როგორც ჩანს, არ შეიძლება იყოს.

ამრიგად, GR-ს შეუძლია გამოიწვიოს ძალიან ურთიერთგამომრიცხავი დასკვნები, განსხვავებით , ამიტომ ფიზიკოსთა უმრავლესობამ იგი სრულად არ მიიღო და განაგრძო ალტერნატივის ძებნა.

მაგრამ იგი წარმატებით ახერხებს ბევრის წინასწარმეტყველებას, მაგალითად, ბოლო დროს სენსაციური აღმოჩენადაადასტურა ფარდობითობის თეორია და დამახსოვრა დიდი მეცნიერი ისევ ენით ჩამოკიდებული. გიყვართ მეცნიერება, წაიკითხეთ WikiScience.

ამ თეორიის შესახებ ითქვა, რომ მსოფლიოში მხოლოდ სამ ადამიანს ესმის და როდესაც მათემატიკოსები ცდილობდნენ რიცხვებით გამოეხატათ ის, რაც მისგან მომდინარეობს, თავად ავტორი - ალბერტ აინშტაინი - ხუმრობით ამბობდა, რომ ახლა უკვე შეწყვიტა ამის გაგება.

სპეციალური და ზოგადი ფარდობითობა მოძღვრების განუყოფელი ნაწილია, რომელზედაც აგებულია თანამედროვე მეცნიერული შეხედულებები მსოფლიოს სტრუქტურის შესახებ.

"სასწაულების წელი"

1905 წელს, Annalen der Physik (ფიზიკის ანალები), წამყვანმა გერმანულმა სამეცნიერო გამოცემამ, ერთმანეთის მიყოლებით გამოაქვეყნა 26 წლის ალბერტ აინშტაინის ოთხი სტატია, რომელიც მუშაობდა მე-3 კლასის გამომცდელად - წვრილმან კლერკად - ფედერალური ოფისში. გამოგონებების დაპატენტება ბერნში. ის ადრეც თანამშრომლობდა ჟურნალთან, მაგრამ ერთ წელიწადში ამდენი ნაშრომის გამოქვეყნება არაჩვეულებრივი მოვლენა იყო. ეს კიდევ უფრო გამორჩეული გახდა, როდესაც ცხადი გახდა თითოეულ მათგანში შემავალი იდეების ღირებულება.

პირველ სტატიაში გამოითქვა აზრები სინათლის კვანტური ბუნების შესახებ და განხილული იყო ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შთანთქმისა და განთავისუფლების პროცესები. ამის საფუძველზე პირველად იქნა ახსნილი ფოტოელექტრული ეფექტი - მატერიის მიერ ელექტრონების ემისია, შუქის ფოტონებით ამოვარდნილი, შემოთავაზებული იქნა ფორმულები ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობის გამოსათვლელად. სწორედ ფოტოელექტრული ეფექტის თეორიული განვითარებისთვის, რომელიც გახდა კვანტური მექანიკის დასაწყისი და არა ფარდობითობის თეორიის პოსტულატებისთვის, აინშტაინს 1922 წელს მიენიჭება ნობელის პრემია ფიზიკაში.

სხვა სტატიაში საფუძველი ჩაეყარა ფიზიკური სტატისტიკის გამოყენებითი სფეროებს სითხეში შეჩერებული უმცირესი ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობის შესწავლის საფუძველზე. აინშტაინმა შესთავაზა რყევების შაბლონების ძიების მეთოდები - შემთხვევითი და შემთხვევითი გადახრები ფიზიკური რაოდენობითმათი სავარაუდო ღირებულებებიდან.

და ბოლოს, სტატიებში "მოძრავი სხეულების ელექტროდინამიკის შესახებ" და "ამოკიდებულია თუ არა სხეულის ინერცია მასში არსებულ ენერგეტიკულ შემცველობაზე?" შეიცავდა ჩანასახებს, რაც ფიზიკის ისტორიაში იქნება დასახელებული, როგორც ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის თეორია, უფრო სწორად მისი პირველი ნაწილი - SRT - ფარდობითობის სპეციალური თეორია.

წყაროები და წინამორბედები

მე-19 საუკუნის ბოლოს ბევრ ფიზიკოსს მოეჩვენა, რომ სამყაროს გლობალური პრობლემების უმეტესი ნაწილი გადაჭრილი იყო, მთავარი აღმოჩენები გაკეთდა და კაცობრიობას მხოლოდ დაგროვილი ცოდნა უნდა გამოეყენებინა ძლიერი აჩქარებისთვის. ტექნიკური პროგრესი. მხოლოდ ზოგიერთმა თეორიულმა შეუსაბამობამ გააფუჭა სამყაროს ჰარმონიული სურათი, რომელიც სავსეა ეთერით და ცხოვრობდა ნიუტონის უცვლელი კანონების მიხედვით.

ჰარმონია გააფუჭა მაქსველის თეორიულმა კვლევამ. მისი განტოლებები, რომლებიც აღწერდნენ ელექტრომაგნიტური ველების ურთიერთქმედებას, ეწინააღმდეგებოდა კლასიკური მექანიკის ზოგადად მიღებულ კანონებს. ეს ეხებოდა შიგნით სინათლის სიჩქარის გაზომვას დინამიური სისტემებიმითითება, როდესაც გალილეოს ფარდობითობის პრინციპმა შეწყვიტა მუშაობა - ასეთი სისტემების ურთიერთქმედების მათემატიკურმა მოდელმა სინათლის სიჩქარით მოძრაობისას გამოიწვია ელექტრომაგნიტური ტალღების გაქრობა.

გარდა ამისა, ეთერი, რომელიც უნდა შეესაბამებოდეს ნაწილაკების და ტალღების, მაკრო და მიკროკოსმოსის ერთდროულ არსებობას, არ დაემორჩილა აღმოჩენას. ექსპერიმენტი, რომელიც 1887 წელს ჩაატარეს ალბერტ მაიკლსონმა და ედვარდ მორლიმ, მიზნად ისახავდა „ეთერული ქარის“ აღმოჩენას, რომელიც აუცილებლად უნდა ჩაეწერა უნიკალური მოწყობილობით - ინტერფერომეტრით. ექსპერიმენტი გაგრძელდა მთელი წელი - დედამიწის სრული ბრუნვის დრო მზის გარშემო. პლანეტას ნახევარი წლის განმავლობაში უწევდა მოძრაობა ეთერის ნაკადის საწინააღმდეგოდ, ეთერი ნახევარი წლის განმავლობაში დედამიწის იალქნებში უნდა ააფეთქეს, მაგრამ შედეგი იყო ნული: სინათლის ტალღების გადაადგილება არ მოხდა ეთერის გავლენის ქვეშ. ნაპოვნია, რაც ეჭვქვეშ აყენებს ეთერის არსებობას.

ლორენცი და პუანკარე

ფიზიკოსები ცდილობდნენ ეპოვათ ახსნა ექსპერიმენტების შედეგებისთვის ეთერის გამოსავლენად. ჰენდრიკ ლორენცმა (1853-1928) შემოგვთავაზა თავისი მათემატიკური მოდელი. მან გააცოცხლა სივრცის ეთერული შევსება, მაგრამ მხოლოდ ძალიან პირობითი და ხელოვნური ვარაუდით, რომ ეთერში გადაადგილებისას ობიექტებს შეუძლიათ შეკუმშვა მოძრაობის მიმართულებით. ეს მოდელი დაასრულა დიდმა ანრი პუანკარემ (1854-1912).

ამ ორი მეცნიერის ნაშრომებში პირველად გამოჩნდა ცნებები, რომლებიც დიდწილად შეადგენდნენ ფარდობითობის თეორიის მთავარ პოსტულატებს და ეს არ აძლევს საშუალებას აინშტაინის ბრალდებებს პლაგიატში ჩაცხრება. ეს მოიცავს ერთდროულობის კონცეფციის პირობითობას, სინათლის სიჩქარის მუდმივობის ჰიპოთეზას. ეს პუანკარემ აღიარა მაღალი სიჩქარითნიუტონის მექანიკის კანონები გადახედვას საჭიროებს, მან გააკეთა დასკვნა მოძრაობის ფარდობითობის შესახებ, მაგრამ ეთერული თეორიის გამოყენებისას.

ფარდობითობის განსაკუთრებული - SRT

სწორი აღწერის პრობლემები ელექტრომაგნიტური პროცესებითეორიული განვითარებისათვის თემის არჩევის სტიმული გახდა და აინშტაინის 1905 წელს გამოქვეყნებული სტატიები შეიცავდა კონკრეტული შემთხვევის ინტერპრეტაციას - ერთგვაროვან და სწორხაზოვან მოძრაობას. 1915 წლისთვის ჩამოყალიბდა ფარდობითობის ზოგადი თეორია, რომელიც ხსნიდა ურთიერთქმედებებს და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებს, მაგრამ პირველი იყო თეორია, რომელსაც ეწოდება სპეციალური.

აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია შეიძლება შეჯამდეს ორ ძირითად პოსტულატში. პირველი ავრცელებს გალილეოს ფარდობითობის პრინციპის ეფექტს ყველაფერზე ფიზიკური მოვლენებიდა არა მხოლოდ მექანიკური პროცესები. უფრო მეტში ზოგადი ფორმანათქვამია: ყველა ფიზიკური კანონებიერთნაირია ყველა ინერციული (ერთნაირად მოძრავი სწორხაზოვნად ან დასვენების მდგომარეობაში) მითითების ჩარჩოსთვის.

მეორე განცხადება, რომელიც შეიცავს ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას: სინათლის გავრცელების სიჩქარე ვაკუუმში ყველა ინერციული საცნობარო სისტემისთვის ერთნაირია. გარდა ამისა, უფრო გლობალური დასკვნა კეთდება: სინათლის სიჩქარე არის ბუნებაში ურთიერთქმედების გადაცემის სიჩქარის მაქსიმალური მნიშვნელობა.

SRT-ის მათემატიკურ გამოთვლებში მოცემულია ფორმულა E=mc², რომელიც ადრეც გამოჩნდა ფიზიკურ პუბლიკაციებში, მაგრამ სწორედ აინშტაინის წყალობით გახდა ყველაზე ცნობილი და პოპულარული მეცნიერების ისტორიაში. დასკვნა მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის შესახებ ფარდობითობის თეორიის ყველაზე რევოლუციური ფორმულაა. კონცეფცია, რომ მასის მქონე ნებისმიერი ობიექტი შეიცავს უზარმაზარ ენერგიას, გახდა საფუძველი ბირთვული ენერგიის გამოყენების განვითარებაში და, უპირველეს ყოვლისა, გამოიწვია ატომური ბომბის გამოჩენა.

ფარდობითობის განსაკუთრებული ეფექტები

SRT-დან რამდენიმე შედეგი მოჰყვება, რომლებსაც რელატივისტური (რელატიურობა ინგლისური - ფარდობითობა) ეფექტებს უწოდებენ. დროის გაფართოება ერთ-ერთი ყველაზე გასაოცარია. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ მოძრავი საცნობარო ჩარჩოშია დრო გადისუფრო ნელი. გამოთვლები აჩვენებს, რომ კოსმოსურ ხომალდზე, რომელმაც ჰიპოთეტური ფრენა განახორციელა ვარსკვლავურ სისტემაში ალფა კენტავრისკენ და უკან 0,95 ც სიჩქარით (c არის სინათლის სიჩქარე), გაივლის 7,3 წელი, ხოლო დედამიწაზე - 12 წელი. ასეთი მაგალითები ხშირად არის მოყვანილი, როდესაც ხსნიან ფარდობითობის თეორიას დუმებისთვის, ისევე როგორც მასთან დაკავშირებული ტყუპის პარადოქსი.

კიდევ ერთი ეფექტი არის წრფივი ზომების შემცირება, ანუ დამკვირვებლის თვალსაზრისით, ობიექტებს, რომლებიც მასთან შედარებით მოძრაობენ c-სთან ახლოს სიჩქარით, ექნებათ უფრო მცირე წრფივი ზომები მოძრაობის მიმართულებით, ვიდრე საკუთარი სიგრძე. რელატივისტური ფიზიკის მიერ პროგნოზირებულ ეფექტს ლორენცის შეკუმშვა ეწოდება.

რელატივისტური კინემატიკის კანონების მიხედვით, მოძრავი საგნის მასა მეტი მასადასვენება. ეს ეფექტი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი ხდება ელემენტარული ნაწილაკების შესასწავლი ინსტრუმენტების შემუშავებისას - ძნელი წარმოსადგენია LHC-ის (დიდი ადრონული კოლაიდერის) მოქმედება მისი გათვალისწინების გარეშე.

სივრცე-დრო

Ერთ - ერთი კრიტიკული კომპონენტები SRT არის რელატივისტური კინემატიკის გრაფიკული წარმოდგენა, ერთი სივრცე-დროის სპეციალური კონცეფცია, რომელიც შემოგვთავაზა გერმანელმა მათემატიკოსმა ჰერმან მინკოვსკიმ, რომელიც ერთ დროს იყო მათემატიკის მასწავლებელი ალბერტ აინშტაინის მოსწავლისთვის.

მინკოვსკის მოდელის არსი მდგომარეობს ურთიერთქმედების ობიექტების პოზიციის განსაზღვრის სრულიად ახალ მიდგომაში. დროის ფარდობითობის სპეციალური თეორია განსაკუთრებულ ყურადღებას აქცევს. დრო ხდება არა მხოლოდ კლასიკური სამგანზომილებიანი კოორდინატთა სისტემის მეოთხე კოორდინატი, დრო არ არის აბსოლუტური მნიშვნელობა, არამედ სივრცის განუყოფელი მახასიათებელი, რომელიც იღებს სივრცე-დროის კონტიუნუმის ფორმას, გრაფიკულად გამოხატული კონუსის სახით, რომელშიც ყველა ურთიერთქმედება ხდება.

ფარდობითობის თეორიაში ასეთი სივრცე, უფრო ზოგად ხასიათზე განვითარებით, მოგვიანებით დაექვემდებარა შემდგომ გამრუდებას, რამაც ასეთი მოდელი შესაფერისი გახადა გრავიტაციული ურთიერთქმედებების აღწერისთვისაც.

თეორიის შემდგომი განვითარება

SRT-მ მაშინვე ვერ ჰპოვა გაგება ფიზიკოსებს შორის, მაგრამ თანდათან ის გახდა მთავარი ინსტრუმენტი სამყაროს აღწერისთვის, განსაკუთრებით ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროსთვის, რომელიც გახდა ფიზიკური მეცნიერების შესწავლის მთავარი საგანი. მაგრამ გრავიტაციული ძალების ახსნით SRT-ს შევსების ამოცანა ძალიან აქტუალური იყო და აინშტაინმა არ შეწყვიტა მუშაობა, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პრინციპების დახვეწა - GR. ამ პრინციპების მათემატიკური დამუშავებას საკმაოდ დიდი დრო დასჭირდა - დაახლოებით 11 წელი და მასში მონაწილეობა მიიღეს ფიზიკის მიმდებარე ზუსტი მეცნიერებების დარგების სპეციალისტებმა.

ამრიგად, დიდი წვლილი შეიტანა იმ დროის წამყვანმა მათემატიკოსმა, დევიდ ჰილბერტმა (1862-1943), რომელიც გახდა გრავიტაციული ველის განტოლებების ერთ-ერთი თანაავტორი. ისინი იყვნენ ბოლო ქვა ულამაზესი შენობის მშენებლობაში, რომელმაც მიიღო სახელი - ფარდობითობის ზოგადი თეორია, ანუ GR.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია - გრ

გრავიტაციული ველის თანამედროვე თეორია, „სივრცე-დროის“ სტრუქტურის თეორია, „სივრცე-დროის“ გეომეტრია, ფიზიკური ურთიერთქმედების კანონი არაინერციულ საცნობარო სისტემაში - ეს ყველაფერი ალბერტ აინშტაინის სხვადასხვა სახელებია. ფარდობითობის ზოგადი თეორია დაჯილდოებულია.

უნივერსალური გრავიტაციის თეორია, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში განსაზღვრავდა ფიზიკური მეცნიერების შეხედულებებს გრავიტაციაზე, სხვადასხვა ზომის ობიექტებისა და ველების ურთიერთქმედების შესახებ. პარადოქსულია, მაგრამ მისი მთავარი ნაკლი იყო მისი არსის არამატერიალურობა, ილუზორული, მათემატიკური ბუნება. იყო სიცარიელე ვარსკვლავებსა და პლანეტებს შორის, მიზიდულობა შორის ციური სხეულებიაიხსნება გარკვეული ძალების შორ მანძილზე მოქმედებით და მყისიერი. ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია ავსებდა გრავიტაციას ფიზიკური შინაარსით, წარმოაჩენდა მას, როგორც პირდაპირ კონტაქტს სხვადასხვა მატერიალურ ობიექტებთან.

გრავიტაციის გეომეტრია

მთავარი იდეა, რომლითაც აინშტაინმა ახსნა გრავიტაციული ურთიერთქმედებები, ძალიან მარტივია. იგი სიმძიმის ძალების ფიზიკურ გამოხატულებას სივრცე-დროდ აცხადებს, დაჯილდოებულია საკმაოდ ხელშესახები თვისებებით - მეტრიკით და დეფორმაციებით, რომლებზეც გავლენას ახდენს ობიექტის მასა, რომლის ირგვლივაც წარმოიქმნება ასეთი მრუდები. ერთ დროს, აინშტაინს მიაწერდნენ კიდეც მოწოდებებს, დაებრუნებინათ სამყაროს თეორია ეთერის კონცეფცია, როგორც ელასტიური მასალის საშუალება, რომელიც ავსებს სივრცეს. მან ასევე განმარტა, რომ მისთვის რთული იყო ეწოდოს ნივთიერება, რომელსაც აქვს მრავალი თვისება, რომელიც შეიძლება შეფასდეს, როგორც ვაკუუმი.

ასე რომ, გრავიტაცია არის გამოვლინება გეომეტრიული თვისებებიოთხგანზომილებიანი სივრცე-დრო, რომელიც მითითებული იყო SRT-ში, როგორც არამომრუდე, მაგრამ უფრო მეტად გავრცელებული შემთხვევებიეს დაჯილდოებულია გამრუდებით, რომელიც განსაზღვრავს მატერიალური ობიექტების მოძრაობას, რომლებსაც ეძლევათ იგივე აჩქარება აინშტაინის მიერ გამოცხადებული ეკვივალენტობის პრინციპის შესაბამისად.

ფარდობითობის თეორიის ეს ფუნდამენტური პრინციპი ხსნის ნიუტონის უნივერსალური გრავიტაციის თეორიის ბევრ „შეფერხებას“: სინათლის გამრუდება, რომელიც შეინიშნება, როდესაც ის გადის მასიურ კოსმოსურ ობიექტებთან ზოგიერთი ასტრონომიული ფენომენის დროს და, როგორც ძველმა აღნიშნა, იგივე აჩქარება. სხეულების დაცემა, მიუხედავად მათი მასისა.

სივრცის გამრუდების მოდელირება

ჩვეულებრივი მაგალითი, რომელიც ხსნის ფარდობითობის ზოგად თეორიას დუმებისთვის, არის სივრცე-დროის წარმოდგენა ბატუტის სახით - ელასტიური თხელი მემბრანა, რომელზედაც განლაგებულია ობიექტები (ყველაზე ხშირად ბურთები), ურთიერთმოქმედების ობიექტების იმიტაციით. მძიმე ბურთები ახვევს მემბრანას, ქმნის ძაბრს მათ გარშემო. ზედაპირზე გაშვებული პატარა ბურთი მოძრაობს გრავიტაციის კანონების სრული დაცვით, თანდათანობით გადადის უფრო მასიური ობიექტების მიერ წარმოქმნილ დეპრესიებში.

მაგრამ ეს მაგალითი საკმაოდ თვითნებურია. რეალური სივრცე-დრო მრავალგანზომილებიანია, მისი გამრუდებაც არც ისე ელემენტარული ჩანს, მაგრამ ნათელი ხდება გრავიტაციული ურთიერთქმედების ფორმირების პრინციპი და ფარდობითობის თეორიის არსი. ყოველ შემთხვევაში, ჰიპოთეზა, რომელიც უფრო ლოგიკურად და თანმიმდევრულად ხსნიდა გრავიტაციის თეორიას, ჯერ არ არსებობს.

ჭეშმარიტების მტკიცებულებები

GR სწრაფად განიხილებოდა, როგორც ძლიერი საფუძველი, რომელზეც უნდა ავაშენოთ თანამედროვე ფიზიკა. ფარდობითობის თეორია თავიდანვე დაარტყა თავისი ჰარმონიითა და ჰარმონიით და არა მხოლოდ სპეციალისტებს და მალევე მისი გამოჩენიდან დაიწყო დაკვირვებებით დადასტურება.

მზესთან უახლოესი წერტილი - პერიჰელიონი - მერკურის ორბიტაზე თანდათან იცვლება მზის სისტემის სხვა პლანეტების ორბიტებთან შედარებით, რომელიც აღმოაჩინეს ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნის შუა ხანებში. ამგვარმა მოძრაობამ - პრეცესია - ვერ იპოვა გონივრული ახსნა ნიუტონის უნივერსალური გრავიტაციის თეორიის ფარგლებში, მაგრამ სიზუსტით გამოითვალა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველზე.

1919 წელს მომხდარმა მზის დაბნელებამ ზოგადი ფარდობითობის კიდევ ერთი დადასტურების შესაძლებლობა მისცა. არტურ ედინგტონმა, რომელიც ხუმრობით თავის თავს უწოდებდა მეორე პირს სამიდან, ვისაც ესმის ფარდობითობის თეორიის საფუძვლები, დაადასტურა აინშტაინის მიერ ნაწინასწარმეტყველები გადახრები ვარსკვლავთან სინათლის ფოტონების გავლისას: დაბნელების დროს, ცვლა. შესამჩნევი გახდა ზოგიერთი ვარსკვლავის აშკარა პოზიცია.

ექსპერიმენტი საათის შენელების ან გრავიტაციული წითელ გადაადგილების გამოსავლენად შემოთავაზებული იყო თავად აინშტაინის მიერ, ზოგადი ფარდობითობის სხვა მტკიცებულებებთან ერთად. მხოლოდ მოგვიანებით გრძელი წლებიმოახერხა საჭირო ექსპერიმენტული აღჭურვილობის მომზადება და ამ ექსპერიმენტის ჩატარება. გამოსხივების გრავიტაციული სიხშირის ცვლა ემიტერიდან და მიმღებიდან, სიმაღლეში ერთმანეთისგან დაშორებული, აღმოჩნდა ფარდობითობის ზოგადი პროგნოზის ფარგლებში და ჰარვარდის ფიზიკოსებმა რობერტ პაუნდმა და გლენ რებკამ, რომლებმაც ჩაატარეს ეს ექსპერიმენტი, კიდევ უფრო გაზარდეს გაზომვების სიზუსტე. , და ფარდობითობის თეორიის ფორმულა ისევ სწორი აღმოჩნდა.

ყველაზე მნიშვნელოვანი კვლევითი პროექტების დასაბუთებით გარე სივრცეაინშტაინის ფარდობითობის თეორია აუცილებელია. მოკლედ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ის გახდა საინჟინრო ინსტრუმენტი სპეციალისტებისთვის, კერძოდ მათთვის, ვინც ჩართულია სატელიტური სანავიგაციო სისტემებში - GPS, GLONASS და ა.შ. შეუძლებელია ობიექტის კოორდინატების გამოთვლა საჭირო სიზუსტით, თუნდაც შედარებით მცირე სივრცეში, ზოგადი ფარდობითობის მიერ პროგნოზირებული სიგნალების შენელების გათვალისწინების გარეშე. განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება ერთმანეთისგან დაშორებულ ობიექტებს კოსმოსური დისტანციებისადაც ნავიგაციის შეცდომა შეიძლება იყოს უზარმაზარი.

ფარდობითობის თეორიის შემქმნელი

ალბერტ აინშტაინი ჯერ კიდევ ახალგაზრდა იყო, როცა ფარდობითობის თეორიის საფუძვლები გამოაქვეყნა. შემდგომში მისთვის ნათელი გახდა მისი ნაკლოვანებები და შეუსაბამობები. კერძოდ, მთავარი პრობლემაფარდობითობის ზოგადი თეორია გახდა მისი კვანტურ მექანიკაში გადაზრდის შეუძლებლობა, რადგან გრავიტაციული ურთიერთქმედებების აღწერაში გამოყენებულია პრინციპები, რომლებიც რადიკალურად განსხვავდება ერთმანეთისგან. კვანტურ მექანიკაში განიხილება ობიექტების ურთიერთქმედება ერთ სივრცე-დროში და აინშტაინის მიხედვით, ეს სივრცე თავად ქმნის გრავიტაციას.

"ყველაფერის ფორმულის" დაწერა - ერთიანი თეორიაველი, რომელიც აღმოფხვრა წინააღმდეგობებს ზოგად ფარდობითობასა და კვანტურ ფიზიკას შორის, იყო აინშტაინის მიზანი მრავალი წლის განმავლობაში, ის ამ თეორიაზე მუშაობდა ბოლო საათამდე, მაგრამ წარმატებას ვერ მიაღწია. ფარდობითობის ზოგადი პრობლემები გახდა სტიმული მრავალი თეორეტიკოსისთვის მსოფლიოს უფრო სრულყოფილი მოდელების ძიებაში. ასე გაჩნდა სიმების თეორიები, მარყუჟის კვანტური გრავიტაცია და მრავალი სხვა.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ავტორის პიროვნებამ ისტორიაში კვალი დატოვა, რაც შედარებულია თავად ფარდობითობის თეორიის მეცნიერებისთვის. იგი ჯერჯერობით გულგრილს არ ტოვებს. თავად აინშტაინს აინტერესებდა, რატომ აქცევდნენ ამხელა ყურადღება მას და მის საქმიანობას იმ ადამიანების მიერ, რომლებსაც არანაირი კავშირი არ ჰქონდათ ფიზიკასთან. მისი პიროვნული თვისებების, ცნობილი ჭკუის, აქტიური პოლიტიკური პოზიციისა და თუნდაც ექსპრესიული გარეგნობის წყალობით, აინშტაინი გახდა ყველაზე ცნობილი ფიზიკოსი დედამიწაზე, მრავალი წიგნის, ფილმისა და კომპიუტერული თამაშის გმირი.

მისი ცხოვრების დასასრულს ბევრი დრამატულად აღწერს: ის მარტო იყო, თავს თვლიდა პასუხისმგებლობაში ყველაზე საშინელი იარაღის გამოჩენაზე, რომელიც საფრთხედ იქცა პლანეტაზე მთელი სიცოცხლისთვის, მისი თეორია. ერთიანი ველიდარჩა არარეალისტურ ოცნებად, მაგრამ საუკეთესო შედეგი შეიძლება ჩაითვალოს აინშტაინის სიკვდილამდე ცოტა ხნით ადრე ნათქვამი სიტყვები, რომ მან დაასრულა თავისი დავალება დედამიწაზე. ამაზე კამათი რთულია.