Špeciálna relativita (SRT) resp súkromná teória relativity je teória Alberta Einsteina, publikovaná v roku 1905 v diele „O elektrodynamike pohybujúcich sa telies“ (Albert Einstein – Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).

Vysvetľoval pohyb medzi rôznymi inerciálnymi referenčnými sústavami alebo pohyb telies pohybujúcich sa voči sebe konštantnou rýchlosťou. V tomto prípade by sa žiadny z objektov nemal brať ako referenčný rámec, ale mali by sa posudzovať vo vzťahu k sebe navzájom. SRT poskytuje iba 1 prípad, keď 2 telesá nemenia smer pohybu a pohybujú sa rovnomerne.

Zákony špeciálnej relativity prestanú fungovať, keď jedno z telies zmení trajektóriu pohybu alebo zvýši rýchlosť. Tu sa odohráva všeobecná teória relativity (GR), ktorá dáva všeobecný výklad pohyb predmetov.

Dva postuláty, na ktorých je založená teória relativity, sú:

1. Princíp relativity- Podľa neho vo všetkých existujúce systémy referencie, ktoré sa voči sebe pohybujú konštantnou rýchlosťou a nemenia smer, platia rovnaké zákony.
2. Princíp rýchlosti svetla- Rýchlosť svetla je pre všetkých pozorovateľov rovnaká a nezávisí od rýchlosti ich pohybu. Toto je najvyššia rýchlosť a nič v prírode nemá vyššiu rýchlosť. Rýchlosť svetla je 3*10^8 m/s.

Albert Einstein vzal za základ skôr experimentálne než teoretické údaje. To bola jedna zo zložiek jeho úspechu. Ako základ pre tvorbu poslúžili nové experimentálne dáta nová teória.

Fyzici s polovice devätnásteho storočia hľadali nové tajomné médium nazývané éter. Predpokladalo sa, že éter môže prechádzať všetkými predmetmi, ale nezúčastňuje sa ich pohybu. Podľa presvedčení o éteri sa zmenou rýchlosti diváka vo vzťahu k éteru mení aj rýchlosť svetla.

Einstein, dôverujúci experimentom, túto myšlienku odmietol nové prostredieéteru a predpokladali, že rýchlosť svetla je vždy konštantná a nezávisí od žiadnych okolností, ako je rýchlosť samotného človeka.

Časové rozpätia, vzdialenosti a ich rovnomernosť

Špeciálna teória relativity spája čas a priestor. V materiálnom vesmíre sú vo vesmíre známe 3: vpravo a vľavo, dopredu a dozadu, hore a dole. Ak k nim pridáme ďalšiu dimenziu, nazývanú čas, potom táto vytvorí základ časopriestorového kontinua.

Ak sa pohybujete pomalou rýchlosťou, vaše pozorovania sa nebudú zbližovať s ľuďmi, ktorí sa pohybujú rýchlejšie.

Neskôr experimenty potvrdili, že priestor, podobne ako čas, nemožno vnímať rovnako: naše vnímanie závisí od rýchlosti pohybu predmetov.

Spojenie energie s hmotou

Einstein prišiel so vzorcom, ktorý spájal energiu s hmotnosťou. Tento vzorec sa vo fyzike rozšíril a pozná ho každý študent: E=m*s², kde E-energia; m- hmotnosť tela, c-rýchlosťšírenie svetla.

Hmotnosť telesa sa zvyšuje úmerne so zvyšujúcou sa rýchlosťou svetla. Ak sa dosiahne rýchlosť svetla, hmotnosť a energia telesa sa stanú bezrozmernými.

Zväčšením hmotnosti objektu sa stáva ťažšie dosiahnuť zvýšenie jeho rýchlosti, t.j. pre teleso s nekonečne obrovskou hmotou hmoty je potrebná nekonečná energia. Ale v skutočnosti to nie je možné dosiahnuť.

Einsteinova teória spojila dve samostatné polohy: polohu hmoty a polohu energie do jedného všeobecného zákona. To umožnilo premeniť energiu na hmotnú hmotu a naopak.

Tiež v koniec XIX storočia sa väčšina vedcov prikláňala k názoru, že fyzikálny obraz sveta bol v podstate vybudovaný a v budúcnosti zostane neotrasiteľný – bolo potrebné objasniť len detaily. Ale v prvých desaťročiach dvadsiateho storočia sa fyzické názory radikálne zmenili. Bol to dôsledok „kaskády“ vedecké objavy vyrobené v extrémne krátkom čase historické obdobie krytina posledné roky XIX storočia a prvé desaťročia XX, z ktorých mnohé nezapadali do myšlienky obyčajnosti ľudská skúsenosť. Vzorový príklad môže slúžiť ako teória relativity vytvorená Albertom Einsteinom (1879-1955).

Teória relativity- fyzikálna teória časopriestoru, teda teória, ktorá popisuje univerzálne časopriestorové vlastnosti fyzikálnych procesov. Termín zaviedol v roku 1906 Max Planck, aby zdôraznil úlohu princípu relativity.
v špeciálnej teórii relativity (a neskôr aj vo všeobecnej teórii relativity).

AT úzky zmysel Teória relativity zahŕňa špeciálnu a všeobecnú teóriu relativity. Špeciálna teória relativity(ďalej len SRT) označuje procesy, pri ktorých štúdiu možno zanedbať gravitačné polia; všeobecná teória relativity(ďalej len GR) je teória gravitácie, ktorá zovšeobecňuje Newtonovu.

Špeciálne, alebo súkromná teória relativity je teória štruktúry časopriestoru. Prvýkrát ho predstavil v roku 1905 Albert Einstein vo svojom diele „O elektrodynamike pohyblivých telies“. Teória popisuje pohyb, zákony mechaniky, ako aj časopriestorové vzťahy, ktoré ich určujú, pri akejkoľvek rýchlosti pohybu,
vrátane tých, ktoré sa blížia rýchlosti svetla. Klasická newtonovská mechanika
v rámci SRT je aproximácia pre nízke rýchlosti.

Jedným z dôvodov úspechu Alberta Einsteina je, že uprednostnil experimentálne údaje pred teoretickými. Keď množstvo experimentov ukázalo výsledky, ktoré boli v rozpore so všeobecne uznávanou teóriou, mnohí fyzici sa rozhodli, že tieto experimenty boli chybné.

Albert Einstein bol jedným z prvých, ktorí sa rozhodli vybudovať novú teóriu založenú na nových experimentálnych údajoch.

Na konci 19. storočia fyzici hľadali tajomný éter – médium, v ktorom sa podľa všeobecne uznávaných predpokladov svetelné vlny, ako akustické, na šírenie ktorých je potrebný vzduch, alebo iné médium - pevné, kvapalné alebo plynné. Viera v existenciu éteru viedla k presvedčeniu, že rýchlosť svetla sa musí meniť s rýchlosťou pozorovateľa vzhľadom na éter. Albert Einstein opustil koncept éteru a navrhol všetko fyzikálne zákony, vrátane rýchlosti svetla, zostávajú nezmenené bez ohľadu na rýchlosť pozorovateľa – ako ukázali experimenty.

SRT vysvetlil, ako interpretovať pohyby medzi rôznymi inerciálnymi referenčnými sústavami - jednoducho povedané, objekty, ktoré sa pohybujú s konštantná rýchlosť vo vzťahu k sebe navzájom. Einstein vysvetlil, že keď sa dva objekty pohybujú konštantnou rýchlosťou, mali by sme zvážiť ich vzájomný pohyb namiesto toho, aby sme jeden z nich brali ako absolútny referenčný rámec. Ak teda dvaja astronauti letia na dvoch vesmírnych lodiach a chcú si porovnať svoje pozorovania, jediné, čo potrebujú vedieť, je ich vzájomná rýchlosť.

Špeciálna relativita berie do úvahy iba jeden špeciálny prípad (odtiaľ názov), keď je pohyb rovný a rovnomerný.

Na základe nemožnosti detekovať absolútny pohyb dospel Albert Einstein k záveru, že všetky inerciálne sústavy odkaz. Sformuloval dva dôležité postuláty, ktoré tvorili základ novej teórie priestoru a času, nazvanej Špeciálna teória relativity (SRT):

1. Einsteinov princíp relativity - tento princíp bol zovšeobecnením Galileovho princípu relativity (uvádza to isté, ale nie pre všetky prírodné zákony, ale len pre zákony klasickej mechaniky, opúšťať otvorená otázka o aplikovateľnosti princípu relativity na optiku a elektrodynamiku) na akúkoľvek fyzikálnu. Hovorí: všetky fyzikálne procesy za rovnakých podmienok v inerciálnych referenčných sústavách (ISF) prebiehajú rovnako. To znamená, že nie fyzikálne experimenty nakreslený vo vnútri uzavretého ISO, nie je možné určiť, či je v pokoji alebo sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro. Všetky ISO sú teda úplne rovnaké a fyzikálne zákony sú invariantné s ohľadom na výber ISO (t. j. rovnice vyjadrujúce tieto zákony majú rovnaký tvar vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách).

2. Princíp stálosti rýchlosti svetla- rýchlosť svetla vo vákuu je konštantná a nezávisí od pohybu zdroja a prijímača svetla. Je rovnaký vo všetkých smeroch a vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách. Rýchlosť svetla vo vákuu - obmedzujúca rýchlosť v prírode - toto je jedna z najdôležitejších fyzikálnych konštánt, takzvané svetové konštanty.

Najdôležitejším dôsledkom SRT bol famózny Einsteinov vzorec o vzťahu medzi hmotnosťou a energiou E \u003d mc 2 (kde C je rýchlosť svetla), ktorá ukázala jednotu priestoru a času, vyjadrenú v spoločnej zmene ich charakteristík v závislosti od koncentrácie hmôt a ich pohybu a potvrdená údajmi moderná fyzika. Čas a priestor sa už nepovažovali nezávisle od seba a vznikla myšlienka časopriestorového štvorrozmerného kontinua.

Podľa teórie veľkého fyzika, keď sa rýchlosť hmotného telesa zvyšuje, blíži sa k rýchlosti svetla, zvyšuje sa aj jeho hmotnosť. Tie. čím rýchlejšie sa predmet pohybuje, tým je ťažší. V prípade dosiahnutia rýchlosti svetla sa hmotnosť telesa, ako aj jeho energia stávajú nekonečnými. Čím je telo ťažšie, tým ťažšie je zvýšiť jeho rýchlosť; na zrýchlenie telesa s nekonečnou hmotnosťou je potrebné nekonečné množstvo energie, preto je nemožné, aby hmotné objekty dosiahli rýchlosť svetla.

V teórii relativity „stratili svoje dva zákony – zákon zachovania hmoty a zákon zachovania energie nezávislý priateľ spravodlivosť od seba navzájom a ukázalo sa, že sú spojené do jedného zákona, ktorý možno nazvať zákonom zachovania energie alebo hmoty. Vďaka zásadné spojenie medzi týmito dvoma pojmami sa hmota môže zmeniť na energiu a naopak - energia na hmotu.

Všeobecná teória relativity- Teória gravitácie publikovaná Einsteinom v roku 1916, na ktorej pracoval 10 rokov. Je ďalší vývojšpeciálna teória relativity. Ak sa hmotné teleso zrýchli alebo natočí do strany, zákony SRT už neplatia. Potom vstúpi do platnosti GR, ktorá vysvetľuje pohyby hmotných telies vo všeobecnom prípade.

Všeobecná teória relativity to predpokladá gravitačné účinky sú spôsobené nie silovou interakciou telies a polí, ale deformáciou samotného časopriestoru, v ktorom sa nachádzajú. Táto deformácia je spojená najmä s prítomnosťou hmoty-energie.

Všeobecná relativita je v súčasnosti najúspešnejšou teóriou gravitácie, ktorú dobre podporujú pozorovania. Všeobecná relativita zovšeobecnila SRT na zrýchlené, t.j. neinerciálne sústavy. Základné princípy všeobecnej teórie relativity sú nasledovné:

- obmedzenie použiteľnosti princípu nemennosti rýchlosti svetla na oblasti, kde gravitačné sily možno zanedbať(kde je gravitácia silná, rýchlosť svetla sa spomaľuje);

- rozšírenie princípu relativity na všetky pohyblivé systémy(a nielen tie zotrvačné).

Vo všeobecnej teórii relativity, alebo teórii gravitácie vychádza aj z experimentálneho faktu ekvivalencie zotrvačných a gravitačných hmôt, prípadne ekvivalencie inerciálnych a gravitačných polí.

Hrá princíp ekvivalencie dôležitá úloha vo vede. Vždy vieme priamo vypočítať pôsobenie síl zotrvačnosti na akýkoľvek fyzikálny systém, a to nám dáva možnosť poznať pôsobenie gravitačného poľa abstrahujúceho od jeho nehomogenity, ktorá je často veľmi nepatrná.

Z GR bola získaná séria dôležité zistenia:

1. Vlastnosti časopriestoru závisia od pohybujúcej sa hmoty.

2. Lúč svetla, ktorý má inertnú, a teda aj gravitačnú hmotnosť, sa musí v gravitačnom poli ohýbať.

3. Frekvencia svetla pod vplyvom gravitačného poľa by sa mala posunúť smerom k nižším hodnotám.

Dlho experimentálne dôkazy OT nestačilo. Zhoda medzi teóriou a experimentom je celkom dobrá, čistotu experimentov však narúšajú rôzne zložité vedľajšie účinky. Vplyv časopriestorového zakrivenia však možno zistiť aj v miernych gravitačných poliach. Veľmi citlivé hodiny napríklad dokážu odhaliť dilatáciu času na povrchu Zeme. S cieľom rozšíriť experimentálnu základňu všeobecnej teórie relativity sa v druhej polovici 20. storočia uskutočnili nové experimenty: testovala sa ekvivalencia zotrvačnej a gravitačnej hmotnosti (vrátane laserového merania Mesiaca);
pomocou radaru sa objasnil pohyb perihélia Merkúra; merané gravitačné vychýlenie rádiových vĺn Slnkom sa uskutočnil planetárny radar slnečná sústava; vyhodnocoval sa vplyv gravitačného poľa Slnka na rádiovú komunikáciu s kozmickými loďami, ktoré boli vyslané na vzdialené planéty slnečnej sústavy atď. Všetky, tak či onak, potvrdili predpovede získané na základe všeobecnej teórie relativity.

takze špeciálna teória relativita je založená na postulátoch nemennosti rýchlosti svetla a rovnakosti prírodných zákonov vo všetkých fyzické systémy a hlavné výsledky, ku ktorým sa dospelo, sú nasledovné: relativita vlastností časopriestoru; relativita hmoty a energie; ekvivalencia ťažkých a zotrvačných hmôt.

Najvýznamnejším výsledkom všeobecnej teórie relativity z filozofického hľadiska je stanovenie závislosti časopriestorových vlastností okolitého sveta od umiestnenia a pohybu gravitujúcich hmôt. Je to spôsobené vplyvom tiel
s vo veľkom počte svetelné cesty sú ohnuté. V dôsledku toho gravitačné pole vytvorené takýmito telesami v konečnom dôsledku určuje časopriestorové vlastnosti sveta.

Špeciálna teória relativity abstrahuje od pôsobenia gravitačných polí a preto sú jej závery použiteľné len pre malé oblasti časopriestoru. Zásadný rozdiel medzi všeobecnou teóriou relativity a základnými teóriami, ktoré jej predchádzali fyzikálne teórie v odmietaní množstva starých pojmov a formulovaní nových. Stojí za to povedať, že všeobecná teória relativity urobila skutočnú revolúciu v kozmológii. Na základe toho tam rôzne modely Vesmír.

O učení Alberta Einsteina, ktoré svedčí o relativite všetkého, čo sa v tomto deje smrteľný svet, nevie, ak leniví. Už takmer sto rokov sa vedú spory nielen vo svete vedy, ale aj vo svete praktizujúcich fyzikov. Opísaná Einsteinova teória relativity jednoducho povedané celkom prístupné a pre nezasvätených nie je tajomstvom.

V kontakte s

Niekoľko všeobecných otázok

Berúc do úvahy zvláštnosti teoretického učenia veľkého Alberta, jeho postuláty môžu byť nejednoznačne vnímané širokou škálou prúdov teoretických fyzikov, dosť vysoko vedeckých škôl, ako aj vyznávačov iracionálneho prúdu fyzikálnej a matematickej školy.

Späť na začiatku minulého storočia, keď došlo k nárastu vedeckého myslenia a na pozadí sociálna zmena začali vznikať určité vedecké smery, objavila sa teória relativity všetkého, v čom človek žije. Bez ohľadu na to, ako hodnotia naši súčasníci táto situácia, všetko v reálny svet naozaj nie statické Einsteinova špeciálna teória relativity:

• Doba sa mení, názory a mentálny názor spoločnosti na určité problémy v sociálnom pláne sa menia;
• Sociálne základy a svetonázor týkajúci sa doktríny pravdepodobnosti v rôznych vládne systémy a pri špeciálne podmienky vývoj spoločnosti sa menil v čase a pod vplyvom iných objektívnych mechanizmov.
• Ako sa vyvíjali názory spoločnosti na problémy? sociálny vývoj, rovnaký bol aj postoj a názory o Einsteinove teórie o čase.

Dôležité! Einsteinova teória gravitácie bola základom systémových sporov medzi najuznávanejšími vedcami, a to tak na začiatku jeho vývoja, ako aj počas jeho dokončovania. Hovorili o nej, prebehli početné spory, stala sa témou rozhovorov v najvýznamnejších salónoch v rôznych krajinách.

Vedci o tom diskutovali, bolo to predmetom rozhovoru. Existovala dokonca taká hypotéza, že doktrína je prístupná na pochopenie iba trom ľuďom z vedeckého sveta. Keď prišiel čas na vysvetlenie postulátov, začali kňazi najzáhadnejšej z vied, euklidovskej matematiky. Potom bol urobený pokus postaviť jeho digitálny model a na ňom rovnaké matematicky overené dôsledky jeho pôsobenia svetový priestor, autor hypotézy priznal, že bolo veľmi ťažké pochopiť aj to, čo vytvoril. Takže čo je všeobecná teória relativity,čo skúma a čo aplikovaná aplikácia našla v modernom svete?

História a korene teórie

Dnes sa v drvivej väčšine prípadov úspechy veľkého Einsteina stručne nazývajú úplné popretie toho, čo bolo pôvodne neotrasiteľnou konštantou. Práve tento objav umožnil vyvrátiť to, čo je všetkým školákom známe ako fyzikálny dvojčlen.

Väčšina svetovej populácie, tak či onak, pozorne a premyslene alebo povrchne, čo i len raz, sa obrátila na stránky veľkej knihy – Biblie.

Práve v ňom si môžete prečítať o tom, čo sa stalo skutočným potvrdením podstatu doktríny- na čom pracoval mladý americký vedec začiatkom minulého storočia. Fakty levitácie a iné celkom bežné veci v histórii Starého zákona sa kedysi v modernej dobe stali zázrakmi. Éter je priestor, v ktorom človek žil úplne iným životom. Rysy života vo vzduchu skúmalo mnoho svetových celebrít v tejto oblasti prírodné vedy. A Einsteinova teória gravitácie potvrdil, že starodávna kniha- toto je pravda.

Diela Hendrika Lorentza a Henriho Poincarého umožnili experimentálne objaviť určité črty éteru. V prvom rade je to tvorba matematické modely mier. Základom bolo praktické potvrdenie, že keď sa hmotné častice pohybujú v éterickom priestore, sťahujú sa vzhľadom na smer pohybu.

Diela týchto veľkých vedcov umožnili vytvoriť základ pre hlavné postuláty doktríny. presne tak daný fakt dáva trvalý materiál tvrdiť, že diela nositeľa Nobelovej ceny a Albertova relativistická teória boli a stále sú plagiáty. Mnohí vedci dnes tvrdia, že mnohé postuláty boli prijaté oveľa skôr, napríklad:

• Koncept podmienenej simultánnosti udalostí;
• Princípy konštantnej binomickej hypotézy a kritériá rýchlosti svetla.

Čo robiť pochopiť teóriu relativity? Pointa je v minulosti. V prácach Poincarého bola predložená hypotéza, že vysoké rýchlosti v zákonoch mechaniky treba premyslieť. Vďaka vyjadreniam francúzska fyzika akademickej sfére Dozvedel som sa, aký relatívny je pohyb v projekcii k teórii éterického priestoru.

V statickej vede sa zvažovalo veľké množstvo fyzikálnych procesov pre rôzne hmotné objekty pohybujúce sa s . Postuláty všeobecného konceptu popisujú procesy prebiehajúce so zrýchľovacími objektmi, vysvetľujú existenciu gravitónových častíc a vlastnú gravitáciu. Podstata teórie relativity pri vysvetľovaní tých faktov, ktoré boli predtým pre vedcov nezmyslom. Ak je potrebné popísať vlastnosti pohybu a zákony mechaniky, vzťah priestorového a časového kontinua v podmienkach približovania sa rýchlosti svetla, treba použiť výlučne postuláty teórie relativity.

O teórii stručne a jasne

V čom je učenie veľkého Alberta také odlišné od toho, čo robili fyzici pred ním? Predtým bola fyzika skôr statická veda, ktorá zvažovala princípy vývoja všetkých procesov v prírode v oblasti systému „tu, dnes a teraz“. Einstein umožnil vidieť všetko, čo sa deje okolo nielen v nás trojrozmerný priestor, ale aj vo vzťahu k rôznym objektom a časovým bodom.

Pozor! V roku 1905 keď Einstein publikoval svoju teóriu relativity, dovolila vysvetliť a v cenovo dostupná možnosť interpretovať pohyb medzi rôznymi inerciálnymi referenčnými systémami.

Jeho hlavnými ustanoveniami sú pomer konštantných rýchlostí dvoch objektov, ktoré sa navzájom pohybujú, namiesto toho, aby sa bral jeden z objektov, čo možno považovať za jeden z absolútnych referenčných faktorov.

Charakteristika doktríny spočíva v tom, že ho možno považovať vo vzťahu k jednému výnimočný prípad. Hlavné faktory:

1. Rovnosť smeru pohybu;
2. Rovnomernosť pohybu hmotného telesa.

Pri zmene smeru alebo iných jednoduchých parametrov, kedy sa hmotné teleso môže zrýchľovať alebo otáčať do strán, neplatia zákony statickej teórie relativity. V tomto prípade nadobudnutie účinnosti všeobecné zákony relativitu, ktorá dokáže vysvetliť pohyb hmotných telies v všeobecná situácia. Einstein tak našiel vysvetlenie pre všetky princípy interakcie fyzické telá navzájom vo vesmíre.

Princípy teórie relativity

Princípy doktríny

Výrok o relativite je už sto rokov predmetom najživších diskusií. Väčšina vedcov uvažuje rôzne možnosti aplikácia postulátov ako aplikácia dvoch princípov fyziky. A táto cesta je najpopulárnejšia v oblasti aplikovanej fyziky. Základné postuláty teória relativity, Zaujímavosti , ktorá dnes našla nezvratné potvrdenie:

• Princíp relativity. Zachovanie pomeru telies podľa všetkých fyzikálnych zákonov. Prijímame ich ako inerciálne vzťažné sústavy, ktoré sa voči sebe pohybujú konštantnými rýchlosťami.
• Postulujte o rýchlosti svetla. Zostáva nemennou konštantou vo všetkých situáciách, bez ohľadu na rýchlosť a vzťah k zdrojom svetla.

Napriek rozporom medzi novým učením a základnými postulátmi jedného z naj exaktné vedy na základe konštantných statických ukazovateľov nová hypotéza zaujala svieže oči na svet. Úspech vedca bol zabezpečený, čo potvrdilo aj ocenenie nobelová cena v oblasti exaktných vied.

Čo spôsobilo takú obrovskú popularitu a Ako Einstein objavil svoju teóriu relativity?? Taktika mladého vedca.

1. Doteraz svetoznámi vedci predložili tézu a až potom vykonali sériu praktický výskum. Ak je zapnuté určitý moment prijaté údaje, ktoré nezodpovedajú všeobecný pojem, boli uznané za chybné pri zhrnutí dôvodov.
2. Mladý génius použil radikálne odlišnú taktiku, nastavenú praktické skúsenosti, boli sériové. Získané výsledky, napriek tomu, že sa akosi nezmestili do konceptuálneho radu, zoradené do koherentnej teórie. A žiadne „chyby“ a „chyby“, všetky momenty hypotézy relativity, príklady a výsledky pozorovaní jednoznačne zapadajú do revolučnej teoretickej doktríny.
3. Budúcnosť kandidát na Nobelovu cenu vyvrátil potrebu skúmať tajomný éter, kde sa šíria vlny svetla. Viera, že éter existuje, viedla k množstvu významných mylných predstáv. Hlavným postulátom je zmena rýchlosti svetelného lúča vzhľadom na rýchlosť pozorovania procesu v éterickom prostredí.

Relativita pre figuríny

Najjednoduchším vysvetlením je teória relativity

Záver

Hlavným úspechom vedca je dôkaz harmónie a jednoty takých veličín, ako je priestor a čas. Základná povaha spojenia týchto dvoch kontinuí ako súčasti troch dimenzií v kombinácii s časovou dimenziou umožnila spoznať mnohé tajomstvá prírody. materiálny svet. Vďaka Einsteinova teória gravitácie sprístupnil štúdium hĺbok a iných úspechov moderná veda, napokon, dodnes neboli využité plné možnosti učenia.

Pred sto rokmi, v roku 1915, mladý švajčiarsky vedec, ktorý v tom čase už robil revolučné objavy vo fyzike navrhol zásadne nové chápanie gravitácie.

V roku 1915 Einstein publikoval všeobecnú teóriu relativity, ktorá charakterizuje gravitáciu ako základnú vlastnosť časopriestoru. Predstavil sériu rovníc popisujúcich vplyv zakrivenia časopriestoru na energiu a pohyb hmoty a žiarenia v nej prítomnej.

O sto rokov neskôr sa všeobecná teória relativity (GR) stala základom pre konštrukciu modernej vedy, odolala všetkým testom, ktorými na ňu vedci útočili.

Až donedávna však nebolo možné vykonávať experimenty extrémnych podmienkach na testovanie stability teórie.

Je úžasné, aká silná je teória relativity za viac ako 100 rokov. Stále používame to, čo napísal Einstein!

Clifford Will, teoretický fyzik, University of Florida

Vedci teraz majú technológiu na hľadanie fyziky za hranicami všeobecnej relativity.

Nový pohľad na gravitáciu

Všeobecná teória relativity popisuje gravitáciu nie ako silu (ako sa javí v newtonovskej fyzike), ale ako zakrivenie časopriestoru v dôsledku hmotnosti objektov. Zem sa točí okolo Slnka nie preto, že ju hviezda priťahuje, ale preto, že Slnko deformuje časopriestor. Ak sa na natiahnutú deku položí ťažká bowlingová guľa, deka zmení tvar – gravitácia ovplyvňuje priestor približne rovnako.

Einsteinova teória predpovedala niekoľko šialených objavov. Napríklad možnosť existencie čiernych dier, ktoré ohýbajú časopriestor do takej miery, že zvnútra nemôže uniknúť nič, ani svetlo. Na základe teórie sa našli dôkazy pre dnes všeobecne uznávaný názor, že vesmír sa rozpína ​​a zrýchľuje.

Všeobecná teória relativity bola potvrdená mnohými pozorovaniami. Sám Einstein použil všeobecnú teóriu relativity na výpočet dráhy Merkúra, ktorého pohyb nemožno opísať Newtonovými zákonmi. Einstein predpovedal existenciu objektov tak masívnych, že ohýbajú svetlo. Ide o fenomén gravitačnej šošovky, s ktorým sa astronómovia často stretávajú. Napríklad hľadanie exoplanét je založené na efekte jemných zmien žiarenia zakriveného gravitačným poľom hviezdy, okolo ktorej sa planéta točí.

Testovanie Einsteinovej teórie

Všeobecná relativita funguje dobre pre bežnú gravitáciu, ako ukázali experimenty na Zemi a pozorovania planét slnečnej sústavy. Nikdy však nebol testovaný v extrémnych podmienkach. silný vplyv polia v priestoroch ležiacich na hraniciach fyziky.

Najsľubnejším spôsobom testovania teórie za takýchto podmienok je pozorovanie zmien v časopriestore, ktoré sa nazývajú gravitačné vlny. Objavujú sa ako výsledok významné udalosti, pri splynutí dvoch masívnych telies, akými sú čierne diery, alebo najmä husté objekty – neutrónové hviezdy.

Kozmický ohňostroj takejto veľkosti by mal v časopriestore len tie najmenšie vlnky. Ak by sa napríklad dve čierne diery zrazili a spojili niekde v našej Galaxii, gravitačné vlny by sa mohli natiahnuť a stlačiť vzdialenosť medzi objektmi na Zemi vzdialených od seba meter o jednu tisícinu priemeru atómového jadra.

Objavili sa experimenty, ktoré vďaka takýmto udalostiam dokážu zaznamenať zmeny v časopriestore.

Existuje veľká šanca na opravu gravitačných vĺn v nasledujúcich dvoch rokoch.

Clifford Will

Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) s observatóriami v blízkosti Richland, Washington a Livingston, Louisiana, používa laser na detekciu drobných skreslení v duálnych detektoroch v tvare L. Ako časopriestorové vlnky prechádzajú cez detektory, naťahujú a stláčajú priestor, čo spôsobuje, že detektor mení rozmery. A LIGO ich vie zmerať.

LIGO začalo sériu štartov v roku 2002, ale nedosiahlo značku. K zlepšeniam došlo v roku 2010 a nástupca organizácie, Advanced LIGO Observatory, by mal byť opäť v prevádzke v tomto roku. Mnohé z plánovaných experimentov sú zamerané na nájdenie gravitačné vlny.

Ďalším spôsobom, ako otestovať teóriu relativity, je pozrieť sa na vlastnosti gravitačných vĺn. Môžu byť napríklad polarizované, ako svetlo prechádzajúce cez polarizačné okuliare. Teória relativity predpovedá vlastnosti takéhoto účinku a akékoľvek odchýlky od výpočtov sa môžu stať dôvodom na pochybnosti o teórii.

jednotná teória

Clifford Will verí, že objav gravitačných vĺn len posilní Einsteinovu teóriu:

Myslím, že musíme pokračovať v hľadaní dôkazu všeobecnej relativity, aby sme si boli istí, že je to správne.

Prečo sú tieto experimenty vôbec potrebné?

Jednou z najdôležitejších a nepolapiteľných úloh modernej fyziky je hľadanie teórie, ktorá spojí Einsteinov výskum, teda vedu o makrokozme, a kvantovú mechaniku, realitu najmenších objektov.

Pokroky v tomto smere, kvantová gravitácia, môžu vyžadovať zmeny vo všeobecnej teórii relativity. Je možné, že experimenty v teréne kvantová gravitácia bude vyžadovať toľko energie, že ich nebude možné viesť. „Ale ktovie,“ hovorí Will, „možno je tam kvantový vesmír existuje efekt, nevýznamný, ale možno ho vyhľadať.

materiál z knihy „Najkratšia história času“ od Stephena Hawkinga a Leonarda Mlodinova

Relativita

Einsteinov základný postulát, nazývaný princíp relativity, hovorí, že všetky fyzikálne zákony musia byť rovnaké pre všetkých voľne sa pohybujúcich pozorovateľov bez ohľadu na ich rýchlosť. Ak rýchlosť svetla konštantný, potom každý voľne sa pohybujúci pozorovateľ musí zafixovať rovnakú hodnotu bez ohľadu na rýchlosť, akou sa k svetelnému zdroju približuje alebo sa od neho vzďaľuje.

Požiadavka, aby sa všetci pozorovatelia zhodli na rýchlosti svetla, si vynúti zmenu v poňatí času. Podľa teórie relativity sa pozorovateľ jazdiaci vo vlaku a pozorovateľ stojaci na nástupišti nezhodnú na vzdialenosti, ktorú prejde svetlo. Keďže rýchlosť je vzdialenosť delená časom, jediná cesta pre pozorovateľov zhodnúť sa na rýchlosti svetla znamená nesúhlasiť aj s časom. Inými slovami, relativita ukončila myšlienku absolútneho času! Ukázalo sa, že každý pozorovateľ musí mať svoju vlastnú mieru času a že rovnaké hodiny pre rôznych pozorovateľov nemusia nevyhnutne ukazovať rovnaký čas.

Ak hovoríme, že priestor má tri rozmery, myslíme tým, že polohu bodu v ňom možno vyjadriť pomocou troch čísel - súradníc. Ak do nášho popisu zavedieme čas, dostaneme štvorrozmerný časopriestor.

Ďalším známym dôsledkom teórie relativity je ekvivalencia hmotnosti a energie, vyjadrená slávnou Einsteinovou rovnicou E = mc 2 (kde E je energia, m je hmotnosť telesa, c je rýchlosť svetla). Vzhľadom na ekvivalenciu energie a hmotnosti Kinetická energia, ktorý má hmotný objekt vďaka svojmu pohybu, zväčšuje svoju hmotnosť. Inými slovami, objekt sa ťažšie pretaktuje.

Tento efekt je významný len pre telesá, ktoré sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Napríklad pri rýchlosti rovnajúcej sa 10% rýchlosti svetla bude hmotnosť telesa len o 0,5% väčšia ako v pokoji, ale pri rýchlosti 90% rýchlosti svetla už bude hmotnosť väčšia. ako dvojnásobok normálneho. Ako sa blížime k rýchlosti svetla, hmotnosť telesa sa zväčšuje rýchlejšie a rýchlejšie, takže na jeho zrýchlenie je potrebné všetko. viac energie. Podľa teórie relativity objekt nikdy nemôže dosiahnuť rýchlosť svetla, pretože v tento prípad jeho hmotnosť by sa stala nekonečnou a vzhľadom na ekvivalenciu hmotnosti a energie by to vyžadovalo nekonečnú energiu. To je dôvod, prečo teória relativity navždy odsúdi každé obyčajné teleso na to, aby sa pohybovalo rýchlosťou menšou ako je rýchlosť svetla. Len svetlo alebo iné vlny, ktoré nemajú vlastnú hmotnosť, sa môžu pohybovať rýchlosťou svetla.

zakrivený priestor

Einsteinova všeobecná teória relativity je založená na revolučnom predpoklade, že gravitácia nie je obyčajná sila, ale dôsledok skutočnosti, že časopriestor nie je plochý, ako sa kedysi myslelo. Vo všeobecnej teórii relativity je časopriestor ohýbaný alebo deformovaný hmotou a energiou v ňom umiestnenou. Telesá ako Zem sa pohybujú po zakrivených dráhach, ktoré nie sú pod vplyvom sily nazývanej gravitácia.

Keďže geodetická čiara je najkratšia čiara medzi dvoma letiskami navigátori lietajú s lietadlami po takýchto trasách. Môžete napríklad sledovať kompas a preletieť 5 966 ​​kilometrov z New Yorku do Madridu takmer na východ pozdĺž geografickej rovnobežky. 5802 kilometrov ale musíte prekonať len vtedy, ak poletíte vo veľkom kruhu, najskôr na severovýchod a potom sa postupne stáčate na východ a ďalej na juhovýchod. Pohľad na tieto dve trasy na mape, kde zemského povrchu skreslený (predstavovaný byt), klamlivý. Pohyb „priamo“ na východ z jedného bodu na druhý na povrchu glóbus, v skutočnosti sa nepohybujete v priamke, alebo skôr nie v najkratšej, geodetickej línii.

Ak sa na dvojrozmerný povrch Zeme premietne trajektória kozmickej lode, ktorá sa vo vesmíre pohybuje po priamke, ukáže sa, že je zakrivená.

Podľa všeobecnej teórie relativity by gravitačné polia mali ohýbať svetlo. Teória napríklad predpovedá, že v blízkosti Slnka by sa mali lúče svetla pod vplyvom hmotnosti hviezdy mierne ohnúť v jeho smere. To znamená, že svetlo vzdialenej hviezdy, ak náhodou prejde blízko Slnka, sa odchýli o malý uhol, vďaka čomu pozorovateľ na Zemi uvidí hviezdu nie celkom tam, kde sa v skutočnosti nachádza.

Pripomeňme, že podľa základného postulátu špeciálnej teórie relativity sú všetky fyzikálne zákony rovnaké pre všetkých voľne sa pohybujúcich pozorovateľov bez ohľadu na ich rýchlosť. Zhruba povedané, princíp ekvivalencie rozširuje toto pravidlo aj na tých pozorovateľov, ktorí sa nepohybujú voľne, ale pod vplyvom gravitačného poľa.

V dostatočne malých oblastiach priestoru nie je možné posúdiť, či ste v kľude v gravitačnom poli alebo sa s ním pohybujete konštantné zrýchlenie v prázdnom priestore.

Predstavte si, že ste uprostred výťahu prázdne miesto. Neexistuje žiadna gravitácia, žiadne hore a dole. Voľne sa vznášate. Potom sa výťah začne pohybovať konštantným zrýchlením. Zrazu cítite váhu. To znamená, že ste pritlačení k jednej zo stien výťahu, ktorá je teraz vnímaná ako podlaha. Ak zodvihnete jablko a pustíte ho, spadne na zem. V skutočnosti, keď sa teraz pohybujete so zrýchlením, vo výťahu sa všetko deje presne tak, ako keby sa výťah vôbec nepohyboval, ale spočíval v rovnomernom gravitačnom poli. Einstein si uvedomil, že tak ako nemôžete povedať, keď ste vo vlakovom vagóne, či stojí na mieste alebo sa pohybuje rovnomerne, tak keď ste vo výťahu, nemôžete rozoznať, či sa pohybuje konštantným zrýchlením alebo je v rovnomerný pohyb.gravitačné pole. Výsledkom tohto chápania bol princíp ekvivalencie.

Princíp ekvivalencie a uvedený príklad jeho prejavu bude platný len vtedy, ak zotrvačná hmotnosť(zahrnuté v druhom Newtonovom zákone, ktorý určuje, aké zrýchlenie je dané telesom silou pôsobiacou naň) a gravitačná hmotnosť (zahrnutá v Newtonovom gravitačnom zákone, ktorý určuje hodnotu gravitačná príťažlivosť) sú v podstate rovnaké.

Einsteinovo použitie ekvivalencie zotrvačných a gravitačných hmôt na odvodenie princípu ekvivalencie a v konečnom dôsledku aj celej teórie všeobecnej relativity nemá v histórii obdobu. ľudská myšlienka príklad vytrvalého a dôsledného rozvíjania logických záverov.

Spomalenie času

Ďalšou predpoveďou všeobecnej teórie relativity je, že okolo masívnych telies, ako je Zem, by sa mal čas spomaliť.

Teraz, keď sme sa oboznámili s princípom ekvivalencie, môžeme sledovať priebeh Einsteinovho uvažovania vykonaním ďalšieho myšlienkový experiment, ktorý ukazuje, prečo gravitácia ovplyvňuje čas. Predstavte si raketu letiacu vo vesmíre. Pre pohodlie budeme predpokladať, že jeho telo je také veľké, že trvá celú sekundu, kým ním svetlo prejde zhora nadol. Nakoniec predpokladajme, že v rakete sú dvaja pozorovatelia, jeden hore, pri strope, druhý dole, na podlahe, a obaja sú vybavení rovnakými hodinami, ktoré počítajú sekundy.

Predpokladajme, že horný pozorovateľ, ktorý čakal na odpočítavanie svojich hodín, okamžite vyšle svetelný signál dolnému. Pri ďalšom počítaní vyšle druhý signál. Podľa našich podmienok bude trvať jednu sekundu, kým každý signál dosiahne nižšieho pozorovateľa. Keďže horný pozorovateľ vysiela dva svetelné signály s intervalom jednej sekundy, s rovnakým intervalom ich zaregistruje aj dolný pozorovateľ.

Čo sa zmení, ak v tomto experimente namiesto toho, aby sa raketa voľne vznášala vo vesmíre, bude stáť na Zemi a bude vystavená pôsobeniu gravitácie? Podľa Newtonovej teórie gravitácia neovplyvní stav vecí: ak pozorovateľ hore vysiela signály v sekundových intervaloch, pozorovateľ dole ich bude prijímať v rovnakom intervale. Ale princíp ekvivalencie predpovedá iný vývoj udalostí. Ktorý, pochopíme, ak v súlade s princípom ekvivalencie mentálne nahradíme pôsobenie gravitácie neustálym zrýchlením. Toto je jeden príklad toho, ako Einstein použil princíp ekvivalencie na vytvorenie svojej novej teórie gravitácie.

Predpokladajme teda, že naša raketa zrýchľuje. (Budeme predpokladať, že sa zrýchľuje pomaly, aby sa jej rýchlosť nepribližovala rýchlosti svetla.) Keďže sa teleso rakety pohybuje nahor, prvý signál bude musieť prejsť kratšiu vzdialenosť ako predtým (pred začiatkom zrýchľovania), a dorazí k nižšiemu pozorovateľovi predtým, ako mi dáte sekundu. Ak by sa raketa pohybovala konštantnou rýchlosťou, potom by druhý signál dorazil presne o rovnakú rýchlosť skôr, takže interval medzi týmito dvoma signálmi by zostal rovný jednej sekunde. Ale v momente vyslania druhého signálu sa raketa v dôsledku zrýchlenia pohybuje rýchlejšie ako v momente vyslania prvého, takže druhý signál preletí kratšiu vzdialenosť ako prvý a strávi ešte menej času. Pozorovateľ dole, ktorý skontroluje svoje hodinky, si všimne, že interval medzi signálmi je kratší ako jedna sekunda, a nebude súhlasiť s pozorovateľom hore, ktorý tvrdí, že vyslal signály presne o sekundu neskôr.

V prípade zrýchľujúcej sa rakety by tento efekt asi nemal byť zvlášť prekvapivý. Veď sme to práve vysvetlili! Ale pamätajte: princíp ekvivalencie hovorí, že to isté sa deje, keď je raketa v pokoji v gravitačnom poli. Preto aj keď raketa nezrýchľuje, ale napríklad stojí na odpaľovacej rampe na povrchu Zeme, signály vysielané horným pozorovateľom v sekundových intervaloch (podľa jeho hodín) dorazia na spodný pozorovateľ v kratšom intervale (podľa jeho hodín) . To je naozaj úžasné!

Gravitácia mení tok času. Presne ako nám to hovorí špeciálna relativita čas beží odlišne pre pozorovateľov pohybujúcich sa voči sebe, všeobecná relativita deklaruje, že priebeh času je u pozorovateľov v rôznych gravitačných poliach odlišný. Podľa všeobecnej teórie relativity nižší pozorovateľ registruje kratší interval medzi signálmi, pretože pri povrchu Zeme čas plynie pomalšie, keďže je tu silnejšia gravitácia. Čím silnejšie je gravitačné pole, tým väčší je tento efekt.

náš Biologické hodiny reagovať aj na zmeny v priebehu času. Ak jedno z dvojčiat žije na vrchole hory a druhé pri mori, prvé starne rýchlejšie ako druhé. V tomto prípade bude rozdiel vo veku zanedbateľný, no výrazne sa zväčší, akonáhle sa jedno z dvojčiat vydá na dlhú cestu vesmírnou loďou, ktorá zrýchli na rýchlosť blízku rýchlosti svetla. Keď sa tulák vráti, bude oveľa mladší ako jeho brat, ktorý zostal na Zemi. Tento prípad je známy ako paradox dvojčiat, ale je to len paradox pre tých, ktorí sa držia myšlienky absolútneho času. V teórii relativity neexistuje jedinečný absolútny čas - každý jednotlivec má svoju vlastnú mieru času, ktorá závisí od toho, kde sa nachádza a ako sa pohybuje.

S príchodom ultra presných navigačných systémov, ktoré prijímajú signály zo satelitov, sa rozdiel v taktovacích frekvenciách v rôznych nadmorských výškach stal praktickú hodnotu. Ak by zariadenie ignorovalo predpovede všeobecnej teórie relativity, chyba pri určovaní polohy mohla dosiahnuť niekoľko kilometrov!

Príchod všeobecnej teórie relativity radikálne zmenil situáciu. Priestor a čas získali status dynamické entity. Pri pohybe telies alebo pôsobení síl spôsobujú zakrivenie priestoru a času a štruktúra časopriestoru zasa ovplyvňuje pohyb telies a pôsobenie síl. Priestor a čas nielenže ovplyvňujú všetko, čo sa deje vo vesmíre, ale oni sami sú od toho všetkého závislí.

Predstavte si neohrozeného astronauta, ktorý zostane na povrchu kolabujúcej hviezdy počas kataklyzmatického kolapsu. V určitom bode jeho hodiniek, povedzme o 11:00, sa hviezda zmrští na kritický polomer, za ktorým sa gravitačné pole stáva tak silné, že z neho nie je možné uniknúť. Teraz predpokladajme, že astronaut dostal pokyn, aby každú sekundu vyslal signál na svojich hodinkách do kozmickej lode, ktorá je na obežnej dráhe v určitej pevnej vzdialenosti od stredu hviezdy. Signály začne vysielať o 10:59:58, teda dve sekundy pred 11:00. Čo zaregistruje posádka na palube kozmickej lode?

Predtým, keď sme urobili myšlienkový experiment s prenosom svetelných signálov vo vnútri rakety, boli sme presvedčení, že gravitácia spomaľuje čas a čím je silnejšia, tým je efekt výraznejší. Astronaut na povrchu hviezdy je v silnejšom gravitačnom poli ako jeho kolegovia na obežnej dráhe, takže jedna sekunda na jeho hodinách bude trvať dlhšie ako sekunda na hodinách lode. Keď sa astronaut pohybuje s povrchom smerom k stredu hviezdy, pole, ktoré naňho pôsobí, je čoraz silnejšie, takže intervaly medzi jeho signálmi prijatými na palubu kozmickej lode sa neustále predlžujú. Táto časová dilatácia bude do 10:59:59 veľmi malá, takže pre astronautov na obežnej dráhe bude interval medzi vysielanými signálmi o 10:59:58 a 10:59:59 len o málo viac ako sekundu. Ale signál vyslaný o 11:00 sa na lodi neočakáva.

Všetko, čo sa podľa astronautových hodín stane na povrchu hviezdy medzi 10:59:59 a 11:00, bude hodinami kozmickej lode natiahnuté na nekonečný časový úsek. Ako sa blížime k 11:00, intervaly medzi príchodom po sebe idúcich hrebeňov a minimami svetelných vĺn vyžarovaných hviezdou budú čoraz dlhšie; to isté sa stane s časovými intervalmi medzi signálmi astronauta. Keďže frekvencia žiarenia je určená počtom hrebeňov (alebo žľabov) prichádzajúcich za sekundu, stále viac a viac nízka frekvencia hviezdne žiarenie. Svetlo hviezdy bude stále viac červenať a zároveň slabnúť. Nakoniec hviezda stmavne natoľko, že sa pre pozorovateľov kozmických lodí stane neviditeľnou; zostáva len čierna diera vo vesmíre. Avšak vplyv gravitácie hviezdy na vesmírna loď pretrváva a naďalej obieha.