Pangkalahatang teorya ng relativity(GTR) ay isang geometric na teorya ng grabidad na inilathala ni Albert Einstein noong 1915–16. Sa loob ng balangkas ng teoryang ito, na karagdagang pag-unlad espesyal na teorya ng relativity, ito ay postulated na mga epekto ng gravitational ay sanhi hindi ng puwersang pakikipag-ugnayan ng mga katawan at mga patlang na matatagpuan sa espasyo-oras, ngunit sa pamamagitan ng pagpapapangit ng space-time mismo, na nauugnay, sa partikular, sa pagkakaroon ng mass-energy. Kaya, sa pangkalahatang relativity, tulad ng sa iba pang mga metric theories, ang gravity ay hindi isang force interaction. Ang pangkalahatang relativity ay naiiba sa iba pang metric theories ng gravity sa pamamagitan ng paggamit ng mga equation ni Einstein upang iugnay ang curvature ng spacetime sa bagay na naroroon sa kalawakan.

Sa kasalukuyan, ang OTO ang pinakamatagumpay teorya ng gravitational, mahusay na nakumpirma ng mga obserbasyon. Ang unang tagumpay ng pangkalahatang relativity ay upang ipaliwanag ang maanomalyang precession ng perihelion ng Mercury. Pagkatapos, noong 1919, iniulat ni Arthur Eddington ang pagmamasid sa liwanag na baluktot malapit sa Araw sa panahon ng kabuuang eklipse, na nagpapatunay sa mga hula ng pangkalahatang relativity.

Simula noon, maraming iba pang mga obserbasyon at eksperimento ang nagkumpirma ng malaking bilang ng mga hula ng teorya, kasama na paghina ng gravitational oras, gravitational redshift, pagkaantala ng signal sa gravitational field at, sa ngayon ay hindi direkta, gravitational radiation. Bilang karagdagan, maraming mga obserbasyon ang binibigyang kahulugan bilang kumpirmasyon ng isa sa mga pinaka misteryoso at kakaibang mga hula ng pangkalahatang teorya ng relativity - ang pagkakaroon ng mga itim na butas.

Sa kabila ng nakamamanghang tagumpay ng pangkalahatang teorya ng relativity, mayroong discomfort sa siyentipikong komunidad dahil sa katotohanan na hindi ito maaaring reformulated bilang klasikal na limitasyon ng quantum theory dahil sa paglitaw ng mga hindi naaalis na mathematical divergence kapag isinasaalang-alang ang mga black hole at space-time. mga singularidad sa pangkalahatan. Ang ilang mga alternatibong teorya ay iminungkahi upang malutas ang problemang ito. Ang modernong pang-eksperimentong data ay nagpapahiwatig na ang anumang uri ng paglihis mula sa pangkalahatang relativity ay dapat na napakaliit, kung mayroon man.

Mga pangunahing prinsipyo ng pangkalahatang relativity

Ang teorya ng gravity ni Newton ay batay sa konsepto ng gravity, na isang long-range na puwersa: ito ay kumikilos kaagad sa anumang distansya. Ang madalian na katangian ng aksyon na ito ay hindi tugma sa field paradigm ng modernong pisika at, sa partikular, sa espesyal na teorya ng relativity, na nilikha noong 1905 ni Einstein, na inspirasyon ng gawain nina Poincaré at Lorentz. Sa teorya ni Einstein, walang impormasyon ang maaaring kumalat mas mabilis na bilis ilaw sa vacuum.

Sa matematika, ang gravitational force ni Newton ay nagmula sa potensyal na enerhiya ng isang katawan sa isang gravitational field. Ang potensyal ng gravitational na tumutugma sa potensyal na enerhiya na ito ay sumusunod sa Poisson equation, na hindi invariant sa ilalim ng mga pagbabagong Lorentz. Ang dahilan ng non-invariance ay ang enerhiya sa espesyal na teorya ng relativity ay hindi isang scalar na dami, ngunit napupunta sa bahagi ng oras ng 4-vector. Ang vector theory of gravity ay naging katulad ng Maxwell's theory of the electromagnetic field at humahantong sa negatibong enerhiya ng gravitational waves, na nauugnay sa likas na katangian ng interaksyon: tulad ng mga singil (mass) sa gravity ay umaakit at hindi nagtataboy, bilang sa electromagnetism. Kaya, ang teorya ng grabidad ni Newton ay hindi tugma sa pangunahing prinsipyo ng espesyal na teorya ng relativity - ang invariance ng mga batas ng kalikasan sa anumang inertial frame of reference, at ang direktang vector generalization ng teorya ni Newton, na unang iminungkahi ni Poincaré noong 1905 sa kanyang trabahong "On the Dynamics of the Electron," humahantong sa pisikal na hindi kasiya-siyang resulta .

Nagsimulang maghanap si Einstein ng teorya ng gravity na katugma sa prinsipyo ng invariance ng mga batas ng kalikasan na may kaugnayan sa anumang frame of reference. Ang resulta ng paghahanap na ito ay ang pangkalahatang teorya ng relativity, batay sa prinsipyo ng pagkakakilanlan ng gravitational at inertial mass.

Ang prinsipyo ng pagkakapantay-pantay ng gravitational at inertial mass

Sa klasikal na Newtonian mechanics mayroong dalawang konsepto ng mass: ang una ay tumutukoy sa pangalawang batas ni Newton, at ang pangalawa sa batas. unibersal na gravity. Ang unang masa - inertial (o inertial) - ay ang ratio ng non-gravitational force na kumikilos sa katawan sa acceleration nito. Ang pangalawang masa - gravitational (o, kung minsan ay tinatawag itong, mabigat) - tinutukoy ang puwersa ng pagkahumaling ng isang katawan ng ibang mga katawan at ang sariling puwersa ng pagkahumaling. Sa pangkalahatan, ang dalawang masa na ito ay sinusukat, tulad ng makikita mula sa paglalarawan, sa iba't ibang mga eksperimento, at samakatuwid ay hindi kailangang maging proporsyonal sa bawat isa. Ang kanilang mahigpit na proporsyonalidad ay nagpapahintulot sa amin na magsalita ng isang solong masa ng katawan sa parehong mga non-gravitational at gravitational na pakikipag-ugnayan. Sa pamamagitan ng isang angkop na pagpili ng mga yunit ang mga masa na ito ay maaaring gawing pantay sa bawat isa. Ang prinsipyo mismo ay iniharap ni Isaac Newton, at ang pagkakapantay-pantay ng masa ay napatunayan niya sa pamamagitan ng eksperimentong may relatibong katumpakan na 10?3. Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, nagsagawa ang Eötvös ng mas banayad na mga eksperimento, na dinadala ang katumpakan ng pagsubok sa prinsipyo sa 10?9. Noong ika-20 siglo, ginawang posible ng teknolohiyang pang-eksperimentong kumpirmahin ang pagkakapantay-pantay ng masa na may relatibong katumpakan na 10?12-10?13 (Braginsky, Dicke, atbp.). Minsan ang prinsipyo ng pagkakapantay-pantay ng gravitational at inertial mass ay tinatawag na mahinang equivalence principle. Ibinatay ito ni Albert Einstein sa pangkalahatang teorya ng relativity.

Ang prinsipyo ng paggalaw sa mga geodetic na linya

Kung ang gravitational mass ay eksaktong katumbas ng inertial mass, pagkatapos ay sa expression para sa acceleration ng isang katawan na ginagampanan lamang mga puwersa ng gravitational, ang parehong masa ay nabawasan. Samakatuwid, ang acceleration ng katawan, at samakatuwid ang tilapon nito, ay hindi nakasalalay sa masa at panloob na istraktura mga katawan. Kung ang lahat ng mga katawan sa parehong punto sa espasyo ay tumatanggap ng parehong acceleration, kung gayon ang acceleration na ito ay maaaring maiugnay hindi sa mga katangian ng mga katawan, ngunit sa mga katangian ng espasyo mismo sa puntong ito.

Kaya, ang paglalarawan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng mga katawan ay maaaring mabawasan sa isang paglalarawan ng espasyo-oras kung saan gumagalaw ang mga katawan. Ito ay natural na ipagpalagay, tulad ng ginawa ni Einstein, na ang mga katawan ay gumagalaw sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos, iyon ay, sa paraang ang kanilang acceleration sa kanilang sariling frame of reference ay zero. Ang mga trajectory ng mga katawan ay magiging geodesic na mga linya, na ang teorya ay binuo ng mga mathematician noong ika-19 na siglo.

Ang mga geodesic na linya mismo ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagtukoy sa espasyo-oras ng isang analogue ng distansya sa pagitan ng dalawang kaganapan, ayon sa kaugalian na tinatawag na interval o isang function ng mundo. Ang isang pagitan sa tatlong-dimensional na espasyo at isang-dimensional na oras (sa madaling salita, sa apat na-dimensional na espasyo-oras) ay ibinibigay ng 10 independiyenteng bahagi ng panukat na tensor. Ang 10 numerong ito ay bumubuo ng sukatan ng espasyo. Tinutukoy nito ang "distansya" sa pagitan ng dalawang walang katapusang malapit na mga punto sa espasyo-oras sa magkaibang direksyon. Ang mga geodesic na linya na naaayon sa mga linya ng mundo ng mga pisikal na katawan na ang bilis ay mas mababa sa bilis ng liwanag ay nagiging mga linya ng pinakadakilang tamang oras, iyon ay, oras na sinusukat ng isang orasan na mahigpit na nakakabit sa katawan kasunod ng tilapon na ito. Mga modernong eksperimento kumpirmahin ang paggalaw ng mga katawan sa mga geodetic na linya na may parehong katumpakan tulad ng pagkakapantay-pantay ng gravitational at inertial na masa.

Curvature ng spacetime

Kung maglulunsad ka ng dalawang katawan na kahanay sa isa't isa mula sa dalawang malapit na punto, pagkatapos ay sa gravitational field ay unti-unti silang magsisimulang lumapit o lumayo sa isa't isa. Ang epektong ito ay tinatawag na geodetic line deviation. Ang isang katulad na epekto ay maaaring direktang maobserbahan kung ang dalawang bola ay inilunsad parallel sa bawat isa kasama ang isang goma na lamad kung saan ang isang napakalaking bagay ay inilalagay sa gitna. Magkakalat ang mga bola: ang isa na mas malapit sa bagay na tumutulak sa lamad ay magiging mas malakas sa gitna kaysa sa mas malayong bola. Ang pagkakaibang ito (paglihis) ay dahil sa kurbada ng lamad. Katulad nito, sa space-time, ang paglihis ng geodesics (ang pagkakaiba-iba ng mga trajectory ng mga katawan) ay nauugnay sa kurbada nito. Ang kurbada ng space-time ay natatanging tinutukoy ng sukatan nito - ang metric tensor. Ang pagkakaiba sa pagitan ng pangkalahatang teorya ng relativity at mga alternatibong teorya ng gravity ay natutukoy sa karamihan ng mga kaso tiyak sa paraan ng koneksyon sa pagitan ng bagay (mga katawan at larangan ng di-gravitational na kalikasan na lumilikha ng gravitational field) at ang metric properties ng space-time.

Pangkalahatang relativity ng space-time at ang malakas na prinsipyo ng pagkakapareho

Madalas na maling pinaniniwalaan na ang batayan ng pangkalahatang teorya ng relativity ay ang prinsipyo ng pagkakapantay-pantay ng mga patlang ng gravitational at inertial, na maaaring mabuo tulad ng sumusunod:
Medyo maliit sa laki ng lokal pisikal na sistema, na matatagpuan sa isang gravitational field, ay hindi nakikilala sa pag-uugali mula sa parehong sistema na matatagpuan sa isang pinabilis (kamag-anak sa inertial reference frame) na sistema ng sanggunian, na nalubog sa flat space-time ng espesyal na teorya ng relativity.

Minsan ang parehong prinsipyo ay ipinopostulate bilang "lokal na bisa ng espesyal na relativity" o tinatawag na "malakas na equivalence principle".

Sa kasaysayan, ang prinsipyong ito ay talagang may malaking papel sa pagbuo ng pangkalahatang teorya ng relativity at ginamit ni Einstein sa pag-unlad nito. Gayunpaman, sa pinakahuling anyo ng teorya, ito ay, sa katunayan, ay hindi nakapaloob, dahil ang space-time sa parehong pinabilis at orihinal na sistema ng sanggunian sa espesyal na teorya ng relativity ay uncurved - flat, ngunit sa pangkalahatang teorya ng relativity ito ay curved ng anumang katawan at ito ay ang curvature nito na nagiging sanhi ng gravitational attraction ng mga katawan.

Mahalagang tandaan na ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng space-time ng pangkalahatang teorya ng relativity at ang space-time ng espesyal na teorya ng relativity ay ang curvature nito, na ipinahayag ng isang tensor quantity - ang curvature tensor. Sa space-time ng espesyal na relativity, ang tensor na ito ay kapareho ng zero at ang space-time ay flat.

Para sa kadahilanang ito, ang pangalan na "pangkalahatang teorya ng relativity" ay hindi ganap na tama. Ang teoryang ito ay isa lamang sa ilang mga teorya ng gravity na kasalukuyang isinasaalang-alang ng mga physicist, habang espesyal na teorya relativity (mas tiyak, ang prinsipyo nito ng metricity ng space-time) ay karaniwang tinatanggap pang-agham na komunidad at mga halaga sa Bato ng pundasyon batayan ng modernong pisika. Dapat pansinin, gayunpaman, na wala sa iba pang binuo na mga teorya ng grabidad, maliban sa General Relativity, ang nakatiis sa pagsubok ng oras at eksperimento.

Pangunahing kahihinatnan ng pangkalahatang kapamanggitan

Ayon sa prinsipyo ng pagsusulatan, sa mahinang mga patlang ng gravitational, ang mga hula ng pangkalahatang relativity ay nag-tutugma sa mga resulta ng paglalapat ng batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton na may maliliit na pagwawasto na tumataas habang tumataas ang lakas ng field.

Ang unang hinulaang at nasubok na mga resulta ng pangkalahatang relativity ay tatlong klasikal na epekto, na nakalista sa ibaba sa magkakasunod na pagkakasunud-sunod ng kanilang unang pagsubok:
1. Karagdagang pagbabago sa perihelion ng orbit ng Mercury kumpara sa mga hula ng Newtonian mechanics.
2. Pagpalihis ng isang light beam sa gravitational field ng Araw.
3. Gravitational redshift, o time dilation sa isang gravitational field.

Mayroong ilang iba pang mga epekto na maaaring ma-verify sa eksperimento. Kabilang sa mga ito ay maaari nating banggitin ang pagpapalihis at pagpapahina (Shapiro effect) ng mga electromagnetic wave sa gravitational field ng Sun at Jupiter, ang Lense-Thirring effect (precession ng isang gyroscope malapit sa umiikot na katawan), astrophysical na ebidensya ng pagkakaroon ng black hole , ebidensya ng paglabas ng mga gravitational wave malapit na mga sistema dobleng bituin at ang pagpapalawak ng Uniberso.

Sa ngayon, walang nakitang maaasahang pang-eksperimentong ebidensya na nagpapabulaan sa pangkalahatang relativity. Ang mga paglihis ng nasusukat na laki ng epekto mula sa mga hinulaang ng pangkalahatang relativity ay hindi lalampas sa 0.1% (para sa tatlong klasikal na phenomena sa itaas). Sa kabila nito, dahil sa sa iba't ibang dahilan Ang mga teorista ay nakabuo ng hindi bababa sa 30 alternatibong teorya ng gravity, at ang ilan sa mga ito ay ginagawang posible na makakuha ng mga resulta na arbitraryong malapit sa pangkalahatang relativity na may naaangkop na mga halaga ng mga parameter na kasama sa teorya.

SRT, TOE - itinago ng mga pagdadaglat na ito ang pamilyar na terminong "teorya ng relativity", na pamilyar sa halos lahat. Ang simpleng wika ay kayang ipaliwanag ang lahat, kahit isang pahayag ng henyo, kaya huwag mawalan ng pag-asa kung hindi mo naaalala kurso sa paaralan pisika, dahil sa katunayan ang lahat ay mas simple kaysa sa tila.

Ang pinagmulan ng teorya

Kaya, simulan natin ang kursong "The Theory of Relativity for Dummies". Inilathala ni Albert Einstein ang kanyang trabaho noong 1905, at nagdulot ito ng kaguluhan sa mga siyentipiko. Ang teoryang ito ay halos ganap na sumaklaw sa marami sa mga gaps at hindi pagkakapare-pareho sa pisika ng huling siglo, ngunit, sa ibabaw ng lahat ng iba pa, binago nito ang ideya ng espasyo at oras. Marami sa mga pahayag ni Einstein ay mahirap paniwalaan ng kanyang mga kontemporaryo, ngunit ang mga eksperimento at pananaliksik ay nagpapatunay lamang sa mga salita ng mahusay na siyentipiko.

Ang teorya ng relativity ni Einstein ay ipinaliwanag sa mga simpleng salita kung ano ang pinaghirapan ng mga tao sa loob ng maraming siglo. Maaari itong tawaging batayan ng lahat ng modernong pisika. Gayunpaman, bago ipagpatuloy ang pag-uusap tungkol sa teorya ng relativity, dapat linawin ang isyu ng mga termino. Tiyak na marami, nagbabasa ng mga sikat na artikulo sa agham, ay nakatagpo ng dalawang pagdadaglat: STO at GTO. Sa katunayan, ang mga ito ay nagpapahiwatig ng bahagyang magkakaibang mga konsepto. Ang una ay ang espesyal na teorya ng relativity, at ang pangalawa ay nangangahulugang "pangkalahatang relativity."

Isang bagay na kumplikado

Ang STR ay isang mas lumang teorya, na kalaunan ay naging bahagi ng GTR. Maaari lamang itong isaalang-alang ang mga pisikal na proseso para sa mga bagay na gumagalaw pare-parehong bilis. Maaaring ilarawan ng pangkalahatang teorya kung ano ang nangyayari sa mga bagay na nagpapabilis, at ipaliwanag din kung bakit umiiral ang mga particle ng graviton at gravity.

Kung kailangan mong ilarawan ang paggalaw at gayundin ang relasyon ng espasyo at oras kapag papalapit sa bilis ng liwanag, magagawa ito ng espesyal na teorya ng relativity. Sa simpleng salita maaari itong ipaliwanag bilang mga sumusunod: halimbawa, ang mga kaibigan mula sa hinaharap ay nagbigay sa iyo ng isang sasakyang pangkalawakan na maaaring lumipad nang napakabilis. Sa ilong ng sasakyang pangalangaang mayroong isang kanyon na may kakayahang mag-shoot ng mga photon sa lahat ng bagay na nasa harapan.

Kapag ang isang shot ay nagpaputok, na nauugnay sa barko ang mga particle na ito ay lumilipad sa bilis ng liwanag, ngunit, lohikal, ang isang nakatigil na tagamasid ay dapat makita ang kabuuan ng dalawang bilis (ang mga photon mismo at ang barko). Pero walang ganun. Makikita ng nagmamasid ang mga photon na gumagalaw sa bilis na 300,000 m/s, na parang zero ang bilis ng barko.

Ang bagay ay kahit gaano kabilis ang paggalaw ng isang bagay, ang bilis ng liwanag para dito ay isang pare-parehong halaga.

Ang pahayag na ito ay batayan ng mga kamangha-manghang lohikal na konklusyon tulad ng pagbagal at pagbaluktot ng oras, depende sa masa at bilis ng bagay. Ang mga plot ng maraming science fiction na pelikula at serye sa TV ay batay dito.

Pangkalahatang teorya ng relativity

Sa simpleng wika ay maaaring ipaliwanag ng isa ang mas malaking pangkalahatang relativity. Upang magsimula, dapat nating isaalang-alang ang katotohanan na ang ating espasyo ay apat na dimensyon. Ang oras at espasyo ay nagkakaisa sa isang "paksa" bilang "space-time continuum". Sa aming espasyo mayroong apat na coordinate axes: x, y, z at t.

Ngunit hindi direktang maiintindihan ng mga tao ang apat na dimensyon, tulad ng hypothetical flat na tao nabubuhay sa isang dalawang-dimensional na mundo, hindi makatingala. Sa katunayan, ang ating mundo ay isang projection lamang ng four-dimensional na espasyo sa three-dimensional na espasyo.

Ang isang kagiliw-giliw na katotohanan ay na, ayon sa pangkalahatang teorya ng relativity, ang mga katawan ay hindi nagbabago kapag sila ay gumagalaw. Ang mga bagay ng four-dimensional na mundo ay sa katunayan ay palaging hindi nagbabago, at kapag sila ay gumagalaw, ang kanilang mga projection lamang ang nagbabago, na nakikita natin bilang isang pagbaluktot ng oras, isang pagbawas o pagtaas sa laki, at iba pa.

Eksperimento sa elevator

Ang teorya ng relativity ay maaaring ipaliwanag sa mga simpleng termino gamit ang isang maliit na eksperimento sa pag-iisip. Isipin na nasa elevator ka. Nagsimulang gumalaw ang cabin, at natagpuan mo ang iyong sarili sa isang estado ng kawalan ng timbang. Anong nangyari? Maaaring may dalawang dahilan: alinman sa elevator ay nasa kalawakan, o ito ay nasa free fall sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng planeta. Ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay ay imposibleng malaman ang sanhi ng kawalan ng timbang kung hindi posible na tumingin sa labas ng kotse ng elevator, iyon ay, pareho ang hitsura ng parehong mga proseso.

Marahil sa pamamagitan ng pagsasagawa ng katulad eksperimento sa pag-iisip, si Albert Einstein ay dumating sa konklusyon na kung ang dalawang sitwasyong ito ay hindi makikilala sa isa't isa, kung gayon sa katunayan ang katawan sa ilalim ng impluwensya ng grabidad ay hindi pinabilis, ito ay isang pare-parehong paggalaw na nakabaluktot sa ilalim ng impluwensya ng isang napakalaking katawan (sa sa kasong ito mga planeta). Kaya, ang pinabilis na paggalaw ay isang projection lamang ng pare-parehong paggalaw sa tatlong-dimensional na espasyo.

Isang magandang halimbawa

Isa pa magandang halimbawa sa paksang "The Theory of Relativity for Dummies." Ito ay hindi ganap na tama, ngunit ito ay napaka-simple at malinaw. Kung maglalagay ka ng anumang bagay sa isang nakaunat na tela, ito ay bumubuo ng isang "pagpalihis" o isang "funnel" sa ilalim nito. Ang lahat ng mas maliliit na katawan ay mapipilitang i-distort ang kanilang trajectory ayon sa bagong liko ng espasyo, at kung ang katawan ay may kaunting enerhiya, maaaring hindi nito madaig ang funnel na ito. Gayunpaman, mula sa punto ng view ng gumagalaw na bagay mismo, ang trajectory ay nananatiling tuwid; hindi nila maramdaman ang baluktot ng espasyo.

"binaba" ang gravity

Sa pagdating ng pangkalahatang teorya ng relativity, ang gravity ay tumigil na maging isang puwersa at ngayon ay kontento na bilang isang simpleng bunga ng kurbada ng oras at espasyo. Ang pangkalahatang relativity ay maaaring mukhang hindi kapani-paniwala, ngunit ito ay isang gumaganang bersyon at kinumpirma ng mga eksperimento.

Ang teorya ng relativity ay maaaring ipaliwanag ang maraming tila hindi kapani-paniwalang mga bagay sa ating mundo. Sa madaling salita, ang mga ganitong bagay ay tinatawag na mga kahihinatnan ng pangkalahatang kapamanggitan. Halimbawa, ang mga sinag ng liwanag na lumilipad malapit sa malalaking katawan ay nakayuko. Bukod dito, maraming mga bagay mula sa malalim na kalawakan ang nakatago sa likod ng bawat isa, ngunit dahil sa ang katunayan na ang mga sinag ng liwanag ay yumuko sa iba pang mga katawan, ang mga tila hindi nakikitang mga bagay ay naa-access sa ating mga mata (mas tiyak, sa mga mata ng isang teleskopyo). Parang tumitingin sa pader.

Kung mas malaki ang gravity, mas mabagal ang daloy ng oras sa ibabaw ng isang bagay. Hindi lang ito nalalapat sa malalaking katawan tulad ng mga neutron star o black hole. Ang epekto ng time dilation ay makikita kahit sa Earth. Halimbawa, ang mga satellite navigation device ay nilagyan ng napakatumpak na mga atomic na orasan. Nasa orbit sila ng ating planeta, at mas mabilis ang oras doon. Daan-daang segundo sa isang araw ay magdadagdag ng isang figure na magbibigay ng hanggang 10 km ng error sa mga kalkulasyon ng ruta sa Earth. Ito ay ang teorya ng relativity na nagpapahintulot sa amin na kalkulahin ang error na ito.

Sa simpleng mga salita, maaari nating ilagay ito sa ganitong paraan: ang pangkalahatang relativity ay sumasailalim sa maraming modernong teknolohiya, at salamat sa Einstein, madali tayong makahanap ng pizzeria at library sa isang hindi pamilyar na lugar.

Ang teorya ng relativity ay ipinakilala ni Albert Einstein noong unang bahagi ng ika-20 siglo. Ano ang kakanyahan nito? Isaalang-alang natin ang mga pangunahing punto at ilarawan ang TOE sa malinaw na wika.

Ang teorya ng relativity ay praktikal na inalis ang mga hindi pagkakapare-pareho at mga kontradiksyon ng ika-20 siglong pisika, pinilit ang isang radikal na pagbabago sa ideya ng istraktura ng espasyo-oras, at eksperimento na nakumpirma sa maraming mga eksperimento at pag-aaral.

Kaya, ang TOE ang naging batayan ng lahat ng modernong pangunahing pisikal na teorya. Sa katunayan, ito ang ina ng modernong pisika!

Upang magsimula, nararapat na tandaan na mayroong 2 teorya ng relativity:

• Espesyal na teorya ng relativity (STR) - isinasaalang-alang ang mga pisikal na proseso sa pare-parehong gumagalaw na mga bagay.
• General relativity (GTR) - naglalarawan ng mga pabilis na bagay at ipinapaliwanag ang pinagmulan ng mga phenomena gaya ng gravity at existence.

Malinaw na ang STR ay lumitaw nang mas maaga at mahalagang bahagi ng GTR. Pag-usapan muna natin siya.

STO sa simpleng salita

Ang teorya ay batay sa prinsipyo ng relativity, ayon sa kung saan ang anumang mga batas ng kalikasan ay pareho sa paggalang sa mga katawan na nakatigil at gumagalaw sa isang palaging bilis. At mula sa isang tila simpleng pag-iisip ay sumusunod na ang bilis ng liwanag (300,000 m/s sa vacuum) ay pareho para sa lahat ng katawan.

Halimbawa, isipin na binigyan ka ng isang sasakyang pangalangaang mula sa malayong hinaharap na maaaring lumipad nang napakabilis. Ang isang laser cannon ay naka-install sa bow ng barko, na may kakayahang mag-shoot ng mga photon pasulong.

May kaugnayan sa barko, ang mga naturang particle ay lumilipad sa bilis ng liwanag, ngunit may kaugnayan sa isang nakatigil na tagamasid, tila dapat silang lumipad nang mas mabilis, dahil ang parehong bilis ay summed up.

Gayunpaman, sa katotohanan hindi ito nangyayari! Nakikita ng isang tagamasid sa labas ang mga photon na naglalakbay sa 300,000 m/s, na parang hindi naidagdag sa kanila ang bilis ng spacecraft.

Kailangan mong tandaan: may kaugnayan sa anumang katawan, ang bilis ng liwanag ay magiging isang pare-parehong halaga, gaano man ito kabilis gumagalaw.

Mula dito sundin ang mga kamangha-manghang konklusyon tulad ng time dilation, longitudinal contraction at ang pag-asa ng timbang ng katawan sa bilis. Magbasa nang higit pa tungkol sa mga pinaka-kagiliw-giliw na kahihinatnan ng Espesyal na Teorya ng Relativity sa artikulo sa link sa ibaba.

Ang kakanyahan ng pangkalahatang relativity (GR)

Upang mas maunawaan ito, kailangan nating pagsamahin muli ang dalawang katotohanan:

• Nakatira kami sa four-dimensional na espasyo

Ang espasyo at oras ay mga pagpapakita ng parehong entity na tinatawag na "space-time continuum." Ito ay 4-dimensional space-time na may mga coordinate axes x, y, z at t.

Tayong mga tao ay hindi nakakaunawa sa 4 na dimensyon nang pantay. Sa esensya, nakikita lang natin ang mga projection ng isang tunay na four-dimensional na bagay sa espasyo at oras.

Kapansin-pansin, ang teorya ng relativity ay hindi nagsasaad na ang mga katawan ay nagbabago kapag sila ay gumagalaw. Ang mga 4-dimensional na bagay ay palaging nananatiling hindi nagbabago, ngunit sa kamag-anak na paggalaw ay maaaring magbago ang kanilang mga projection. At nakikita namin ito bilang pagbagal ng oras, pagbawas ng laki, atbp.

• Ang lahat ng mga katawan ay nahulog sa isang pare-pareho ang bilis at hindi mapabilis

Gumawa tayo ng isang nakakatakot na eksperimento sa pag-iisip. Isipin na ikaw ay nakasakay sa isang saradong elevator at nasa isang estado ng walang timbang.

Ang sitwasyong ito ay maaaring lumitaw lamang sa dalawang kadahilanan: alinman sa ikaw ay nasa kalawakan, o ikaw ay malayang nahuhulog kasama ang cabin sa ilalim ng impluwensya ng grabidad ng lupa.

Nang hindi tumitingin sa labas ng booth, talagang imposibleng makilala ang pagitan ng dalawang kasong ito. Sa isang kaso, pantay kang lumilipad, at sa isa pa ay may acceleration. Kailangan mong hulaan!

Marahil si Albert Einstein mismo ay nag-iisip tungkol sa isang haka-haka na elevator, at mayroon siyang isang kamangha-manghang pag-iisip: kung ang dalawang kaso na ito ay hindi makilala, kung gayon ang pagbagsak dahil sa gravity ay isang pare-parehong paggalaw din. Ang paggalaw ay pare-pareho lamang sa apat na dimensyon na espasyo-oras, ngunit sa pagkakaroon ng napakalaking mga katawan (halimbawa,) ito ay hubog at ang pare-parehong paggalaw ay inaasahang papunta sa ating karaniwang tatlong-dimensional na espasyo sa anyo ng pinabilis na paggalaw.

Tingnan natin ang isa pang mas simple, bagaman hindi ganap na tama, halimbawa ng curvature ng dalawang-dimensional na espasyo.

Maaari mong isipin na ang anumang napakalaking katawan ay lumilikha ng isang uri ng hugis na funnel sa ilalim nito. Kung gayon ang ibang mga katawan na lumilipad ay hindi makakapagpatuloy sa kanilang paggalaw sa isang tuwid na linya at babaguhin ang kanilang tilapon ayon sa mga liko ng hubog na espasyo.

Sa pamamagitan ng paraan, kung ang katawan ay walang maraming enerhiya, kung gayon ang paggalaw nito ay maaaring sarado.

Kapansin-pansin na mula sa punto ng view ng mga gumagalaw na katawan, patuloy silang gumagalaw sa isang tuwid na linya, dahil hindi nila nararamdaman ang anumang bagay na nagpapaikot sa kanila. Napunta lang sila sa isang hubog na espasyo at, nang hindi namamalayan, mayroon silang isang hindi linear na tilapon.

Dapat pansinin na ang 4 na sukat ay baluktot, kabilang ang oras, kaya ang pagkakatulad na ito ay dapat tratuhin nang may pag-iingat.

Kaya, sa pangkalahatang teorya ng relativity, ang gravity ay hindi isang puwersa, ngunit bunga lamang ng kurbada ng space-time. Sa ngayon, ang teoryang ito ay isang gumaganang bersyon ng pinagmulan ng grabidad at mahusay na sumasang-ayon sa mga eksperimento.

Nakakagulat na mga kahihinatnan ng pangkalahatang kapamanggitan

Maaaring baluktot ang mga light ray kapag lumilipad malapit sa malalaking katawan. Sa katunayan, ang mga malalayong bagay ay natagpuan sa kalawakan na "nagtatago" sa likod ng iba, ngunit ang mga ilaw na sinag ay yumuko sa kanila, salamat sa kung saan ang liwanag ay umabot sa amin.

Ayon sa pangkalahatang relativity, mas malakas ang gravity, mas mabagal ang oras. Ang katotohanang ito ay dapat isaalang-alang kapag nagpapatakbo ng GPS at GLONASS, dahil ang kanilang mga satellite ay nilagyan ng pinakatumpak na mga orasan ng atom, na mas mabilis na tumitik kaysa sa Earth. Kung ang katotohanang ito ay hindi isinasaalang-alang, pagkatapos ay sa loob ng isang araw ang coordinate error ay magiging 10 km.

Salamat kay Albert Einstein na mauunawaan mo kung saan matatagpuan ang isang library o tindahan sa malapit.

At sa wakas, hinuhulaan ng pangkalahatang relativity ang pagkakaroon ng mga itim na butas sa paligid kung saan ang gravity ay napakalakas na ang oras ay humihinto lamang sa malapit. Samakatuwid, ang liwanag na nahuhulog sa isang itim na butas ay hindi maaaring umalis dito (magpakita).

Sa gitna ng isang black hole, dahil sa napakalaking gravitational compression, isang bagay na may walang katapusan mataas na density, ngunit ito, tila, hindi maaaring.

Kaya, ang pangkalahatang relativity ay maaaring humantong sa napaka-salungat na mga konklusyon, sa kaibahan sa , kung kaya't ang karamihan sa mga physicist ay hindi ito ganap na tinanggap at patuloy na naghahanap ng isang alternatibo.

Ngunit matagumpay niyang nahuhulaan ang maraming bagay, halimbawa ang kamakailan kahindik-hindik na pagtuklas kinumpirma ang teorya ng relativity at muli akong naalala ang dakilang siyentipiko na nakabitin ang dila. Kung mahilig ka sa agham, basahin ang WikiScience.

Sinabi nila tungkol sa teoryang ito na tatlong tao lamang sa mundo ang nakakaunawa nito, at nang sinubukan ng mga mathematician na ipahayag sa mga numero kung ano ang kasunod nito, ang may-akda mismo, si Albert Einstein, ay nagbiro na ngayon, siya rin, ay tumigil sa pag-unawa dito.

Ang mga espesyal at pangkalahatang teorya ng relativity ay hindi mapaghihiwalay na mga bahagi ng doktrina kung saan nakabatay ang mga modernong pang-agham na pananaw sa istruktura ng mundo.

"Taon ng mga Himala"

Noong 1905, ang nangungunang siyentipikong publikasyon ng Germany na "Annalen der Physik" ("Annals of Physics") ay naglathala ng sunud-sunod na apat na artikulo ng 26-anyos na si Albert Einstein, na nagtrabaho bilang isang dalubhasang 3rd class - isang maliit na klerk - sa Federal Office para sa Patenting Inventions sa Bern. Nakipagtulungan siya sa magazine noon, ngunit ang paglalathala ng napakaraming gawa sa loob ng isang taon ay isang pambihirang kaganapan. Lalo itong naging kapansin-pansin nang maging malinaw ang halaga ng mga ideyang nakapaloob sa bawat isa sa kanila.

Sa una sa mga artikulo, ang mga saloobin ay ipinahayag tungkol sa dami ng kalikasan ng liwanag, at ang mga proseso ng pagsipsip at pagpapalabas ng electromagnetic radiation ay isinasaalang-alang. Sa batayan na ito, ang photoelectric effect ay unang ipinaliwanag - ang paglabas ng mga electron sa pamamagitan ng isang sangkap, na natumba ng mga photon ng liwanag, at ang mga formula ay iminungkahi para sa pagkalkula ng dami ng enerhiya na inilabas sa kasong ito. Ito ay para sa teoretikal na pag-unlad ng photoelectric effect, na naging simula ng quantum mechanics, at hindi para sa mga postulate ng theory of relativity, na si Einstein ay igagawad ng Nobel Prize sa Physics noong 1922.

Ang isa pang artikulo ay naglatag ng pundasyon para sa mga inilapat na lugar ng pisikal na istatistika batay sa pag-aaral ng Brownian motion ng maliliit na particle na nasuspinde sa isang likido. Iminungkahi ni Einstein ang mga pamamaraan para sa paghahanap ng mga pattern ng pagbabagu-bago - random at random deviations pisikal na dami mula sa kanilang mga pinaka-malamang na halaga.

At sa wakas, sa mga artikulong "Sa electrodynamics ng mga gumagalaw na katawan" at "Ang inertia ba ng isang katawan ay nakasalalay sa nilalaman ng enerhiya dito?" naglalaman ng mga mikrobyo ng kung ano ang itinalaga sa kasaysayan ng pisika bilang teorya ng relativity ni Albert Einstein, o sa halip ang unang bahagi nito - SRT - espesyal na teorya ng relativity.

Mga pinagmulan at nauna

Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, tila sa maraming physicist na ang karamihan sa mga pandaigdigang problema ng uniberso ay nalutas na, ang mga pangunahing pagtuklas ay ginawa, at ang sangkatauhan ay kailangan lamang gumamit ng naipon na kaalaman para sa malakas na pagbilis. teknikal na pag-unlad. Ilang teoretikal na hindi pagkakapare-pareho ang sumisira sa maayos na larawan ng Uniberso, na puno ng eter at namumuhay ayon sa hindi nababagong mga batas ng Newtonian.

Ang pagkakaisa ay nasira ng teoretikal na pananaliksik ni Maxwell. Ang kanyang mga equation, na naglalarawan sa mga interaksyon ng mga electromagnetic field, ay sumasalungat sa karaniwang tinatanggap na mga batas ng klasikal na mekanika. Nababahala ito sa pagsukat ng bilis ng liwanag na pumapasok mga dynamic na sistema sanggunian, nang huminto sa paggana ang prinsipyo ng relativity ni Galileo, ang modelo ng matematika ng pakikipag-ugnayan ng mga naturang sistema kapag gumagalaw sa bilis ng liwanag ay humantong sa paglaho ng mga electromagnetic wave.

Bilang karagdagan, ang eter, na dapat na magkasundo sa sabay-sabay na pagkakaroon ng mga particle at alon, macrocosm at microcosm, ay hindi natukoy. Ang eksperimento, na isinagawa noong 1887 nina Albert Michelson at Edward Morley, ay naglalayong makita ang "ethereal wind", na hindi maiiwasang kailangang maitala ng isang natatanging aparato - isang interferometer. Ang eksperimento ay tumagal ng isang buong taon - ang oras ng kumpletong rebolusyon ng Earth sa paligid ng Araw. Ang planeta ay dapat na kumilos laban sa daloy ng eter sa loob ng anim na buwan, ang eter ay dapat na "pumutok sa mga layag" ng Earth sa loob ng anim na buwan, ngunit ang resulta ay zero: ang pag-aalis ng mga light wave sa ilalim ng impluwensya ng eter ay hindi nakita, na nag-aalinlangan sa mismong katotohanan ng pagkakaroon ng eter.

Lorentz at Poincaré

Sinubukan ng mga physicist na maghanap ng paliwanag para sa mga resulta ng mga eksperimento sa pagtuklas ng eter. Iminungkahi ni Hendrik Lorenz (1853-1928) ang kanyang modelo sa matematika. Binuhay nito ang etheric na pagpuno ng espasyo, ngunit sa ilalim lamang ng isang napaka-kondisyon at artipisyal na pagpapalagay na kapag gumagalaw sa eter, ang mga bagay ay maaaring magkontrata sa direksyon ng paggalaw. Ang modelong ito ay binago ng dakilang Henri Poincaré (1854-1912).

Sa mga gawa ng dalawang siyentipikong ito, ang mga konsepto na higit na bumubuo sa mga pangunahing postulate ng teorya ng relativity ay lumitaw sa unang pagkakataon, at hindi nito pinahihintulutan ang mga akusasyon ni Einstein ng plagiarism na humupa. Kabilang dito ang conventionality ng konsepto ng simultaneity, ang hypothesis ng pare-pareho ang bilis ng liwanag. Inamin ni Poincaré na kapag mataas na bilis Ang mga batas ng mekanika ni Newton ay nangangailangan ng rebisyon; nagtapos siya tungkol sa relativity ng paggalaw, ngunit sa aplikasyon sa teorya ng eter.

Espesyal na teorya ng relativity - SRT

Mga problema sa tamang paglalarawan mga prosesong electromagnetic naging dahilan ng pagganyak sa pagpili ng paksa para sa pag-unlad ng teoretikal, at ang mga papel ni Einstein na inilathala noong 1905 ay naglalaman ng interpretasyon ng espesyal na kaso ng uniporme at rectilinear motion. Noong 1915, nabuo ang pangkalahatang teorya ng relativity, na nagpapaliwanag ng mga pakikipag-ugnayan ng gravitational, ngunit ang unang teorya ay tinawag na espesyal.

Ang espesyal na teorya ng relativity ni Einstein ay maaaring maipahayag sa madaling sabi sa anyo ng dalawang pangunahing postulate. Pinalawak ng una ang pagkilos ng prinsipyo ng relativity ni Galileo sa lahat pisikal na phenomena, at hindi lamang sa mga mekanikal na proseso. Sa mas maraming pangkalahatang anyo ito ay mababasa: Lahat pisikal na batas ay pareho para sa lahat ng inertial (paglipat nang pantay sa isang tuwid na linya o sa pahinga) na mga sistema ng sanggunian.

Ang pangalawang pahayag, na naglalaman ng espesyal na teorya ng relativity: ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa isang vacuum ay pareho para sa lahat ng inertial frame ng sanggunian. Susunod, ang isang mas pandaigdigang konklusyon ay ginawa: ang bilis ng liwanag ay ang pinakamataas na pinakamataas na halaga para sa bilis ng paghahatid ng mga pakikipag-ugnayan sa kalikasan.

Sa mga kalkulasyon sa matematika ng STR, ibinigay ang formula na E=mc², na dati nang lumabas sa mga pisikal na publikasyon, ngunit salamat kay Einstein na ito ay naging pinakatanyag at tanyag sa kasaysayan ng agham. Ang konklusyon tungkol sa pagkakapareho ng masa at enerhiya ay ang pinaka-rebolusyonaryong pormula ng teorya ng relativity. Ang konsepto na ang anumang bagay na may masa ay naglalaman ng isang malaking halaga ng enerhiya ay naging batayan para sa mga pag-unlad sa paggamit ng enerhiyang nukleyar at, higit sa lahat, na humantong sa paglitaw ng atomic bomb.

Mga epekto ng espesyal na relativity

Maraming mga kahihinatnan ang sumusunod mula sa STR, na tinatawag na relativistic (relativity) effects. Ang pagluwang ng oras ay isa sa mga pinaka-kapansin-pansin. Ang kakanyahan nito ay nasa isang gumagalaw na frame ng sanggunian tumatakbo ang oras mas mabagal. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na sa isang spaceship na gumagawa ng hypothetical flight sa Alpha Centauri star system at pabalik sa bilis na 0.95 c (c ay ang bilis ng liwanag) 7.3 taon ang lilipas, at sa Earth - 12 taon. Ang ganitong mga halimbawa ay madalas na binanggit kapag nagpapaliwanag ng teorya ng relativity para sa mga dummies, pati na rin ang kaugnay na kambal na kabalintunaan.

Ang isa pang epekto ay isang pagbawas sa mga linear na sukat, iyon ay, mula sa punto ng view ng isang tagamasid, ang mga bagay na gumagalaw na may kaugnayan sa kanya sa bilis na malapit sa c ay magkakaroon ng mas maliit na mga linear na sukat sa direksyon ng paggalaw kaysa sa kanilang sariling haba. Ang epektong ito, na hinulaan ng relativistic physics, ay tinatawag na Lorentz contraction.

Ayon sa mga batas ng relativistic kinematics, ang masa ng isang gumagalaw na bagay ay mas masa kapayapaan. Lalo na nagiging makabuluhan ang epektong ito kapag bumubuo ng mga instrumento para sa pag-aaral ng elementarya na mga particle - nang hindi isinasaalang-alang, mahirap isipin ang pagpapatakbo ng LHC (Large Hadron Collider).

Spacetime

Isa sa mahahalagang sangkap Ang SRT ay isang graphical na representasyon ng relativistic kinematics, isang espesyal na konsepto ng isang pinag-isang space-time, na iminungkahi ng German mathematician na si Hermann Minkowski, na noon ay isang guro sa matematika para sa isang estudyante ni Albert Einstein.

Ang kakanyahan ng modelo ng Minkowski ay isang ganap na bagong diskarte sa pagtukoy sa posisyon ng mga bagay na nakikipag-ugnayan. Ang espesyal na teorya ng relativity ay nagbibigay ng espesyal na pansin sa oras. Ang oras ay hindi lamang ang pang-apat na coordinate ng klasikal na three-dimensional na sistema ng coordinate; ang oras ay hindi isang ganap na halaga, ngunit isang hindi mapaghihiwalay na katangian ng espasyo, na kumukuha ng anyo ng isang space-time continuum, na grapikong ipinahayag sa anyo ng isang kono, kung saan nangyayari ang lahat ng pakikipag-ugnayan.

Ang nasabing espasyo sa teorya ng relativity, kasama ang pag-unlad nito sa isang mas pangkalahatang kalikasan, ay sumailalim sa curvature, na ginawa ang gayong modelo na angkop para sa paglalarawan ng mga pakikipag-ugnayan ng gravitational.

Ang karagdagang pag-unlad ng teorya

Ang SRT ay hindi agad nakahanap ng pag-unawa sa mga physicist, ngunit unti-unti itong naging pangunahing tool para sa paglalarawan ng mundo, lalo na ang mundo ng elementarya na mga particle, na naging pangunahing paksa ng pag-aaral ng pisikal na agham. Ngunit ang gawain ng pagdaragdag sa SRT na may paliwanag ng mga puwersa ng gravitational ay napaka-kagyat, at hindi tumigil si Einstein sa pagtatrabaho, na hinahasa ang mga prinsipyo ng pangkalahatang teorya ng relativity - GTR. Ang pagproseso ng matematika ng mga prinsipyong ito ay tumagal ng mahabang panahon - mga 11 taon, at ang mga espesyalista mula sa mga lugar ng eksaktong agham na may kaugnayan sa pisika ay nakibahagi dito.

Kaya, isang malaking kontribusyon ang ginawa ng nangungunang mathematician noong panahong iyon, si David Hilbert (1862-1943), na naging isa sa mga co-authors ng gravitational field equation. Sila ang huling bato sa pagtatayo ng isang magandang gusali, na nakatanggap ng pangalan - ang pangkalahatang teorya ng relativity, o GTR.

General Theory of Relativity - General Relativity

Ang modernong teorya ng gravitational field, ang teorya ng istraktura ng "space-time", ang geometry ng "space-time", ang batas ng pisikal na pakikipag-ugnayan sa mga non-inertial system ng ulat - lahat ito ay iba't ibang mga pangalan na ibinigay kay Albert Einstein. pangkalahatang teorya ng relativity.

Ang teorya ng unibersal na grabitasyon, na sa mahabang panahon ay tinutukoy ang mga pananaw ng pisikal na agham sa grabidad, sa mga pakikipag-ugnayan ng mga bagay at larangan ng iba't ibang laki. Sa kabalintunaan, ang pangunahing disbentaha nito ay ang hindi madaling unawain, ilusyon, at mathematical na katangian ng kakanyahan nito. Sa pagitan ng mga bituin at mga planeta ay may walang laman, isang atraksyon sa pagitan mga katawang makalangit ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pangmatagalang pagkilos ng ilang mga puwersa, at agad-agad din. Pinuno ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Albert Einstein ang gravity ng pisikal na nilalaman at ipinakita ito bilang direktang kontak ng iba't ibang materyal na bagay.

Geometry ng gravity

Ang pangunahing ideya kung saan ipinaliwanag ni Einstein ang mga pakikipag-ugnayan ng gravitational ay napakasimple. Idineklara niya ang space-time bilang isang pisikal na pagpapahayag ng mga puwersa ng gravitational, na pinagkalooban ng medyo nasasalat na mga palatandaan - mga sukatan at mga pagpapapangit, na naiimpluwensyahan ng masa ng bagay sa paligid kung saan nabuo ang mga naturang curvature. Sa isang pagkakataon, si Einstein ay kinilala pa sa mga tawag na ibalik sa teorya ng uniberso ang konsepto ng eter, bilang isang nababanat na materyal na daluyan na pumupuno sa espasyo. Ipinaliwanag niya na mahirap para sa kanya na tawagan ang isang substance na maraming katangian na masasabing vauum.

Kaya, ang gravity ay isang pagpapakita geometric na katangian four-dimensional space-time, na itinalaga sa SRT bilang uncurved, ngunit sa higit pa pangkalahatang kaso ito ay pinagkalooban ng curvature, na tumutukoy sa paggalaw ng mga materyal na bagay, na binibigyan ng parehong acceleration alinsunod sa prinsipyo ng equivalence na idineklara ni Einstein.

Ang pangunahing prinsipyo ng teorya ng relativity ay nagpapaliwanag sa marami sa mga "bottlenecks" ng teorya ng unibersal na grabitasyon ni Newton: ang baluktot ng liwanag na naobserbahan kapag dumadaan malapit sa malalaking cosmic na bagay sa panahon ng ilang astronomical phenomena at, nabanggit ng mga sinaunang tao, ang parehong pagbilis ng taglagas. ng mga katawan, anuman ang kanilang masa.

Pagmomodelo ng kurbada ng espasyo

Ang isang karaniwang halimbawa na ginagamit upang ipaliwanag ang pangkalahatang teorya ng relativity para sa mga dummies ay ang representasyon ng space-time sa anyo ng isang trampolin - isang nababanat na manipis na lamad kung saan ang mga bagay (madalas na mga bola) ay inilatag, na ginagaya ang mga nakikipag-ugnay na bagay. Ang mga mabibigat na bola ay yumuko sa lamad, na bumubuo ng isang funnel sa kanilang sarili. Ang isang mas maliit na bola na inilunsad sa ibabaw ay gumagalaw nang buong alinsunod sa mga batas ng grabidad, unti-unting gumugulong sa mga depresyon na nabuo ng mas malalaking bagay.

Ngunit ang gayong halimbawa ay medyo karaniwan. Ang real space-time ay multidimensional, ang curvature nito ay hindi rin mukhang elementarya, ngunit ang prinsipyo ng pagbuo ng gravitational interaction at ang kakanyahan ng teorya ng relativity ay nagiging malinaw. Sa anumang kaso, ang isang hypothesis na mas lohikal at magkakaugnay na magpapaliwanag sa teorya ng grabidad ay hindi pa umiiral.

Katibayan ng katotohanan

Ang GTR ay mabilis na nagsimulang maisip bilang isang makapangyarihang pundasyon kung saan itatayo modernong pisika. Mula sa simula, ang teorya ng relativity ay namangha hindi lamang sa mga espesyalista sa pagkakaisa at pagkakaisa nito, at sa lalong madaling panahon pagkatapos ng hitsura nito ay nagsimula itong kumpirmahin ng mga obserbasyon.

Ang puntong pinakamalapit sa Araw - perihelion - ng orbit ng Mercury ay unti-unting lumilipat sa mga orbit ng ibang mga planeta sa Solar System, na natuklasan noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Ang kilusang ito - precession - ay hindi nakahanap ng makatwirang paliwanag sa loob ng balangkas ng teorya ng unibersal na grabitasyon ni Newton, ngunit tumpak na kinakalkula batay sa pangkalahatang teorya ng relativity.

Ang solar eclipse na naganap noong 1919 ay nagbigay ng pagkakataon para sa isa pang patunay ng pangkalahatang relativity. Si Arthur Eddington, na pabirong tinawag ang kanyang sarili na pangalawang tao sa tatlo na nakauunawa sa mga pangunahing kaalaman ng teorya ng relativity, ay kinumpirma ang mga paglihis na hinulaang ni Einstein nang ang mga photon ng liwanag ay dumaan malapit sa bituin: sa sandali ng eclipse, isang pagbabago sa maliwanag. naging kapansin-pansin ang posisyon ng ilang bituin.

Ang isang eksperimento upang makita ang paghina ng orasan o gravitational redshift ay iminungkahi mismo ni Einstein, bukod sa iba pang ebidensya ng pangkalahatang relativity. Mamaya na lang mahabang taon nagawang ihanda ang mga kinakailangang kagamitang pang-eksperimento at isagawa ang eksperimentong ito. Ang gravitational shift ng mga frequency ng radiation mula sa emitter at receiver, na pinaghihiwalay sa taas, ay lumabas na nasa loob ng mga limitasyon na hinulaang ng pangkalahatang relativity, at ang mga physicist ng Harvard na sina Robert Pound at Glen Rebka, na nagsagawa ng eksperimentong ito, ay nadagdagan lamang ang katumpakan ng ang mga sukat, at ang formula ng teorya ng relativity muli ay naging tama.

Sa pagbibigay-katwiran sa pinakamahalagang proyekto ng pananaliksik kalawakan Ang teorya ng relativity ni Einstein ay kinakailangang naroroon. Sa madaling sabi, maaari nating sabihin na ito ay naging isang tool sa engineering para sa mga espesyalista, lalo na sa mga nagtatrabaho sa mga satellite navigation system - GPS, GLONASS, atbp. Imposibleng kalkulahin ang mga coordinate ng isang bagay na may kinakailangang katumpakan, kahit na sa isang medyo maliit na espasyo, nang hindi isinasaalang-alang ang mga paghina ng signal na hinulaan ng pangkalahatang relativity. Lalo na kung pinag-uusapan natin ang mga bagay na magkahiwalay mga kosmikong distansya, kung saan ang isang error sa nabigasyon ay maaaring malaki.

Lumikha ng teorya ng relativity

Si Albert Einstein ay binata pa noong inilathala niya ang mga prinsipyo ng teorya ng relativity. Kasunod nito, naging malinaw sa kanya ang mga pagkukulang at hindi pagkakapare-pareho nito. Sa partikular, ang pinaka pangunahing problema Ang GTR ay naging imposible para sa paglaki nito sa quantum mechanics, dahil ang paglalarawan ng gravitational interaction ay gumagamit ng mga prinsipyo na lubhang naiiba sa isa't isa. Isinasaalang-alang ng quantum mechanics ang interaksyon ng mga bagay sa isang space-time, at para kay Einstein ang puwang na ito mismo ay bumubuo ng gravity.

Pagsusulat ng "pormula ng lahat ng bagay" - pinag-isang teorya isang larangan na mag-aalis ng mga kontradiksyon ng pangkalahatang relativity at quantum physics ang layunin ni Einstein sa loob ng maraming taon, nagtrabaho siya sa teoryang ito hanggang sa huling oras, ngunit hindi nakamit ang tagumpay. Ang mga problema ng pangkalahatang relativity ay naging isang insentibo para sa maraming mga teorista upang maghanap ng mas advanced na mga modelo ng mundo. Ganito lumitaw ang mga string theories, loop quantum gravity, at marami pang iba.

Ang personalidad ng may-akda ng General Relativity ay nag-iwan ng marka sa kasaysayan na maihahambing sa kahalagahan para sa agham ng teorya ng relativity mismo. Hindi pa rin niya iniiwan ang sinuman na walang malasakit. Si Einstein mismo ay nagtaka kung bakit napakaraming atensyon ang binabayaran sa kanya at sa kanyang trabaho ng mga taong walang kinalaman sa pisika. Salamat sa kanyang mga personal na katangian, sikat na katalinuhan, aktibong posisyon sa pulitika at kahit na nagpapahayag ng hitsura, si Einstein ay naging pinakasikat na physicist sa Earth, ang bayani ng maraming mga libro, pelikula at mga laro sa computer.

Ang pagtatapos ng kanyang buhay ay inilarawan ng marami bilang dramatiko: siya ay nag-iisa, itinuturing ang kanyang sarili na responsable para sa paglitaw ng pinaka-kahila-hilakbot na sandata, na naging banta sa lahat ng buhay sa planeta, ang kanyang teorya. iisang larangan nanatiling isang hindi makatotohanang panaginip, ngunit ang pinakamagandang resulta ay maituturing na mga salita ni Einstein, na binibigkas bago siya mamatay, na natapos niya ang kanyang gawain sa Earth. Mahirap makipagtalo diyan.