Paradoksi specijalne teorije relativnosti. Paradoksi teorije relativnosti

Imaginarni paradoksi SRT-a. Paradoks blizanaca

Putenikhin P.V.
[email protected]

U literaturi i na internetu još uvijek se vode brojne rasprave o ovom paradoksu. Predlagana su i predlažu mnoga njegova rješenja (objašnjenja), iz kojih se izvlače zaključci kako o nepogrešivosti SRT-a, tako io njegovoj neistinitosti. Po prvi put, tezu koja je poslužila kao osnova za formulaciju paradoksa, iznio je Ajnštajn u svojoj temeljni rad prema specijalnoj (privatnoj) teoriji relativnosti "O elektrodinamici pokretnih tijela" 1905. godine:

„Ako u tački A postoje dva sata koja sinhrono rade i jedan od njih pomerimo duž zatvorene krivulje sa konstantna brzina dok se ne vrate u A (...), tada će ovaj sat, po dolasku u A, zaostajati u odnosu na sat koji je ostao nepomičan...“.

U budućnosti je ova teza dobila vlastita imena "paradoks sata", "Langevinov paradoks" i "paradoks blizanaca". Prezime se ukorijenilo, a trenutno je formulacija češća ne kod satova, već kod blizanaca i svemirskih letova: ako jedan od blizanaca leti svemirskim brodom do zvijezda, tada se po povratku ispostavi da je mlađi od svog brata koji je ostao na Zemlji.

Mnogo se rjeđe raspravlja o drugoj tezi, koju je Ajnštajn formulisao u istom djelu i koja slijedi odmah iza prve, da satovi na ekvatoru zaostaju za satovima na Zemljinom polu. Značenje obe teze je isto:

“... sat sa vagom, koji se nalazi na zemaljski ekvator, trebalo bi da ide nešto sporije od potpuno istog sata postavljenog na stub, ali inače postavljenog u istim uslovima.

Na prvi pogled ova izjava može izgledati čudno, jer je razmak između satova konstantan i između njih nema relativne brzine. Ali u stvari, na promjenu brzine sata utiče trenutnu brzinu, koji, iako kontinuirano mijenja svoj smjer (tangencijalna brzina ekvatora), ali svi zajedno daju očekivano kašnjenje sata.

Paradoks, prividna kontradikcija u predviđanjima teorije relativnosti nastaje ako se pokretni blizanac smatra onim koji je ostao na Zemlji. U ovom slučaju, sada leteći blizanac mora očekivati ​​da će brat koji je ostao na Zemlji biti mlađi od njega. Isto je i sa satovima: sa stanovišta satova na ekvatoru, satove na polu treba smatrati pokretnim. Tako nastaje kontradikcija: ko će od blizanaca biti mlađi? Koji od satova će pokazati vrijeme sa zakašnjenjem?

Najčešće se paradoksu obično daje jednostavno objašnjenje: dva referentna okvira koja se razmatraju zapravo nisu jednaka. Blizanac koji je leteo u svemir nije uvek bio u inercijalnom referentnom okviru tokom svog leta, u tim trenucima ne može da koristi Lorentzove jednačine. Isto tako i sa satovima.

Odavde treba zaključiti da se u SRT-u "paradoks sata" ne može ispravno formulisati, specijalna teorija ne pravi dva međusobno isključiva predviđanja. Kompletno rješenje Problem je dobijen nakon stvaranja opšte teorije relativnosti, koja je tačno rešila problem i pokazala da, zaista, u opisanim slučajevima, pokretni satovi zaostaju: sat odlazećeg blizanca i sat na ekvatoru. “Paradoks blizanaca” i satova je stoga običan problem u teoriji relativnosti.

Problem kašnjenja sata na ekvatoru

Oslanjamo se na definiciju pojma "paradoksa" u logici kao kontradikcije koja proizlazi iz logički formalno ispravnog rezonovanja koje vodi do međusobno kontradiktornih zaključaka (Enciklopedijski rečnik), ili kao dva suprotna iskaza, za svaku od kojih postoje uvjerljivi argumenti ( Logic Dictionary). Sa ove pozicije, "paradoks blizanaca, satova, Langevina" nije paradoks, jer ne postoje dva međusobno isključiva predviđanja teorije.

Prvo, pokažimo da se teza u Ajnštajnovom delu o satovima na ekvatoru potpuno poklapa sa tezom o zaostatku satova koji se kreću. Na slici je uslovno (pogled odozgo) prikazan sat na polu T1 i sat na ekvatoru T2. Vidimo da je rastojanje između satova nepromenjeno, odnosno da između njih, čini se, ne postoji neophodna relativna brzina koja se može zameniti u Lorentzove jednačine. Ipak, dodajmo treći sat T3. Oni su u ISO polu, kao sat T1, i stoga rade u sinhronizaciji sa njima. Ali sada vidimo da sat T2 jasno ima relativnu brzinu u odnosu na sat T3: prvo, sat T2 je na maloj udaljenosti od sata T3, zatim se udaljava i ponovo približava. Dakle, sa stanovišta nepokretnog sata T3, pokretni sat T2 zaostaje:

Sl.1 Sat koji se kreće po krugu zaostaje za satom koji se nalazi u centru kruga. Ovo postaje očiglednije ako dodamo stacionarne satove blizu putanje pokretnih satova.

Stoga i sat T2 zaostaje za taktom T1. Pomaknimo sada sat T3 toliko blizu putanje T2 da u nekim početni trenutak kada će biti blizu. U ovom slučaju dobijamo klasičnu verziju paradoksa blizanaca. Na sljedećoj slici vidimo da su najprije satovi T2 i T3 bili u istoj tački, zatim su se satovi na ekvatoru T2 počeli udaljavati od satova T3 i nakon nekog vremena vraćali na početnu tačku po zatvorenoj krivulji:

Fig.2. Sat T2 koji se kreće u krugu je najprije blizu mirnog sata T3, zatim se udaljava i nakon nekog vremena ponovo im se približava.

Ovo u potpunosti odgovara formulaciji prve teze o kašnjenju sata, koja je poslužila kao osnova „paradoksa blizanaca“. Ali satovi T1 i T3 rade sinhrono, tako da su i satovi T2 iza satova T1. Dakle, obje teze iz Ajnštajnovog rada podjednako mogu poslužiti kao osnova za formulaciju „paradoksa blizanaca“.

Veličina zaostajanja sata u ovom slučaju određena je Lorentzovom jednačinom, u koju moramo zamijeniti tangencijalnu brzinu sata koji se kreće. Zaista, u svakoj tački putanje, sat T2 ima brzine jednake po apsolutnoj vrijednosti, ali različite u smjeru:

Sl.3 Pokretni sat ima konstantno promjenljiv smjer brzine.

Kako se ove različite brzine mogu unijeti u jednačinu? Veoma jednostavno. Postavimo vlastiti fiksni sat u svaku tačku putanje T2 sata. Svi ovi novi satovi rade sinkronizirano sa satovima T1 i T3 jer su svi u istom fiksnom ISO-u. Sat T2, svaki put kada prođe pored odgovarajućeg sata, doživljava kašnjenje uzrokovano relativnom brzinom neposredno iza ovih taktova. Za trenutni vremenski interval prema ovom satu, sat T2 će također zaostajati za trenutno malo vrijeme, koje se može izračunati korištenjem Lorentzove jednačine. Ovdje i ispod ćemo koristiti iste oznake za satove i njihove indikacije:

Očigledno je da gornja granica integracija su očitavanja sata T3 u trenutku kada se satovi T2 i T3 ponovo sretnu. Kao što vidite, sat očitava T2< T3 = T1 = T. Лоренцев множитель мы выносим из-под знака интеграла, поскольку он является константой для всех часов. Введённое множество часов можно рассматривать как одни часы - «распределённые в пространстве часы». Это «пространство часов», в котором часы в каждой точке пространства идут синхронно и обязательно некоторые из них находятся рядом с движущимся объектом, с которым эти часы имеют строго определённое относительное (инерциальное) движение.

Kao što vidite, dobili smo rješenje koje se potpuno poklapa sa rješenjem prve teze (sa preciznošću do vrijednosti četvrtog i višeg reda). Iz tog razloga se sljedeća rasprava može smatrati upućivanjem na sve vrste formulacija "paradoksa blizanaca".

Varijacije na "Paradoks blizanaca"

Paradoks sata, kao što je gore navedeno, znači da specijalna teorija relativnosti čini dva međusobno kontradiktorna predviđanja. Zaista, kao što smo upravo izračunali, sat koji se kreće po krugu zaostaje za satom koji se nalazi u centru kruga. Ali sat T2, koji se kreće u krug, ima sve razloge da tvrdi da se nalazi u središtu kruga oko kojeg se kreće sat T1 koji miruje.

Jednadžba putanje pomičnog sata T2 sa stanovišta stacionarnog T1:

x, y su koordinate pomičnog sata T2 u referentnom okviru stacionarnih;

R je polumjer kružnice koju opisuje pokretni sat T2.

Očigledno, sa stanovišta pomičnog sata T2, rastojanje između njih i nepokretnog sata T1 takođe je jednako R u bilo kom trenutku. Ali to je poznato geometrijsko mesto tačke jednako udaljene od date je kružnica. Prema tome, u referentnom okviru pomičnog sata T2, nepomični sat T1 se kreće oko njih u krug:

x 1 2 + y 1 2 = R 2

x 1 , y 1 - koordinate fiksnog sata T1 u pokretnom referentnom okviru;

R je polumjer kružnice koju opisuje fiksni sat T1.

Sl.4 Sa tačke gledišta pomičnog sata T2, nepomični sat T1 se kreće oko njih u krug.

A to, pak, znači da bi sa stanovišta specijalne teorije relativnosti i u ovom slučaju trebalo doći do kašnjenja sata. Očigledno, u ovom slučaju, naprotiv: T2 > T3 = T. Ispada da zapravo specijalna teorija relativnosti čini dva međusobno isključiva predviđanja T2 > T3 i T2< T3? И это действительно так, если не принять во внимание, что теор ия была создана для инерциальных систем отсчета. Здесь же движущиеся часы Т2 не находятся в инерциальной системе. Само по себе это не запрет, а лишь указание на необходимость учесть это обстоятельство. И это обстоятельство разъясняет общая теор ия относительности . Применять его или нет, можно определить jednostavno iskustvo. U inercijskom referentnom okviru na tijela ne djeluju vanjske sile. U neinercijskom sistemu i prema principu ekvivalencije opšte teorije relativnosti, na sva tijela djeluje sila inercije ili gravitacije. Posljedično, klatno u njemu će odstupiti, sva labava tijela će težiti da se kreću u jednom smjeru.

Takav eksperiment pored stacionarnog sata T1 dat će negativan rezultat, promatrat će se bestežinsko stanje. Ali pored sata T2 koji se kreće u krug, na sva tijela će djelovati sila, koja će ih odbaciti od mirujućeg sata. Mi, naravno, vjerujemo da u blizini nema drugih gravitirajućih tijela. Osim toga, sat T2 koji se kreće u krug ne rotira sam po sebi, odnosno ne kreće se na isti način kao Mjesec oko Zemlje, uvijek okrenut prema njoj istom stranom. Posmatrači pored satova T1 i T2 u njihovim referentnim okvirima videće objekat udaljen od sebe u beskonačnosti uvek pod istim uglom.

Dakle, posmatrač koji se kreće sa satom T2 mora uzeti u obzir činjenicu da je njegov referentni okvir neinercijalan u skladu sa odredbama opšte teorije relativnosti. Ove odredbe kažu da sat u gravitacionom polju, ili u ekvivalentnom polju inercije, usporava. Prema tome, u odnosu na stacionarni (prema uslovima eksperimenta) sat T1, on mora priznati da se ovi satovi nalaze u gravitacionom polju manjeg intenziteta, dakle idu brže od njegovog sopstvenog, te treba dodati gravitacionu korekciju njihova očekivana očitavanja.

Naprotiv, posmatrač pored stacionarnog sata T1 navodi da je pokretni sat T2 u polju inercijalne gravitacije, pa oni idu sporije i gravitacionu korekciju treba oduzeti od njihovih očekivanih očitanja.

Kao što vidite, mišljenja oba posmatrača potpuno su se poklopila u tome da će sat T2 koji se kreće u izvornom smislu e zaostajati. Shodno tome, specijalna teorija relativnosti u svom "proširenom" tumačenju daje dva strogo konzistentna predviđanja, što ne daje nikakve osnove za proglašenje paradoksa. Ovo je običan zadatak, koji ima dosta specifično rešenje. Paradoks u SRT-u nastaje samo ako se njegove odredbe primjenjuju na objekt koji nije predmet specijalne teorije relativnosti. Ali, kao što znate, pogrešna premisa može dovesti do tačnih i lažnih rezultata.

Eksperiment koji potvrđuje SRT

Treba napomenuti da svi ovi razmatrani zamišljeni paradoksi odgovaraju misaonim eksperimentima zasnovanim na matematičkom modelu koji se zove Specijalna teorija relativnosti. Činjenica da u ovom modelu ovi eksperimenti imaju rješenja dobivena gore ne znači nužno da će se u stvarnim fizičkim eksperimentima dobiti isti rezultati. Matematički model teorije prošao je mnogo godina testiranja i u njemu nisu pronađene nikakve kontradikcije. To znači da će svi logički ispravni misaoni eksperimenti neminovno dati rezultat koji to potvrđuje.

S tim u vezi, od posebnog je interesa eksperiment koji je, opštepriznat u realnim uslovima, pokazao potpuno isti rezultat kao i razmatrani. misaoni eksperiment. To direktno znači da matematički model teorija ispravno odražava i opisuje stvarne fizičke procese.

Ovo je bio prvi eksperiment koji je testirao kašnjenje sata u pokretu, poznat kao Hafele-Keating eksperiment, izveden 1971. godine. Četiri sata, napravljena na osnovu cezijumskih frekvencijskih standarda, postavljena su u dva aviona i putovala širom sveta. Jedan sat je putovao na istok, drugi su oplovili Zemlju zapadno. Razlika u brzini vremena nastala je zbog dodatne brzine Zemljine rotacije, a uzet je u obzir i uticaj gravitacionog polja na visini leta u odnosu na nivo Zemlje. Kao rezultat eksperimenta, bilo je moguće potvrditi opću teoriju relativnosti, izmjeriti razliku u brzini satova na dva aviona. Dobijeni rezultati objavljeni su u časopisu Nauka 1972. godine.

Književnost

1. Putenikhin P.V., Tri greške anti-SRT-a [prije kritikovanja teorije, treba je dobro proučiti; nemoguće je pobiti besprijekornu matematiku teorije njenim vlastitim matematičkim sredstvima, osim neprimjetno napuštanjem njenih postulata - ali ovo je druga teorija; poznate eksperimentalne kontradikcije u SRT-u se ne koriste - eksperimenti Marinova i drugih - potrebno ih je mnogo puta ponoviti], 2011, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/antisto.shtml (pristupljeno 12.10.2015.)

2. P. V. Putenikhin, Dakle, nema više paradoksa (blizanaca)! [animirani dijagrami - rješenje paradoksa blizanaca pomoću opšte teorije relativnosti; rješenje ima grešku zbog upotrebe približne jednadžbe potencijala a; vremenska os - horizontalno, udaljenosti - okomito], 2014, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ddm4-oto.shtml (pristupljeno 12.10.2015.)

3. Hafele-Keating eksperiment, Wikipedia, [uvjerljiva potvrda efekta SRT-a na usporavanje sata koji se kreće], URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Experiment_Hafele_—_Keating (pristupljeno 12.10.2015.)

4. Putenikhin P.V. Imaginarni paradoksi SRT-a. Paradoks blizanaca, [paradoks je zamišljen, očigledan, jer je njegova formulacija napravljena sa pogrešnim pretpostavkama; tačna predviđanja specijalne teorije relativnosti nisu kontradiktorna], 2015, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/paradox-twins.shtml (pristupljeno 12.10.2015.)

PARADOKS TEORIJE RELATIVNOSTI

Glavni paradoks specijalna teorija relativnost leži u činjenici da, uglavnom, zahvaljujući ovoj teoriji, ne možemo uopće odrediti suštinu kretanja kao takvog. Ideja o bezuvjetnom očuvanju principa relativnosti bez povezivanja ovog principa s eterom dovela je, prema Einsteinu, do činjenice da je čak i kretanje fotona postalo nekako neodređeno.

Postulacija o postojanosti brzine svjetlosti u vakuumu već govori o postojanju nekog apsolutnog koordinatnog sistema povezanog s vakuumom. Stoga je tvrdnja da je brzina svjetlosti u vakuumu konstantna vrijednost, da ne zavisi od kretanja nijednog sistema, u suprotnosti sa samom teorijom relativnosti. Ova kontradikcija leži u činjenici da je čak i teoretski nemoguće da povežemo bilo koji sistem sa fotonom u pokretu ako nastavimo da razmišljamo u smislu specijalne teorije relativnosti. U ovom slučaju, ostatak svijeta će postati nekako efemeran.

Iz tog razloga, u nastavku ćemo analizirati ključne odnose specijalne teorije relativnosti.

Dužina štapa koji se kreće u smjeru njegove dužine, prema Lorentzovim zaključcima, koje je legalizirao Ajnštajn, smanjuje se u funkciji brzine kretanja u skladu sa omjerom.

L′ = LO √1 – v2/c2

Ovaj izraz ne uzima u obzir kretanje štapa u odnosu na neki drugi koordinatni sistem. Ispostavilo se da je ovaj pokret sam, iako postoji neka nejasna dužina LO. Moglo bi se pretpostaviti da je ovo dužina apsolutno nepokretnog štapa, ali ne znamo kako da opišemo stanje nepokretnosti.

Ako pretpostavimo na način na koji je Lorentz učinio (kretanje je kretanje u odnosu na nepokretni eter), onda moramo pretpostaviti postojanje apsolutno nepokretnog štapa zajedno sa nepokretnim eterom. Mora se reći da je Lorentz, razvijajući svoj model, polazio od činjenice da je materija određena tvar elektromagnetnih polja. Pod ovim uslovima, Lorentzova transformacija za dužinu nekog pokretnog štapa dobija određeno značenje, koje će biti jasno nakon razmatranja svojstava fizički vakuum(etar) i elektromagnetne strukture svih sastavnih komponenti (elementarnih čestica) koje formiraju materiju (supstancu).

Ajnštajn je proširio Lorentzovu transformaciju dužine pokretnog štapa i na masu i vreme, što je iz temelja promenilo suštinu predložene Lorentzove transformacije. Tako da se desilo nešto neverovatno. Pošto (prema Ajnštajnu) etar ne postoji, onda ovaj izraz postaje tvrdnja da je pokretna šipka redukovana u pravcu svog kretanja.

Nije li istina, paradoks se dovoljno ispoljio. Ne možemo ni na koji način opisati kretanje, ali tvrdimo da je posljedica kretanja smanjenje dužine štapa. Isključivanje koncepta “apsolutno nepokretnog sistema” na kraju je dovelo do logičkog paradoksa, koji je u suštini ćorsokak u razvoju misli zbog nepravilne upotrebe matematike.

Evo dobrog primjera za to.

Budući da se u ovom slučaju ne postavljaju nikakvi zahtjevi za dizajn štapa, možemo prihvatiti jedan foton kao takav pokretni „štap”. Zaboravimo na trenutak da foton ne može biti stacionaran. Ovo je prihvatljivo, jer nas zanima samo pokretna „šipka“. Štaviše, "šip" se kreće brzinom svjetlosti.

Ajnštajnova jednačina za L′ nam daje apsolutnu nultu dužinu ovog „šipa“. Stoga, prema specijalnoj relativnosti, dužina fotona (za nas) uvijek mora biti nula. Ali to je nemoguće zamisliti pod bilo kakvim zamislivim pretpostavkama. To je jednostavno apsurdno! Takođe je nemoguće (čak i teoretski) pretpostaviti nultu brzinu fotona. Ako to učinimo povezujući se s koordinatnim sistemom fotona koji se kreće, otkrit ćemo da je dužina fotona prema ovoj pretpostavci jednaka beskonačnosti. Ovo je takođe apsurdno.

U međuvremenu, praksa zahtijeva dublje razumijevanje suštine fotona, jasno razumijevanje mehanizma njegovog kretanja, razumno razumijevanje vremena njegovog postojanja, njegove sposobnosti da prođe kroz neke supstance, koje nazivamo "transparentnim". Stoga treba prihvatiti da nam navedeni primjeri „apsurdnosti“ nekih zaključaka iz teorije relativnosti treba da nam služe kao osnova za formulisanje problema stvaranja novog fotonskog modela.

Sljedeći izraz opisuje promjenu mase tijela koje se kreće.

“Tako da jednačine kretanja tijela u relativističke mehanike bile invarijantne u odnosu na Lorencovu transformaciju, potrebno je uzeti u obzir da je u pokretnom sistemu relativistička tjelesna masa

gdje je mO masa tijela u okviru u odnosu na koji ono miruje”.

Ovaj citat je posuđen iz priručnika o fizici (I. M. Dubrovsky, B. V. Egorov, K. P. Ryaboshapka „Priručnik za fiziku“, Akademija nauka Ukrajinska SSR, Institut za metalnu fiziku, Kijev, Naukova Dumka, 1986).

Opet vidimo visoki nivo apstraktno razumevanje pokreta.

Na primjer, u orbiti Zemljinog satelita ne osjeća se efekat gravitacije. Ali to ne znači da je masa tijela prestala postojati. To ne znači da se tjelesna težina nekako promijenila. Masa tijela se neće promijeniti ni kada se ovo tijelo nalazi na Mjesecu, gdje je sila gravitacije pet puta manja nego na Zemlji. Uslovi za interakciju masa se menjaju, ali ništa više.

Prema zakonima klasične mehanike, masa je mjera inercije tijela ili sistema tijela. Ovo svojstvo se manifestuje samo tokom interakcije tela ili bilo koje promene stanja koordinatnog sistema povezanog sa ovim telom ili sa ovim sistemom tela. Stoga je potpuno besmisleno govoriti o masi mirovanja datog ili bilo kojeg drugog tijela ili bilo kojeg sistema.

Umjesto toga, može se pretpostaviti da je masa mirovanja tijela ili sistema tijela jednostavno odsutna, jer je apsolutno nemoguće otkriti ili nekako izmjeriti ovu masu. Osim toga, koordinatni sistem povezan s tijelom može se kretati u prostoru u odnosu na etar, što se, pod određenim uvjetima, manifestira u eksperimentu u obliku određenih fizički efekti, uključujući i dobro poznate eksperimente. Takvim kretanjem koordinatnog sistema povezanog sa tijelom nastaju efekti koji nisu direktno povezani sa masom tijela i/ili sistema. Ali to će biti efekti interakcije materije koja se kreće u odnosu na eter sa samim eterom (fizički vakuum).

Takvi efekti nastaju, na primjer, prilikom kolapsa mjehurića koji nastaju u tekućini kao rezultat pobuđivanja kavitacije. Kolaps mjehurića događa se tako velikom brzinom da tvar počinje kolabirati u stanje plazme. Fenomen luminiscencije tokom ovih procesa, uočen u ovim slučajevima, počeo je da se naziva "sonoluminiscencija", iako ti procesi nemaju nikakve veze sa bilo kojim oblikom luminiscencije. Plazma koja se oslobađa prilikom takvog razaranja materije zagrijava tečnost do te mjere da, ako se ti procesi ne uzmu u obzir, koeficijent korisna akcija(termodinamički) je mnogo veći od jedinice. Međutim, ako se provjeri ukupno tečnost na ulazu i izlazu iz sistema, ustanovilo bi se da ravnoteža mase (ili Kirchhoff-ov zakon za protok fluida) nije zadovoljena u ovom slučaju.

Apsolutno nepomičan sistem može biti samo sistem vezan za apsolutno nepomičan etar (fizički vakuum), bez čijeg uključivanja postaje potpuno nemoguće ispravno opisati kretanje. Drugim riječima, bez uključivanja svojstava fizičkog vakuuma, nemoguće je razumjeti fizičku suštinu ne samo mase tijela kao svojstva materije općenito, već i materije posebno. Štaviše, bez uključivanja svojstava fizičkog vakuuma, samo kretanje postaje neshvatljivo u svojoj suštini, ma koliko se govorilo o relativnosti ovog kretanja (relativnost u smislu kretanja u odnosu na druga tela ili druge sisteme tela).

Pretpostavimo da razmatramo kretanje masivnog tijela u odnosu na proizvoljan sistem(prema Einsteinu, toliko udaljeni od bilo kojeg vanjskog tijela i/ili masa da se njihovo postojanje može zanemariti). Zbog naše nemoći da opišemo bar neko kretanje, preračunavanje mase ovog tijela, koje se u navedenom sistemu ravnomjerno i pravolinijski giba, postaje ništa drugo do matematička i logička vježba koja ništa ne odražava u stvarnosti. Štaviše, odmah se otkriva logička greška. Naše tijelo „udaljeno od bilo kojeg sistema“ nalazi se u koordinatnom sistemu u odnosu na koji se kreće. Dakle, sistem miruje. Ali mi to nismo u mogućnosti utvrditi ili identificirati.

Kao primjer koji pokazuje pogrešnost ovih transformacija vrijednosti mase tijela u pokretu, analizirajmo neke eksperimentalne podatke, koji (kako vjeruju) jasno potvrđuju valjanost specijalne teorije relativnosti. Govorimo o emisiji fotona prilikom raspada neutralnih π-mezona (πO-mezona).

U eksperimentu, πO-mezoni (pioni) koji se kreću brzinom v = 0,99975 s, gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu, raspadaju se na fotone (y-kvanta), koji se i sami kreću brzinom svjetlosti. U eksperimentu, zaista, nema dodavanja brzina prema jednadžbama klasične Newtonove fizike - brzina piona se ne zbraja sa brzinom fotona. To je cijeli eksperiment, koji potvrđuje, takoreći, prvi postulat teorije relativnosti.

Pošto me zanimaju masena svojstva piona, zapamtit ćemo vrijednost njihove brzine prije nego što raspad počne i započeti naše istraživanje. I započnimo ovo istraživanje s prihvaćenom strukturom protona.

Općenito je prihvaćeno da bombardiranje nuklearnih čestica drugim visokoenergetskim česticama (na primjer, visokoenergetskim elektronima) omogućava dobivanje manjih čestica, koje navodno ulaze u strukturu protona (ili druge čestice) kao sastavni elementi. . Po mom mišljenju, ovo je mehanička konstrukcija modela fizičke čestice ne odražava pravo stanje stvari.

Ako, na primjer, uzmem novinski list i poderam ga na sitne komadiće, niko se neće upustiti da kaže da ovi nastali fragmenti čine čestice novinskog lista, iz kojeg se stari novinski list može ponovo „sastaviti“. Od ovih otpadaka, naravno, možete reproducirati novi novinski list korištenjem tehnološkog procesa reciklaže. Ali novi novinski list će se razlikovati od originalnog lista. Na primjer, bit će tamniji zbog tinte koja je zadržana u novom listu u odnosu na originalni list. Ali ovaj primjer je dat kako bi se naglasila nepovratnost određenih fizičkih transformacija.

Vratimo se na proton.

Vjeruje se da se svaki proton sastoji od još tri male čestice- kvarkovi. Proton sadrži dva razne vrste(ili dva ukusa) kvarkova: dva u-kvarka (od engleskog gore - gore), svaki sa delimičnim električnim nabojem ⅔e (e - naelektrisanje elektrona), i d-kvark (od engleskog down - down) sa nabojem - ⅓e . Mase kvarkova nisu poznate, ali se vjeruje da su mnogo veće od jedne trećine mase protona. Ovo se objašnjava činjenicom da su kvarkovi jako vezani i stoga večina masa se kompenzira energijom vezivanja. U isto vrijeme, priroda interakcije između kvarkova nije dobro shvaćena. Interakcija koja "sljepljuje" kvarkove zajedno se procjenjuje kao vrlo jaka. [Ovdje ću izostaviti opis gluona, koji "sljepljuju" kvarkove zajedno].

Većina fizičara koji se bave fizikom elementarnih čestica mišljenja je da se interakcija između kvarkova povećava sa povećanjem udaljenosti između njih. Iz tog razloga (ako je pošteno) nemoguće je „razdvojiti“ jedinjenja kvarka. U ovom slučaju kvarkovi ne mogu postojati izolovano, tj. nemoguće je podijeliti proton na njegova tri sastavna dijela (!).

Međutim (!) tri kvarka se ne moraju nužno ujediniti. Dozvoljena (!) "asocijacija" i parovi kvarkova. Takve formacije se nazivaju pioni (π-mezoni). U zavisnosti od naboja koji im se pripisuje, razlikuju se π+ mezon, π‾ mezon i neutralni πO mezon. Neutralni pioni su veoma nestabilni. Prosječno vrijeme njihovog postojanja (životni vijek) je oko 10‾16 sec. Zatim se ovi pioni raspadaju u gama kvante (fotone)…

Na ovom ću ograničiti svoju digresiju na moderne ideje o strukturi protona. Čini mi se da opisani kvarkovi jako podsjećaju na komadiće novina, čija je slika korištena u primjeru. Ali "došao sam" do πO-mezona kako bih razmotrio paradoks koji proizlazi iz ovog pristupa, povezan s njihovom masom.

Masa jezgra bilo kojeg atoma može se približno izračunati iz vrijednosti molarna masa ovu supstancu. U ovom slučaju, dimenzija takvog proračuna će biti [kg]. Navedeni izbor dimenzije za masu atoma znači da se atom, prema odredbama specijalne teorije relativnosti, može smatrati nekom nepomičnom česticom sa specifičnim svojstvima.

Inače se mjeri masa piona. Može se mjeriti samo u [MeV]. To znači da se pioni mogu i trebaju smatrati česticama koje postoje samo u pokretu. S druge strane, kao da su božuri neki sastavni dio jezgro atoma. Dakle, bez obzira u čemu se mjeri masa piona, na njemu, kao na sastavni dio jezgro atoma, sve odredbe teorije relativnosti moraju biti proširene. Drugim riječima, imamo pravo da preračunamo masu pokretnog piona u masu stacionarnog piona u skladu sa odredbama teorije relativnosti.

Ako izvršimo takav proračun mase mirovanja piona, tada ćemo dobiti vrijednost ove mase otprilike kao ^ 0,02 izmjerene mase kretanja. Istovremeno, možete vježbati i preračunavati [MeV] u [kg] i obrnuto. Dobivenu vrijednost možete uporediti sa vrijednošću mase nepokretnog atoma i tako dalje. Vjerujem da će nas ovi proračuni barem iznenaditi.

Glavna stvar je nešto drugo. Prema teoriji relativnosti, da bi se tijelo ubrzalo do brzine svjetlosti (ili blizu njoj), tom tijelu se mora prenijeti određena energija izvana. Dakle, (prema odredbama specijalne teorije relativnosti) vrijednosti mase piona u [MeV] dobijene u eksperimentu odražavaju za 98% vrijednost energije koju smo im prenijeli tokom eksperimenta (kada je “ primanje” piona). Drugim riječima, mjerimo uglavnom količinu sopstvenim naporima stvoriti πO mezone, a ne same čestice.

Ovo je paradoks korištenja teorije relativnosti za opisivanje mikrosvijeta. Budući da se πO-mezoni i druge čestice ipak dobijaju u laboratorijskim uslovima, za njihovo opisivanje moraju se koristiti neke druge metode koje nisu vezane za teoriju relativnosti.

Zagovornici teorije relativnosti će mi prigovoriti. Po njihovom mišljenju, sve sam iskrivio, budući da je prilikom analize parametara L i m (odnosno parametara LO i mO) trebalo govoriti o značenju istih parametara kada smo ih korelirali sa različitim koordinatnim sistemima.

Ali situacija ne treba da zavisi od toga da li postoji posmatrač u sistemu ili ne. I moja sopstvena masa u sistemu povezanom sa fotonom koji se kreće prema meni biće jednaka beskonačnosti, a moja dužina za ovaj foton će biti jednaka nuli. Ovo je definitivno glupost.

Dakle, ovaj Ajnštajnov "okret" znači apstraktnu primenu matematike, koja nema nikakve veze sa fizikom procesa. Ako zamislimo kretanje fotona kao apsolutno kretanje, tj. kretanje je u medijumu etra (fizički vakuum), tada neće nastati nikakve zapanjujuće situacije.

Sada se možemo vratiti analizi ostalih odredbi specijalne teorije relativnosti.

Sljedeći važan parametar koji treba pažljivo analizirati je vremenski parametar.

“^ Relativistička promjena vremena” prema Ajnštajnu takođe nastaje usled primene Lorencovih transformacija na četvorodimenzionalni prostor Minkowski. Ajnštajn je za sistem K′, koji se kreće duž x′ ose, koja se poklapa sa x-osom sistema K, dao sledeću relaciju za relativističko vreme.

T - (v/c)2x

Budući da se u ovom slučaju vrijeme kao takvo uzdiže do apsolutnog i predstavlja kao fizički parametar, koji postoji sam za sebe, treba se baviti sa filozofske tačke gledišta semantikom ovog pojma.

Očigledno, uz određenu Ajnštajnovu sugestiju u modernom filozofskom sistemu pogleda na svet, vreme je neraskidivo povezano sa konceptom prostora.

U modernoj filozofskoj doktrini prostor i vrijeme se pojavljuju kao glavni oblici postojanja materije, kao njena integralna svojstva. Prostorni odnosi izražavaju geometrijskog reda istovremeno postojećih događaja i materijalne formacije, a vremenski odnosi karakterišu redosled promene događaja, trajanje ovih procesa i događaja. I generalno govoreći, nikoga nije briga što u takvom snopu vrijeme postoji samo u smislu koji čovjek u njega ulaže.

S ove tačke gledišta, na osnovu odredbi teorije relativnosti, dobijamo da sistem „prostor-vreme“ postaje neka vrsta „gumenog“ sistema sposobnog da „teče“ iz jednog kvaliteta u drugi. U ovom slučaju, sve suštinski zavisi od položaja posmatrača u odnosu na bilo koji deo sistema „prostor-vreme“. Ovo već izaziva određeni protest, jer se za različite posmatrače dobijaju različiti zakoni prirode u odnosu na isti proces.

Ali već znamo da, prema djelovanju prvog postulata teorije relativnosti o svojstvima kretanja (samo u odnosu na neki drugi sistem, osim fizičkog vakuuma), nije moguće opisati „gibanje općenito ”. Ovo stvara nepremostivu barijeru za opis "prostora-vremena".

Sada analizirajmo funkcionalni odnos između prostora i vremena. Takvom analizom odmah otkrivamo da je vrijeme dužina nekog procesa, često zaboravljajući na naše direktno učešće u kontroli trajanja tog procesa. Jer materija, koju mi ​​obično nazivamo neživom, vrijeme postoji samo u smislu koji čovjek u nju ulaže.

Na primjer, životni vijek "slobodnog" neutrona (izvan atoma) mjeri osoba. I to je oko 16 sekundi. Vrijeme okretanja Zemlje oko Sunca ponovo mjeri čovjek i to vrijeme iznosi 365 dana. S druge strane, neutron u sastavu atoma može postojati milijarde naših ljudskih godina. Vrijeme za njega u ovom slučaju, takoreći, ne postoji. Isto se može reći i za Galaksiju, za Univerzum.

Drugim riječima, nemoguće je proširiti uobičajeni, svakodnevni koncept "vremena" na procese koji se neprestano dešavaju. Ali ako bi, na primjer, bilo moguće na neki način (logički, matematički ili eksperimentalno) dokazati da se rotacija Galaksije u svjetskom prostoru usporava, onda bi u ovom slučaju mogli govoriti o kraju života naše Galaksije. u nekom dalekom vremenu, ponovo mereno čovekom.

Prema moderna nauka modeli u crijevima Sunce dolazi termonuklearna reakcija, prema kojoj je život (postojanje) svjetiljke konačan. Međutim, prema drugom modelu, koji neće biti razmatran u ovom radu, sopstveni život sunce u savremenim uslovima može trajati neograničeno, jer prema novi model u crijevima sunca odvijaju se potpuno drugačiji procesi, koji nemaju nikakve veze s termonuklearnom reakcijom. Ovi procesi sami po sebi stvaraju uslove za beskonačno postojanje Sunca.

Spoljno okruženje može uticati na konačnost postojanja našeg svetila, što će poremetiti ravnotežu masa u crevima Sunca i dovesti do njegovog novog rođenja već kao supernova. Istovremeno će se ponovo roditi s vremenom i planetarni sistem otprilike isto kao i prije. Ovo zanimljivo pitanje Možda ću posvetiti dovoljno pažnje u budućnosti.

Sve navedeno nam omogućava da kažemo da vrijeme, kao intrinzični parametar Sunca, ne postoji za našu svjetiljku, već za Solarni sistem on se, kao određeni parametar, može odrediti iz uslova konačnosti postojanja Sunčevog sistema. I u tome nema paradoksa.

Dakle, za neživu prirodu (iako je ovaj termin prilično proizvoljan), koncept "vremena" se može primijeniti samo kada mi - ljudi - možemo govoriti o konačnosti postojanja određene materijalne formacije u poređenju sa ljudski život. Vrijeme je, dakle, relativno u apsolutnom i sasvim neajnštajnovskom smislu. On odražava samo trajanje procesa, koje mjeri osoba, od trenutka kada se ovaj proces dogodi (u nekoj kritičnoj tački slučajnosti, ili u tački bifurkacije) do iscrpljivanja resursa ovog procesa ili do sljedeće tačke bifurkacije.

Međutim, kada počnemo razmatrati žive organizme, značenje vremena postaje sasvim specifično, ispunjeno određenim funkcijama. Svojevremeno sam uspeo da pokažem i objasnim potrebu za mehanizmom „brojanja protoka vremena“ unutar svakog živog organizma – od jednoćelijskih do ljudi. Taj „mehanizam“ analiziram u mojoj knjizi „Psihologija živog sveta“, koja do sada postoji samo u u elektronskom formatu. Značenje ovog mehanizma “brojanja vremena” je zbog potrebe da svaki od organizama riješi problem preživljavanja.

To je, pak, moguće pod uslovom kontinuiranog prepoznavanja okoline. Okolna situacija se u principu nikada ne može ponoviti, a u svakom trenutku nastaje potpuno nova situacija, tj. sve teži da se promeni u analognom - kontinuiranom - obliku. Za rješavanje problema „prepoznavanja“ potrebno je prisjetiti se svega što se dešavalo prije ovog – sadašnjeg – trenutka: potrebno nam je sjećanje na događaje, pojave, procese, kao i napore uložene u rješavanje problema opstanka. To se osigurava ne samo funkcionalnom memorijom u svakom organizmu, već i vremenskom sinhronizacijom svake memorije sa trenutnom trenutku.

Sinhronizacija odnosa, pojava i veza, zbog mehanizma prepoznavanja, prisjećanja na ranije preduzete mjere za rješavanje problema preživljavanja, formiranje kroz korištenje mehanizma mišljenja novih adaptivnih funkcija (mehaničkih, fizioloških), neophodna je i dovoljno stanje spasavanje života pojedinca.

U ovoj shemi, koja osigurava djelotvornost mehanizma mišljenja, račun vremena je funkcionalno neophodan. Međutim, ovo mjerenje vremena se provodi u analognom, kontinuiranom obliku. U živim organizmima (od jednoćelijskih do ljudi, uključujući), „brojenje protoka vremena“ se vrši kontinuirano zbog kontinuiteta životni proces. Ovo „brojenje vremena“ nije povezano ni sa kakvim cikličnim procesima izvan tela. Ovo je šema procesa prepoznavanja, koja radi na pozadini "hronosa" - "brojča vremena".

Ovdje je potrebno samo napomenuti da je potreba za takvim mehanizmom posljedica potrebe da se predvidi ne samo razvoj situacije, već i rezultati vlastitih akcija. Bez uzimanja u obzir toga, jednostavno je nemoguće razumjeti suštinu mehanizma mišljenja. Osim toga, potrebno je biti jasno svjestan nemogućnosti implementacije mehanizma mišljenja u odsustvu „brojča vremena“.

Stoga to treba naglasiti. Kada počnemo da razmatramo žive organizme, značenje vremena kao unutrašnjeg faktora živog organizma postaje sasvim konkretno, ispunjeno određenim funkcijama. Osim toga, svaki organizam samostalno uspostavlja svoj vlastiti, lični ciklus svojih fizioloških procesa, često povezujući te cikluse s fizičkim ciklusima koji se dešavaju u vanjskom svijetu. Na osnovu toga, osoba je imala osjećaj vremena kao određenog fizičkog parametra, u potpunosti vezan za dnevne fizičke cikluse „dan-noć” i za godišnje cikluse promjene godišnjih doba. Ali osoba nije u stanju potvrditi postojanje takvog vanjskog parametra.

Na osnovu toga, sa velikim stepenom samopouzdanja i odgovornosti, može se tvrditi da je naše uobičajeno shvatanje vremena kao određenog procesa, kao fizičkog parametra koji postoji izvan ljudske svesti, neprimenljivo na neživu materiju. Ponovit ću ponovo. Vrijeme je subjektivni faktor koji postoji samo unutar određenog organizma. Shodno tome, Ajnštajnov zaključak o relativizmu vremena tokom kretanja tela generalno je izgubio smisao i sadržaj.

Očiglednost rečenog potvrđuje barem činjenica da je čovjek (i svaki drugi živi organizam) prilagodio ciklično ponavljanje vanjskih fizičkih procesa (uključujući mjerenje tijeka ovih procesa) da riješi svoje unutrašnje, biološke zadataka, koji se također ciklički rješavaju. Čovjek je, izvršivši takav postupak "prilagođavanja" vanjskog svijeta unutrašnjem stanju organizma, proširio svoju percepciju vanjskih cikličkih procesa na ostalo fizički svijet. Mehanizam ovog transfera je označio kao vrijeme. Može se reći i ovo: izvršivši takvu zamjenu, osoba je preuzela učinak za početni uzrok pojave.

Dakle, fizički „razdvojiti“ parametar vremena na neki način nije moguće zbog njegovog fizičkog odsustva. Želim usput napomenuti da će kretanje živog organizma brzinom svjetlosti (ili više, što je u principu moguće) uticati na tok fizioloških procesa unutar ovog organizma. To će (izvana) višestruko ubrzati proces starenja - u geometrijskoj proporciji od mjere prekoračenja vrijednosti brzine svjetlosti, ali to i dalje neće imati nikakve veze s parametrom "vreme".

Gore navedeni paradoksalni zaključak o semantici parametra “vreme” je, međutim, jedini ispravan. Ako se ovaj stav ne prihvati, onda nikada nećemo moći da shvatimo suštinu životnog procesa organizama, nikada nećemo moći da shvatimo zakone mišljenja, zakone razvoja psihe i tako dalje.

Dakle, zaključci A. Ajnštajna o relativističkoj promeni vremena tokom kretanja (tela) nisu samo greška, već zabluda koja je nauku dovela na pogrešan put razvoja. Štaviše, mogu pretpostaviti da je to urađeno sasvim smišljeno, tj. teorija relativnosti je samo obmana.

Međutim, postoje primjeri fizičkih eksperimenata u kojima je, prema istraživačima, moguće fiksirati promjenu brzine procesa koju obično povezujemo s protokom vremena. Navest ću i razmotriti neke eksperimente ove vrste, u kojima se (izvana) manifestiralo djelovanje vremenskog relativizma.

Na avion je instaliran i lansiran atomski sat, tj. sat u kojem je ciklus oscilacija na atomskom nivou fiksiran zračenjem y-kvanta. U isto vrijeme na Zemlji su lansirani potpuno isti satovi. Avion je poleteo i posle izvesnog vremena se vratio nazad. Satovi postavljeni na avionu (tj. oni koji su letjeli) uvijek su zaostajali za onima koji su ostali na zemlji.

“Mogli smo (i, usput rečeno, to je učinjeno) da podignemo atomski sat u zrak i, po povratku aviona, uporedimo vrijeme koje će sat u letu pokazati s vremenom potpuno istog sata koji je ostao uključen. tlo. Iskustvo kaže da sati koji su prošli put uvijek zaostaju. Dakle, šta da radimo sa principom relativnosti: nekako ga prepraviti ili čak baciti preko palube, kao što neki od njegovih previše revnih protivnika predlažu? (Napominjem da je spor o relativnosti u ovom slučaju nastao zbog simetrije situacije. O. Yu.). Ni jedno ni drugo!

Proračuni kašnjenja sata u avionu važe sve dok se avion kreće ravnomjerno (tj. pravolinijski i bez kočenja) sa stanovišta posmatrača na zemlji, ali se moraju ispraviti ako se, kao u stvarnosti, moraju bankirati da se vrate u Torino. Samo tokom okretanja, kašnjenje sata će se još više povećati, simetrija o kojoj se raspravljalo će biti narušena, a prividni paradoks će nestati” (T. Regge „Etide o univerzumu”, M. „Mir”, 1985, str. 15 - 16) .

Prva, najvažnija zamjerka interpretaciji rezultata opisanog eksperimenta je da „vrijeme“ označava fizički fenomen cikličkog ponavljanja procesa – vibracije atomske rešetke. S jednakim uspjehom trebamo označavati ciklične procese bilo koje vrste – od oscilacija mehaničkog klatna (samo malog utega na niti), do rotacije Zemlje oko Sunca itd.

Kretanje Zemlje u svemiru je složeno, zavisno od toga veliki broj faktori. Ovo nije samo rotacija Zemlje oko svoje ose. I ne samo njegovo kretanje oko Sunca. Takođe se kreće zajedno sa Sunčevim sistemom i tako dalje. Posljedično, prema opisanoj logici, u svakom slučaju vrijeme postoji ne samo u različitom obliku, već i različitim tempom. Dakle, u svakom od sistema u kojima Zemlja „učestvuje“, prema teoriji relativnosti, teče individualno vrijeme, budući da svaki sistem ima svoje ciklične procese.

Trebali bismo nekako osjetiti ovu "polifoniju" vremena. Na primjer, naši satovi bi mogli raditi drugačije ako bismo se kretali duž površine Zemlje duž meridijana u odnosu na vrijeme kada se krećemo duž paralela. Ali ništa od toga ne postoji, i ne može biti, jer ono što se traži – fizički parametar vremena – ne može postojati.

Druga zamjerka interpretaciji rezultata eksperimenta odnosi se na činjenicu da vrijeme, kao fizički parametar, ako postoji u ovom svojstvu, ne bi trebalo da zavisi od metoda mjerenja. Mi, međutim, mjerenjem nekih cikličkih procesa bilo kojom metodom, na ovaj ili onaj način, uspoređujemo ih s drugim cikličkim procesima. Ali samo postojanje bilo kakvih cikličkih procesa (prirodnih ili izazvanih) još ne dokazuje postojanje (egzistenciju) vremena. Iz ove pozicije proizilazi da nam vanjski utjecaji na promatrane ciklične procese, koji su nam još uvijek nejasni, nikako ne mogu dokazati promjenu vremena, kao ni postojanje samog vremena.

Umjesto toga, moramo pretpostaviti nešto sasvim drugo. Ako postoje uvjeti u kojima se mijenja stopa uobičajenih i prethodno stabilnih cikličkih procesa, onda smo, posljedično, suočeni sa situacijom u kojoj se manifestiraju neka svojstva okolnog svijeta, na koja ranije nismo obraćali pažnju. U tom smislu, gore opisani eksperiment sa „letećim“ satovima sličan je eksperimentu sa satovima postavljenim na različitim visinama u odnosu na površinu Zemlje.

Prema Einsteinu, oba eksperimenta se objašnjavaju različitim razlozima. Prvi od njih - djelovanjem specijalne teorije relativnosti - zbog relativističke promjene u toku vremena. Drugi je djelovanje opće teorije relativnosti - utjecaj gravitacije. Po mom mišljenju, u oba slučaja, efekat “eterskog vjetra”, tj. nešto što Michelson i Morley nisu mogli pronaći. Istina, eterični vjetar se manifestira na različite načine u ovim eksperimentima.

U prvom slučaju, promjena ciklusa atomskog sata je posljedica posebnog oblika pobuđivanja fizičkog vakuuma, koji dodatno nastaje pri kretanju u sistemu povezanom sa Zemljinim sistemom. Satovi postavljeni na različitim visinama u odnosu na Zemlju su u uslovima koje karakteriše drugačiji oblik vakuumske pobude povezane sa gravitacijom, koja se razlikuje po vrednosti na različitim visinama u odnosu na površinu Zemlje.

U opisanim slučajevima (primjerima) promjena toka sata uopće ne znači promjenu toka vremena, već samo promjenu ciklusa pobuđivanja atoma ili promjenu druge vibracije, tj. standard za nas u mjerenju nekih intervala između događaja. Samo i sve.

Ali Einsteina u ovim slučajevima (kao i u svim drugim) jednostavno treba zaboraviti.

PARADOKS SPECIJALNE TEORIJE RELATIVNOSTI. Riječ "paradoksi" u ovom slučaju označava one zaključke iz SRT-a, koji, iako su apsolutno tačni u suštini i potvrđeni eksperimentima, ipak su u suprotnosti s intuitivnim idejama zasnovanim na klasičnoj fizici.

Dva zaključka iz postulata SRT-a (usput rečeno, eksperimentalno potvrđena) su uvijek bila od posebnog interesa, iako se u praksi gotovo nikada ne susreću eksplicitno (ovi efekti su implicitno sadržani u bilo kojoj relativističkoj formuli).

Stvar je u tome da ovi zaključci, na prvi pogled, nikako ne mogu odgovarati stvarnosti.

1. Najpoznatiji - paradoks blizanaca obično se formuliše na sledeći način. Pustite brata blizanca A na svemirski let do zvijezde X, koji se nalazi na udaljenosti od, recimo, 20 svjetlosnih godina od nas. Brzina zvjezdanog broda je bliska brzini svjetlosti: v = 0,9With. Nakon što je stigao do zvijezde za oko 22,3 godine (prema satu), brod se okreće i leti nazad. Dakle, prema satu brata A, koji je izvršio ovaj let, oko T= 44,6 godina. Drugi brat blizanac B je čekao povratak brata A na Zemlju. Na prolazu svemirskog broda, brata A je dočekao oronuli starac koji je na sastanak morao čekati više od 100 godina.

Zapravo, tu još nema paradoksa. Zaista, kada se krećete velikom brzinom v = 0,9c Lorentz faktor je jednak g » 2,3, a zbog efekta dilatacije vremena prema satu zemaljskog posmatrača, vrijeme jednako g T» 103 godine.

Paradoks se javlja kada se pokušava obrnuti argument. Uostalom, sa stanovišta brata A (stacionarnog posmatrača), brat B se kreće, a pored njegovog sata prolazi više vremena. Ali sa stanovišta brata B, brat A se kreće, i to prema njegovom satu mora proći još vremena. Tako se brat A mora vratiti stariji. Čini se da su SRT formule simetrične u odnosu na zamjenu v na - v. Sta je bilo?

Ovaj paradoks se rješava na sljedeći način. Činjenica je da su svjetske linije braće A i B različite. Jedan od njih (B) miruje, drugi (A) kreće se konstantnom brzinom, koja se u određenom trenutku mijenja u suprotnu, što je moguće samo pri kočenju i naknadnom ubrzanju svemirski brod(što odgovara kretanju u neinercijskom referentnom okviru). Tako se brat A kreće od Zemlje i ka Zemlji, mirujući prvo u odnosu na jedan inercijski okvir, a zatim u odnosu na drugi, i na putu za kratko vrijeme prelazi u neinercijski okvir. U isto vrijeme brat B miruje u odnosu na isti inercijski okvir. Može se vidjeti da su A i B u različitim fizičkim uslovima, i to rješava paradoks. Tačan proračun pokazuje da će sa stanovišta bilo kojeg od braće, onaj koji miruje u odnosu na Zemlju, stariti više.

U akceleratorima, kratkovječne čestice koje se kreću brzinama bliskim brzini svjetlosti "žive" mnogo duže od čestica koje se "odmaraju".

2. Drugi efekat je Lorentzova kontrakcija dužine i povezani paradoksi.

Neka postoje dva inercijalna referentna okvira - S" i S. U sistemu S"kruta šipka dužine D x" počiva duž ose x i morate odrediti njegovu dužinu u sistemu S, u odnosu na koji se štap kreće brzinom v. Za mjerenje dužine štapa u bilo kojem inercijskom okviru u odnosu na koji se štap kreće duž uzdužne osi, potrebno je istovremeno promatrati njegove krajeve. Ovo je ključna tačka čije nerazumijevanje ponekad dovodi do paradoksa.

U SRT-u je potrebno razlikovati ono što posmatrač vidi od onoga što zna, takoreći, naknadno. Ono što posmatrač vidi ili fotografiše u bilo kom određenom trenutku naziva se slikom sveta u tom trenutku. Ovaj koncept praktično nije mnogo važan, a teoretski veoma težak, jer. šta posmatrač vidi ovog trenutka, je mješavina događaja koji su se odvijali dalje u prošlosti i dalje u svemiru.Ako pogledate noćno nebo puno zvijezda, onda se udaljenosti do ovih zvijezda kreću od nekoliko do stotina hiljada sv. godine, dakle, posmatrač vidi svetlost ovih zvezda emitovanu u drugačije vrijeme a istovremeno dopirući do njegovog oka, tj. vidi različite događaje.

Koncept mape svijeta je korisniji. Može se predstaviti kao mapa događaja u dijelu 4-dimenzionalnog prostora Minkowskog ravnim konstantnog vremena t = t 0. Karta svijeta je, takoreći, trodimenzionalna trenutna fotografija u punoj veličini, snimljena posvuda u isto vrijeme, zamrznuti trenutak u posmatračevom prostornom referentnom okviru. Takvu mapu svijeta moguće je realizirati zajedničkim fotografijama koje snimaju pomoćni posmatrači smješteni na čvorovima prostorne rešetke u datom inercijskom okviru, a svaki fotografira svoju okolinu u unaprijed određenom trenutku. t = t 0, a zatim se slike zalijepe zajedno.

Kada kažu da je dužina tijela u sistemu S jednaka je takvoj vrijednosti mi pričamo o karti svijeta, tj. o istovremenom fiksiranju položaja krajeva štapa u datom trenutku. Ono što oko zapravo vidi kada posmatra tijelo koje se kreće je sasvim drugo i ne baš važno pitanje.

Izvesti formulu za smanjenje dužine Lorentzove transformacije iz sistema S sistemu S" su napisani za prirast koordinata:

D x¢0 = g(D x 0 – v D x 1), D x u1 = g(D x 1 – v D x 0).

U drugu formulu morate staviti D x 0 = 0 (istovremena fiksacija krajeva štapa u sistemu S!). Zatim D x u1 = gD x 1. Ako označimo D x u1 = L 0 i D x 1 = L, onda

L = L 0/g

(g je Lorentz faktor).

Svi paradoksi kontrakcije dužine povezani su, naravno, sa simetrijom efekta: ako je posmatrač u S vidi kontrakciju dužine, zatim posmatrač ulazi S" mora vidjeti istu stvar. Iz "paradoksa" SRT-a može se izvući važan zaključak: kakav god rezultat da se dobije ispravnim zaključivanjem u nekom inercijskom referentnom okviru, isti je u svakom drugom inercijskom referentnom okviru.

Kada se pravilno koristi, SRT ne dopušta nikakve "paradokse".

Neke naizgled očigledne stvari u SRT-u uopšte nisu tako očigledne. Na primjer, činilo bi se da ako duž ose x leti kocka zadate veličine, onda, zbog Lorentzove kontrakcije, mora laboratorijski sistem izgledaju spljoštene u smjeru kretanja, postajući paralelepiped. Detaljan proračun pokazuje, međutim, da to nije slučaj: vidljiva kocka ne mijenja svoje dimenzije i samo rotira pod određenim kutom u odnosu na os x. Ovaj rezultat („nevidljivost Lorentzove kontrakcije“) dobijen je samo pedeset godina nakon stvaranja SRT-a.

Alexander Berkov

Na prvi pogled, Zavod za patente nije bio najperspektivniji
mjesto gdje je mogla početi najveća revolucija od Njutnovog vremena.

cija u fizici. Ali i ova usluga je imala svoje prednosti. Brzo
pošto se pozabavio patentnim prijavama koje su pretrpale njegov sto,
Ajnštajn se zavalio u fotelju i uronio u uspomene iz detinjstva.
niya. U mladosti je čitao "Prirodoslovne knjige za ljude"
Aaron Bernstein, "djelo koje sam čitao sa suspregnutim dahom",
sjetio se Albert. Bernstein je pozvao čitaoca da to zamisli
to slijedi paralelno sa strujni udar kada se prenosi
žicom. Sa 16 godina, Ajnštajn je sebi postavio pitanje: šta bi
liči na zrak svjetlosti ako ga možete sustići? On se prisjetio:
“Ovaj princip je rođen iz paradoksa na koji sam naišao
16 godina: ako jurim za snopom svjetlosti brzinom c (brzinom svjetlosti
u vakuumu), moram posmatrati takav snop svetlosti kao prostorno
oscilirajuće elektromagnetno polje u mirovanju. Kako god,
izgleda da tako nešto ne može postojati - tako kaže iskustvo, i
to kažu Maxwellove jednačine. Kao dijete, Ajnštajn je vjerovao u to
Ako se krećete paralelno sa snopom svjetlosti brzinom svjetlosti, onda svjetlost
će izgledati zamrznuto, poput zamrznutog talasa. Međutim, niko
Nisam vidio zaleđeno svjetlo, tako da očito nešto nije u redu.

Početkom novog veka u fizici su postojala dva stuba na kojima su
sve je mirovalo: Njutnova teorija mehanike i gravitacije i
Maxwellova teorija svjetlosti. 1860-ih, škotski fizičar James
Clark Maxwell je dokazao da se svjetlost sastoji od pulsirajućeg elektriciteta
tricična i magnetna polja, koja neprestano prelaze jedno u drugo.
Ajnštajn je to otkrio, na svoj veliki šok
ova dva stuba su u suprotnosti jedan s drugim, a jedan od njih je bio da
kolaps.

U Maxwellovim jednadžbama, on je otkrio rješenje zagonetke koja
proganjao ga je 10 godina. Ajnštajn je u njima pronašao šta
ono što je sam Maxwell propustio: jednačine su dokazale da se svjetlost prenosi
kreće se konstantnom brzinom, dok nije bilo apsolutno
bitno je koliko si brzo pokušao da ga sustigneš. brzina svetlosti
c je bio isti u svemu inercijski sistemi referenca (tj.
referentni sistemi koji se kreću konstantnom brzinom). stajao
da li ste bili na licu mjesta, da li ste se vozili vozom ili sjedili na juri
komete, definitivno biste videli snop svetlosti kako juri ispred vas
konstantnom brzinom. Nije bilo važno koliko se brzo krećeš
bio bi sam - ne možeš prestići svijet.

Ovakvo stanje brzo je dovelo do pojave mnogih
radoxes. Zamislite na trenutak astronauta koji pokušava sustići snop
Sveta. Astronaut polijeće svemirskim brodom i evo ga juri
glava u glavu sa snopom svjetlosti. Posmatrač na Zemlji koji je svjedočio
tijelo ove hipotetičke potjere, tvrdilo bi da je astronaut i zraka
svjetla se kreću jedno pored drugog. Međutim, astronaut bi rekao nešto drugačije, i
naime: iz njega je iznesena zraka svjetlosti, kao kosmička
brod je mirovao.

Pitanje sa kojim se Ajnštajn suočio bilo je:
kako dvoje ljudi mogu tako različito tumačiti
isti događaj? Prema Newtonovoj teoriji, zrak svjetlosti uvijek može
ali nadoknaditi; u Maxwellovom svijetu to je bilo nemoguće. Einstein
odjednom mi je sinulo da je već u temeljnim osnovama fizike takav
postojala je fundamentalna mana. Ajnštajn se toga prisjetio u proljeće
1905. "oluja mi je pukla u glavi." Konačno je pronašao
rješenje: vrijeme se kreće od razne brzine zavisno od
brzina kretanja. U suštini, što se brže krećete, to sporije idete.
vreme se kreće. Vrijeme nije apsolutno, kao što je Newton jednom vjerovao.
Prema Newtonu, vrijeme je jednolično u cijelom svemiru i traje
jedna sekunda na Zemlji bila bi identična jednoj sekundi na Jupiteru
ili Mars. Satovi su apsolutno sinhronizovani sa celim univerzumom.
Međutim, prema Ajnštajnu, različiti satovi u Univerzumu rade sa različitim
brzine.

Početna > Dokument

"paradoksi"

opšta relativnost

Kao iu specijalnoj teoriji relativnosti, u općoj teoriji relativnosti "paradoksi" dozvoljavaju ne samo odbacivanje rasuđivanja zasnovanog na tzv. zdrav razum"(obično, svakodnevno iskustvo), ali i da daju korektno, naučno objašnjenje "paradoksa", koji je, po pravilu, manifestacija dubljeg razumijevanja prirode. I to novo razumijevanje je dato nova teorija, posebno GR.

"Paradoks blizanaca"

Prilikom proučavanja SRT-a, primjećuje se da se „paradoks blizanaca“ ne može objasniti u okviru ove teorije. Prisjetimo se suštine ovog "paradoksa". Jedan od braće blizanaca odleti svemirskim brodom i nakon putovanja vraća se na Zemlju. Ovisno o veličini ubrzanja koje će astronaut doživjeti tijekom lansiranja, okretanja i slijetanja, njegov sat može biti znatno zaostao zemaljski sat. Takođe je moguće da na Zemlji neće pronaći brata, kao ni generaciju koju je ostavio na Zemlji na početku leta, jer će na Zemlji proći više od desetina (stotina) godina. Ovaj paradoks se ne može riješiti u okviru SRT-a, budući da razmatrani SO-ovi nisu jednaki po pravima (kao što se zahtijeva u SRT-u): NOS ne može uzeti u obzir letjelicu, jer se kreće prema odvojene sekcije putanje su neravne.

Samo u okviru opšte teorije relativnosti možemo razumeti i objasniti „paradoks blizanaca“ na prirodan način, zasnovan na odredbama opšte teorije relativnosti. Ovaj problem je povezan sa usporavanjem brzine kretanja sata

CO (ili u ekvivalentnom gravitacionom polju).

Neka su dva posmatrača - "blizanca" u početku na Zemlji, koju ćemo smatrati inercijskim CO. Neka posmatrač "A" ostane na Zemlji, a drugi posmatrač, "blizanac" "B", kreće na svemirski brod, leti u nepoznata prostranstva Kosmosa, okreće svoj brod i vraća se na Zemlju. Čak i ako se kretanje u Kosmosu odvija ravnomjerno, tada tokom polijetanja, okretanja i slijetanja, blizanac "B" doživljava preopterećenja, jer se kreće ubrzano. Ovi neujednačeni pokreti astronauta "B" mogu se uporediti sa njegovim stanjem u nekom ekvivalentnom gravitacionom polju. Ali pod ovim uslovima (u IFR-u bez gravitacionog polja ili u ekvivalentnom gravitacionom polju) postoji fizičko (a ne kinematičko, kao u SRT) usporavanje takta. U opštoj relativnosti dobijena je formula koja je dobila specifičan izraz kroz gravitacioni potencijal:

iz koje se jasno vidi da se tempo sata usporava u gravitacionom polju sa potencijalom (isto važi i za ekvivalentni SO koji se brzo kreće, što je u našem problemu svemirska letelica sa "blizankom" "B").

Tako će sat na Zemlji pokazati duži vremenski period od sata na svemirskoj letjelici kada se vrati na Zemlju. Moguće je razmotriti i drugu verziju problema, pod pretpostavkom da je "blizanac" "B" nepomičan, tada će se "blizanac" "A" zajedno sa Zemljom udaljiti i približiti "blizancu" "B". Analitička kalkulacija u ovom slučaju također dovodi do gore dobivenog rezultata, iako se čini da to nije slučaj. Ali činjenica je da je da bi "svemirski brod" ostao nepokretan, potrebno je uvesti polja za zadržavanje, čije će prisustvo uzrokovati očekivani rezultat predstavljen formulom (1).

Još jednom ponavljamo da "paradoks blizanaca" nema objašnjenje u specijalnoj teoriji relativnosti, koja koristi samo jednake inercijalne okvire. Prema SRT-u, "blizanac" "B" se uvijek mora ravnomjerno i pravolinijski udaljiti od posmatrača "A". Popularna literatura često zaobilazi "akutni" momenat u objašnjenju paradoksa, zamjenjujući fizički tekući okret letjelice "nazad na Zemlju" njenim trenutnim okretanjem, što je nemoguće. Ali ovaj "prevarni manevar" u obrazloženju eliminira brzo kretanje broda u zaokretu, a tada se oba CO ("Zemlja" i "Brod") pokazuju jednakima i inercijalnim, u kojima se mogu primijeniti odredbe SRT-a. Ali takav pristup se ne može smatrati naučnim.

U zaključku, treba napomenuti da je "paradoks blizanaca" u stvari vrsta efekta koji se naziva promjena frekvencije zračenja u gravitacionom polju (period oscilatorni proces obrnuto proporcionalno učestalosti, ako se period promijeni, frekvencija se također mijenja)

Devijacija svetlosnih zraka koji prolaze blizu Sunca

Dakle, rezultati naše ekspedicije ne ostavljaju nikakvu sumnju da se zraci svjetlosti odbijaju u blizini Sunca i da je otklon, ako se pripiše djelovanju gravitacionog polja Sunca, po veličini u skladu sa zahtjevima Ajnštajnove opšte teorije o relativnost.

F. Dyson, A. Eddington, K. Davidson 1920

Iznad je citat iz izvještaja naučnika koji su posmatrali potpunu pomračenje Sunca 9. maja 1919. godine kako bi otkrili efekat skretanja svjetlosnih zraka predviđen općom relativnošću kada prođu u blizini gravitirajućih tijela. Ali hajde da se dotaknemo malo istorije ovog pitanja. Kao što znate, zahvaljujući neospornom autoritetu velikog Njutna, u XVIII veku. njegova doktrina o prirodi svjetlosti je trijumfirala: za razliku od svog savremenog i ništa manje poznatog holandskog fizičara Huygensa, koji je svjetlost smatrao valnim procesom, Newton je pošao od korpuskularnog modela, prema kojem čestice svjetlosti, poput materijalnih (stvarnih) čestica, međusobno djeluju sa medijumom u kome se kreću i privlače ih tela prema zakonima gravitacije, koje je izgradio sam Njutn. Stoga, svjetlosna tijela u blizini gravitirajućih tijela moraju odstupiti od svog pravolinijskog kretanja.

Njutnov problem je teoretski rešio 1801. nemački naučnik Seldner. Kvantitativnim proračunom predviđen je ugao odstupanja zraka svjetlosti pri prolasku u blizini Sunca za vrijednost od 0,87".

Sličan efekat se takođe predviđa u opštoj relativnosti, ali se pretpostavlja da je njegova priroda drugačija. Već kod SRT-a čestice svjetlosti - fotoni - su čestice bez mase, pa je Njutnovo objašnjenje u ovom slučaju potpuno neprikladno. Ajnštajn je ovom problemu pristupio iz opšte ideje da gravitirajuće telo menja geometriju okolnog prostora, čineći ga neeuklidskim. U zakrivljenom prostor-vremenu slobodno kretanje(što je kretanje svjetlosti) se dešava duž geodetskih linija, koje neće biti prave u euklidskom smislu, ali će biti najkraćim linijama u zakrivljenom prostor-vremenu. Teorijski proračuni dali su dvostruko veći rezultat od onog dobivenog Newtonovom hipotezom. Tako da eksperimentalno posmatranje skretanje svetlosnih zraka blizu površine Sunca bi takođe moglo da reši problem fizičke pouzdanosti celokupne opšte teorije relativnosti.

Efekat opšte relativnosti moguće je proveriti skretanjem svetlosnih zraka gravitacionim poljem samo u slučaju kada svetlost zvezde prolazi blizu površine Sunca, gde je ovo polje dovoljno jako da značajno utiče na prostorno- geometrija vremena. Ali u normalnim uslovima, nemoguće je posmatrati zvezdu u blizini Sunčevog diska zbog jače svetlosti sa Sunca. Zato su naučnici koristili fenomen potpunog pomračenja Sunca, kada je disk Sunca prekriven Mjesečevim diskom. Ajnštajn je predložio da se fotografiše prostor oko Sunca tokom minuta potpunog pomračenja Sunca. Zatim ponovo fotografirajte isti dio neba kada je Sunce daleko od njega. Upoređivanje obje fotografije otkrit će promjenu položaja zvijezda. Ajnštajnova teorija daje sledeći izraz za veličinu ovog ugla:

, (2)

gdje M je masa sunca. R- radijus Sunca, G-gravitaciona konstanta, OD- brzina svetlosti.

Već prva zapažanja ovog efekta (1919) dala su potpuno zadovoljavajući rezultat: s greškom od 20%, ispostavilo se da je ugao 1,75" uprkos činjenici da se pomračenja dešavaju nekoliko puta godišnje, ali ne uvijek tamo gdje postoje uslovi. za posmatranje, a vreme (oblaci) nije uvek išlo na ruku naučnicima.što je iskrivilo sliku zvezde.Ipak, bilo je moguće povećati tačnost i smanjiti grešku na 10%.Situacija se značajno promenila kada su napravljeni radio interferometri, zahvaljujući čijoj upotrebi se greška posmatranja smanjila na 0,01 % od 1,75").

70-ih godina. mjereno je odstupanje radio snopa od kvazara (zvjezdane formacije, čija priroda nije dobro shvaćena) 3C273 i 3C279.

Mjerenja su dala vrijednosti 1",82±0",26 i 1",77±0",20, što se dobro slaže sa predviđanjima opće relativnosti.

Dakle, posmatranje odstupanja svetlosnih (elektromagnetnih) talasa od pravosti (u smislu euklidske geometrije) pri prolasku u blizini masivnih nebeskih tela nedvosmisleno svedoči u prilog fizičke pouzdanosti opšte teorije relativnosti.

Rotacija Merkurovog perihela

A. Ajnštajn je, razvijajući opštu teoriju relativnosti, predvideo tri efekta čije se objašnjenje i njihove kvantitativne procene nisu poklapale sa onim što se moglo dobiti na osnovu Njutnove teorije gravitacije. Dva od ovih efekata (crveni pomak spektralnih linija koje emituju masivne zvijezde i skretanje svjetlosnih zraka dok prolaze blizu površine Sunca i drugih nebeskih tijela) su razmotrena gore. Razmotrimo treći koji je Ajnštajn predvidio gravitacioni efekat rotacija perihela planeta u Sunčevom sistemu. Na osnovu zapažanja Tycho Brahea i Keplerovih zakona, Newton je ustanovio da se planete okreću oko Sunca po eliptičnim orbitama. Einsteinova teorija omogućila je otkrivanje suptilnijeg efekta - rotacije elipsa orbita u njihovoj ravni.

Ne ulazeći u rigorozne matematičke proračune, pokazujemo kako procijeniti očekivane vrijednosti orbitalnih rotacija. Da bismo to učinili, koristimo takozvanu metodu dimenzija. U ovoj metodi, na osnovu teorijskih razmatranja ili eksperimentalnih podataka, utvrđuju se vrijednosti koje određuju proces koji se razmatra. Od ovih količina je algebarski izraz, koji ima dimenziju željene vrijednosti, s kojom se ova potonja izjednačava. U našem zadatku biramo kao definirajuće veličine:

1) Takozvani gravitacioni radijus Sunca, koji se za Sunce (i druga nebeska tela) izračunava po formuli

2) Prosječna udaljenost planete do Sunca

(za Merkur je 0,58
)

3) Prosječna ugaona brzina planete oko Sunca

Koristeći metodu dimenzija, sastavljamo sljedeću vrijednost (treba napomenuti da metoda dimenzija zahtijeva intuiciju istraživača, dobro razumevanje fizike, koja se po pravilu daje ponovljenim treningom i rješavanjem sličnih problema):

gdje
definiše ugaona brzina kretanje perihela orbite planete.

Za Merkur
(za Zemlju
). Da zamislimo veličinu ugla rotacije perihela planete, prisjetimo se da je lučna sekunda ugao pod kojim je novčić od penija "vidljiv" s udaljenosti od 2 km!

Kretanje perihela planete Merkur je prvi put uočio francuski astronom Le Verrier (XIX vek) mnogo pre stvaranja opšte teorije relativnosti, ali je samo Ajnštajnova teorija dala dosledno objašnjenje za ovaj efekat. Zanimljivo je da su naučnici uspjeli "reproducirati" ovaj nebeski fenomen posmatrajući kretanje umjetnih satelita Zemlje. Budući da je ugao rotacije perihela proporcionalan velikoj poluosi orbite satelita, njegovom ekscentricitetu i obrnuto proporcionalan periodu okretanja satelita, onda, odabirom odgovarajućih vrijednosti ovih veličina, možemo napraviti = 1500 "za 100 godina, a to je više od 30 puta veće od ugla. Međutim, zadatak postaje mnogo komplikovaniji, budući da na kretanje veštačkog satelita utiče otpor vazduha, nesferičnost i heterogenost Zemlje, privlačnost na Mjesec, itd. Pa ipak, posmatranje hiljada vještačkih satelita, lansiranih u svemir blizu Zemlje u proteklih više od 30 godina, nedvosmisleno potvrđuje predviđanja opšte teorije relativnosti.

Proračun "radijusa" svemira

Među različitim modelima univerzuma koji se razmatraju u opštoj relativnosti, postoji takozvani model stacionarnog univerzuma, koji je prvi razmotrio sam A. Ajnštajn. Ispada da je svijet konačan (ali neograničen!), može se predstaviti kao lopta (površina lopte nema granice!). Tada postaje moguće odrediti "radijus" takvog univerzuma. Da bismo to učinili, pretpostavljamo da je ukupna energija sfernog svemira posljedica isključivo gravitacijske interakcije čestica, atoma, zvijezda, galaksija, zvjezdanih formacija. Prema SRT, ukupna energija nepokretnog tijela jednaka je
, gdje M- masa Univerzuma, što se može povezati sa njegovim "radijusom" kao
, - prosječna gustina tvari ravnomjerno raspoređena u zapremini Svijeta. Gravitaciona energija sferično tijelo radijus može se izračunati elementarno i jednako je:

Zanemarujući numeričke koeficijente reda jedinice, izjednačavamo oba izraza za energiju, dobijamo za "radijus" Univerzuma sledeći izraz:

Prihvatanje (što je u skladu sa zapažanjima)

dobijamo za "radijus" sveta sljedeća vrijednost:

Ova vrijednost određuje vidljivi "horizont" Svijeta. Izvan ove sfere nema supstance ni elektromagnetnog polja. Ali odmah nastaju novi problemi: šta je sa prostorom i vremenom, da li oni postoje izvan sfere? Sva ova pitanja nisu riješena, nauka ne zna nedvosmislen odgovor na takva pitanja.

"Konačnost" Univerzuma u modelu koji se razmatra otklanja takozvani "fotometrijski paradoks": noćno nebo ne može biti sjajno (kao što bi trebalo da bude ako je Univerzum beskonačan, a broj zvezda takođe beskonačan), jer broj zvijezda (prema modelu koji se razmatra) je konačan zbog konačnosti zapremine Svijeta, i zbog apsorpcije energije elektromagnetnih talasa u međuzvjezdani prostor osvjetljenje neba postaje slabo.

Model stacionarnog univerzuma je prvi model svijeta, kao što je već spomenuto, koji je predložio sam tvorac GR. Međutim, već početkom 1920-ih Sovjetski fizičar i matematičar A.A. Fridman dao je još jedno rješenje za Ajnštajnove jednačine u opštoj relativnosti i dobio dve mogućnosti razvoja takozvanog nestacionarnog univerzuma. Nekoliko godina kasnije, američki naučnik Hubble potvrdio je Friedmanova rješenja otkrivanjem širenja Univerzuma. Prema Friedmanu, ovisno o vrijednosti prosječne gustine materije u Univerzumu, trenutno posmatrano širenje će se ili nastaviti zauvijek, ili će nakon usporavanja i zaustavljanja galaktičkih formacija započeti proces kontrakcije Svijeta. Za potrebe ove knjige, ne možemo dalje raspravljati o ovoj temi i uputiti radoznalog čitaoca dodatnu literaturu. Dotakli smo se ovog pitanja jer model svemira koji se širi takođe omogućava da se eliminiše fotometrijski paradoks o kojem je gore bilo reči, oslanjajući se na druge osnove. Zbog širenja Univerzuma i uklanjanja zvijezda sa Zemlje, treba uočiti Doplerov efekat (u ovom slučaju smanjenje frekvencije dolazne svjetlosti) - tzv. crveni pomak frekvencije svjetlosti (da se ne može se zamijeniti sa sličnim efektom povezanim ne s kretanjem izvora svjetlosti, već s njegovim gravitacijskim poljem). Kao rezultat Doplerovog efekta, energija svjetlosnog toka je značajno oslabljena, a doprinos zvijezda koje se nalaze izvan određene udaljenosti od Zemlje je praktično jednak nuli. Trenutno je opšte poznato da Univerzum ne može biti stacionaran, ali mi smo koristili takav model zbog njegove „jednostavnosti“, a dobijeni „radijus“ Sveta nije u suprotnosti sa savremenim zapažanjima.

"crne rupe"

Recimo odmah da "crne rupe" u svemiru još nisu eksperimentalno otkrivene, iako postoji i do nekoliko desetina "kandidata" za ovo ime. To je zbog činjenice da se zvijezda koja se pretvorila u "crnu rupu" ne može otkriti svojim zračenjem (otuda naziv "crna rupa"), budući da, imajući ogromno gravitacijsko polje, ne daje nikakvu elementarne čestice, niti elektromagnetnih talasa napustite svoju površinu. Mnoge teorijske studije su napisane o "crnim rupama", njihova fizika se može objasniti samo na osnovu opšte teorije relativnosti. Takvi objekti se mogu pojaviti u završnoj fazi evolucije zvijezde, kada (za određenu masu, ne manje od 2-3 solarne mase) svjetlosni pritisak zračenja ne može suprotstaviti gravitacijskoj kontrakciji i zvijezda doživi "kolaps", tj. pretvara u egzotičan objekat - "crnu rupu". Izračunajmo minimalni polumjer zvijezde, počevši od kojeg je moguće njeno "kolaps". Da bi materijalno tijelo napustilo površinu zvijezde, mora savladati njenu privlačnost. To je moguće ako je vlastita energija tijela (energija mirovanja) veća potencijalna energija gravitacije, što je propisano zakonom održanja puna energija. Možete napraviti nejednakost:

Na osnovu principa ekvivalencije, ista tjelesna masa je lijevo i desno. Dakle, do konstantnog faktora, dobijamo poluprečnik zvezde koja se može pretvoriti u "crnu rupu":

Po prvi put ovu vrijednost je izračunao njemački fizičar Schwarzschild još 1916. godine, u njegovu čast ova vrijednost se naziva Schwarzschild radijus ili gravitacijski radijus. Sunce bi se moglo pretvoriti u "crnu rupu" iste mase, poluprečnika od samo 3 km; za nebesko telo, po masi jednake Zemlji, ovaj poluprečnik je samo 0,44 cm.

Budući da u formuli za
, ulazi brzina svjetlosti, onda ovaj nebeski objekt ima čisto relativističku prirodu. Konkretno, budući da GR potvrđuje fizičko usporavanje sata u jakom gravitacionom polju, ovaj efekat bi trebao biti posebno uočljiv u blizini "crne rupe". Dakle, za posmatrača koji se nalazi izvan gravitacionog polja "crne rupe", kamen koji slobodno pada u "crnu rupu" će stići do Schwarzschild sfere u beskonačno dugom vremenskom periodu. Dok će sat "posmatrača" koji pada zajedno sa kamenom pokazivati ​​konačno (pravo) vrijeme. Proračuni zasnovani na odredbama opće relativnosti dovode do činjenice da gravitacijsko polje "crne rupe" ne samo da može savijati putanju svjetlosnog zraka, već i uhvatiti svjetlosni tok i natjerati ga da se kreće oko "crne rupe". " (ovo je moguće ako svjetlosni snop prolazi na udaljenosti od oko 1,5, ali takvo kretanje je nestabilno).

Da je kolabirala zvijezda ugaoni moment, tj. rotira, tada "crna rupa" mora zadržati ovaj rotacijski moment. Ali tada bi oko ove zvijezde gravitacijsko polje također trebalo imati vrtložni karakter, koji će se očitovati u posebnosti svojstava prostor-vremena. Ovaj efekat može omogućiti otkrivanje "crne rupe".

Posljednjih godina se govori o mogućnosti "isparavanja" "crnih rupa". To je zbog interakcije gravitacionog polja takve zvijezde s fizičkim vakuumom. Kvantni efekti bi već trebali imati efekta u ovom procesu, tj. Ispostavilo se da je opšta teorija relativnosti povezana sa fizikom mikrosvijeta. Kao što vidimo, egzotični objekat koji predviđa GR - "crna rupa" - ispostavlja se kao veza između naizgled udaljenih objekata - mikrosvijeta i Univerzuma.

Literatura za dodatno čitanje

1. Braginsky V.B., Polnarev A.G. Neverovatna gravitacija M., Mir, 1972