SRT, TOE - κάτω από αυτές τις συντομογραφίες βρίσκεται ο όρος "θεωρία της σχετικότητας", γνωστός σχεδόν σε όλους. Όλα μπορούν να εξηγηθούν σε μια απλή γλώσσα, ακόμα και η δήλωση μιας ιδιοφυΐας, οπότε μην απελπίζεστε αν δεν θυμάστε το μάθημα της σχολικής φυσικής, γιατί στην πραγματικότητα όλα είναι πολύ πιο απλά από ό,τι φαίνονται.

Η προέλευση της θεωρίας

Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε το μάθημα «Η Θεωρία της Σχετικότητας για τα Ανδρείκελα». Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε το έργο του το 1905 και προκάλεσε σάλο στους επιστήμονες. Αυτή η θεωρία κάλυψε σχεδόν πλήρως πολλά κενά και ασυνέπειες στη φυσική του περασμένου αιώνα, αλλά, επιπλέον, ανέτρεψε την ιδέα του χώρου και του χρόνου. Ήταν δύσκολο για τους σύγχρονους να πιστέψουν πολλές από τις δηλώσεις του Αϊνστάιν, αλλά τα πειράματα και οι μελέτες επιβεβαίωσαν μόνο τα λόγια του μεγάλου επιστήμονα.

Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν εξήγησε με απλά λόγια αυτό με το οποίο οι άνθρωποι αγωνίστηκαν για αιώνες. Μπορεί να ονομαστεί η βάση όλης της σύγχρονης φυσικής. Ωστόσο, πριν συνεχιστεί η συζήτηση για τη θεωρία της σχετικότητας, θα πρέπει να διευκρινιστεί το ζήτημα των όρων. Σίγουρα πολλοί, διαβάζοντας άρθρα δημοφιλούς επιστήμης, έχουν συναντήσει δύο συντομογραφίες: SRT και GRT. Στην πραγματικότητα, σημαίνουν κάπως διαφορετικές έννοιες. Η πρώτη είναι η ειδική θεωρία της σχετικότητας και η δεύτερη σημαίνει «γενική σχετικότητα».

Σχεδόν περίπλοκο

Το SRT είναι μια παλαιότερη θεωρία που αργότερα έγινε μέρος του GR. Μπορεί να εξετάσει μόνο φυσικές διεργασίες για αντικείμενα που κινούνται με ομοιόμορφη ταχύτητα. Μια γενική θεωρία, από την άλλη πλευρά, μπορεί να περιγράψει τι συμβαίνει με τα επιταχυνόμενα αντικείμενα και επίσης να εξηγήσει γιατί υπάρχουν τα σωματίδια βαρυτονίου και η βαρύτητα.

Εάν χρειάζεται να περιγράψετε την κίνηση και καθώς και τη σχέση χώρου και χρόνου όταν πλησιάζετε την ταχύτητα του φωτός - αυτό μπορεί να γίνει από την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Με απλά λόγια, μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: για παράδειγμα, φίλοι από το μέλλον σας έδωσαν ένα διαστημόπλοιο που μπορεί να πετάξει με μεγάλη ταχύτητα. Στη μύτη του διαστημόπλοιου υπάρχει ένα κανόνι ικανό να εκτοξεύει φωτόνια σε οτιδήποτε έρχεται μπροστά.

Όταν εκτοξεύεται ένας πυροβολισμός, σε σχέση με το πλοίο, αυτά τα σωματίδια πετούν με την ταχύτητα του φωτός, αλλά, λογικά, ένας ακίνητος παρατηρητής θα πρέπει να δει το άθροισμα δύο ταχυτήτων (τα ίδια τα φωτόνια και το πλοίο). Αλλά τίποτα τέτοιο. Ο παρατηρητής θα δει φωτόνια να κινούνται με ταχύτητα 300.000 m/s, σαν η ταχύτητα του πλοίου να ήταν μηδέν.

Το θέμα είναι ότι ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο, η ταχύτητα του φωτός για αυτό είναι μια σταθερή τιμή.

Αυτή η δήλωση είναι η βάση εκπληκτικών λογικών συμπερασμάτων όπως η επιβράδυνση και η χρονική παραμόρφωση, ανάλογα με τη μάζα και την ταχύτητα του αντικειμένου. Σε αυτό βασίζονται οι πλοκές πολλών ταινιών και σειρών επιστημονικής φαντασίας.

Γενική θεωρία της σχετικότητας

Μια πιο ογκώδης γενική σχετικότητα μπορεί επίσης να εξηγηθεί με απλούς όρους. Αρχικά, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι ο χώρος μας είναι τετραδιάστατος. Ο χρόνος και ο χώρος ενώνονται σε ένα τέτοιο «θέμα» όπως το «χωροχρονικό συνεχές». Ο χώρος μας έχει τέσσερις άξονες συντεταγμένων: x, y, z και t.

Αλλά οι άνθρωποι δεν μπορούν να αντιληφθούν άμεσα τέσσερις διαστάσεις, όπως ένα υποθετικό επίπεδο άτομο που ζει σε έναν δισδιάστατο κόσμο δεν είναι σε θέση να κοιτάξει ψηλά. Στην πραγματικότητα, ο κόσμος μας είναι μόνο μια προβολή του τετραδιάστατου χώρου σε τρισδιάστατο.

Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, τα σώματα δεν αλλάζουν όταν κινούνται. Τα αντικείμενα του τετραδιάστατου κόσμου είναι στην πραγματικότητα πάντα αμετάβλητα και όταν κινούνται αλλάζουν μόνο οι προβολές τους, τις οποίες αντιλαμβανόμαστε ως παραμόρφωση του χρόνου, μείωση ή αύξηση του μεγέθους κ.λπ.

Το πείραμα του ανελκυστήρα

Η θεωρία της σχετικότητας μπορεί να εξηγηθεί με απλά λόγια με τη βοήθεια ενός μικρού πειράματος σκέψης. Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα ασανσέρ. Η καμπίνα άρχισε να κινείται και εσύ ήσουν σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας. Τι συνέβη? Μπορεί να υπάρχουν δύο λόγοι: είτε ο ανελκυστήρας βρίσκεται στο διάστημα, είτε βρίσκεται σε ελεύθερη πτώση υπό την επίδραση της βαρύτητας του πλανήτη. Το πιο ενδιαφέρον πράγμα είναι ότι είναι αδύνατο να μάθετε την αιτία της έλλειψης βαρύτητας εάν δεν υπάρχει τρόπος να κοιτάξετε έξω από την καμπίνα του ανελκυστήρα, δηλαδή και οι δύο διαδικασίες φαίνονται το ίδιο.

Ίσως, αφού διεξήγαγε ένα παρόμοιο σκεπτικό πείραμα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν κατέληξε στο συμπέρασμα ότι εάν αυτές οι δύο καταστάσεις δεν διακρίνονται μεταξύ τους, τότε στην πραγματικότητα το σώμα υπό την επίδραση της βαρύτητας δεν επιταχύνεται, αυτή είναι μια ομοιόμορφη κίνηση που καμπυλώνεται κάτω από επιρροή ενός τεράστιου σώματος (σε αυτή την περίπτωση, του πλανήτη). Έτσι, η επιταχυνόμενη κίνηση είναι μόνο μια προβολή ομοιόμορφης κίνησης στον τρισδιάστατο χώρο.

ενδεικτικό παράδειγμα

Άλλο ένα καλό παράδειγμα για το θέμα "Θεωρία της Σχετικότητας για ανδρείκελα". Δεν είναι απολύτως σωστό, αλλά είναι πολύ απλό και ξεκάθαρο. Αν κάποιο αντικείμενο τοποθετηθεί πάνω σε τεντωμένο ύφασμα, σχηματίζει μια «εκτροπή», ένα «χωνί» κάτω από αυτό. Όλα τα μικρότερα σώματα θα αναγκαστούν να παραμορφώσουν την τροχιά τους σύμφωνα με τη νέα καμπυλότητα του χώρου και αν το σώμα έχει λίγη ενέργεια, μπορεί να μην ξεπεράσει καθόλου αυτή τη χοάνη. Ωστόσο, από την άποψη του ίδιου του κινούμενου αντικειμένου, η τροχιά παραμένει ευθεία, δεν θα νιώσουν την καμπυλότητα του χώρου.

Η βαρύτητα "υποβαθμίστηκε"

Με την εμφάνιση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η βαρύτητα έπαψε να είναι δύναμη και αρκείται πλέον στη θέση μιας απλής συνέπειας της καμπυλότητας του χρόνου και του χώρου. Η γενική σχετικότητα μπορεί να φαίνεται φανταστική, αλλά είναι μια λειτουργική έκδοση και επιβεβαιώνεται από πειράματα.

Πολλά φαινομενικά απίστευτα πράγματα στον κόσμο μας μπορούν να εξηγηθούν από τη θεωρία της σχετικότητας. Με απλά λόγια, τέτοια πράγματα ονομάζονται συνέπειες της γενικής σχετικότητας. Για παράδειγμα, οι ακτίνες φωτός που πετούν σε κοντινή απόσταση από ογκώδη σώματα κάμπτονται. Επιπλέον, πολλά αντικείμενα από το μακρινό διάστημα είναι κρυμμένα το ένα πίσω από το άλλο, αλλά λόγω του γεγονότος ότι οι ακτίνες του φωτός περιφέρονται γύρω από άλλα σώματα, φαινομενικά αόρατα αντικείμενα είναι διαθέσιμα στο βλέμμα μας (πιο συγκεκριμένα, στο βλέμμα του τηλεσκοπίου). Είναι σαν να κοιτάς μέσα από τοίχους.

Όσο μεγαλύτερη είναι η βαρύτητα, τόσο πιο αργός κυλάει ο χρόνος στην επιφάνεια ενός αντικειμένου. Αυτό δεν ισχύει μόνο για μεγάλα σώματα όπως αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες. Η επίδραση της διαστολής του χρόνου μπορεί να παρατηρηθεί ακόμη και στη Γη. Για παράδειγμα, οι συσκευές δορυφορικής πλοήγησης είναι εξοπλισμένες με τα πιο ακριβή ατομικά ρολόγια. Βρίσκονται στην τροχιά του πλανήτη μας και ο χρόνος κυλάει λίγο πιο γρήγορα εκεί. Εκατοντάδες του δευτερολέπτου σε μια μέρα θα αθροιστούν σε ένα νούμερο που θα δώσει έως και 10 χιλιόμετρα σφάλματος στους υπολογισμούς διαδρομής στη Γη. Είναι η θεωρία της σχετικότητας που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε αυτό το σφάλμα.

Με απλά λόγια, μπορούμε να το πούμε ως εξής: το GR βρίσκεται στην καρδιά πολλών σύγχρονων τεχνολογιών και χάρη στον Αϊνστάιν, μπορούμε εύκολα να βρούμε μια πιτσαρία και μια βιβλιοθήκη σε μια άγνωστη περιοχή.

Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάινβασίζεται στον ισχυρισμό ότι ο προσδιορισμός της κίνησης του πρώτου σώματος είναι δυνατός μόνο λόγω της κίνησης ενός άλλου σώματος. Αυτό το συμπέρασμα έχει γίνει το κύριο στο τετραδιάστατο χωροχρονικό συνεχές και στη συνειδητοποίησή του. Τα οποία, όταν εξετάζουμε το χρόνο και τις τρεις διαστάσεις, έχουν την ίδια βάση.

Ειδική θεωρία της σχετικότητας, που ανακαλύφθηκε το 1905 και μελετήθηκε σε μεγαλύτερο βαθμό στο σχολείο, έχει ένα πλαίσιο που τελειώνει μόνο με μια περιγραφή του τι συμβαίνει, από την πλευρά της παρατήρησης, η οποία βρίσκεται σε ομοιόμορφη σχετική κίνηση. Από την οποία υπάρχουν πολλές σημαντικές συνέπειες:

1 Για κάθε παρατηρητή, η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή.

2 Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος, τόσο πιο έντονα γίνεται αισθητό με την ταχύτητα του φωτός.

3 Ίση και ισοδύναμη μεταξύ τους είναι η ενέργεια-E και η μάζα-m, από τις οποίες προκύπτει ο τύπος, στον οποίο c- θα είναι η ταχύτητα του φωτός.
E \u003d mc2
Από αυτόν τον τύπο προκύπτει ότι η μάζα γίνεται ενέργεια, η λιγότερη μάζα οδηγεί σε περισσότερη ενέργεια.

4 Σε υψηλότερη ταχύτητα, το σώμα συμπιέζεται (συμπίεση Lorentz-Fitzgerald).

5 Θεωρώντας έναν παρατηρητή σε ηρεμία και ένα κινούμενο αντικείμενο, για δεύτερη φορά θα πάει πιο αργά. Αυτή η θεωρία, που ολοκληρώθηκε το 1915, είναι κατάλληλη για έναν παρατηρητή που βρίσκεται σε επιταχυνόμενη κίνηση. Όπως φαίνεται από τη βαρύτητα και το διάστημα. Μετά από αυτό, μπορεί να υποτεθεί ότι ο χώρος είναι καμπύλος λόγω της παρουσίας ύλης σε αυτό, σχηματίζοντας έτσι βαρυτικά πεδία. Αποδεικνύεται ότι η ιδιότητα του χώρου είναι η βαρύτητα. Είναι ενδιαφέρον ότι το βαρυτικό πεδίο κάμπτει το φως, από όπου εμφανίστηκαν οι μαύρες τρύπες.

Σημείωση: Εάν ενδιαφέρεστε για την Αρχαιολογία (http://arheologija.ru/), απλώς ακολουθήστε τον σύνδεσμο προς έναν ενδιαφέρον ιστότοπο που θα σας ενημερώσει όχι μόνο για ανασκαφές, τεχνουργήματα και άλλα πράγματα, αλλά θα μοιραστεί και τα τελευταία νέα.

Το σχήμα δείχνει παραδείγματα της θεωρίας του Αϊνστάιν.

Υπό ΑΛΛΑαπεικονίζει έναν παρατηρητή να κοιτάζει αυτοκίνητα που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Αλλά το κόκκινο αυτοκίνητο κινείται πιο γρήγορα από το μπλε αυτοκίνητο, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητα του φωτός σε σχέση με αυτό θα είναι απόλυτη.

Υπό ΣΤΟθεωρείται το φως που προέρχεται από τους προβολείς, το οποίο παρά την εμφανή διαφορά στις ταχύτητες των αυτοκινήτων, θα είναι το ίδιο.

Υπό ΑΠΟπαρουσιάζεται μια πυρηνική έκρηξη που αποδεικνύει ότι E ενέργεια = Τ μάζα. Ή E \u003d mc2.

Υπό ρεΑπό το σχήμα φαίνεται ότι μια μικρότερη μάζα δίνει περισσότερη ενέργεια, ενώ το σώμα συμπιέζεται.

Υπό μιαλλαγή του χρόνου στο χώρο λόγω των Μου-μεσονίων. Στο διάστημα, ο χρόνος περνά πιο αργά από ό,τι στη γη.

Υπάρχει θεωρία της σχετικότητας για ανδρείκελαπου παρουσιάζεται εν συντομία στο βίντεο:

Ένα πολύ ενδιαφέρον γεγονός για τη θεωρία της σχετικότητας, που ανακαλύφθηκε από σύγχρονους επιστήμονες το 2014, αλλά παραμένει μυστήριο.

100 rμπόνους πρώτης παραγγελίας

Επιλέξτε τον τύπο εργασίας Εργασία αποφοίτησης Προθεσμία Περίληψη Μεταπτυχιακή εργασία Έκθεση για την πρακτική Άρθρο Έκθεση Ανασκόπηση Δοκιμαστική εργασία Μονογραφία Επίλυση προβλημάτων Επιχειρηματικό σχέδιο Απαντήσεις σε ερωτήσεις Δημιουργική εργασία Δοκίμιο Σχέδιο Συνθέσεις Μετάφραση Παρουσιάσεις Δακτυλογράφηση Άλλο Αύξηση της μοναδικότητας του κειμένου Διατριβή υποψηφίου Εργαστηριακή εργασία Βοήθεια για- γραμμή

Ρωτήστε για μια τιμή

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας αναπτύχθηκε στις αρχές του 20ου αιώνα με τις προσπάθειες των G. A. Lorentz, A. Poincaré και A. Einstein.

Τα αξιώματα του Αϊνστάιν

Το SRT προέρχεται πλήρως στο φυσικό επίπεδο της αυστηρότητας από δύο αξιώματα (υποθέσεις):

Ισχύει η αρχή της σχετικότητας του Αϊνστάιν, μια επέκταση της αρχής της σχετικότητας του Γαλιλαίου.

Η ταχύτητα του φωτός δεν εξαρτάται από την ταχύτητα της πηγής σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.

Η πειραματική επαλήθευση των αξιωμάτων του SRT παρεμποδίζεται σε κάποιο βαθμό από προβλήματα φιλοσοφικής φύσης: η δυνατότητα γραφής των εξισώσεων οποιασδήποτε θεωρίας σε αμετάβλητη μορφή, ανεξάρτητα από το φυσικό της περιεχόμενο, και η πολυπλοκότητα της ερμηνείας των εννοιών του "μήκους". , «χρόνος» και «αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς» σε συνθήκες σχετικιστικών επιδράσεων.

Η ουσία του SRT

Οι συνέπειες των αξιωμάτων του SRT είναι οι μετασχηματισμοί Lorentz, οι οποίοι αντικαθιστούν τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου για μη σχετικιστική, «κλασική» κίνηση. Αυτοί οι μετασχηματισμοί συνδέουν τις συντεταγμένες και τους χρόνους των ίδιων γεγονότων που παρατηρούνται από διαφορετικά αδρανειακά συστήματα αναφοράς.

Είναι αυτοί που περιγράφουν τέτοια διάσημα εφέ όπως η επιβράδυνση του χρόνου και η συντόμευση του μήκους των ταχέως κινούμενων σωμάτων, η ύπαρξη μιας περιοριστικής ταχύτητας ενός σώματος (που είναι η ταχύτητα του φωτός), η σχετικότητα της έννοιας του ταυτόχρονου (δύο συμβάντα συμβαίνουν ταυτόχρονα σύμφωνα με τα ρολόγια σε ένα πλαίσιο αναφοράς, αλλά σε διαφορετικά χρονικά σημεία ανάλογα με τις ώρες σε ένα άλλο σύστημα αναφοράς).

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας έχει λάβει πολυάριθμες πειραματικές επιβεβαιώσεις και είναι αναμφίβολα η σωστή θεωρία στο πεδίο εφαρμογής της. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας παύει να λειτουργεί στην κλίμακα ολόκληρου του Σύμπαντος, καθώς και σε περιπτώσεις ισχυρών βαρυτικών πεδίων, όπου αντικαθίσταται από μια γενικότερη θεωρία - τη γενική θεωρία της σχετικότητας. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας είναι επίσης εφαρμόσιμη στον μικρόκοσμο, η σύνθεσή της με την κβαντομηχανική είναι η κβαντική θεωρία πεδίου.

Σχόλια

Όπως και στην περίπτωση της κβαντικής μηχανικής, πολλές προβλέψεις της θεωρίας της σχετικότητας είναι αντιφατικές, φαίνονται απίστευτες και αδύνατες. Αυτό, ωστόσο, δεν σημαίνει ότι η θεωρία της σχετικότητας είναι λάθος. Στην πραγματικότητα, το πώς βλέπουμε (ή θέλουμε να δούμε) τον κόσμο γύρω μας και πώς είναι στην πραγματικότητα μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό. Για περισσότερο από έναν αιώνα, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να διαψεύσουν το SRT. Καμία από αυτές τις προσπάθειες δεν μπορούσε να βρει το παραμικρό ελάττωμα στη θεωρία. Το γεγονός ότι η θεωρία είναι μαθηματικά σωστή αποδεικνύεται από την αυστηρή μαθηματική μορφή και τη σαφήνεια όλων των διατυπώσεων. Το γεγονός ότι το SRT πραγματικά περιγράφει τον κόσμο μας αποδεικνύεται από μια τεράστια πειραματική εμπειρία. Πολλές συνέπειες αυτής της θεωρίας χρησιμοποιούνται στην πράξη. Είναι προφανές ότι όλες οι απόπειρες «διάψευσης του SRT» είναι καταδικασμένες σε αποτυχία, επειδή η ίδια η θεωρία βασίζεται στα τρία αξιώματα του Γαλιλαίου (τα οποία είναι κάπως διευρυμένα), βάσει των οποίων οικοδομείται η Νευτώνεια μηχανική, καθώς και σε ένα πρόσθετο αξίωμα του τη σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός σε όλα τα πλαίσια αναφοράς. Και οι τέσσερις δεν εγείρουν καμία αμφιβολία ως προς τη μέγιστη ακρίβεια των σύγχρονων μετρήσεων: καλύτερη από 10 - 12, και σε ορισμένες πτυχές - έως 10 - 15. Επιπλέον, η ακρίβεια της επαλήθευσης τους είναι τόσο υψηλή που η σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός τίθεται στη βάση του ορισμού του μέτρου - μονάδων μήκους, με αποτέλεσμα η ταχύτητα του φωτός να καθίσταται σταθερή αυτόματα εάν οι μετρήσεις πραγματοποιούνται σύμφωνα με τις μετρολογικές απαιτήσεις.

Το SRT περιγράφει μη βαρυτικά φυσικά φαινόμενα με πολύ υψηλή ακρίβεια. Αυτό όμως δεν αποκλείει το ενδεχόμενο διευκρίνισης και προσθήκης του. Για παράδειγμα, η γενική θεωρία της σχετικότητας είναι μια βελτίωση του SRT που λαμβάνει υπόψη τα βαρυτικά φαινόμενα. Η ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας είναι ακόμη σε εξέλιξη, και πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι η μελλοντική ολοκληρωμένη θεωρία θα απαντήσει σε όλες τις ερωτήσεις που έχουν φυσικό νόημα και θα δώσει και το SRT σε συνδυασμό με την κβαντική θεωρία πεδίου και τη γενική σχετικότητα εντός των ορίων. Πιθανότατα, το SRT θα αντιμετωπίσει την ίδια μοίρα με τους μηχανικούς του Newton - τα όρια της δυνατότητας εφαρμογής του θα σκιαγραφηθούν με ακρίβεια. Ταυτόχρονα, μια τέτοια γενική θεωρία εξακολουθεί να είναι μια πολύ μακρινή προοπτική και δεν πιστεύουν όλοι οι επιστήμονες ότι η κατασκευή της είναι καν δυνατή.

Γενική θεωρία της σχετικότητας

Γενική θεωρία της σχετικότητας(GR) είναι μια γεωμετρική θεωρία της βαρύτητας που δημοσιεύτηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915-1916. Στο πλαίσιο αυτής της θεωρίας, που αποτελεί περαιτέρω ανάπτυξη της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, υποτίθεται ότι τα βαρυτικά φαινόμενα προκαλούνται όχι από την αλληλεπίδραση δυνάμεων σωμάτων και πεδίων που βρίσκονται στο χωροχρόνο, αλλά από την παραμόρφωση του χωροχρόνου. η ίδια, η οποία συνδέεται, ειδικότερα, με την παρουσία μάζας-ενέργειας.

Η γενική σχετικότητα είναι αυτή τη στιγμή (2007) η πιο επιτυχημένη βαρυτική θεωρία, η οποία επιβεβαιώνεται καλά από τις παρατηρήσεις. Η πρώτη επιτυχία της γενικής σχετικότητας ήταν να εξηγήσει την ανώμαλη μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή. Στη συνέχεια, το 1919, ο Arthur Eddington ανέφερε ότι παρατήρησε την εκτροπή του φωτός κοντά στον Ήλιο κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης, η οποία επιβεβαίωσε τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας. Επιπλέον, πολλές παρατηρήσεις ερμηνεύονται ως επιβεβαίωση μιας από τις πιο μυστηριώδεις και εξωτικές προβλέψεις της γενικής σχετικότητας - την ύπαρξη μαύρων τρυπών.

Παρά τη συντριπτική επιτυχία της γενικής σχετικότητας, υπάρχει δυσφορία στην επιστημονική κοινότητα ότι δεν μπορεί να επαναδιατυπωθεί ως το κλασικό όριο της κβαντικής θεωρίας λόγω της εμφάνισης αμετάκλητων μαθηματικών αποκλίσεων όταν εξετάζονται οι μαύρες τρύπες και γενικά οι χωροχρονικές ιδιομορφίες. Μια σειρά από εναλλακτικές θεωρίες έχουν προταθεί για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος. Τα τρέχοντα πειραματικά στοιχεία δείχνουν ότι κάθε τύπος απόκλισης από τη γενική σχετικότητα θα πρέπει να είναι πολύ μικρή, αν υπάρχει καθόλου.

Ο Αϊνστάιν άρχισε να ψάχνει για μια θεωρία της βαρύτητας που θα ήταν συμβατή με την αρχή της αμετάβλητης των νόμων της φύσης σε σχέση με οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς. Το αποτέλεσμα αυτής της αναζήτησης ήταν η γενική θεωρία της σχετικότητας, βασισμένη στην αρχή της ταυτότητας βαρυτικής και αδρανειακής μάζας.

Η αρχή της ισότητας βαρυτικών και αδρανειακών μαζών

Στην κλασική Νευτώνεια μηχανική, υπάρχουν δύο έννοιες της μάζας: η πρώτη αναφέρεται στο δεύτερο νόμο του Νεύτωνα και η δεύτερη στο νόμο της παγκόσμιας έλξης. Η πρώτη μάζα - αδρανειακή (ή αδρανειακή) - είναι η αναλογία μη βαρυτικήδύναμη που δρα στο σώμα για να το επιταχύνει. Η δεύτερη μάζα είναι βαρυτική (ή, όπως αποκαλείται μερικές φορές, βαρύς) - καθορίζει τη δύναμη έλξης του σώματος από άλλα σώματα και τη δική του δύναμη έλξης. Σε γενικές γραμμές, αυτές οι δύο μάζες μετρώνται, όπως φαίνεται από την περιγραφή, σε διαφορετικά πειράματα, επομένως δεν χρειάζεται να είναι καθόλου ανάλογες μεταξύ τους. Η αυστηρή αναλογικότητά τους μας επιτρέπει να μιλάμε για ενιαία μάζα σώματος τόσο σε μη βαρυτικές όσο και σε βαρυτικές αλληλεπιδράσεις. Με μια κατάλληλη επιλογή μονάδων, αυτές οι μάζες μπορούν να γίνουν ίσες μεταξύ τους.

Η αρχή της κίνησης κατά μήκος γεωδαισιακών γραμμών

Αν η βαρυτική μάζα είναι ακριβώς ίση με την αδρανειακή μάζα, τότε στην έκφραση για την επιτάχυνση ενός σώματος, πάνω στο οποίο δρουν μόνο οι βαρυτικές δυνάμεις, μειώνονται και οι δύο μάζες. Επομένως, η επιτάχυνση του σώματος, και ως εκ τούτου η τροχιά του, δεν εξαρτάται από τη μάζα και την εσωτερική δομή του σώματος. Εάν όλα τα σώματα στο ίδιο σημείο του χώρου λαμβάνουν την ίδια επιτάχυνση, τότε αυτή η επιτάχυνση μπορεί να συσχετιστεί όχι με τις ιδιότητες των σωμάτων, αλλά με τις ιδιότητες του ίδιου του χώρου σε αυτό το σημείο.

Έτσι, η περιγραφή της βαρυτικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωμάτων μπορεί να περιοριστεί σε μια περιγραφή του χωροχρόνου μέσα στον οποίο κινούνται τα σώματα. Είναι φυσικό να υποθέσουμε, όπως έκανε ο Αϊνστάιν, ότι τα σώματα κινούνται με αδράνεια, δηλαδή με τέτοιο τρόπο ώστε η επιτάχυνσή τους στο δικό τους πλαίσιο αναφοράς να είναι μηδέν. Οι τροχιές των σωμάτων θα είναι τότε γεωδαισιακές γραμμές, η θεωρία των οποίων αναπτύχθηκε από μαθηματικούς τον 19ο αιώνα.

Τα σύγχρονα πειράματα επιβεβαιώνουν την κίνηση των σωμάτων κατά μήκος των γεωδαισιακών γραμμών με την ίδια ακρίβεια όπως η ισότητα βαρυτικών και αδρανειακών μαζών.

Καμπυλότητα χωροχρόνου

Εάν δύο σώματα εκτοξευθούν από δύο κοντινά σημεία παράλληλα μεταξύ τους, τότε στο βαρυτικό πεδίο σταδιακά είτε θα πλησιάσουν είτε θα απομακρυνθούν το ένα από το άλλο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται απόκλιση των γεωδαισιακών γραμμών. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας εάν δύο μπάλες εκτοξευθούν παράλληλα μεταξύ τους πάνω από μια ελαστική μεμβράνη, στην οποία τοποθετείται ένα τεράστιο αντικείμενο στο κέντρο. Οι μπάλες θα διασκορπιστούν: αυτή που ήταν πιο κοντά στο αντικείμενο που σπρώχνει τη μεμβράνη θα τείνει προς το κέντρο πιο έντονα από την πιο απομακρυσμένη μπάλα. Αυτή η απόκλιση (απόκλιση) οφείλεται στην καμπυλότητα της μεμβράνης.

Κύριες Συνέπειες της Γενικής Σχετικότητας

Σύμφωνα με την αρχή της αντιστοιχίας, στα ασθενή βαρυτικά πεδία, οι προβλέψεις της γενικής σχετικότητας συμπίπτουν με τα αποτελέσματα της εφαρμογής του νόμου της παγκόσμιας βαρύτητας του Νεύτωνα με μικρές διορθώσεις που αυξάνονται όσο αυξάνεται η ένταση του πεδίου.

Οι πρώτες προβλεπόμενες και επαληθευμένες πειραματικές συνέπειες της γενικής σχετικότητας ήταν τρία κλασικά φαινόμενα, που παρατίθενται παρακάτω με χρονολογική σειρά της πρώτης επαλήθευσης:

1. Μια επιπλέον μετατόπιση στο περιήλιο της τροχιάς του Ερμή σε σύγκριση με τις προβλέψεις της Νευτώνειας μηχανικής.
2. Εκτροπή δέσμης φωτός στο βαρυτικό πεδίο του Ήλιου.
3. Βαρυτική μετατόπιση προς το κόκκινο ή χρονική διαστολή σε ένα βαρυτικό πεδίο.

The King's New Mind [Σχετικά με τους υπολογιστές, τη σκέψη και τους νόμους της φυσικής] Roger Penrose

Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Θυμηθείτε τη μεγάλη αλήθεια που ανακάλυψε ο Γαλιλαίος: όλα τα σώματα πέφτουν εξίσου γρήγορα υπό την επίδραση της βαρύτητας. (Αυτή ήταν μια λαμπρή εικασία, που ελάχιστα υποστηρίζεται από εμπειρικά δεδομένα, επειδή λόγω της αντίστασης του αέρα, τα φτερά και οι πέτρες εξακολουθούν να πέφτουν ασταθή. ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ! Ο Γαλιλαίος συνειδητοποίησε ξαφνικά ότι αν η αντίσταση του αέρα μπορούσε να μειωθεί στο μηδέν, τότε τα φτερά και οι πέτρες θα έπεφτε στη Γη την ίδια στιγμή.) Χρειάστηκαν τρεις αιώνες πριν γίνει αληθινά αντιληπτή η βαθιά σημασία αυτής της ανακάλυψης και γίνει ο ακρογωνιαίος λίθος μιας μεγάλης θεωρίας. Αναφέρομαι στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν - μια εντυπωσιακή περιγραφή της βαρύτητας, η οποία, όπως θα ξεκαθαρίσουμε σύντομα, απαιτούσε την εισαγωγή της έννοιας καμπύλο χωροχρόνο !

Τι σχέση έχει η διαισθητική ανακάλυψη του Galileo με την ιδέα της «καμπυλότητας του χωροχρόνου»; Πώς θα μπορούσε αυτή η έννοια, τόσο προφανώς διαφορετική από το σχήμα του Νεύτωνα, σύμφωνα με το οποίο τα σωματίδια επιταχύνονται υπό την επίδραση συνηθισμένων βαρυτικών δυνάμεων, ήταν ικανή όχι μόνο να εξισώσει την ακρίβεια της περιγραφής με τη θεωρία του Νεύτωνα, αλλά και να την ξεπεράσει; Και τότε, πόσο αληθινή είναι η δήλωση ότι υπήρχε κάτι στην ανακάλυψη του Γαλιλαίου που δεν είχα αργότερα ενσωματώθηκε στη Νευτώνεια θεωρία;

Επιτρέψτε μου να ξεκινήσω με την τελευταία ερώτηση γιατί είναι η πιο εύκολη απάντηση. Τι ελέγχει, σύμφωνα με τη θεωρία του Νεύτωνα, την επιτάχυνση ενός σώματος υπό την επίδραση της βαρύτητας; Πρώτον, η βαρυτική δύναμη δρα στο σώμα. δύναμη , το οποίο, σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα, πρέπει να είναι ανάλογη με το σωματικό βάρος. Δεύτερον, η ποσότητα της επιτάχυνσης που βιώνει το σώμα υπό τη δράση του δεδομένος δύναμη, σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, αντιστρόφως ανάλογη με το σωματικό βάρος. Η εκπληκτική ανακάλυψη του Γαλιλαίου εξαρτάται από το γεγονός ότι η «μάζα» που εισέρχεται στον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας του Νεύτωνα είναι, στην πραγματικότητα, η ίδια «μάζα» που εισέρχεται στον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. (Αντί για "το ίδιο" θα μπορούσε κανείς να πει "αναλογικό".) Ως αποτέλεσμα, η επιτάχυνση του σώματος υπό την επίδραση της βαρύτητας δεν εξαρτάται από τη μάζα του. Δεν υπάρχει τίποτα στο γενικό σχήμα του Νεύτωνα που να δείχνει ότι και οι δύο έννοιες της μάζας είναι ίδιες. Αυτή η ομοιότητα μόνο Newton υποτίθεται. Πράγματι, οι ηλεκτρικές δυνάμεις είναι παρόμοιες με τις βαρυτικές καθώς και οι δύο είναι αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης, αλλά οι ηλεκτρικές δυνάμεις εξαρτώνται από ηλεκτρικό φορτίο, η οποία είναι εντελώς διαφορετικής φύσης από βάροςστον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Η «διαισθητική ανακάλυψη του Γαλιλαίου» δεν θα μπορούσε να εφαρμοστεί στις ηλεκτρικές δυνάμεις: για τα σώματα (φορτισμένα σώματα) που ρίχνονται σε ηλεκτρικό πεδίο, δεν μπορεί κανείς να πει ότι «πέφτουν» με την ίδια ταχύτητα!

Μόνο για λίγο αποδέχομαιΗ διαισθητική ανακάλυψη του Γαλιλαίου σχετικά με την κίνηση υπό την επίδραση του βαρύτητακαι προσπαθήστε να μάθετε σε ποιες συνέπειες οδηγεί. Φανταστείτε τον Γαλιλαίο να πετάει δύο πέτρες από τον Πύργο της Πίζας. Ας υποθέσουμε ότι μια βιντεοκάμερα είναι στερεωμένη άκαμπτα σε μια από τις πέτρες και στοχεύει σε μια άλλη πέτρα. Τότε στην ταινία θα αποτυπωθεί η εξής κατάσταση: η πέτρα πετάει στο διάστημα, σαν δεν βιώνειβαρύτητα (Εικ. 5.23)! Και αυτό συμβαίνει ακριβώς επειδή όλα τα σώματα υπό την επίδραση της βαρύτητας πέφτουν με την ίδια ταχύτητα.

Ρύζι. 5.23.Ο Γαλιλαίος πετά δύο πέτρες (και μια βιντεοκάμερα) από τον Πύργο της Πίζας

Στην παραπάνω εικόνα, παραμελούμε την αντίσταση του αέρα. Στην εποχή μας, οι διαστημικές πτήσεις μας προσφέρουν την καλύτερη ευκαιρία να δοκιμάσουμε αυτές τις ιδέες, αφού δεν υπάρχει αέρας στο διάστημα. Επιπλέον, «πτώση» στο διάστημα σημαίνει απλώς κίνηση σε μια συγκεκριμένη τροχιά υπό την επίδραση της βαρύτητας. Μια τέτοια «πτώση» δεν χρειάζεται απαραίτητα να συμβεί σε ευθεία γραμμή κάτω - στο κέντρο της Γης. Μπορεί κάλλιστα να έχει κάποιο οριζόντιο στοιχείο. Αν αυτό το οριζόντιο συστατικό είναι αρκετά μεγάλο, τότε το σώμα μπορεί να «πέσει» σε μια κυκλική τροχιά γύρω από τη Γη χωρίς να πλησιάσει την επιφάνειά της! Το ταξίδι σε ελεύθερη τροχιά της Γης υπό την επίδραση της βαρύτητας είναι ένας πολύ εξελιγμένος (και πολύ ακριβός!) τρόπος «πτώσης». Όπως στο βίντεο που περιγράφεται παραπάνω, ένας αστροναύτης, κάνοντας μια «βόλτα στο διάστημα», βλέπει το διαστημόπλοιό του να αιωρείται μπροστά του και, σαν να λέγαμε, να μην βιώνει τη δράση της βαρύτητας από την τεράστια μπάλα της Γης από κάτω του! (Βλ. Εικ. 5.24.) Έτσι, περνώντας στο «επιταχυνόμενο πλαίσιο αναφοράς» της ελεύθερης πτώσης, μπορεί κανείς να αποκλείσει τοπικά τη δράση της βαρύτητας.

Ρύζι. 5.24.Ένας αστροναύτης βλέπει το διαστημόπλοιο του να αιωρείται μπροστά του, σαν να μην επηρεάζεται από τη βαρύτητα.

Βλέπουμε ότι η ελεύθερη πτώση επιτρέπει αποκλείωβαρύτητα επειδή η επίδραση της δράσης του βαρυτικού πεδίου είναι η ίδια με αυτή της επιτάχυνσης Πράγματι, εάν βρίσκεστε σε έναν ανελκυστήρα που κινείται με επιτάχυνση προς τα πάνω, τότε απλώς αισθάνεστε ότι το φαινόμενο βαρυτικό πεδίο αυξάνεται και αν ο ανελκυστήρας κινείται με επιτάχυνση προς τα κάτω, τότε το βαρυτικό πεδίο φαίνεται να μειώνεται. Εάν το καλώδιο στο οποίο είναι αναρτημένο το αυτοκίνητο σπάσει, τότε (αν παραμελήσουμε την αντίσταση του αέρα και τα αποτελέσματα τριβής) η προκύπτουσα επιτάχυνση κατευθυνόμενη προς τα κάτω (προς το κέντρο της Γης) θα κατέστρεφε εντελώς την επίδραση της βαρύτητας και τους ανθρώπους που βρέθηκαν στο θάλαμο του ανελκυστήρα θα άρχιζε να επιπλέει ελεύθερα στο διάστημα, σαν αστροναύτης σε διαστημικό περίπατο, μέχρι η καμπίνα να χτυπήσει στο έδαφος! Ακόμη και σε ένα τρένο ή σε ένα αεροπλάνο, οι επιταχύνσεις μπορεί να είναι τέτοιες που η αίσθηση του μεγέθους και της κατεύθυνσης της βαρύτητας του επιβάτη μπορεί να μην συμπίπτει με το σημείο όπου η κανονική εμπειρία δείχνει «πάνω» και «κάτω». Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι ενέργειες της επιτάχυνσης και της βαρύτητας παρόμοιοςτόσο που οι αισθήσεις μας αδυνατούν να ξεχωρίσουν το ένα από το άλλο. Αυτό το γεγονός - ότι οι τοπικές εκδηλώσεις της βαρύτητας είναι ισοδύναμες με τις τοπικές εκδηλώσεις ενός επιταχυνόμενου πλαισίου αναφοράς - είναι αυτό που ονόμασε ο Αϊνστάιν αρχή της ισοδυναμίας .

Οι παραπάνω σκέψεις είναι «τοπικές». Αλλά εάν επιτρέπεται να γίνονται (όχι μόνο τοπικές) μετρήσεις με αρκετά υψηλή ακρίβεια, τότε καταρχήν είναι δυνατό να καθοριστεί διαφοράμεταξύ του «αληθινού» βαρυτικού πεδίου και της καθαρής επιτάχυνσης. Στο σχ. 5 25 Έχω απεικονίσει με ελαφρώς υπερβολικό τρόπο πώς μια αρχικά ακίνητη σφαιρική διαμόρφωση σωματιδίων, που πέφτουν ελεύθερα υπό την επίδραση της βαρύτητας, αρχίζει να παραμορφώνεται υπό την επίδραση της ανομοιογένειες(Νευτώνειο) βαρυτικό πεδίο.

Ρύζι. 5.25.Παλιρροιακό φαινόμενο. Τα διπλά βέλη υποδεικνύουν σχετική επιτάχυνση (WEIL)

Αυτό το πεδίο είναι ετερογενές από δύο απόψεις. Πρώτον, δεδομένου ότι το κέντρο της Γης βρίσκεται σε κάποια πεπερασμένη απόσταση από το σώμα που πέφτει, τα σωματίδια που βρίσκονται πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης κινούνται προς τα κάτω με μεγαλύτερη επιτάχυνση από τα σωματίδια που βρίσκονται πάνω (θυμηθείτε τον νόμο του Νεύτωνα για την αντίστροφη αναλογία προς το τετράγωνο της απόστασης του Νεύτωνα). Δεύτερον, για τον ίδιο λόγο, υπάρχουν μικρές διαφορές στην κατεύθυνση της επιτάχυνσης για τα σωματίδια που καταλαμβάνουν διαφορετικές οριζόντιες θέσεις. Λόγω αυτής της ανομοιογένειας, το σφαιρικό σχήμα αρχίζει να παραμορφώνεται ελαφρά, μετατρέποντας σε «ελλειψοειδές». Η αρχική σφαίρα είναι επιμήκης προς το κέντρο της Γης (και επίσης προς την αντίθετη κατεύθυνση), καθώς εκείνα τα μέρη της που είναι πιο κοντά στο κέντρο της Γης κινούνται με ελαφρώς μεγαλύτερη επιτάχυνση από εκείνα που βρίσκονται πιο μακριά από το κέντρο της Γης. Γη, και στενεύει οριζόντια, αφού οι επιταχύνσεις των μερών της που βρίσκονται στα άκρα της οριζόντιας διαμέτρου είναι ελαφρώς λοξότμητες "προς τα μέσα" - προς το κέντρο της Γης.

Αυτή η παραμορφωτική δράση είναι γνωστή ως παλιρροιακό αποτέλεσμαβαρύτητα. Αν αντικαταστήσουμε το κέντρο της γης με το φεγγάρι και τη σφαίρα των υλικών σωματιδίων με την επιφάνεια της γης, παίρνουμε ακριβώς την περιγραφή της δράσης της σελήνης, προκαλώντας παλίρροιες στη γη, με «καμπούρες» που σχηματίζονται προς το φεγγάρι και μακριά από το φεγγάρι. Το παλιρροϊκό φαινόμενο είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό των βαρυτικών πεδίων που δεν μπορεί να «εξαλειφθεί» με ελεύθερη πτώση. Το παλιρροιακό φαινόμενο χρησιμεύει ως μέτρο της ανομοιογένειας του Νευτώνειου βαρυτικού πεδίου. (Η ποσότητα του παλιρροιακού στημονιού στην πραγματικότητα μειώνεται με τον αντίστροφο κύβο, όχι με το τετράγωνο της απόστασης από το κέντρο βάρους.)

Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα, σύμφωνα με τον οποίο η δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης, μπορεί, όπως αποδεικνύεται, να ερμηνευθεί εύκολα ως προς το παλιρροϊκό φαινόμενο: Ενταση ΗΧΟΥ ελλειψοειδές στο οποίο η σφαίρα παραμορφώνεται αρχικά, ισοδυναμεί ο όγκος της αρχικής σφαίρας - υποθέτοντας ότι η σφαίρα περιβάλλει το κενό. Αυτή η ιδιότητα διατήρησης όγκου είναι χαρακτηριστική του νόμου του αντίστροφου τετραγώνου. δεν ισχύει για άλλους νόμους. Ας υποθέσουμε περαιτέρω ότι η αρχική σφαίρα δεν περιβάλλεται από κενό, αλλά από μια ορισμένη ποσότητα ύλης με συνολική μάζα Μ . Στη συνέχεια, υπάρχει ένα πρόσθετο στοιχείο επιτάχυνσης που κατευθύνεται μέσα στη σφαίρα λόγω της βαρυτικής έλξης της ύλης μέσα στη σφαίρα. Ο όγκος του ελλειψοειδούς στον οποίο παραμορφώνεται αρχικά η σφαίρα των υλικών σωματιδίων μας, συρρίκνωση- κατά το ποσό αναλογικά Μ . Θα συναντούσαμε ένα παράδειγμα της επίδρασης της συρρίκνωσης του όγκου ενός ελλειψοειδούς αν επιλέγαμε τη σφαίρα μας έτσι ώστε να περιβάλλει τη Γη σε σταθερό ύψος (Εικ. 5.26). Τότε η συνήθης επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας και κατευθυνόμενη προς τα κάτω (δηλαδή, μέσα στη Γη) θα είναι ο ίδιος ο λόγος για τον οποίο ο όγκος της σφαίρας μας συρρικνώνεται.

Ρύζι. 5.26.Όταν μια σφαίρα περιβάλλει κάποια ουσία (σε αυτήν την περίπτωση, τη Γη), υπάρχει μια καθαρή επιτάχυνση που κατευθύνεται προς τα μέσα (RICCI)

Σε αυτή την ιδιότητα της συστολής όγκου βρίσκεται το υπόλοιπο του νόμου του Νεύτωνα της παγκόσμιας έλξης, δηλαδή ότι η δύναμη είναι ανάλογη της μάζας προσελκύονταςσώμα.

Ας προσπαθήσουμε να αποκτήσουμε μια χωροχρονική εικόνα μιας τέτοιας κατάστασης. Στο σχ. Στο Σχήμα 5.27, έχω σχεδιάσει τις γραμμές του κόσμου των σωματιδίων της σφαιρικής μας επιφάνειας (που παρουσιάζονται ως κύκλος στο σχήμα 5.25) και έχω χρησιμοποιήσει για να περιγράψω το πλαίσιο αναφοράς στο οποίο το κεντρικό σημείο της σφαίρας φαίνεται να είναι σε ηρεμία ("ελεύθερη πτώση").

Ρύζι. 5.27.Καμπυλότητα χωροχρόνου: το παλιρροϊκό φαινόμενο που απεικονίζεται στον χωροχρόνο

Η θέση της γενικής σχετικότητας είναι να θεωρείται η ελεύθερη πτώση ως «φυσική κίνηση» - ανάλογη με την «ομοιόμορφη ευθύγραμμη κίνηση» που αντιμετωπίζεται απουσία βαρύτητας. Έτσι, εμείς προσπαθείπεριγράψτε την ελεύθερη πτώση με «ευθείες» γραμμές του κόσμου στο χωροχρόνο! Αλλά αν κοιτάξετε το Σχ. 5.27, καθίσταται σαφές ότι η χρήση οι λέξεις Οι "ευθείες γραμμές" σε σχέση με αυτές τις γραμμές του κόσμου μπορούν να παραπλανήσουν τον αναγνώστη, επομένως, για λόγους ορολογίας, θα ονομάσουμε τις γραμμές του κόσμου ελεύθερα πέφτουν σωματίδια στο χωροχρόνο - γεωδαιτική .

Αλλά πόσο καλή είναι αυτή η ορολογία; Τι είναι συνήθως κατανοητό από μια "γεωδαιτική" γραμμή; Εξετάστε μια αναλογία για μια δισδιάστατη καμπύλη επιφάνεια. Γεωδαιτικές είναι εκείνες οι καμπύλες που σε μια δεδομένη επιφάνεια (τοπικά) χρησιμεύουν ως «συντομότερα μονοπάτια». Με άλλα λόγια, αν φανταστούμε ένα κομμάτι νήματος τεντωμένο σε μια καθορισμένη επιφάνεια (και όχι πολύ μακρύ ώστε να μην μπορεί να γλιστρήσει), τότε το νήμα θα βρίσκεται κατά μήκος κάποιας γεωδαισιακής γραμμής στην επιφάνεια.

Ρύζι. 5.28.Γεωδαιτικές γραμμές στον καμπύλο χώρο: οι γραμμές συγκλίνουν στο χώρο με θετική καμπυλότητα και αποκλίνουν στο χώρο με αρνητική καμπυλότητα

Στο σχ. 5.28 Έδωσα δύο παραδείγματα επιφανειών: η πρώτη (αριστερά) είναι η επιφάνεια της λεγόμενης «θετικής καμπυλότητας» (όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας), η δεύτερη είναι η επιφάνεια της «αρνητικής καμπυλότητας» (επιφάνεια σέλας). Σε μια επιφάνεια θετικής καμπυλότητας, δύο γειτονικές γεωδαισιακές γραμμές που ξεκινούν παράλληλα μεταξύ τους από τα σημεία εκκίνησης αρχίζουν να καμπυλώνονται στη συνέχεια προςο ένας τον άλλον; και στην επιφάνεια αρνητικής καμπυλότητας κάμπτονται πλευρέςο ένας από τον άλλο.

Αν φανταστούμε ότι οι γραμμές του κόσμου των σωματιδίων που πέφτουν ελεύθερα συμπεριφέρονται κατά κάποιο τρόπο σαν γεωδαισιακές γραμμές σε μια επιφάνεια, τότε αποδεικνύεται ότι υπάρχει μια στενή αναλογία μεταξύ του βαρυτικού παλιρροϊκού φαινομένου που συζητήθηκε παραπάνω και των επιπτώσεων της καμπυλότητας της επιφάνειας - και ως θετικό καμπυλότητα, Έτσι αρνητικός. Ρίξτε μια ματιά στο σύκο. 5,25, 5,27. Βλέπουμε ότι στον χωροχρόνο μας αρχίζουν οι γεωδαισιακές γραμμές αποκλίνωπρος μία κατεύθυνση (όταν «παρατάσσονται» προς τη Γη) - όπως συμβαίνει στην επιφάνεια αρνητικόςκαμπυλότητα στο σχ. 5.28 - και πλησιάζωπρος άλλες κατευθύνσεις (όταν κινούνται οριζόντια σε σχέση με τη Γη) - όπως στην επιφάνεια θετικόςκαμπυλότητα στο σχ. 5.28. Έτσι, φαίνεται ότι ο χωροχρόνος μας, όπως και οι προαναφερθείσες επιφάνειες, έχει επίσης μια «καμπυλότητα», μόνο πιο περίπλοκη, γιατί λόγω της υψηλής διάστασης του χωροχρόνου, με διάφορες μετατοπίσεις, μπορεί να είναι μικτής φύσης. , χωρίς να είναι καθαρά θετικό, ούτε καθαρά αρνητικό.

Από αυτό προκύπτει ότι η έννοια της «καμπυλότητας» του χωροχρόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τη δράση των βαρυτικών πεδίων. Η δυνατότητα χρήσης μιας τέτοιας περιγραφής προκύπτει τελικά από τη διαισθητική ανακάλυψη του Galileo (αρχή της ισοδυναμίας) και μας επιτρέπει να εξαλείψουμε τη βαρυτική «δύναμη» με τη βοήθεια της ελεύθερης πτώσης. Πράγματι, τίποτα από όσα έχω πει μέχρι τώρα δεν υπερβαίνει το πεδίο της Νευτώνειας θεωρίας. Η εικόνα που μόλις σχεδιάστηκε δίνει απλά αναδιατύπωσηαυτή η θεωρία. Αλλά όταν προσπαθούμε να συνδυάσουμε τη νέα εικόνα με αυτή της περιγραφής της ειδικής σχετικότητας του Minkowski, η γεωμετρία του χωροχρόνου που γνωρίζουμε ισχύει για απουσίαβαρύτητα - νέα φυσική μπαίνει στο παιχνίδι. Το αποτέλεσμα αυτού του συνδυασμού είναι γενική θεωρία της σχετικότηταςΑϊνστάιν.

Ας θυμηθούμε τι μας δίδαξε ο Minkowski. Έχουμε (ελλείψει βαρύτητας) χωροχρόνο, προικισμένο με ένα ειδικό είδος μέτρησης της «απόστασης» μεταξύ των σημείων: αν έχουμε στον χωροχρόνο μια παγκόσμια γραμμή που περιγράφει την τροχιά κάποιου σωματιδίου, τότε η «απόσταση» στο Η αίσθηση του Minkowski, μετρημένη κατά μήκος αυτής της γραμμής του κόσμου, δίνει χρόνος , στην πραγματικότητα έζησε από το σωματίδιο. (Στην πραγματικότητα, στην προηγούμενη ενότητα εξετάσαμε αυτήν την "απόσταση" μόνο για εκείνες τις γραμμές του κόσμου που αποτελούνται από ευθύγραμμα τμήματα - αλλά η παραπάνω δήλωση ισχύει επίσης για καμπύλες γραμμές του κόσμου, εάν η "απόσταση" μετριέται κατά μήκος μιας καμπύλης.) Η γεωμετρία Minkowski θεωρείται ακριβής εάν δεν υπάρχει βαρυτικό πεδίο, δηλαδή εάν ο χωροχρόνος δεν έχει καμπυλότητα. Αλλά με την παρουσία της βαρύτητας, θεωρούμε τη γεωμετρία του Minkowski μόνο ως κατά προσέγγιση - ακριβώς όπως μια επίπεδη επιφάνεια αντιστοιχεί μόνο κατά προσέγγιση στη γεωμετρία μιας καμπύλης επιφάνειας. Ας φανταστούμε ότι, ενώ μελετάμε μια καμπύλη επιφάνεια, παίρνουμε ένα μικροσκόπιο, το οποίο δίνει μια αυξανόμενη μεγέθυνση - έτσι ώστε η γεωμετρία της καμπύλης επιφάνειας να φαίνεται να τεντώνεται όλο και περισσότερο. Σε αυτή την περίπτωση, η επιφάνεια θα μας φαίνεται όλο και πιο επίπεδη. Επομένως, λέμε ότι η καμπύλη επιφάνεια έχει την τοπική δομή του ευκλείδειου επιπέδου. Με τον ίδιο τρόπο, μπορούμε να πούμε ότι παρουσία της βαρύτητας, ο χωροχρόνος τοπικά περιγράφεται από τη γεωμετρία του Minkowski (που είναι η γεωμετρία του επίπεδου χωροχρόνου), αλλά επιτρέπουμε κάποια «καμπυλότητα» σε μεγαλύτερες κλίμακες (Εικ. 5.29).

Ρύζι. 5.29.Μια εικόνα κυρτού χωροχρόνου

Συγκεκριμένα, όπως και στον χώρο Minkowski, κάθε σημείο του χωροχρόνου είναι κορυφή ελαφρύ κώνο- αλλά σε αυτήν την περίπτωση, αυτοί οι κώνοι φωτός δεν βρίσκονται πλέον με τον ίδιο τρόπο. Στο Κεφάλαιο 7, θα εξοικειωθούμε με μεμονωμένα μοντέλα χωροχρόνου στα οποία αυτή η ανομοιογένεια στη διάταξη των κώνων φωτός είναι ξεκάθαρα ορατή (βλ. Εικ. 7.13, 7.14). Οι παγκόσμιες γραμμές υλικών σωματιδίων είναι πάντα κατευθυνόμενες μέσα φωτεινοί κώνοι και γραμμές φωτονίων - κατά μήκος ελαφρούς κώνους. Κατά μήκος οποιασδήποτε τέτοιας καμπύλης μπορούμε να εισαγάγουμε την "απόσταση" με την έννοια του Minkowski, η οποία χρησιμεύει ως μέτρο του χρόνου που ζουν τα σωματίδια με τον ίδιο τρόπο όπως στον χώρο Minkowski. Όπως και με μια καμπύλη επιφάνεια, αυτό το μέτρο «απόστασης» καθορίζει γεωμετρίαεπιφάνεια, η οποία μπορεί να διαφέρει από τη γεωμετρία του επιπέδου.

Οι γεωδαισιακές γραμμές στο χωροχρόνο μπορούν τώρα να λάβουν μια ερμηνεία παρόμοια με την ερμηνεία των γεωδαισιακών γραμμών σε δισδιάστατες επιφάνειες, ενώ λαμβάνονται υπόψη οι διαφορές μεταξύ των γεωμετριών του Minkowski και του Euclid. Έτσι, οι γεωδαιτικές μας γραμμές στο χωροχρόνο δεν είναι (τοπικά) οι μικρότερες καμπύλες, αλλά, αντίθετα, καμπύλες που είναι (τοπικά) αυξάνω στον ανώτατο βαθμό«απόσταση» (δηλαδή χρόνος) κατά μήκος της γραμμής του κόσμου. Οι γραμμές του κόσμου των σωματιδίων που κινούνται ελεύθερα υπό τη δράση της βαρύτητας, σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, είναι πράγματι είναιγεωδαιτική. Συγκεκριμένα, τα ουράνια σώματα που κινούνται σε ένα βαρυτικό πεδίο περιγράφονται καλά από παρόμοιες γεωδαισιακές γραμμές. Επιπλέον, οι ακτίνες φωτός (γραμμές του κόσμου φωτονίων) στον κενό χώρο χρησιμεύουν επίσης ως γεωδαιτικές γραμμές, αλλά αυτή τη φορά - μηδενικό"μήκος". Ως παράδειγμα, έχω σχεδιάσει σχηματικά στο Σχ. 5.30 γραμμές του κόσμου της Γης και του Ήλιου. Η κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο περιγράφεται από μια γραμμή «τιρμπουσόν» που τυλίγεται γύρω από την παγκόσμια γραμμή του Ήλιου. Στο ίδιο μέρος, απεικόνισα ένα φωτόνιο να έρχεται στη Γη από ένα μακρινό αστέρι. Η παγκόσμια γραμμή του εμφανίζεται ελαφρώς «καμπύλη» λόγω του γεγονότος ότι το φως (σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν) εκτρέπεται στην πραγματικότητα από το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου.

Ρύζι. 5.30.Κόσμες γραμμές της Γης και του Ήλιου. Μια δέσμη φωτός από ένα μακρινό αστέρι εκτρέπεται από τον ήλιο

Πρέπει ακόμα να καταλάβουμε πώς ο νόμος του αντίστροφου τετραγώνου του Νεύτωνα μπορεί να ενσωματωθεί (μετά από κατάλληλη τροποποίηση) στη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ας στραφούμε ξανά στη σφαίρα των υλικών σωματιδίων μας που πέφτουν σε ένα βαρυτικό πεδίο. Θυμηθείτε ότι εάν μέσα στη σφαίρα περικλείεται μόνο το κενό, τότε, σύμφωνα με τη θεωρία του Νεύτωνα, ο όγκος της σφαίρας αρχικά δεν αλλάζει. αλλά αν μέσα στη σφαίρα υπάρχει ύλη με συνολική μάζα Μ , τότε υπάρχει μείωση του όγκου ανάλογη με Μ . Στη θεωρία του Αϊνστάιν (για μια μικρή σφαίρα) οι κανόνες είναι ακριβώς οι ίδιοι, με τη διαφορά ότι δεν καθορίζονται όλες οι αλλαγές στον όγκο από τη μάζα Μ ; υπάρχει μια (συνήθως πολύ μικρή) συνεισφορά από πίεσηπου προκύπτει στο υλικό που περιβάλλεται από τη σφαίρα.

Η πλήρης μαθηματική έκφραση για την καμπυλότητα του τετραδιάστατου χωροχρόνου (η οποία θα πρέπει να περιγράφει τα παλιρροϊκά φαινόμενα για τα σωματίδια που κινούνται σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις) δίνεται από το λεγόμενο Τενσετήρας καμπυλότητας Riemann . Αυτό είναι ένα κάπως πολύπλοκο αντικείμενο. για να το περιγράψουμε, είναι απαραίτητο να δηλωθούν είκοσι πραγματικοί αριθμοί σε κάθε σημείο. Αυτοί οι είκοσι αριθμοί ονομάζονται δικοί του συστατικά . Διαφορετικά στοιχεία αντιστοιχούν σε διαφορετικές καμπυλότητες σε διαφορετικές χωροχρονικές κατευθύνσεις. Ο τανυστής καμπυλότητας Riemann συνήθως γράφεται ως R tjkl, αλλά επειδή δεν έχω διάθεση να εξηγήσω τι σημαίνουν αυτοί οι υποδείκτες εδώ (και, φυσικά, τι είναι ο τανυστής), θα το γράψω απλά ως εξής:

RIMAN .

Υπάρχει ένας τρόπος να χωριστεί αυτός ο τανυστής σε δύο μέρη, που ονομάζονται, αντίστοιχα, ο τανυστής WEIL και τανυστήρα RICCHI (το καθένα με δέκα συστατικά). Συμβατικά, θα γράψω αυτό το διαμέρισμα ως εξής:

RIMAN = WEIL + RICCHI .

(Μια λεπτομερής καταγραφή των τανυστών Weyl και Ricci είναι εντελώς περιττή για τους σκοπούς μας τώρα.) Ο τανυστής Weil WEIL χρησιμεύει ως μέτρο παλιρροϊκή παραμόρφωσηη σφαίρα των σωματιδίων μας που πέφτουν ελεύθερα (δηλαδή, αλλαγές στο αρχικό σχήμα, όχι στο μέγεθος). ενώ ο τανυστής Ricci RICCHI χρησιμεύει ως μέτρο της αλλαγής στον αρχικό όγκο. Θυμηθείτε ότι η Νευτώνεια θεωρία της βαρύτητας το απαιτεί βάρος που περιέχονταν στη σφαίρα που πέφτει ήταν ανάλογη με αυτή την αλλαγή στον αρχικό όγκο. Αυτό σημαίνει ότι, χονδρικά, η πυκνότητα μάζες ύλη - ή, ισοδύναμα, πυκνότητα ενέργεια (επειδή μι = mc 2 ) - ακολουθεί εξισώνω Τενσόρα Ricci.

Ουσιαστικά, αυτό ακριβώς δηλώνουν οι εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας, δηλαδή - Εξισώσεις πεδίου Αϊνστάιν . Είναι αλήθεια ότι υπάρχουν κάποιες τεχνικές λεπτές αποχρώσεις εδώ, στις οποίες, ωστόσο, είναι καλύτερο να μην υπεισέλθουμε τώρα. Αρκεί να πούμε ότι υπάρχει ένα αντικείμενο που ονομάζεται τανυστής ενέργεια-ορμή , το οποίο συγκεντρώνει όλες τις βασικές πληροφορίες για την ενέργεια, την πίεση και την ορμή της ύλης και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Θα καλέσω αυτόν τον τανυστήρα ΕΝΕΡΓΕΙΑ . Τότε οι εξισώσεις του Αϊνστάιν μπορούν να αναπαρασταθούν πολύ σχηματικά με την ακόλουθη μορφή:

RICCHI = ΕΝΕΡΓΕΙΑ .

(Είναι η παρουσία «πίεσης» στον τανυστήρα ΕΝΕΡΓΕΙΑ μαζί με ορισμένες απαιτήσεις για τη συνέπεια των εξισώσεων στο σύνολό τους οδηγούν στην ανάγκη να ληφθεί υπόψη η πίεση στο φαινόμενο μείωσης του όγκου που περιγράφεται παραπάνω.)

Η παραπάνω σχέση φαίνεται να μην λέει τίποτα για τον τανυστή Weyl. Ωστόσο, αντανακλά μια σημαντική ιδιότητα. Το παλιρροϊκό φαινόμενο που παράγεται στον κενό χώρο οφείλεται WEILEM . Πράγματι, από τις παραπάνω εξισώσεις Αϊνστάιν προκύπτει ότι υπάρχουν διαφορικόςεξισώσεις που σχετίζονται WEIL Με ΕΝΕΡΓΕΙΑ - σχεδόν όπως στις εξισώσεις Maxwell που συναντήσαμε νωρίτερα. Πράγματι, η άποψη ότι WEIL θα πρέπει να θεωρηθεί ως ένα είδος βαρυτικού αναλόγου του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (στην πραγματικότητα, ο τανυστής - τανυστής Maxwell) που περιγράφεται από το ζεύγος ( μι , ΣΤΟ ) φαίνεται να είναι πολύ γόνιμη. Σε αυτήν την περίπτωση WEIL χρησιμεύει ως ένα είδος μέτρησης του βαρυτικού πεδίου. «πηγή» για WEIL είναι ΕΝΕΡΓΕΙΑ - ακριβώς ως πηγή για ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ( μι , ΣΤΟ ) είναι ( ? , ι ) - ένα σύνολο φορτίων και ρευμάτων στη θεωρία του Maxwell. Αυτή η άποψη θα μας είναι χρήσιμη στο Κεφάλαιο 7.

Μπορεί να φαίνεται αρκετά περίεργο το γεγονός ότι με τόσο σημαντικές διαφορές στη διατύπωση και τις υποκείμενες ιδέες, αποδεικνύεται ότι είναι αρκετά δύσκολο να βρεθούν παρατηρήσιμες διαφορές μεταξύ των θεωριών του Αϊνστάιν και της θεωρίας που προτάθηκε από τον Νεύτωνα δυόμισι αιώνες νωρίτερα. Αν όμως οι εξεταζόμενες ταχύτητες είναι μικρές σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός Με και τα βαρυτικά πεδία δεν είναι πολύ ισχυρά (έτσι ώστε η ταχύτητα διαφυγής είναι πολύ μικρότερη Με , βλέπε Κεφάλαιο 7, «The Dynamics of Galileo and Newton»), τότε η θεωρία του Αϊνστάιν δίνει ουσιαστικά τα ίδια αποτελέσματα με τη θεωρία του Νεύτωνα. Αλλά σε εκείνες τις καταστάσεις όπου οι προβλέψεις αυτών των δύο θεωριών αποκλίνουν, οι προβλέψεις της θεωρίας του Αϊνστάιν αποδεικνύονται πιο ακριβείς. Μέχρι σήμερα έχουν πραγματοποιηθεί μια σειρά από πολύ εντυπωσιακές πειραματικές δοκιμές, που μας επιτρέπουν να θεωρήσουμε τη νέα θεωρία του Αϊνστάιν ως βάσιμη. Τα ρολόγια, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, τρέχουν λίγο πιο αργά σε ένα βαρυτικό πεδίο. Αυτή η επίδραση έχει τώρα μετρηθεί άμεσα με διάφορους τρόπους. Τα φωτεινά και ραδιοφωνικά σήματα κάμπτονται κοντά στον Ήλιο και καθυστερούν ελαφρώς για έναν παρατηρητή που κινείται προς αυτά. Αυτά τα φαινόμενα, που αρχικά προβλεπόταν από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, έχουν πλέον επιβεβαιωθεί από την εμπειρία. Η κίνηση των διαστημικών ανιχνευτών και των πλανητών απαιτεί μικρές διορθώσεις στις τροχιές του Νεύτωνα, όπως προκύπτει από τη θεωρία του Αϊνστάιν - αυτές οι διορθώσεις τώρα επαληθεύονται και εμπειρικά. (Συγκεκριμένα, η ανωμαλία στην κίνηση του πλανήτη Ερμή, γνωστή ως «μετατόπιση περιηλίου», η οποία προβληματίζει τους αστρονόμους από το 1859, εξηγήθηκε από τον Αϊνστάιν το 1915.) Ίσως το πιο εντυπωσιακό από όλα είναι μια σειρά παρατηρήσεων ενός συστήματος που ονομάζεται διπλό πάλσαρ, το οποίο αποτελείται από δύο μικρά αστέρια μεγάλης μάζας (πιθανώς δύο "άστρα νετρονίων", βλέπε Κεφάλαιο 7 "Μαύρες Τρύπες"). Αυτή η σειρά παρατηρήσεων συμφωνεί πολύ καλά με τη θεωρία του Αϊνστάιν και χρησιμεύει ως άμεση δοκιμή ενός αποτελέσματος που απουσιάζει εντελώς στη θεωρία του Νεύτωνα - της εκπομπής βαρυτικά κύματα. (Ένα βαρυτικό κύμα είναι ανάλογο ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός Με .) Δεν υπάρχουν επαληθευμένες παρατηρήσεις που να έρχονται σε αντίθεση με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Παρά την παραξενιά της (με την πρώτη ματιά), η θεωρία του Αϊνστάιν λειτουργεί μέχρι σήμερα!

Από το βιβλίο Modern Science and Philosophy: Ways of Fundamental Research and Perspectives of Philosophy συγγραφέας Kuznetsov B. G.

Από το βιβλίο Mitkovsky Dances συγγραφέας Σινκάρεφ Βλαντιμίρ Νικολάεβιτς

Η γενική θεωρία του χορού Mitkovo 1. Έξυπνοι διερμηνείς Δεν είναι πλέον μυστικό για κανέναν ότι οι χοροί, ή μάλλον οι χοροί, είναι η πιο διαδεδομένη μορφή δημιουργικότητας μεταξύ των Mitki. είναι αναμφισβήτητο. Η ερμηνεία του φαινομένου του χορού Μίτκοβο είναι αμφιλεγόμενη.

Από το βιβλίο Modern Science and Philosophy: Ways of Fundamental Research and Perspectives of Philosophy συγγραφέας Kuznetsov B. G.

Θεωρία Σχετικότητας, Κβαντομηχανική και Αρχές της Ατομικής Εποχής

Από το βιβλίο Philosophical Dictionary of Mind, Matter, Morality [αποσπάσματα] του Ράσελ Μπέρτραντ

107. Γενική Σχετικότητα Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (GR) – που δημοσιεύτηκε το 1915, 10 χρόνια μετά την εμφάνιση της Ειδικής Θεωρίας (STR) – ήταν κατά κύριο λόγο μια γεωμετρική θεωρία της βαρύτητας. Αυτό το μέρος της θεωρίας μπορεί να θεωρηθεί σταθερά εδραιωμένο. Ωστόσο, αυτή

Από το βιβλίο A Brief History of Philosophy [Μη Βαρετό Βιβλίο] συγγραφέας Γκούσεφ Ντμίτρι Αλεξέεβιτς

108. Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας Η ειδική θεωρία θέτει ως καθήκον της να κάνει τους νόμους της φυσικής ίδιους σε σχέση με οποιαδήποτε δύο συστήματα συντεταγμένων που κινούνται μεταξύ τους σε ευθεία γραμμή και ομοιόμορφα. Εδώ ήταν απαραίτητο να ληφθεί υπόψη

Από το βιβλίο Lovers of Wisdom [Τι πρέπει να γνωρίζει ο σύγχρονος άνθρωπος για την ιστορία της φιλοσοφικής σκέψης] συγγραφέας Γκούσεφ Ντμίτρι Αλεξέεβιτς

12.1. Με την ταχύτητα του φωτός... (Θεωρία της Σχετικότητας) Η εμφάνιση της δεύτερης επιστημονικής εικόνας του κόσμου συνδέθηκε πρωτίστως με την αλλαγή του γεωκεντρισμού σε ηλιοκεντρισμό. Η τρίτη επιστημονική εικόνα του κόσμου έχει εγκαταλείψει κάθε κεντρισμό. Σύμφωνα με τις νέες ιδέες, το Σύμπαν έχει γίνει

Από το βιβλίο Φυσική και Φιλοσοφία συγγραφέας Χάιζενμπεργκ Βέρνερ Καρλ

Θεωρία της σχετικότητας. Με την ταχύτητα του φωτός Η εμφάνιση της δεύτερης επιστημονικής εικόνας του κόσμου συνδέθηκε κυρίως με την αλλαγή του γεωκεντρισμού από τον ηλιοκεντρισμό. Η τρίτη επιστημονική εικόνα του κόσμου έχει εγκαταλείψει κάθε κεντρισμό. Σύμφωνα με τις νέες ιδέες, το Σύμπαν έχει γίνει

Από το βιβλίο The Far Future of the Universe [Eschatology in Cosmic Perspective] από την Ellis George

VII. Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Η θεωρία της σχετικότητας έπαιζε πάντα έναν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη φυσική. Σε αυτό φάνηκε για πρώτη φορά η ανάγκη για περιοδικές αλλαγές στις θεμελιώδεις αρχές της φυσικής. Ως εκ τούτου, η συζήτηση των θεμάτων που τέθηκαν και

Από το βιβλίο Μια φορά ο Πλάτωνας μπήκε σε ένα μπαρ ... Κατανόηση της φιλοσοφίας μέσα από τα αστεία ο συγγραφέας Cathcart Thomas

17.2.1. Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν (GR) / Κοσμολογία Μεγάλης Έκρηξης Το 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε τις εξισώσεις πεδίου του GR που συσχετίζουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου με την ενέργεια που κατανέμεται στον χωροχρόνο: R?? - ?Rg?? = 8?T??. Απλοποιημένη

Από το βιβλίο Χάος και Δομή συγγραφέας Λόσεφ Αλεξέι Φιοντόροβιτς

17.5.2.3. Χρόνος ροής στη φυσική: ειδική σχετικότητα, γενική σχετικότητα, κβαντική μηχανική και θερμοδυναμική Μια γρήγορη επισκόπηση τεσσάρων τομέων της σύγχρονης φυσικής: ειδική σχετικότητα (SRT), γενική σχετικότητα (GR), κβαντική

Από το βιβλίο Amazing Philosophy συγγραφέας Γκούσεφ Ντμίτρι Αλεξέεβιτς

IX Θεωρία της Σχετικότητας Τι μπορεί να ειπωθεί εδώ; Κάθε άτομο αντιλαμβάνεται αυτόν τον όρο διαφορετικά. Δημήτρη: Φίλε μου το πρόβλημά σου είναι ότι σκέφτεσαι πολύ Τάσο: Σε σύγκριση με ποιον; Δημήτρη: Σε σύγκριση με τον Αχιλλέα πχ. Τάσο: Και σε σύγκριση με

Από το βιβλίο The New Mind of the King [Σχετικά με τους υπολογιστές, τη σκέψη και τους νόμους της φυσικής] συγγραφέας Penrose Roger

ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ § 10. Εισαγωγή Ο αριθμός είναι μια τόσο βασική και βαθιά κατηγορία ύπαρξης και συνείδησης που μόνο οι πιο αρχικές, πιο αφηρημένες στιγμές και των δύο μπορούν να ληφθούν για να τον ορίσουν και να τον χαρακτηρίσουν. Τα μαθηματικά είναι η επιστήμη των αριθμών

Από το βιβλίο Επιστροφή του Χρόνου [From Ancient Cosmogony to Future Cosmology] συγγραφέας Smolin Lee

Με την ταχύτητα του φωτός. Θεωρία της Σχετικότητας Η εμφάνιση της δεύτερης επιστημονικής εικόνας του κόσμου συνδέθηκε πρωτίστως με την αλλαγή του γεωκεντρισμού από τον ηλιοκεντρισμό. Η τρίτη επιστημονική εικόνα του κόσμου έχει εγκαταλείψει κάθε κεντρισμό. Σύμφωνα με τις νέες ιδέες, το Σύμπαν έχει γίνει

Από το βιβλίο Γλώσσα, οντολογία και ρεαλισμός συγγραφέας Makeeva Lolita Bronislavovna

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν και του Πουανκαρέ Ας θυμηθούμε την αρχή της σχετικότητας του Γαλιλαίου, η οποία δηλώνει ότι οι φυσικοί νόμοι του Νεύτωνα και του Γαλιλαίου θα παραμείνουν εντελώς αμετάβλητοι αν μετακινηθούμε από ένα σύστημα αναφοράς ηρεμίας σε ένα άλλο, κινούμενοι ομοιόμορφα

Από το βιβλίο του συγγραφέα

Κεφάλαιο 14 Η Θεωρία της Σχετικότητας και η Επιστροφή του Χρόνου Έτσι, η αναγνώριση της πραγματικότητας του χρόνου ανοίγει νέες προσεγγίσεις για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το σύμπαν επιλέγει νόμους, καθώς και τρόπους επίλυσης των δυσκολιών της κβαντικής μηχανικής. Ωστόσο, πρέπει ακόμα να ξεπεράσουμε σοβαρά

Από το βιβλίο του συγγραφέα

2.4. Η θεωρία της οντολογικής σχετικότητας και του ρεαλισμού Από τη θέση της απροσδιοριστίας της μετάφρασης και την ιδέα των οντολογικών υποχρεώσεων ακολουθεί η οντολογική σχετικότητα, που σημαίνει, πρώτα απ' όλα, ότι η αναφορά είναι ακατανόητη, ότι δεν μπορούμε να ξέρουμε τι

Η ειδική σχετικότητα (SRT) ή ιδιωτική σχετικότητα είναι η θεωρία του Albert Einstein, που δημοσιεύτηκε το 1905 στο έργο «On the Electrodynamics of Moving Bodies» (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 89 921 Ιουνίου 1905).

Εξήγησε την κίνηση μεταξύ διαφορετικών αδρανειακών πλαισίων αναφοράς ή την κίνηση των σωμάτων που κινούνται μεταξύ τους με σταθερή ταχύτητα. Σε αυτήν την περίπτωση, κανένα από τα αντικείμενα δεν πρέπει να λαμβάνεται ως πλαίσιο αναφοράς, αλλά θα πρέπει να θεωρούνται σχετικά μεταξύ τους. Το SRT παρέχει μόνο 1 περίπτωση όταν 2 σώματα δεν αλλάζουν την κατεύθυνση της κίνησης και κινούνται ομοιόμορφα.

Οι νόμοι της ειδικής σχετικότητας παύουν να λειτουργούν όταν ένα από τα σώματα αλλάξει την τροχιά κίνησης ή αυξήσει την ταχύτητα. Εδώ λαμβάνει χώρα η γενική θεωρία της σχετικότητας (GR), η οποία δίνει μια γενική ερμηνεία της κίνησης των αντικειμένων.

Τα δύο αξιώματα στα οποία βασίζεται η θεωρία της σχετικότητας είναι:

1. Η αρχή της σχετικότητας- Σύμφωνα με τον ίδιο, σε όλα τα υπάρχοντα συστήματα αναφοράς που κινούνται μεταξύ τους με σταθερή ταχύτητα και δεν αλλάζουν κατεύθυνση, λειτουργούν οι ίδιοι νόμοι.
2. Η αρχή της ταχύτητας του φωτός- Η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια για όλους τους παρατηρητές και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα της κίνησής τους. Αυτή είναι η υψηλότερη ταχύτητα και τίποτα στη φύση δεν έχει μεγαλύτερη ταχύτητα. Η ταχύτητα του φωτός είναι 3*10^8 m/s.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έλαβε ως βάση τα πειραματικά και όχι τα θεωρητικά δεδομένα. Αυτό ήταν ένα από τα συστατικά της επιτυχίας του. Τα νέα πειραματικά δεδομένα λειτούργησαν ως βάση για τη δημιουργία μιας νέας θεωρίας.

Από τα μέσα του 19ου αιώνα, οι φυσικοί αναζητούν ένα νέο μυστηριώδες μέσο που ονομάζεται αιθέρας. Θεωρήθηκε ότι ο αιθέρας μπορεί να περάσει από όλα τα αντικείμενα, αλλά δεν συμμετέχει στην κίνησή τους. Σύμφωνα με τις πεποιθήσεις για τον αιθέρα, αλλάζοντας την ταχύτητα του θεατή σε σχέση με τον αιθέρα, αλλάζει και η ταχύτητα του φωτός.

Ο Αϊνστάιν, έχοντας εμπιστοσύνη στα πειράματα, απέρριψε την ιδέα ενός νέου αιθερικού μέσου και υπέθεσε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα σταθερή και δεν εξαρτάται από καμία περίσταση, όπως η ταχύτητα του ίδιου του ατόμου.

Χρονικά διαστήματα, αποστάσεις και ομοιομορφία τους

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας συνδέει χρόνο και χώρο. Στο Υλικό Σύμπαν, υπάρχουν 3 γνωστά στο διάστημα: δεξιά και αριστερά, εμπρός και πίσω, πάνω και κάτω. Αν προσθέσουμε σε αυτά μια άλλη διάσταση, που ονομάζεται χρόνος, τότε αυτή θα αποτελέσει τη βάση του χωροχρονικού συνεχούς.

Εάν κινείστε με αργή ταχύτητα, οι παρατηρήσεις σας δεν θα συγκλίνουν με άτομα που κινούνται πιο γρήγορα.

Αργότερα πειράματα επιβεβαίωσαν ότι ο χώρος, όπως και ο χρόνος, δεν μπορεί να γίνει αντιληπτός με τον ίδιο τρόπο: η αντίληψή μας εξαρτάται από την ταχύτητα της κίνησης των αντικειμένων.

Η σύνδεση της ενέργειας με τη μάζα

Ο Αϊνστάιν βρήκε έναν τύπο που συνδύαζε την ενέργεια με τη μάζα. Αυτός ο τύπος έχει γίνει ευρέως διαδεδομένος στη φυσική και είναι γνωστός σε κάθε μαθητή: E=m*s², όπου Ηλεκτρονική ενέργεια; m- μάζα σώματος, c-ταχύτηταεξάπλωση του φωτός.

Η μάζα ενός σώματος αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της ταχύτητας του φωτός. Εάν επιτευχθεί η ταχύτητα του φωτός, η μάζα και η ενέργεια του σώματος γίνονται αδιάστατες.

Αυξάνοντας τη μάζα ενός αντικειμένου, γίνεται πιο δύσκολο να επιτευχθεί αύξηση της ταχύτητάς του, δηλαδή για ένα σώμα με απείρως τεράστια υλική μάζα, χρειάζεται άπειρη ενέργεια. Αλλά στην πραγματικότητα αυτό είναι αδύνατο να επιτευχθεί.

Η θεωρία του Αϊνστάιν συνδύασε δύο ξεχωριστές θέσεις: τη θέση της μάζας και τη θέση της ενέργειας σε έναν γενικό νόμο. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μετατροπή της ενέργειας σε υλική μάζα και αντίστροφα.