Հարաբերականության հատուկ տեսություն . Հարաբերականության հատուկ տեսությունը (STR), որը հրապարակել է Էյնշտեյնը 1905 թվականին, նկարագրում է հարաբերական գործընթացներն ու երևույթները և դրսևորվում լույսի արագությանը մոտ արագությամբ։ SRT ստեղծելու համար Էյնշտեյնը ընդունեց երկու պոստուլատ 1) լույսի արագությունը բոլոր իներցիոն հղման համակարգերում մնում է հաստատուն. 2) բնության օրենքները բոլոր իներցիոն հղման համակարգերում անփոփոխ են (նույնը): Բացի այդ, նա կիրառել է հոլանդացի տեսական ֆիզիկոսի փոխակերպումները Հենդրիկ Լորենց.

Տարածության և ժամանակի հարաբերությունը դրսևորվում է քառաչափ տարածություն-ժամանակում։ Այս հարաբերությունը հստակորեն արտացոլված է երկու իրադարձությունների միջև հեռավորության (ների) բանաձևում քառաչափտարածություն:

որտեղ ժամանակն է, ∆ℓ երկու կետերի միջև հեռավորությունն է եռաչափտարածություն.

Փոխակերպում Լորենցպարունակում է նաև տարածության և ժամանակի միջև կապը չշարժվող (K) և շարժիչ (K 1) հղման համակարգերի կոորդինատների միջև x 1 = γּ(x─) և t 1 = γּ(t─) հարաբերությունների տեսքով, որտեղ γ = 1/- կանչեց հարաբերական գործակից. Լորենցը գտել է γ-ի արտահայտությունները՝ հիմնված փոխակերպման գծայինության և լույսի արագության հաստատունության վրա շարժվող (K 1) և ոչ շարժվող (K) հղման համակարգերում։

Օգտագործելով Լորենցի փոխակերպումը, Էյնշտեյնը ստեղծեց հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, ըստ որի շարժվող մարմնի երկարությունը նվազում էօրենքով:

Արագությամբ շարժվող մարմնի զանգվածը կավելանաօրենքով:

Շարժվող ժամացույցի ժամանակի հոսքը դանդաղում էօրենքով:

τ = τ 0 ּ ,

Հետևյալ օրինակն ավելի հստակ ցույց է տալիս ժամանակի դանդաղումը մեծ արագությամբ շարժվելիս։ Ասենք 0,99 կմ/վ արագությամբ տիեզերանավ է արձակվել ու 50 տարի հետո վերադարձել։ Ըստ STO-ի՝ տիեզերագնացների ժամացույցի համաձայն՝ այս թռիչքը տևել է ընդամենը մեկ տարի։ Եթե ​​տիեզերագնացը 20 տարեկանում նոր ծնված որդի է թողել Երկրի վրա, ապա 50-ամյա որդին կհանդիպի իր 21-ամյա հորը։

SRT-ն ստացավ փոխարինման հետևյալ բանաձևը արագությունների գումարման օրենքը:

1 = (+u)/(1+ u/c 2) ,

եթե մարմինը շարժվում է լույսի արագությամբ =s.իսկ հղման շրջանակը շարժվում է լույսի արագությամբ u= գ, ապա ստանում ենք՝ 1 = Հետ. Հետևաբար, լույսի արագությունը մնաց հաստատուն՝ անկախ հղման շրջանակի արագությունից։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսություն . Արագացումով շարժվող տեղեկատու համակարգերում չեն բավարարվում ոչ իներցիայի սկզբունքը, ոչ էլ մեխանիկայի օրենքները։ Անհրաժեշտություն կար ստեղծել տեսություն, որը նկարագրում է մարմնի շարժումները ոչ իներցիոն ռեֆերենս համակարգերում։ Այս առաջադրանքը Էյնշտեյնը կատարեց, երբ ստեղծեց հարաբերականության ընդհանուր տեսություն(ՕՏՕ):

GTR-ում Էյնշտեյնըտարածում է հարաբերականության սկզբունքը ոչ իներցիոն հղման համակարգերի վրա։ Նա ենթադրում է, որ մարմնի գրավիտացիոն և իներցիոն զանգվածները համարժեք են։ Դեռևս 1890 թ. հունգարացի ֆիզիկոս Լ Էոտվոսբարձր ճշգրտությամբ հաստատվել է մարմնի գրավիտացիոն և իներցիոն զանգվածի համարժեքությունը մինչև 10 -9։ Գրավիտացիոն և իներցիոն զանգվածի համարժեքության մասին այս հայտարարությունը հարաբերականության ընդհանուր տեսության հիմքն էր։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը ցույց է տվել, որ զանգվածի կոնցենտրացիայի շուրջ տարածությունը, ոլորվածև ունի Ռիմանի տարածության բնույթ։ Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը Նյուտոնի համընդհանուր ձգողության օրենքը փոխարինում է Էյնշտեյնի ձգողության հարաբերական օրենքով, որից բխում է Նյուտոնի օրենքը կոնկրետ դեպքում։ 1919 և 1922 թթ ուսումնասիրվել է արևի խավարման ժամանակ ճառագայթի շեղում, որը գալիս է հեռավոր աստղերից, Արեգակի գրավիտացիոն դաշտի ուղիղությունից։ Փորձերը ցույց են տվել տարածության կորությունԱրեգակի մոտ և դրանով իսկ ապացուցեց հարաբերականության ընդհանուր տեսության ճիշտությունը:

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը նկարագրում է ձգողության հարաբերական օրենքները որպես նյութի ազդեցություն տարածության և ժամանակի հատկությունների վրա։ Իսկ տարածության և ժամանակի հատկությունները ազդում են դրանցում տեղի ունեցող ֆիզիկական գործընթացների վրա։ Հետևաբար, նյութական կետի շարժումը քառաչափ տարածության մեջ տեղի է ունենում կոր տարածության գեոդեզիական գծի երկայնքով: Հետևաբար, նյութական կետի շարժման հավասարումը նկարագրում է կոր տարածության գեոդեզիական գիծը։ Էյնշտեյնը գտավ այս հավասարումը. Այն բաղկացած է 10 հավասարումներ. Այս հավասարումների մեջ գրավիտացիոն դաշտը նկարագրված է 10 դաշտային պոտենցիալների միջոցով: Հարաբերականության ընդհանուր տեսության մաթեմատիկական ապարատը բարդ է հարաբերականության ընդհանուր տեսության հետ կապված գրեթե բոլոր խնդիրները լուծելի չեն, բացի ամենապարզներից։ Ուստի գիտնականները դեռ փորձում են հասկանալ հարաբերականության ընդհանուր տեսության իմաստը։

Նյուտոնի աշխատանքը խոշոր գիտական ​​հեղափոխության օրինակ է, բնագիտության գրեթե բոլոր գիտական ​​հասկացությունների արմատական ​​փոփոխությունը: Նյուտոնի ժամանակներից առաջացավ դասական ֆիզիկայի պարադիգմը և դարձավ գիտության տեսակետների հիմնական և որոշիչ համակարգը գրեթե 250 տարի։

Նյուտոնի հետևորդները սկսեցին իմաստալից կերպով կատարելագործել նրա հայտնաբերած հաստատունները: Աստիճանաբար սկսեցին ձևավորվել գիտական ​​դպրոցներ, ստեղծվեցին դիտարկման և վերլուծության մեթոդներ, բնության տարբեր երևույթների դասակարգում։ Գործիքներ և գիտական ​​սարքավորումներ սկսեցին արտադրվել գործարանային եղանակով։ Պարբերականներ սկսեցին հրատարակվել բնագիտության բազմաթիվ ճյուղերում։ Գիտությունը դարձել է մարդկային գործունեության ամենակարեւոր ճյուղը։

Այսպիսով, Նյուտոնյան մեխանիկան և տիեզերագիտությունը հաստատվեցին որպես նոր աշխարհայացքի հիմք՝ փոխարինելով Արիստոտելի ուսմունքին և միջնադարյան դպրոցական շինություններին, որոնք գերիշխում էին ավելի քան հազար տարի:

Սակայն 19-րդ դարի վերջին սկսեցին ի հայտ գալ փաստեր, որոնք հակասում էին գերիշխող պարադիգմին։ Իսկ հիմնական անհամապատասխանությունները կրկին նկատվեցին ֆիզիկայում՝ այն ժամանակվա ամենադինամիկ զարգացող գիտության մեջ։

Այս իրավիճակի դասական օրինակ է լորդ Քելվինի (Ուիլյամ Թոմսոն) հայտարարությունը, որը 19-րդ դարի վերջում նշել է, որ «այդ տարիների դասական ֆիզիկայի պարզ և փայլուն երկնքում ընդամենը երկու փոքր ամպ կար»: Դրանցից մեկը կապված է Երկրի բացարձակ արագությունը որոշելու Միխելսոնի փորձի բացասական արդյունքի հետ, մյուսը՝ բացարձակ սև մարմնի սպեկտրում էներգիայի բաշխման տեսական և փորձարարական տվյալների հակասության հետ։

Քելվինը արտասովոր խորաթափանցություն ցուցաբերեց։ Այս չլուծված խնդիրները հանգեցրին ինչպես Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսության, այնպես էլ քվանտային տեսության առաջացմանը, որոնք հիմք հանդիսացան բնական գիտության նոր պարադիգմայի համար:

Կարելի է նաև նշել, որ դասական նյուտոնյան ֆիզիկայի օգտագործումը թույլ չի տվել ճշգրիտ հաշվարկել Մերկուրիի ուղեծիրը, և Մաքսվելի էլեկտրադինամիկայի հավասարումները չեն համապատասխանում շարժման դասական օրենքներին։

Հարաբերականության տեսության ստեղծման նախադրյալը հենց արդեն նշված հակասություններն էին։ Դրանց լուծումը հնարավոր դարձավ բնական գիտության մեջ նոր հարաբերական մոտեցման ներդրմամբ։

Այն, ինչ սովորաբար հստակ չի հասկացվում, այն փաստն է, որ ֆիզիկական օրենքներին հարաբերական (կամ հարաբերական) մոտեցման ընդհանուր ցանկությունը սկսել է ի հայտ գալ ժամանակակից գիտության զարգացման շատ վաղ փուլում: Արիստոտելից սկսած՝ գիտնականները համարում էին, որ Երկիրը տիեզերքի կենտրոնական կետն է, և ժամանակի սկզբնական պահն ընդունվել է որպես սկզբնական մղում, որը շարժման մեջ է դրել սկզբնական նյութը: Արիստոտելի գաղափարները միջնադարյան գիտակցության մեջ ընդունվել են որպես բացարձակ, սակայն 15-րդ դարի վերջում դրանք արդեն հակասության մեջ են մտել դիտարկվող բնական երեւույթների հետ։ Հատկապես շատ անհամապատասխանություններ են կուտակվել աստղագիտության մեջ։

Հակասությունները լուծելու առաջին լուրջ փորձն արեց Կոպեռնիկոսը՝ պարզապես ընդունելով, որ մոլորակները շարժվում են Արեգակի շուրջը, այլ ոչ թե Երկրի շուրջը։ Այսինքն՝ նա առաջին անգամ հեռացրել է Երկիրը Տիեզերքի կենտրոնից և տարածքը զրկել ելակետից։ Սա, ըստ էության, մարդկային ողջ մտածողության վճռական վերակառուցման սկիզբն էր: Չնայած Կոպեռնիկոսը Արևը դրեց այս կենտրոնում, նա դեռ մեծ քայլ արեց՝ ապահովելու, որ հետագայում մարդիկ հասկանան, որ նույնիսկ Արևը կարող է լինել միայն բազմաթիվ աստղերից մեկը, և որ որևէ կենտրոն չի կարող գտնվել: Հետո, բնականաբար, նման միտք ծագեց ժամանակի մասին, և Տիեզերքը սկսեց դիտվել որպես անսահման և հավերժական, առանց արարման պահի և առանց որևէ «վերջի», որի ուղղությամբ շարժվում է:

Հենց այս անցումը հանգեցնում է հարաբերականության տեսության ծագմանը: Քանի որ տարածության մեջ չկան արտոնյալ դիրքեր և ժամանակի արտոնյալ պահեր, ապա ֆիզիկական օրենքները կարող են հավասարապես կիրառվել ցանկացած կետի վրա, որը վերցված է որպես կենտրոն, և դրանցից կբխեն նույն եզրակացությունները: Այս առումով իրավիճակը սկզբունքորեն տարբերվում է այն իրավիճակից, որը տեղի է ունենում Արիստոտելի տեսության մեջ, որտեղ, օրինակ, Երկրի կենտրոնին հատուկ դեր է հատկացվել՝ որպես այն կետը, որին ուղղված է ամբողջ նյութը։ Հարաբերականացման միտումը հետագայում արտացոլվեց Գալիլեոյի և Նյուտոնի օրենքներում

Գալիլեոն արտահայտեց այն միտքը, որ շարժումն իր բնույթով հարաբերական է։ Այսինքն՝ մարմինների միատեսակ և ուղղագիծ շարժումը կարող է որոշվել միայն այդպիսի շարժմանը չմասնակցող առարկայի նկատմամբ։

Եկեք մտովի պատկերացնենք, որ մի գնացքն անցնում է մյուսի մոտով հաստատուն արագությամբ և առանց ցնցումների։ Ավելին, վարագույրները փակ են, և ոչինչ չի երևում։ Ուղևորները կարո՞ղ են ասել, թե որ գնացքն է շարժվում և որն է անշարժ: Նրանք կարող են դիտարկել միայն հարաբերական շարժումը: Սա հարաբերականության դասական սկզբունքի հիմնական գաղափարն է։

Շարժման հարաբերականության սկզբունքի բացահայտումը ամենամեծ հայտնագործություններից է։ Առանց նրա ֆիզիկայի զարգացումն անհնար կլիներ։ Գալիլեոյի վարկածի համաձայն՝ իներցիոն շարժումը և հանգիստը չեն տարբերվում նյութական մարմինների վրա իրենց ազդեցությամբ։ Շարժվող հղման շրջանակում իրադարձությունների նկարագրությանը անցնելու համար անհրաժեշտ էր իրականացնել կոորդինատային փոխակերպումներ, որոնք կոչվում են. «Գալիլեոյի փոխակերպումները», իրենց հեղինակի անունով։

Վերցնենք, օրինակ, որոշ կոորդինատային համակարգ X, կապված ֆիքսված հղման համակարգի հետ: Եկեք հիմա պատկերացնենք, որ առարկան շարժվում է առանցքի երկայնքով Xհաստատուն արագությամբ v. Կոորդինատներ X " , տ«, վերցված այս օբյեկտի համեմատ, այնուհետև որոշվում են Գալիլեյան փոխակերպմամբ

x» = x - ut
y" = y
z» = z
տ» = տ

Հատկապես ուշագրավ է երրորդ հավասարումը ( տ» = տ) ըստ որի ժամացույցի արագությունը կախված չէ հարաբերական շարժումից։ Նույն օրենքը գործում է ինչպես հին, այնպես էլ նոր հաշվետվության շրջանակներում։ Սա հարաբերականության սահմանափակ սկզբունքն է։ Մենք դա ասում ենք, քանի որ մեխանիկայի օրենքներն արտահայտվում են նույն հարաբերություններով բոլոր տեղեկատու համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Գալիլեյան փոխակերպումներով:

Ըստ Նյուտոնի, ով մշակել է Գալիլեոյի շարժման հարաբերականության գաղափարը, բոլոր ֆիզիկական փորձերը, որոնք կատարվել են լաբորատորիայում, որոնք շարժվում են միատեսակ և ուղղագիծ (իներցիալ հղման համակարգ) կտան նույն արդյունքը, կարծես այն հանգստի վիճակում է:

Ինչպես նախկինում նշվեց, չնայած այդ տարիների դասական ֆիզիկայի հաջողություններին, որոշ փաստեր են կուտակվել, որոնք հակասում են դրան։

Այս նոր տվյալները, որոնք հայտնաբերվեցին 19-րդ դարում, հանգեցրին Էյնշտեյնի հարաբերական գաղափարին:

Ֆիզիկայի հեղափոխությունը սկսվեց Ռոմերի հայտնագործությամբ։ Պարզվեց, որ լույսի արագությունը վերջավոր է և հավասար է մոտավորապես 300000 կմ/վրկ-ի։ Այնուհետեւ Բրեդրին հայտնաբերեց աստղերի շեղման երեւույթը։ Այս հայտնագործությունների հիման վրա պարզվեց, որ լույսի արագությունը վակուումում հաստատուն է և կախված չէ աղբյուրի և ստացողի շարժումից։

Դատարկության մեջ լույսի հսկայական, բայց դեռ ոչ անսահման արագությունը հանգեցրեց շարժման հարաբերականության սկզբունքի հետ հակասության: Պատկերացնենք, որ գնացքը շարժվում է ահռելի արագությամբ՝ վայրկյանում 240 000 կիլոմետր: Եկեք գնանք գնացքի գլխին, իսկ պոչում մի լամպ է վառվում։ Եկեք մտածենք, թե ինչ արդյունքներ կարող են ունենալ գնացքի մի ծայրից մյուսը ճանապարհորդելու համար լույսի ժամանակի չափումը:

Այս անգամ, կարծես թե, տարբերվելու է այն ժամանակից, որը մենք նստում ենք հանգստի ժամանակ: Իրականում, 240,000 կիլոմետր վայրկյան արագությամբ շարժվող գնացքի համեմատությամբ, լույսը (գնացքի երկայնքով առաջ) արագություն կունենա ընդամենը 300,000 - 240,000 = 60,000 կիլոմետր վայրկյանում: Լույսը կարծես բռնում է գլխի մեքենայի առջևի պատին, որը փախչում է դրանից: Եթե ​​դուք լույսի լամպ դնեք գնացքի գլխին և չափեք լույսի վերջին վագոն հասնելու ժամանակը, ապա թվում է, որ լույսի արագությունը գնացքի շարժմանը հակառակ ուղղությամբ պետք է լինի 240,000 +: 300,000 = 540,000 կիլոմետր վայրկյանում (Լույսը և պոչի վագոնը շարժվում են միմյանց ուղղությամբ):

Այսպիսով, պարզվում է, որ շարժվող գնացքում լույսը պետք է տարածվի տարբեր ուղղություններով՝ տարբեր արագություններով, մինչդեռ անշարժ գնացքում այդ արագությունը երկու ուղղություններով էլ նույնն է։

Այդ պատճառով է, որ Գալիլեյան փոխակերպումների ժամանակ Մաքսվելի էլեկտրամագնիսական դաշտի հավասարումները չունեն անփոփոխ ձև։ Նրանք նկարագրում են լույսի և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման այլ տեսակների տարածումը, որոնք հավասար են լույսի արագությանը C: Դասական ֆիզիկայի շրջանակներում հակասությունը լուծելու համար անհրաժեշտ էր գտնել հղման արտոնյալ համակարգ, որտեղ Մաքսվելի հավասարումները ճիշտ կլինեն: բավարարված է, և լույսի արագությունը բոլոր ուղղություններով հավասար կլինի C-ին: Հետևաբար, 19-րդ դարի ֆիզիկոսները ենթադրում էին եթերի գոյությունը, որի դերը իրականում կրճատվում էր նման արտոնյալ հղման համակարգի համար ֆիզիկական հիմք ստեղծելով:

Էթերի միջով Երկրի շարժման արագությունը որոշելու համար իրականացվել են փորձեր (ինչպես Մայքելսոն-Մորլիի փորձը)։ Դրա համար աղբյուրից եկող լույսի ճառագայթը, որն անցնում է պրիզմայով, տրոհվել է Երկրի շարժման ուղղությամբ և նրան ուղղահայաց: Ըստ գաղափարների, եթե արագությունները նույնն են, երկու ճառագայթները միաժամանակ կհասնեն պրիզմա, և լույսի ինտենսիվությունը կաճի։ Եթե ​​արագությունները տարբեր են, լույսի ինտենսիվությունը կթուլանա։ Փորձի արդյունքը զրոյական էր, անհնար էր որոշել Երկրի արագությունը եթերի նկատմամբ։

Երբ փորձերը չհաստատեցին այս տեղեկատու համակարգի հատկությունների մասին եթերի պարզ տեսության կանխատեսումները, Հ. Լորենցը, կրկին դասական ֆիզիկան փրկելու նպատակով, առաջարկեց նոր տեսություն, որը բացատրում էր նման փորձերի բացասական արդյունքները որպես չափիչ գործիքներում տեղի ունեցող փոփոխությունների հետևանք, երբ դրանք շարժվում են եթերի համեմատ: Դիտարկման արդյունքների և Նյուտոնի օրենքների միջև անհամապատասխանությունը նա բացատրեց այն փոփոխություններով, որոնք տեղի են ունենում գործիքների հետ, երբ շարժվում են C-ին մոտ արագությամբ։

Լորենցն առաջարկել է, որ լույսի արագությանը մոտ արագությամբ շարժվելիս գալիլեյան փոխակերպումները չեն կարող օգտագործվել, քանի որ դրանք հաշվի չեն առնում բարձր արագությունների ազդեցությունը։ Նրա փոխակերպումները, լույսի արագությանը մոտ արագությունների համար, կոչվում են «Լորենցի փոխակերպումներ»: Գալիլեյան փոխակերպումները Լորենցի փոխակերպումների հատուկ դեպք են ցածր արագությամբ համակարգերի համար։

Լորենցի փոխակերպումները ունեն հետևյալ ձևը.

Լորենցի փոխակերպումների համաձայն՝ ֆիզիկական մեծությունները՝ մարմնի զանգվածը, երկարությունը շարժման ուղղությամբ և ժամանակը կախված են մարմինների շարժման արագություններից՝ ըստ հետևյալ հարաբերությունների.

	Որտեղ Մ- մարմնի զանգված	Լորենցի այս փոխակերպումների իմաստն ասում է. մարմնի քաշի ավելացում լույսին մոտ արագությամբ մարմնի երկարության կրճատում, երբ շարժվում է արագության վեկտորի հետ համընկնող ուղղությամբ երկու իրադարձությունների միջև ընկած ժամանակահատվածի ավելացում կամ ժամանակի դանդաղեցում
	Որտեղ Լ- մարմնի երկարությունը
	Որտեղ ∆t - ժամանակային ընդմիջում երկու իրադարձությունների միջև

Փորձելով գտնել Լորենցի հայտնաբերած օրինաչափությունների ֆիզիկական իմաստը, կարող ենք ենթադրել, որ x ուղղությամբ, որը համընկնում է արագության վեկտորի հետ, բոլոր մարմինները սեղմվում են, և որքան ուժեղ է նրանց շարժման արագությունը: Այսինքն՝ մարմինները կծկում են ունենում էլեկտրոնային ուղեծրերի հարթեցման պատճառով։ Երբ ենթալույսի արագությունները հասնում են, մենք կարող ենք խոսել շարժվող համակարգում ժամանակի լայնացման մասին: Այս սկզբունքի վրա է հիմնված երկվորյակների հայտնի պարադոքսը. Եթե ​​երկվորյակներից մեկը հինգ տարի շարունակ տիեզերական ճանապարհորդության մեկնի նավով լույսի ցածր արագությամբ, ապա նա կվերադառնա երկիր, երբ նրա երկվորյակ եղբայրն արդեն շատ ծեր է: Լույսի արագությանը մոտ արագությամբ շարժվող առարկայի վրա զանգվածի մեծացման ազդեցությունը կարելի է բացատրել արագ շարժվող մարմնի կինետիկ էներգիայի ավելացմամբ։ Զանգվածի և էներգիայի նույնականացման մասին Էյնշտեյնի պատկերացումներին համապատասխան՝ մարմնի կինետիկ էներգիայի մի մասը շարժման ընթացքում վերածվում է զանգվածի։

Եթե ​​կիրառենք Լորենցի փոխակերպումները Մաքսվելի էլեկտրադինամիկայի հավասարումների վրա, ապա կստացվի, որ դրանք անփոփոխ են նման փոխակերպումների դեպքում։

Էյնշտեյնը օգտագործեց Լորենցի փոխակերպումները՝ զարգացնելու իր հարաբերականության տեսությունը։

Տարածություն և ժամանակ

Հարաբերականության տեսության ստեղծման կարևոր նախադրյալը տարածության և ժամանակի հատկությունների մասին նոր գաղափարներն էին։

Սովորական գիտակցության մեջ ժամանակը բաղկացած է հաջորդական երևույթների օբյեկտիվորեն գոյություն ունեցող բնական համակարգումից։ Տարածական բնութագրերը որոշ մարմինների դիրքերն են մյուսների նկատմամբ և նրանց միջև եղած հեռավորությունները:

Նյուտոնի տեսական համակարգում հստակ ձևակերպվել է ժամանակի առաջին գիտական ​​հայեցակարգը՝ որպես օբյեկտիվ, անկախ սուբյեկտ՝ ժամանակի էական հասկացությունը։ Այս հայեցակարգը ծագում է հին ատոմիստներից և ծաղկում է Նյուտոնի բացարձակ տարածության և ժամանակի վարդապետության մեջ: Նյուտոնից հետո հենց այս հասկացությունն էր առաջատարը ֆիզիկայում մինչև քսաներորդ դարի սկիզբը։ Նյուտոնը երկակի մոտեցում է ցուցաբերել ժամանակի և տարածության սահմանման հարցում: Ըստ այս մոտեցման՝ կա և՛ բացարձակ, և՛ հարաբերական ժամանակ։

Բացարձակ, ճշմարիտ և մաթեմատիկական ժամանակն ինքնին, առանց որևէ արտաքին որևէ բանի առնչության, հոսում է միատեսակ և կոչվում է տեւողություն։

Հարաբերական, թվացյալ կամ սովորական ժամանակը առօրյա կյանքում մաթեմատիկական ժամանակի փոխարեն օգտագործվող տևողության չափն է՝ ժամ, ամիս, տարի և այլն։

Բացարձակ ժամանակը չի կարող փոխվել իր հոսքի մեջ։

Առօրյա մակարդակում հնարավոր է երկար ժամանակ հաշվելու համակարգ։ Եթե ​​այն նախատեսում է տարվա օրերի հաշվման կարգը, և դրանում նշվում է դարաշրջանը, ապա դա օրացույց է։

Ժամանակի հարաբերական հասկացությունը նույնքան հին է, որքան էական հասկացությունը: Այն մշակվել է Պլատոնի և Արիստոտելի աշխատություններում։ Արիստոտելը առաջինն էր, ով իր ֆիզիկայում մանրամասն պատկերացում տվեց ժամանակի այս հասկացության մասին: Այս հայեցակարգում ժամանակը ինքնուրույն գոյություն ունեցող մի բան չէ, այլ ավելի հիմնարար էությունից բխող մի բան: Պլատոնի համար ժամանակը ստեղծվել է Աստծո կողմից, Արիստոտելի համար այն օբյեկտիվ նյութական շարժման արդյունք է։ Նոր ժամանակների փիլիսոփայության մեջ՝ սկսած Դեկարտից և վերջացրած 19-րդ դարի պոզիտիվիստներով, ժամանակը սեփականություն կամ հարաբերություն է, որն արտահայտում է մարդկային գիտակցության գործունեության տարբեր կողմերը։

Տարածքի խնդիրը, ավելի ուշադիր ուսումնասիրելով, նույնպես դժվար է դառնում։ Տիեզերքը տրամաբանորեն ընկալելի ձև է, որը ծառայում է որպես միջոց, որտեղ գոյություն ունեն այլ ձևեր և որոշակի կառուցվածքներ: Օրինակ, տարրական երկրաչափության մեջ հարթությունը տարածություն է, որը ծառայում է որպես միջավայր, որտեղ կառուցվում են տարբեր, բայց հարթ պատկերներ:

Նյուտոնի դասական մեխանիկայի մեջ բացարձակ տարածությունն իր էությամբ, անկախ արտաքին որևէ բանից, միշտ մնում է նույնը և անշարժ։ Այն հանդես է գալիս որպես Դեմոկրիտոսի դատարկության անալոգ և հանդիսանում է ֆիզիկական առարկաների դինամիկայի ասպարեզ:

Արիստոտելի իզոտրոպ տարածության գաղափարը հեռացավ Դեմոկրիտոսի տարածության միատարրությունից և անսահմանությունից: Ըստ Արիստոտելի և նրա հետևորդների՝ տիեզերքը ձեռք է բերել կենտրոն՝ Երկիրը, որի շուրջը պտտվում են գնդիկներ, որտեղ աստղերի ամենահեռավոր երկնային ոլորտը ծառայում է որպես վերջնական համաշխարհային տարածության սահման: Արիստոտելը մերժում է տարածության անսահմանությունը, սակայն հավատարիմ է մնում անսահման ժամանակ հասկացությանը։ Այս հայեցակարգն արտահայտված է Տիեզերքի գնդաձև տարածության մասին նրա պատկերացմամբ, որը թեև սահմանափակ է, բայց վերջավոր չէ:

Դասական Նյուտոնյան տարածությունը հիմնված է նրա միատարրության գաղափարի վրա։ Սա դասական ֆիզիկայի հիմնական գաղափարն է, որը հետևողականորեն մշակվել է Կոպեռնիկոսի, Բրունոյի, Գալիլեոյի և Դեկարտի աշխատություններում: Բրունոն արդեն հրաժարվել է Տիեզերքի կենտրոնի գաղափարից և այն հայտարարել անսահման և միատարր: Այս գաղափարը հասավ իր ավարտին Նյուտոնի հետ։ Միատարր տարածության մեջ փոխվում է բացարձակ շարժման գաղափարը, այսինքն՝ նրա մեջ գտնվող մարմինը շարժվում է իներցիայի պատճառով։ Իներցիոն ուժեր չեն առաջանում արագացման բացակայության դեպքում։ Ուղղագիծ և միատեսակ շարժման իմաստը հանգում է տվյալ մարմնի և կամայականորեն ընտրված հղման մարմնի միջև հեռավորության փոփոխությանը: Ուղղագիծ և միատեսակ շարժումը հարաբերական է։

Պատմականորեն առաջին և ամենակարևոր մաթեմատիկական տարածությունը հարթ էվկլիդյան տարածությունն է, որը ներկայացնում է իրական տարածության վերացական պատկերը։ Այս տարածության հատկությունները նկարագրված են՝ օգտագործելով 5 հիմնական պոստուլատներ և 9 աքսիոմներ։ Էվկլիդեսի երկրաչափության մեջ կար թույլ կետ՝ այսպես կոչված հինգերորդ պոստուլատը չհատվող զուգահեռ ուղիղների մասին։ Հին և նոր ժամանակների մաթեմատիկոսները անհաջող փորձեցին ապացուցել այս դիրքորոշումը։ 18-19-րդ դարերում Դ.Սակերին, Լամբերտը և Ա.Լեժանդրը փորձել են լուծել այս խնդիրը։ 5-րդ պոստուլատի ապացուցման անհաջող փորձերը մեծ օգուտներ բերեցին։ Մաթեմատիկոսները բռնեցին Էվկլիդեսյան տարածության երկրաչափության հասկացությունները փոփոխելու ուղին։ Ամենալուրջ մոդիֆիկացիան ներկայացվել է 19-րդ դարի առաջին կեսին Ն.Ի.Լոբաչևսկու կողմից (1792 - 1856 թթ.):

Նա եկել է այն եզրակացության, որ երկու զուգահեռ ուղիղների աքսիոմի փոխարեն կարելի է ուղղակիորեն հակառակ վարկած առաջ քաշել և դրա հիման վրա ստեղծել հետևողական երկրաչափություն։ Այս նոր երկրաչափության մեջ որոշ հայտարարություններ տարօրինակ և նույնիսկ պարադոքսալ տեսք ունեին: Օրինակ, Էվկլիդեսյան աքսիոմն ասում է՝ հարթության մեջ, տվյալ ուղիղի վրա չգտնվող կետի միջով, կարելի է մեկ և միայն մեկ ուղիղ գծել առաջինին զուգահեռ։ Լոբաչևսկու երկրաչափության մեջ այս աքսիոմը փոխարինվում է հետևյալով. հարթության մեջ, տվյալ գծի վրա չգտնվող կետի միջով կարող են գծվել մեկից ավելի ուղիղ, որոնք չեն հատում տրվածը.. Այս երկրաչափության մեջ եռանկյան անկյունների գումարը երկու ուղիղ գծից փոքր է և այլն։ Բայց, չնայած արտաքին պարադոքսին, տրամաբանորեն այս պնդումները լիովին հավասար են էվկլիդեսյաններին։ Նրանք արմատապես փոխեցին պատկերացումները տիեզերքի բնույթի մասին: Լոբաչևսկու հետ գրեթե միաժամանակ նման եզրակացությունների եկան հունգարացի մաթեմատիկոս Ջ.Բոլայը և հայտնի մաթեմատիկոս Կ.Գաուսը։ Գիտնականների ժամանակակիցները թերահավատորեն էին վերաբերվում ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությանը՝ այն համարելով զուտ ֆանտազիա։ Այնուամենայնիվ, հռոմեացի մաթեմատիկոս Է. Բելտրամին գտել է ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափության մոդելը, որը կեղծ ոլորտն է.

Գծապատկեր 1. Կեղծոլորտ

Տիեզերքի էությունը հասկանալու հաջորդ կարևոր քայլը կատարեց Բ. Ռիմանը (1826 - 1866): 1851 թվականին ավարտելով Գյոթինգենի համալսարանը, նա արդեն 1854 թվականին (28 տարեկան) տվեց զեկույց «Երկրաչափության հիմքում ընկած վարկածների մասին», որտեղ նա ընդհանուր պատկերացում տվեց մաթեմատիկական տարածության մասին, որում ներկայացված են Էվկլիդեսի երկրաչափությունները։ և Լոբաչևսկին հատուկ դեպքեր էին. Ռիմանի n-չափ տարածությունում բոլոր ուղիղները բաժանված են տարրական հատվածների, որոնց վիճակը որոշվում է g գործակցով։ Եթե ​​գործակիցը 0 է, ապա այս հատվածի բոլոր գծերը ուղիղ են, գործում են Էվկլիդեսի պոստուլատները: Մնացած դեպքերում տարածությունը կլորացված կլինի: Եթե ​​կորությունը դրական է, ապա տարածությունը կոչվում է Ռիմանյան գնդաձեւ։ Եթե ​​բացասական է, ապա դա կեղծ գնդային Լոբաչևսկի տարածություն է։ Այսպիսով, 19-րդ դարի կեսերին հարթ եռաչափ Էվկլիդյան տարածության տեղը զբաղեցնում էր բազմաչափ կոր տարածությունը։ Ռիմանյան տարածության հասկացությունները, ի վերջո, ծառայեցին որպես Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության ստեղծման հիմնական նախադրյալներից մեկը:

Նկար 2 Ռիմանյան գնդաձև տարածություն

Հարաբերականության տեսության տարածական-երկրաչափական ֆոնի վերջնական պատրաստումը տվել է Էյնշտեյնի անմիջական ուսուցիչ Գ.Մինկովսկին (1864 - 1909), որը ձևակերպել է գաղափարը. քառաչափ տարածություն-ժամանակի շարունակականություն, միավորելով ֆիզիկական եռաչափ տարածությունն ու ժամանակը։ Նա ակտիվորեն ներգրավված է եղել էլեկտրոնային տեսության և հարաբերականության սկզբունքի հիման վրա շարժվող կրիչների էլեկտրադինամիկայում։ Նրա ստացած հավասարումները, որոնք հետագայում կոչվեցին Մինկովսկու հավասարումներ, որոշ չափով տարբերվում են Լորենցի հավասարումներից, բայց համահունչ են փորձարարական փաստերին։ Դրանք կազմում են քառաչափ տարածության մեջ ֆիզիկական պրոցեսների մաթեմատիկական տեսություն։ Մինկովսկու տարածությունը հնարավորություն է տալիս տեսողականորեն մեկնաբանել հարաբերականության հատուկ տեսության կինեմատիկական էֆեկտները և ընկած է հարաբերականության տեսության ժամանակակից մաթեմատիկական ապարատի հիմքում։

Մեկ տարածության և ժամանակի այս գաղափարը, որը հետագայում կոչվեց տարածության ժամանակ, և դրա հիմնարար տարբերությունը Նյուտոնի անկախ տարածությունից և ժամանակից, ըստ երևույթին, գրավել է Էյնշտեյնին 1905 թվականից շատ առաջ և ուղղակիորեն կապված չէ ոչ Մայքելսոնի փորձի, ոչ էլ Լորենց-Պուանկարեի տեսության հետ:

1905 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց «Շարժվող մարմինների էլեկտրադինամիկայի մասին» հոդվածը «Annals of Physics» ամսագրում և մեկ այլ փոքր հոդված, որտեղ առաջին անգամ ցուցադրվեց բանաձևը. E=mc2. Ինչպես հետո սկսեցին ասել, սա է մեր դարի հիմնական բանաձեւը.

Էլեկտրադինամիկայի մասին հոդվածը ներկայացնում է մի տեսություն, որը բացառում է արտոնյալ կոորդինատային համակարգի գոյությունը ուղղագիծ և միատեսակ շարժման համար։ Էյնշտեյնի տեսությունը բացառում է տարածական հղման համակարգից անկախ ժամանակը և հրաժարվում է արագությունների գումարման դասական կանոնից։ Էյնշտեյնը ենթադրում էր, որ լույսի արագությունը հաստատուն է և ներկայացնում է բնության արագության սահմանը։ Նա այս տեսությունն անվանեց «Հարաբերականության հատուկ տեսություն».

Էյնշտեյնը զարգացրեց իր տեսությունը հետևյալ հիմնական պոստուլատների հիման վրա.

• այն օրենքները, որոնց համաձայն ֆիզիկական համակարգերի վիճակները փոխվում են, կախված չեն նրանից, թե երկու կոորդինատային համակարգերից որին են վերաբերում, որոնք միմյանց նկատմամբ շարժվում են միատեսակ և ուղղագիծ: Հետևաբար, միատեսակ և ուղղագիծ շարժման համար նախընտրելի հղման շրջանակ չկա. հարաբերականության սկզբունքը
• Լույսի յուրաքանչյուր ճառագայթ շարժվում է անշարժ կոորդինատային համակարգում որոշակի արագությամբ՝ անկախ նրանից՝ լույսի այս ճառագայթն արտանետվում է անշարժ, թե շարժվող աղբյուրից։ Այս արագությունը բնության մեջ փոխազդեցությունների առավելագույն արագությունն է. պոստուլատ լույսի արագության հաստատունության մասին

Այս պոստուլատներից երկու հետևություն է առաջանում.

• եթե 1-ին շրջանակում իրադարձությունները տեղի են ունենում մի կետում և միաժամանակ են, ապա դրանք միաժամանակյա չեն մեկ այլ իներցիոն հղման համակարգում: Սա միաժամանակության հարաբերականության սկզբունքն է
• 1-ին և 2-րդ ցանկացած արագությունների համար դրանց գումարը չի կարող ավելի մեծ լինել, քան լույսի արագությունը: Սա արագությունների գումարման հարաբերական օրենքն է

Այս պոստուլատները՝ հարաբերականության սկզբունքը և լույսի արագության կայունության սկզբունքը, հանդիսանում են Էյնշտեյնի հարաբերականության հատուկ տեսության հիմքը։ Սրանցից նա ստանում է երկարությունների և ժամանակի հարաբերականությունը։

Էյնշտեյնի մոտեցման էությունը բացարձակ տարածության և ժամանակի մասին գաղափարների մերժումն էր, որի վրա հիմնված է եթերի վարկածը։ Փոխարենը ընդունվել է հարաբերական մոտեցում էլեկտրամագնիսական երևույթների և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տարածման նկատմամբ։ Նյուտոնի շարժման օրենքներն արտահայտվել են նույն հարաբերություններով բոլոր միատեսակ շարժվող համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Գալիլեյան փոխակերպումներով, իսկ լույսի արագության դիտարկված արժեքի անփոփոխության օրենքը նույն առնչությամբ արտահայտվել է բոլոր միատեսակ շարժվող համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Լորենցի փոխակերպումներով:

Այնուամենայնիվ, Նյուտոնի շարժման օրենքները անփոփոխ չեն Լորենցի փոխակերպումների ժամանակ։ Հետևում է, որ Նյուտոնի օրենքները չեն կարող լինել մեխանիկայի ճշմարիտ օրենքներ (դրանք միայն մոտավոր են, վավեր են այն սահմանափակման դեպքում, երբ հարաբերակցությունը v/cձգտում է զրոյի):

Այնուամենայնիվ, հարաբերականության հատուկ տեսությունը գործում է նաև սահմանափակ պայմանների դեպքում՝ միատեսակ շարժվող համակարգերի համար։

Էյնշտեյնը շարունակեց հարաբերականության հատուկ տեսության զարգացումը իր «Ծանրության կենտրոնի շարժման և մարմնի իներցիայի պահպանման օրենքը» աշխատությունում։ Նա հիմք ընդունեց Մաքսվելի այն եզրակացությունը, որ լույսի ճառագայթն ունի զանգված, այսինքն՝ շարժվելիս ճնշում է գործադրում խոչընդոտի վրա։ Այս ենթադրությունը փորձնականորեն ապացուցվել է Պ.Ն. Էյնշտեյնն իր աշխատանքում հիմնավորել է զանգվածի և էներգիայի փոխհարաբերությունները։ Նա եկել է այն եզրակացության, որ երբ մարմինն արտանետում է L էներգիա, նրա զանգվածը նվազում է L/V2-ին հավասար քանակությամբ։ Սրանից ընդհանուր եզրակացություն արվեց՝ մարմնի զանգվածը նրանում պարունակվող էներգիայի չափանիշն է։ Եթե ​​էներգիան փոխվում է L-ին հավասար քանակով, ապա զանգվածը համապատասխանաբար փոխվում է L քանակով, որը բաժանվում է լույսի արագության քառակուսու վրա։ Ահա թե ինչպես է առաջին անգամ հայտնվում Էյնշտեյնի հայտնի E = MC2 առնչությունը:

1911-1916 թվականներին Էյնշտեյնին հաջողվեց ընդհանրացնել հարաբերականության տեսությունը։ 1905 թվականին ստեղծված տեսությունը, ինչպես արդեն նշվեց, կոչվեց հարաբերականության հատուկ տեսություն, քանի որ. այն գործում էր միայն ուղղագիծ և միատեսակ շարժման համար։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ բացահայտվեցին տարածություն-ժամանակ հարաբերությունների և նյութական գործընթացների կախվածության նոր ասպեկտներ։ Այս տեսությունը ֆիզիկական հիմք է տվել ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությունների համար և կապել տարածության կորությունը և դրա մետրիկայի շեղումը էվկլիդյանից՝ մարմինների զանգվածների կողմից ստեղծված գրավիտացիոն դաշտերի գործողության հետ։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը հիմնված է իներցիոն և գրավիտացիոն զանգվածների համարժեքության սկզբունքի վրա, որի քանակական հավասարությունը վաղուց հաստատվել է դասական ֆիզիկայում։ Կինեմատիկական էֆեկտները, որոնք առաջանում են գրավիտացիոն ուժերի ազդեցության տակ, համարժեք են արագացման ազդեցության տակ առաջացող ազդեցություններին: Այսպիսով, եթե հրթիռը թռչում է 3 գ արագությամբ, ապա հրթիռի անձնակազմը կզգա, որ նրանք գտնվում են Երկրի ձգողականության եռակի դաշտում:

Դասական մեխանիկան չկարողացավ բացատրել, թե ինչու են իներցիան և ծանրությունը չափվում նույն մեծությամբ՝ զանգվածով, ինչու է ծանր զանգվածը համաչափ իներցիոն զանգվածին, այլ կերպ ասած՝ մարմիններն ընկնում են նույն արագացմամբ։ Մյուս կողմից, դասական մեխանիկան, բացատրելով իներցիայի ուժերը բացարձակ տարածության մեջ արագացված շարժումով, կարծում էր, որ այս բացարձակ տարածությունը գործում է մարմինների վրա, բայց չի ազդում դրանց վրա։ Սա հանգեցրեց իներցիոն համակարգերի նույնականացմանը որպես հատուկ համակարգերի, որոնցում պահպանվում են միայն մեխանիկայի օրենքները: Էյնշտեյնը հայտարարեց, որ համակարգի արագացված շարժումը գրավիտացիոն դաշտից դուրս և իներցիալ շարժումը գրավիտացիոն դաշտում սկզբունքորեն անտարբերելի են։ Արագացումն ու ձգողականությունը առաջացնում են ֆիզիկապես անտարբեր ազդեցություններ:

Այս փաստը, ըստ էության, հաստատվել է Գալիլեոյի կողմից. բոլոր մարմինները գրավիտացիոն դաշտում (շրջակա միջավայրի դիմադրության բացակայության դեպքում) շարժվում են նույն արագացումով, իսկ տրված արագությամբ բոլոր մարմինների հետագծերը հավասարապես կոր են գրավիտացիոն դաշտում։ Դրա շնորհիվ ոչ մի փորձ չի կարող հայտնաբերել գրավիտացիոն դաշտ ազատ վայր ընկնող վերելակում։ Այլ կերպ ասած, տարածություն-ժամանակի փոքր հատվածում գրավիտացիոն դաշտում ազատ շարժվող հղման շրջանակում գրավիտացիա չկա: Վերջին պնդումը համարժեքության սկզբունքի ձևակերպումներից մեկն է։ Այս սկզբունքը բացատրում է տիեզերանավի անկշռության ֆենոմենը։

Եթե ​​համարժեքության սկզբունքը տարածենք օպտիկական երևույթների վրա, դա կհանգեցնի մի շարք կարևոր հետևանքների։ Սա գրավիտացիոն դաշտի ազդեցության տակ լույսի ճառագայթի կարմիր շեղման և շեղման երևույթն է. Կարմիր տեղաշարժի էֆեկտը տեղի է ունենում, երբ լույսն ավելի մեծ գրավիտացիոն պոտենցիալ ունեցող կետից ուղղվում է դեպի ավելի քիչ գրավիտացիոն պոտենցիալ ունեցող կետեր: Այսինքն՝ այս դեպքում նրա հաճախականությունը նվազում է, իսկ ալիքի երկարությունը մեծանում է և հակառակը։ Օրինակ՝ Երկիր մոլորակի վրա ընկնող արևի լույսն այստեղ կժամանի փոփոխված հաճախականությամբ, որի դեպքում սպեկտրային գծերը կշարժվեն դեպի սպեկտրի կարմիր հատվածը։

Գրավիտացիոն դաշտում լույսի հաճախականության փոփոխության մասին եզրակացությունը կապված է գրավիտացիոն մեծ զանգվածների մոտ ժամանակի լայնացման ազդեցության հետ։ Այնտեղ, որտեղ ստվերային դաշտերն ավելի մեծ են, ժամացույցն ավելի դանդաղ է աշխատում:

Այսպիսով, ստացվել է նոր հիմնարար արդյունք. լույսի արագությունն այլևս հաստատուն արժեք չէ, այլ մեծանում կամ նվազում է գրավիտացիոն դաշտում՝ կախված նրանից, թե լույսի ճառագայթի ուղղությունը համընկնում է գրավիտացիոն դաշտի ուղղության հետ։.

Նոր տեսությունը քիչ քանակապես փոխեց Նյուտոնի տեսությունը, բայց այն ներմուծեց խորը որակական փոփոխություններ։ Իներցիան, ձգողականությունը և մարմինների և ժամացույցների մետրային վարքը վերածվեցին դաշտի մեկ հատկության, իսկ իներցիայի ընդհանրացված օրենքը ստանձնեց շարժման օրենքի դերը: Միևնույն ժամանակ, ցույց է տրվել, որ տարածությունն ու ժամանակը բացարձակ կատեգորիաներ չեն. մարմինները և դրանց զանգվածները ազդում են դրանց վրա և փոխում դրանց չափումները:

Ինչպե՞ս կարելի է պատկերացնել տարածության կորությունը և ժամանակի լայնացումը, որը քննարկվում է հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ։

Եկեք պատկերացնենք տարածության մոդելը ռետինե թերթիկի տեսքով (նույնիսկ եթե դա ոչ թե ամբողջ տարածությունն է, այլ դրա հարթ շերտը): Եթե ​​այս թերթիկը հորիզոնական ձգենք և վրան մեծ գնդիկներ դնենք, ապա նրանք կծկեն ռետինը, որքան շատ, այնքան մեծ կլինի գնդակի զանգվածը։ Սա հստակ ցույց է տալիս տարածության կորության կախվածությունը մարմնի զանգվածից և նաև ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է պատկերել Լոբաչևսկու և Ռիմանի ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությունները։

Հարաբերականության տեսությունը հաստատեց ոչ միայն գրավիտացիոն դաշտերի ազդեցության տակ տարածության կորությունը, այլև ուժեղ գրավիտացիոն դաշտում ժամանակի դանդաղումը։ Տիեզերքի ալիքներով շարժվող լույսը ավելի երկար է տևում, քան տարածության հարթ հատվածով շարժվելու համար: Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ամենաֆանտաստիկ կանխատեսումներից մեկը ժամանակի ամբողջական կանգն է շատ ուժեղ գրավիտացիոն դաշտում: Ժամանակի լայնացումը դրսևորվում է լույսի գրավիտացիոն կարմիր շեղումով. որքան ուժեղ է ձգողականությունը, այնքան երկար է ալիքի երկարությունը և ցածր հաճախականությունը: Որոշակի պայմաններում ալիքի երկարությունը կարող է ձգվել դեպի անսահմանություն, իսկ հաճախականությունը՝ զրոյի: Նրանք. լույսը կվերանա:

Մեր Արեգակի արձակած լույսի հետ դա կարող է տեղի ունենալ, եթե մեր աստղը փոքրանա և վերածվի 5 կմ տրամագծով գնդակի (Արևի տրամագիծը »1,5 միլիոն կմ է): Արևը կվերածվեր «սև խոռոչի». Սկզբում «սև անցքերը» կանխատեսվում էին տեսականորեն։ Այնուամենայնիվ, 1993 թվականին երկու աստղագետներ՝ Հուլսը և Թեյլորը, արժանացան Նոբելյան մրցանակի՝ Սև խոռոչ-Պուլսար համակարգում նման օբյեկտի հայտնաբերման համար։ Այս օբյեկտի հայտնաբերումը Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության ևս մեկ հաստատումն էր։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կարողացավ բացատրել Մերկուրիի հաշվարկված և իրական ուղեծրերի միջև եղած անհամապատասխանությունը: Դրանում մոլորակների ուղեծրերը փակ չեն, այսինքն՝ յուրաքանչյուր պտույտից հետո մոլորակը վերադառնում է տիեզերքի այլ կետ։ Մերկուրիի հաշվարկված ուղեծրը տվել է 43?? սխալ, այսինքն՝ դիտվել է նրա պերիհելիոնի պտույտը (Պերիհելիոնը Արեգակին ամենամոտ իր շուրջը պտտվող մոլորակի ուղեծրի կետն է)։

Միայն հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կարող էր բացատրել այս ազդեցությունը Արեգակի գրավիտացիոն զանգվածի ազդեցության տակ տարածության կորությամբ։

Հարաբերականության տեսության մեջ ձևակերպված տարածության և ժամանակի մասին պատկերացումներն ամենահետևողականն ու հետևողականն են։ Բայց նրանք հենվում են մակրոկոսմի վրա, մեծ առարկաներ, մեծ հեռավորություններ, մեծ ժամանակաշրջաններ ուսումնասիրելու փորձի վրա։ Միկրոաշխարհի երևույթները նկարագրող տեսություններ կառուցելիս Էյնշտեյնի տեսությունը կարող է կիրառելի չլինել, չնայած չկան փորձարարական տվյալներ, որոնք հակասում են դրա օգտագործմանը միկրոաշխարհում։ Բայց հնարավոր է, որ հենց քվանտային հասկացությունների զարգացումը պահանջի տարածության և ժամանակի ֆիզիկայի ըմբռնման վերանայում:

Ներկայումս հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը գիտական ​​աշխարհում ընդհանուր ընդունված տեսություն է, որը նկարագրում է ժամանակի և տարածության մեջ տեղի ունեցող գործընթացները։ Բայց, ինչպես ցանկացած գիտական ​​տեսություն, այն համապատասխանում է տվյալ կոնկրետ ժամանակահատվածի գիտելիքների մակարդակին։ Նոր տեղեկատվության կուտակման և նոր փորձնական տվյալների ձեռքբերման դեպքում ցանկացած տեսություն կարող է հերքվել։

Հարաբերականության ընդհանուր և հատուկ տեսությունը (տարածության և ժամանակի նոր տեսությունը) հանգեցրեց նրան, որ բոլոր հղումային համակարգերը հավասարվեցին, հետևաբար մեր բոլոր գաղափարները իմաստ ունեն միայն որոշակի հղման համակարգում: Աշխարհի պատկերը ձեռք է բերել հարաբերական, հարաբերական բնույթ, փոփոխվել են տարածության, ժամանակի, պատճառականության, շարունակականության մասին հիմնական գաղափարները, մերժվել է առարկայի և առարկայի միանշանակ հակադրությունը, ընկալումը կախված է հղման համակարգից, որն իր մեջ ներառում է երկուսն էլ. առարկան և առարկան, դիտարկման եղանակը և այլն):

Հիմնվելով բնության ընկալման նոր հարաբերական մոտեցման վրա՝ ձևակերպվեց գիտության պատմության մեջ նոր՝ երրորդ բնագիտական ​​պարադիգմը։ Այն հիմնված է հետևյալ գաղափարների վրա.

• Ø Հարաբերականություն- նոր գիտական ​​պարադիգմը հրաժարվեց բացարձակ գիտելիքի գաղափարից: Գիտնականների կողմից հայտնաբերված բոլոր ֆիզիկական օրենքներն օբյեկտիվ են տվյալ պահին: Գիտությունը գործ ունի սահմանափակ և մոտավոր հասկացությունների հետ և միայն ձգտում է ըմբռնել ճշմարտությունը։
• Ø Նեոդտերմինիզմ- ոչ գծային դետերմինիզմ. Դետերմինիզմը որպես ոչ գծային ընկալելու ամենակարևոր ասպեկտը հարկադիր պատճառականության գաղափարի մերժումն է, որը ենթադրում է այսպես կոչված արտաքին պատճառի առկայություն ընթացիկ բնական գործընթացների համար։ Բնական գործընթացների ընթացքը վերլուծելիս և՛ անհրաժեշտությունը, և՛ պատահականությունը հավասար իրավունքներ են ստանում։
• Ø Համաշխարհային էվոլյուցիոնիզմ- բնության գաղափարը որպես անընդհատ զարգացող, դինամիկ համակարգ: Գիտությունը սկսեց ուսումնասիրել բնությունը ոչ միայն նրա կառուցվածքի, այլեւ նրանում տեղի ունեցող գործընթացների տեսանկյունից։ Միևնույն ժամանակ առաջնահերթություն է տրվում բնության մեջ առկա գործընթացների ուսումնասիրությանը:
• Ø Հոլիզմ- աշխարհի տեսլականը որպես մեկ ամբողջություն: Այս ամբողջության տարրերի միջև կապի համընդհանուր բնույթը (պարտադիր կապ):
• Ø Սիներգիա– որպես հետազոտության մեթոդ, որպես բաց համակարգերի ինքնակազմակերպման և զարգացման ունիվերսալ սկզբունք։
• Ø Բնությունն ուսումնասիրելիս վերլուծության և սինթեզի միջև ողջամիտ հավասարակշռություն հաստատելը. Ուսուցումը հասկացավ, որ անհնար է անվերջ տրորել բնությունը ամենափոքր աղյուսների մեջ: Նրա հատկությունները կարելի է հասկանալ միայն որպես ամբողջության բնության դինամիկայի միջոցով:
• Ø Այն պնդումը, որ բնության էվոլյուցիան տեղի է ունենում քառաչափ տարածություն-ժամանակային շարունակականության մեջ.

Հարաբերականության տեսությունը ներկայացվել է Ալբերտ Էյնշտեյնի կողմից 20-րդ դարի սկզբին։ Ո՞րն է դրա էությունը: Եկեք նայենք հիմնական կետերին և պարզ լեզվով նկարագրենք TOE-ն:

Հարաբերականության տեսությունը գործնականում վերացրեց 20-րդ դարի ֆիզիկայի անհամապատասխանություններն ու հակասությունները, ստիպեց արմատական ​​փոփոխություն տարածություն-ժամանակի կառուցվածքի գաղափարի մեջ և փորձնականորեն հաստատվեց բազմաթիվ փորձերի և ուսումնասիրությունների ժամանակ:

Այսպիսով, TOE-ն հիմք հանդիսացավ բոլոր ժամանակակից ֆունդամենտալ ֆիզիկական տեսությունների համար: Իրականում սա ժամանակակից ֆիզիկայի մայրն է։

Սկզբից հարկ է նշել, որ գոյություն ունի հարաբերականության 2 տեսություն.

• Հարաբերականության հատուկ տեսություն (STR) – դիտարկում է ֆիզիկական գործընթացները միատեսակ շարժվող օբյեկտներում:
• Հարաբերականության ընդհանուր տեսություն (GTR) - նկարագրում է արագացող օբյեկտները և բացատրում այնպիսի երևույթների ծագումը, ինչպիսիք են գրավիտացիան և գոյությունը:

Հասկանալի է, որ STR-ը հայտնվել է ավելի վաղ և ըստ էության GTR-ի մի մասն է։ Եկեք նախ խոսենք նրա մասին:

STO պարզ բառերով

Տեսությունը հիմնված է հարաբերականության սկզբունքի վրա, ըստ որի բնության ցանկացած օրենքներ նույնն են անշարժ և հաստատուն արագությամբ շարժվող մարմինների նկատմամբ։ Եվ այսպիսի պարզ թվացող մտքից հետևում է, որ լույսի արագությունը (վակուումում 300000 մ/վրկ) նույնն է բոլոր մարմինների համար։

Օրինակ, պատկերացրեք, որ ձեզ հեռավոր ապագայից տրվել է տիեզերանավ, որը կարող է թռչել մեծ արագությամբ: Նավի աղեղի վրա տեղադրված է լազերային թնդանոթ, որն ունակ է ֆոտոնները դեպի առաջ արձակել։

Նավի համեմատ նման մասնիկները թռչում են լույսի արագությամբ, բայց անշարժ դիտորդի համեմատ, թվում է, որ նրանք պետք է ավելի արագ թռչեն, քանի որ երկու արագություններն էլ ամփոփված են:

Սակայն իրականում դա տեղի չի ունենում։ Դրսի դիտորդը տեսնում է ֆոտոններ, որոնք շարժվում են 300000 մ/վ արագությամբ, կարծես տիեզերանավի արագությունը դրանց ավելացված չէ:

Պետք է հիշել. ցանկացած մարմնի համեմատ լույսի արագությունը հաստատուն արժեք կլինի, անկախ նրանից, թե որքան արագ է այն շարժվում:

Դրանից հետևում են զարմանալի եզրակացություններ, ինչպիսիք են ժամանակի լայնացումը, երկայնական կծկումը և մարմնի քաշի կախվածությունը արագությունից: Հարաբերականության հատուկ տեսության ամենահետաքրքիր հետևանքների մասին ավելին կարդացեք հոդվածում ստորև բերված հղումով:

Հարաբերականության ընդհանուր էությունը (GR)

Այն ավելի լավ հասկանալու համար մենք պետք է կրկին համատեղենք երկու փաստ.

• Մենք ապրում ենք քառաչափ տարածության մեջ

Տարածությունը և ժամանակը նույն էության դրսևորումներ են, որը կոչվում է «տիեզերական-ժամանակային շարունակություն»: Սա քառաչափ տարածություն-ժամանակ է՝ x, y, z և t կոորդինատային առանցքներով:

Մենք՝ մարդիկս, չենք կարողանում հավասարապես ընկալել 4 չափերը։ Ըստ էության, մենք տեսնում ենք միայն իրական քառաչափ օբյեկտի կանխատեսումները տարածության և ժամանակի վրա:

Հետաքրքիր է, որ հարաբերականության տեսությունը չի նշում, որ մարմինները փոխվում են, երբ շարժվում են: 4-չափ օբյեկտները միշտ մնում են անփոփոխ, բայց հարաբերական շարժման դեպքում դրանց կանխատեսումները կարող են փոխվել: Եվ սա մենք ընկալում ենք որպես ժամանակի դանդաղում, չափի կրճատում և այլն։

• Բոլոր մարմիններն ընկնում են հաստատուն արագությամբ և չեն արագանում

Եկեք մի սարսափելի մտքի փորձ կատարենք: Պատկերացրեք, որ դուք նստում եք փակ վերելակ և գտնվում եք անկշռության վիճակում։

Այս իրավիճակը կարող է առաջանալ միայն երկու պատճառով՝ կա՛մ տիեզերքում եք, կա՛մ ազատորեն ընկնում եք խցիկի հետ միասին՝ երկրի ձգողության ազդեցության տակ:

Առանց կրպակից դուրս նայելու՝ բացարձակապես անհնար է տարբերակել այս երկու դեպքերը։ Պարզապես մի դեպքում թռչում ես միատեսակ, իսկ մյուս դեպքում՝ արագացումով։ Դուք պետք է գուշակեք:

Երևի ինքը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը, մտածում էր երևակայական վերելակի մասին և մեկ զարմանալի միտք ուներ՝ եթե այս երկու դեպքերը չեն կարող տարբերվել, ապա ձգողականության պատճառով ընկնելը նույնպես միատեսակ շարժում է։ Շարժումը պարզապես միատեսակ է քառաչափ տարածություն-ժամանակում, բայց զանգվածային մարմինների առկայության դեպքում (օրինակ՝) այն կոր է և միատեսակ շարժումը պրոյեկտվում է մեր սովորական եռաչափ տարածության մեջ՝ արագացված շարժման տեսքով:

Դիտարկենք երկչափ տարածության կորության ևս մեկ ավելի պարզ, թեև ոչ ամբողջությամբ ճիշտ օրինակ։

Դուք կարող եք պատկերացնել, որ ցանկացած զանգվածային մարմին իր տակ ինչ-որ ձևավորված ձագար է ստեղծում: Այնուհետև կողքով թռչող մյուս մարմինները չեն կարողանա շարունակել իրենց շարժումը ուղիղ գծով և կփոխեն իրենց հետագիծը՝ ըստ կոր տարածության թեքությունների:

Ի դեպ, եթե մարմինը շատ էներգիա չունի, ապա նրա շարժումը կարող է փակ լինել։

Հարկ է նշել, որ շարժվող մարմինների տեսակետից նրանք շարունակում են շարժվել ուղիղ գծով, քանի որ չեն զգում ոչինչ, որը ստիպում է շրջվել։ Նրանք պարզապես հայտնվել են կոր տարածության մեջ և, առանց գիտակցելու, ունեն ոչ գծային հետագիծ։

Հարկ է նշել, որ 4 չափերը թեքված են, ներառյալ ժամանակը, ուստի այս անալոգիան պետք է վերաբերվել զգուշությամբ:

Այսպիսով, հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ գրավիտացիան ամենևին էլ ուժ չէ, այլ միայն տարածություն-ժամանակի կորության հետևանք։ Ներկա պահին այս տեսությունը ձգողականության առաջացման աշխատանքային տարբերակ է և հիանալի համաձայնեցված է փորձերի հետ։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության զարմանալի հետևանքները

Լույսի ճառագայթները կարող են թեքվել, երբ թռչում են զանգվածային մարմինների մոտ: Իրոք, տարածության մեջ հայտնաբերվել են հեռավոր առարկաներ, որոնք «թաքնվում» են ուրիշների հետևում, սակայն լույսի ճառագայթները թեքում են դրանց շուրջը, ինչի շնորհիվ լույսը հասնում է մեզ։

Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ որքան ուժեղ է ձգողականությունը, այնքան ժամանակն ավելի դանդաղ է անցնում։ Այս հանգամանքը պետք է հաշվի առնել GPS-ը և GLONASS-ը շահագործելիս, քանի որ նրանց արբանյակները հագեցված են ամենաճշգրիտ ատոմային ժամացույցներով, որոնք մի փոքր ավելի արագ են տկտկում, քան Երկրի վրա։ Եթե ​​այս փաստը հաշվի չառնվի, ապա մեկ օրվա ընթացքում կոորդինատային սխալը կկազմի 10 կմ։

Ալբերտ Էյնշտեյնի շնորհիվ է, որ կարող ես հասկանալ, թե մոտակայքում որտեղ է գտնվում գրադարանը կամ խանութը։

Եվ վերջապես, հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կանխատեսում է սև խոռոչների գոյությունը, որոնց շուրջ գրավիտացիան այնքան ուժեղ է, որ ժամանակը պարզապես կանգ է առնում մոտակայքում: Հետևաբար, լույսը, որն ընկնում է սև խոռոչի մեջ, չի կարող լքել այն (արտացոլել):

Սև խոռոչի կենտրոնում վիթխարի գրավիտացիոն սեղմման պատճառով ձևավորվում է անսահման բարձր խտությամբ մի առարկա, և դա, կարծես թե, գոյություն ունենալ չի կարող։

Այսպիսով, ընդհանուր հարաբերականությունը կարող է հանգեցնել շատ հակասական եզրակացությունների, ի տարբերություն , որի պատճառով ֆիզիկոսների մեծամասնությունը չընդունեց այն ամբողջությամբ և շարունակեց այլընտրանք փնտրել:

Բայց նրան հաջողվում է շատ բան կանխատեսել, օրինակ՝ վերջերս տեղի ունեցած սենսացիոն հայտնագործությունը հաստատեց հարաբերականության տեսությունը և ստիպեց մեզ ևս մեկ անգամ հիշել մեծ գիտնականին լեզուն կախած։ Եթե ​​դուք գիտություն եք սիրում, կարդացեք WikiScience:

SRT, TOE - այս հապավումները թաքցնում են «հարաբերականության տեսություն» ծանոթ տերմինը, որը ծանոթ է գրեթե բոլորին: Պարզ լեզվով ամեն ինչ կարելի է բացատրել, նույնիսկ հանճարի հայտարարությունը, այնպես որ մի հուսահատվեք, եթե չեք հիշում ձեր դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացը, քանի որ իրականում ամեն ինչ շատ ավելի պարզ է, քան թվում է:

Տեսության ծագումը

Այսպիսով, եկեք սկսենք «Հարաբերականության տեսություն դետալների համար» դասընթացը։ Ալբերտ Էյնշտեյնն իր աշխատությունը հրապարակեց 1905 թվականին, և այն մեծ աղմուկ բարձրացրեց գիտնականների շրջանում։ Այս տեսությունը գրեթե ամբողջությամբ ծածկեց անցյալ դարի ֆիզիկայի բազմաթիվ բացեր և անհամապատասխանություններ, բայց, ի լրումն ամեն ինչի, այն հեղափոխեց տարածության և ժամանակի գաղափարը: Էյնշտեյնի հայտարարություններից շատերին դժվար էր հավատալ իր ժամանակակիցների համար, սակայն փորձերն ու հետազոտությունները միայն հաստատեցին մեծ գիտնականի խոսքերը։

Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսությունը պարզ բառերով բացատրում էր այն, ինչի դեմ մարդիկ պայքարում էին դարեր շարունակ։ Այն կարելի է անվանել բոլոր ժամանակակից ֆիզիկայի հիմքը։ Սակայն հարաբերականության տեսության մասին զրույցը շարունակելուց առաջ պետք է հստակեցնել տերմինների հարցը։ Անշուշտ շատերը, կարդալով գիտահանրամատչելի հոդվածներ, հանդիպել են երկու հապավումների՝ STO և GTO։ Իրականում դրանք մի փոքր այլ հասկացություններ են ենթադրում։ Առաջինը հարաբերականության հատուկ տեսությունն է, իսկ երկրորդը նշանակում է «ընդհանուր հարաբերականություն»:

Պարզապես ինչ-որ բարդ բան

STR-ն ավելի հին տեսություն է, որը հետագայում դարձավ GTR-ի մի մասը: Այն կարող է դիտարկել միայն միատեսակ արագությամբ շարժվող օբյեկտների ֆիզիկական գործընթացները: Ընդհանուր տեսությունը կարող է նկարագրել, թե ինչ է տեղի ունենում արագացող օբյեկտների հետ, ինչպես նաև բացատրել, թե ինչու են գոյություն ունեն գրավիտոնի մասնիկներ և գրավիտացիա:

Եթե ​​Ձեզ անհրաժեշտ է նկարագրել շարժումը, ինչպես նաև տարածության և ժամանակի հարաբերությունը լույսի արագությանը մոտենալու ժամանակ, հարաբերականության հատուկ տեսությունը կարող է դա անել: Պարզ բառերով դա կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. օրինակ, ապագայի ընկերները ձեզ նվիրել են տիեզերանավ, որը կարող է թռչել մեծ արագությամբ: Տիեզերանավի քթի վրա կա թնդանոթ, որը կարող է ֆոտոններ արձակել այն ամենի վրա, ինչ առաջ է գալիս։

Երբ կրակոց է արձակվում, նավի համեմատ այս մասնիկները թռչում են լույսի արագությամբ, սակայն, տրամաբանորեն, անշարժ դիտորդը պետք է տեսնի երկու արագության գումարը (իրենց ֆոտոնները և նավը): Բայց ոչ մի նման բան: Դիտորդը կտեսնի ֆոտոններ, որոնք շարժվում են 300000 մ/վ արագությամբ, կարծես նավի արագությունը զրոյական է։

Բանն այն է, որ ինչքան էլ արագ շարժվի առարկան, նրա համար լույսի արագությունը հաստատուն արժեք է։

Այս հայտարարությունը հիմք է հանդիսանում զարմանալի տրամաբանական եզրակացությունների, ինչպիսիք են ժամանակի դանդաղեցումը և աղավաղումը, կախված օբյեկտի զանգվածից և արագությունից: Դրա վրա են հիմնված բազմաթիվ գիտաֆանտաստիկ ֆիլմերի ու հեռուստասերիալների սյուժեները:

Հարաբերականության ընդհանուր տեսություն

Պարզ լեզվով կարելի է բացատրել ավելի ծավալուն ընդհանուր հարաբերականությունը։ Սկզբից պետք է հաշվի առնել այն փաստը, որ մեր տարածքը քառաչափ է։ Ժամանակն ու տարածությունը միավորված են այնպիսի «թեմայի» մեջ, ինչպիսին է «տիեզերական-ժամանակային շարունակականությունը»։ Մեր տարածության մեջ կան չորս կոորդինատային առանցքներ՝ x, y, z և t:

Բայց մարդիկ չեն կարող ուղղակիորեն ընկալել չորս չափերը, ճիշտ այնպես, ինչպես երկչափ աշխարհում ապրող հիպոթետիկ հարթ մարդը չի կարող վեր նայել: Փաստորեն, մեր աշխարհը միայն քառաչափ տարածության պրոյեկցիա է եռաչափ տարածության:

Հետաքրքիր փաստ է այն, որ հարաբերականության ընդհանուր տեսության համաձայն՝ մարմինները շարժվելիս չեն փոխվում։ Քառաչափ աշխարհի առարկաները իրականում միշտ անփոփոխ են, և երբ նրանք շարժվում են, փոխվում են միայն դրանց կանխատեսումները, որոնք մենք ընկալում ենք որպես ժամանակի աղավաղում, չափի փոքրացում կամ մեծացում և այլն։

Վերելակային փորձ

Հարաբերականության տեսությունը կարելի է պարզ բառերով բացատրել՝ օգտագործելով փոքրիկ մտքի փորձ: Պատկերացրեք, որ վերելակում եք։ Տնակը սկսեց շարժվել, և դու հայտնվեցիր անկշռության մեջ։ Ինչ է պատահել? Երկու պատճառ կարող է լինել՝ կա՛մ վերելակը գտնվում է տիեզերքում, կա՛մ գտնվում է ազատ անկման մեջ՝ մոլորակի ձգողության ազդեցության տակ: Ամենահետաքրքիրն այն է, որ անհնար է պարզել անկշռության պատճառը, եթե հնարավոր չէ վերելակի խցիկից դուրս նայել, այսինքն՝ երկու գործընթացներն էլ նույն տեսքն ունեն։

Թերևս նմանատիպ մտքի փորձ կատարելուց հետո Ալբերտ Էյնշտեյնը եկել է այն եզրակացության, որ եթե այս երկու իրավիճակները միմյանցից չեն տարբերվում, ապա իրականում գրավիտացիայի ազդեցության տակ գտնվող մարմինը չի արագանում, դա միատեսակ շարժում է, որը կոր է ազդեցության տակ: զանգվածային մարմնի (այս դեպքում՝ մոլորակի): Այսպիսով, արագացված շարժումը միայն միասնական շարժման պրոյեկցիան է եռաչափ տարածության մեջ:

Լավ օրինակ

Եվս մեկ լավ օրինակ «Հարաբերականություն ապուշների համար» թեմայով։ Դա լիովին ճիշտ չէ, բայց շատ պարզ է և պարզ: Եթե ​​դուք որևէ առարկա եք դնում ձգված գործվածքի վրա, այն ձևավորում է «շեղում» կամ «ձագար» դրա տակ: Բոլոր փոքր մարմինները ստիպված կլինեն աղավաղել իրենց հետագիծը՝ համաձայն տարածության նոր թեքության, և եթե մարմինը քիչ էներգիա ունենա, այն կարող է ընդհանրապես չհաղթահարել այս ձագարը: Այնուամենայնիվ, շարժվող օբյեկտի տեսանկյունից, հետագիծը մնում է ուղիղ, նրանք չեն զգա տարածության ճկումը.

Ձգողականությունը «իջեցվել է»

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության հայտնվելով, գրավիտացիան դադարել է ուժ լինել և այժմ բավարարվում է լինել ժամանակի և տարածության կորության պարզ հետևանք: Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կարող է ֆանտաստիկ թվալ, բայց դա աշխատանքային տարբերակ է և հաստատվում է փորձերով։

Հարաբերականության տեսությունը կարող է բացատրել շատ անհավանական թվացող բաներ մեր աշխարհում: Պարզ ասած, նման բաները կոչվում են հարաբերականության ընդհանուր տեսության հետևանքներ։ Օրինակ՝ զանգվածային մարմիններին մոտ թռչող լույսի ճառագայթները թեքված են։ Ավելին, խոր տիեզերքից շատ առարկաներ թաքնված են միմյանց հետևում, բայց շնորհիվ այն բանի, որ լույսի ճառագայթները թեքվում են այլ մարմինների շուրջ, անտեսանելի թվացող առարկաները հասանելի են մեր աչքերին (ավելի ճիշտ՝ աստղադիտակի աչքերին): Դա նման է պատերի միջով նայելուն:

Որքան մեծ է ձգողականությունը, այնքան ժամանակն ավելի դանդաղ է հոսում օբյեկտի մակերեսի վրա: Սա վերաբերում է ոչ միայն այնպիսի զանգվածային մարմիններին, ինչպիսիք են նեյտրոնային աստղերը կամ սև խոռոչները: Ժամանակի լայնացման ազդեցությունը կարելի է նկատել նույնիսկ Երկրի վրա։ Օրինակ, արբանյակային նավիգացիոն սարքերը հագեցած են բարձր ճշգրիտ ատոմային ժամացույցներով: Նրանք գտնվում են մեր մոլորակի ուղեծրում, և այնտեղ ժամանակը մի փոքր ավելի արագ է ընթանում: Օրական հարյուրերորդական վայրկյանը կկազմի այն ցուցանիշը, որը թույլ կտա Երկրի վրա երթուղու հաշվարկների մեջ մինչև 10 կմ սխալ: Հարաբերականության տեսությունն է, որը թույլ է տալիս հաշվարկել այս սխալը։

Պարզ ասած, մենք կարող ենք այսպես արտահայտվել. հարաբերականության ընդհանուր տեսության հիմքում ընկած են շատ ժամանակակից տեխնոլոգիաներ, և Էյնշտեյնի շնորհիվ մենք կարող ենք հեշտությամբ գտնել պիցցերիա և գրադարան անծանոթ տարածքում:

Ինչպե՞ս է ընդհանուր հարաբերականությունը տարբերվում հատուկ հարաբերականությունից:

Հարաբերականության հատուկ տեսություն (STR) (հարաբերականության հատուկ տեսություն; հարաբերականության մեխանիկա) տեսություն է, որը նկարագրում է շարժումը, մեխանիկայի օրենքները և տարածություն-ժամանակ հարաբերությունները լույսի արագությանը մոտ շարժման արագություններով։ Հարաբերականության հատուկ տեսության շրջանակներում դասական նյուտոնյան մեխանիկան ցածր արագության մոտավորություն է։ STR-ի ընդհանրացումը գրավիտացիոն դաշտերի համար կոչվում է ընդհանուր հարաբերականություն:

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը ծանրության երկրաչափական տեսություն է, որը զարգացնում է հարաբերականության հատուկ տեսությունը (STR), որը հրատարակել է Ալբերտ Էյնշտեյնը 1915-1916 թվականներին։ Հարաբերականության ընդհանուր տեսության շրջանակներում, ինչպես և այլ մետրային տեսություններում, ենթադրվում է, որ գրավիտացիոն էֆեկտները պայմանավորված են ոչ թե տարածություն-ժամանակում տեղակայված մարմինների և դաշտերի ուժային փոխազդեցությամբ, այլ հենց տարածություն-ժամանակի դեֆորմացմամբ, որը կապված է, մասնավորապես, զանգվածային էներգիայի առկայության հետ: Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը տարբերվում է գրավիտացիայի այլ մետրիկ տեսություններից՝ օգտագործելով Էյնշտեյնի հավասարումները՝ տարածության ժամանակի կորությունը նրանում առկա նյութի հետ կապելու համար։

Տրե՛ք Էյնշտեյնի տեսության վավերականության փորձարարական ապացույցներ:

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ապացույցներ

Էֆեկտներ՝ կապված հղման շրջանակների արագացման հետ

Այս էֆեկտներից առաջինը գրավիտացիոն ժամանակի լայնացումն է, որի շնորհիվ ցանկացած ժամացույց ավելի դանդաղ կգնա, որքան ավելի խորը գրավիտացիոն անցքի մեջ (ավելի մոտ է ձգող մարմնին): Այս էֆեկտն ուղղակիորեն հաստատվել է Հաֆել-Քիթինգի, ինչպես նաև Gravity Probe A փորձի ժամանակ և մշտապես հաստատվում է GPS-ում։

Ուղղակիորեն կապված էֆեկտը լույսի գրավիտացիոն կարմիր շեղումն է: Այս էֆեկտը հասկացվում է որպես լույսի հաճախականության նվազում՝ համեմատած տեղական ժամացույցի հետ (համապատասխանաբար, սպեկտրի գծերի տեղաշարժը դեպի սպեկտրի կարմիր ծայրը՝ տեղական մասշտաբի համեմատ), երբ լույսը տարածվում է գրավիտացիոն ջրհորից դեպի դուրս ( ավելի ցածր գրավիտացիոն պոտենցիալ ունեցող տարածք դեպի ավելի մեծ պոտենցիալ ունեցող տարածք) /

Գրավիտացիոն ժամանակի լայնացումը հանգեցնում է մեկ այլ էֆեկտի, որը կոչվում է Շապիրոյի էֆեկտ (նաև հայտնի է որպես գրավիտացիոն ազդանշանի հետաձգում): Այս ազդեցության պատճառով էլեկտրամագնիսական ազդանշաններն ավելի երկար են անցնում գրավիտացիոն դաշտում, քան այս դաշտի բացակայության դեպքում: Այս երևույթը հայտնաբերվել է Արեգակնային համակարգի մոլորակների և Արեգակի հետևով անցնող տիեզերանավերի ռադարային հետևման, ինչպես նաև կրկնակի պուլսարների ազդանշանների դիտարկման միջոցով։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ամենահայտնի վաղ փորձարկումը հնարավոր դարձավ 1919 թվականին արևի ամբողջական խավարման արդյունքում: Արթուր Էդինգթոնը ցույց տվեց, որ աստղի լույսը թեքվել է Արեգակի մոտ ճիշտ այնպես, ինչպես կանխատեսել էր ընդհանուր հարաբերականությունը:

Լույսի ուղու թեքումը տեղի է ունենում ցանկացած արագացված հղման շրջանակում: Դիտարկվող հետագծի և գրավիտացիոն ոսպնյակի էֆեկտների մանրամասն տեսքը, սակայն, կախված է տարածաժամանակի կորությունից: Այս էֆեկտի մասին Էյնշտեյնը իմացել է 1911 թվականին, և երբ նա էվրիստիկորեն հաշվարկել է հետագծերի կորության չափը, պարզվել է, որ այն նույնն է, ինչ կանխատեսել է դասական մեխանիկայի կողմից լույսի արագությամբ շարժվող մասնիկների համար: 1916 թվականին Էյնշտեյնը հայտնաբերեց, որ իրականում հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ լույսի տարածման ուղղությամբ անկյունային տեղաշարժը երկու անգամ ավելի մեծ է, քան Նյուտոնյան տեսության մեջ՝ ի տարբերություն նախորդ դիտարկման։ Այսպիսով, այս կանխատեսումը դարձավ հարաբերականության ընդհանուր տեսության ստուգման ևս մեկ միջոց։

1919 թվականից այս երևույթը հաստատվել է արեգակնային խավարումների ժամանակ աստղերի աստղագիտական ​​դիտարկումներով, ինչպես նաև բարձր ճշգրտությամբ հաստատվել է Արեգակի մոտ անցնող քվազարների ռադիոինտերֆերոմետրիկ դիտարկումներով՝ խավարածրի երկայնքով իր ճանապարհի ընթացքում:

Վերջապես, ցանկացած աստղ կարող է մեծացնել պայծառությունը, երբ նրա դիմացով անցնում է կոմպակտ, զանգվածային առարկա: Այս դեպքում հեռավոր աստղի՝ լույսի գրավիտացիոն շեղման պատճառով մեծացած և աղավաղված պատկերները չեն կարող լուծվել (դրանք չափազանց մոտ են միմյանց) և ուղղակի նկատվում է աստղի պայծառության աճ։ Այս էֆեկտը կոչվում է միկրոոսպնյակ, և այն այժմ կանոնավոր կերպով դիտվում է մեր Գալակտիկայի անտեսանելի մարմինները աստղերի՝ MASNO, EROS (անգլերեն) և այլնի լույսի գրավիտացիոն միկրոոսպնավորման միջոցով ուսումնասիրող նախագծերի շրջանակներում:

Ուղեծրային էֆեկտներ

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը ուղղում է Նյուտոնի երկնային մեխանիկայի տեսության կանխատեսումները՝ կապված գրավիտացիոն կապ ունեցող համակարգերի դինամիկայի հետ՝ Արեգակնային համակարգ, կրկնակի աստղեր և այլն։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության առաջին ազդեցությունն այն էր, որ բոլոր մոլորակների ուղեծրերի պերիհելիան կանցնի, քանի որ Նյուտոնի գրավիտացիոն պոտենցիալը կունենա փոքր հարաբերական հավելում, ինչը կհանգեցնի բաց ուղեծրերի ձևավորմանը: Այս կանխատեսումը հարաբերականության ընդհանուր տեսության առաջին հաստատումն էր, քանի որ 1916 թվականին Էյնշտեյնի կողմից ստացված պրեցեսիոն արժեքը լիովին համընկավ Մերկուրիի պերիհելիոնի անոմալ պրեցեսիայի հետ։ Այս կերպ լուծվեց այն ժամանակ հայտնի երկնային մեխանիկայի խնդիրը։

Ավելի ուշ, ռելյատիվիստական ​​պերիհելիոնի առաջացում նկատվեց նաև Վեներայի, Երկրի, Իկար աստերոիդի մոտ և որպես ավելի ուժեղ ազդեցություն կրկնակի պուլսարների համակարգերում։ 1974 թվականին առաջին կրկնակի պուլսարի PSR B1913+16 հայտնաբերման և հետազոտության համար Ռ.Հալսը և Դ.Թեյլորը 1993 թվականին ստացել են Նոբելյան մրցանակ։

SRT ապացույց

Հարաբերականության հատուկ տեսությունն ընկած է բոլոր ժամանակակից ֆիզիկայի հիմքում: Հետևաբար, չկա առանձին փորձ, որը «ապացուցի» SRT: Բարձր էներգիայի ֆիզիկայի, միջուկային ֆիզիկայի, սպեկտրոսկոպիայի, աստղաֆիզիկայի, էլեկտրադինամիկայի և ֆիզիկայի այլ ոլորտների փորձարարական տվյալների ամբողջությունը համահունչ է հարաբերականության տեսությանը փորձարարական ճշգրտության սահմաններում: Օրինակ՝ քվանտային էլեկտրադինամիկայի մեջ (STR, քվանտային տեսության և Մաքսվելի հավասարումների համակցություն) էլեկտրոնի անոմալ մագնիսական մոմենտի արժեքը համընկնում է 10 հարաբերական ճշգրտությամբ տեսական կանխատեսման հետ։ 9.

Իրականում SRT-ն ինժեներական գիտություն է: Դրա բանաձևերը օգտագործվում են մասնիկների արագացուցիչների հաշվարկում։ Էլեկտրամագնիսական դաշտերում հարաբերական արագությամբ շարժվող մասնիկների բախումների վերաբերյալ հսկայական քանակությամբ տվյալների մշակումը հիմնված է հարաբերական դինամիկայի օրենքների վրա, որոնցից շեղումները չեն հայտնաբերվել: SRT-ից և GTR-ից ստացված ուղղումները օգտագործվում են արբանյակային նավիգացիոն համակարգերում (GPS): SRT-ն միջուկային էներգիայի հիմքն է և այլն։