ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ - ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) จัดพิมพ์โดยไอน์สไตน์ในปี 1905 อธิบายกระบวนการและปรากฏการณ์เชิงสัมพัทธภาพ และปรากฏออกมาด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง เพื่อสร้าง SRT ไอน์สไตน์ได้นำมาใช้ สองสมมุติฐาน: 1) ความเร็วแสงในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดคงที่ 2) กฎแห่งธรรมชาติในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดไม่แปรเปลี่ยน (เหมือนกัน) นอกจากนี้ เขายังประยุกต์ใช้การเปลี่ยนแปลงของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวดัตช์อีกด้วย เฮนดริก ลอเรนซ์.

ความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศและเวลาแสดงออกมาในอวกาศ-เวลาสี่มิติ ความสัมพันธ์นี้สะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนในสูตรสำหรับระยะทางระหว่างสองเหตุการณ์ใน สี่มิติช่องว่าง:

โดยที่เวลา ∆ë คือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดใน สามมิติช่องว่าง.

การแปลง ลอเรนซ์ยังมีความสัมพันธ์ระหว่างปริภูมิและเวลาในรูปของความสัมพันธ์ระหว่างพิกัดของระบบอ้างอิงที่ไม่เคลื่อนที่ (K) และการขับขี่ (K 1) x 1 = γּ(x─ ) และ t 1 = γּ(t─ ) ที่ไหน γ = 1/- เรียกว่า สัมประสิทธิ์สัมพัทธภาพ- ลอเรนซ์พบการแสดงออกของ γ โดยอิงจากความเป็นเส้นตรงของการเปลี่ยนแปลงและความคงตัวของความเร็วแสงในระบบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ (K 1) และระบบอ้างอิงที่ไม่เคลื่อนที่ (K)

ไอน์สไตน์ใช้การแปลงแบบลอเรนซ์เพื่อสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตามความยาวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ กำลังลดลงในกฎหมาย:

มวลของร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว จะเพิ่มขึ้นในกฎหมาย:

กระแสเวลาของนาฬิกาที่กำลังเคลื่อนที่ ช้าลงในกฎหมาย:

τ = τ 0 ּ ,

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นการชะลอตัวของเวลาที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง สมมติว่ายานอวกาศลำหนึ่งเปิดตัวด้วยความเร็ว 0.99 กม./วินาที และกลับมาอีกครั้งหลังจากผ่านไป 50 ปี ตามข้อมูลของ STO ตามการเฝ้าดูของนักบินอวกาศ เที่ยวบินนี้กินเวลาเพียงหนึ่งปี หากนักบินอวกาศอายุ 20 ปีทิ้งลูกชายที่เพิ่งเกิดไว้บนโลก ลูกชายวัย 50 ปีจะได้พบกับพ่อวัย 21 ปีของเขา

รฟท. ได้สูตรการทดแทนดังนี้ กฎแห่งผลรวมของความเร็ว:

1 = ( +u)/(1+ ยู/ค 2) ,

ถ้าร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง =ส.และหน้าต่างอ้างอิงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง u= คแล้วเราจะได้: 1 = กับ- ดังนั้น ความเร็วแสงจึงคงที่ โดยไม่คำนึงถึงความเร็วของหน้าต่างอ้างอิง

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป - ในระบบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ไม่เป็นไปตามหลักการของความเฉื่อยและกฎของกลศาสตร์ มีความจำเป็นต้องสร้างทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนไหวของวัตถุในระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย ไอน์สไตน์ทำภารกิจนี้สำเร็จเมื่อเขาสร้างมันขึ้นมา ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป(โอทีโอ).

ในจีทีอาร์ ไอน์สไตน์ขยายหลักการสัมพัทธภาพไปยังกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย เขาถือว่ามวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยของร่างกายเท่ากัน ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2433 นักฟิสิกส์ชาวฮังการี แอล. เอออตวอสความเท่าเทียมกันของมวลความโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยของร่างกายสูงถึง 10 -9 ได้รับการยืนยันด้วยความแม่นยำสูง ข้อความเกี่ยวกับความเท่าเทียมกันของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยเป็นพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแสดงให้เห็นว่า พื้นที่รอบๆ ความเข้มข้นของมวล บิดเบี้ยวและมีลักษณะเฉพาะของพื้นที่รีมันน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแทนที่กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันด้วยกฎสัมพัทธภาพความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ซึ่งมีกฎของนิวตันเป็นกรณีพิเศษดังต่อไปนี้ ในปี พ.ศ. 2462 และ พ.ศ. 2465 ศึกษาในช่วงสุริยุปราคา การโก่งตัวของลำแสงมาจากดวงดาวอันห่างไกล จากความตรงในสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ การทดลองได้แสดงให้เห็น ความโค้งของพื้นที่ใกล้ดวงอาทิตย์จึงพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายกฎสัมพัทธภาพของแรงโน้มถ่วงว่าเป็นอิทธิพลของสสารที่มีต่อคุณสมบัติของอวกาศและเวลา และคุณสมบัติของปริภูมิและเวลามีอิทธิพลต่อกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในนั้น ดังนั้นการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุในพื้นที่สี่มิติจึงเกิดขึ้นตามแนวเส้นเนื้อที่ของพื้นที่โค้ง ดังนั้น สมการการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุจึงอธิบายเส้นเรขาคณิตของปริภูมิโค้ง ไอน์สไตน์พบสมการนี้ มันประกอบด้วย 10 สมการ- ในสมการเหล่านี้ สนามโน้มถ่วงอธิบายโดยใช้ศักย์สนาม 10 ระดับ เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นซับซ้อน ปัญหาเกือบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังไม่สามารถแก้ไขได้ ยกเว้นปัญหาที่ง่ายที่สุด ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามเข้าใจความหมายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

งานของนิวตันเป็นตัวอย่างของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหญ่ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในแนวคิดทางวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมดในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ตั้งแต่สมัยนิวตัน กระบวนทัศน์ของฟิสิกส์คลาสสิกเกิดขึ้นและกลายเป็นระบบหลักและกำหนดมุมมองทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลาเกือบ 250 ปี

สาวกของนิวตันเริ่มปรับแต่งค่าคงที่ที่เขาค้นพบอย่างมีความหมาย โรงเรียนวิทยาศาสตร์เริ่มก่อตัวขึ้นทีละน้อย วิธีการสังเกตและการวิเคราะห์ และการจำแนกปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ ได้ถูกก่อตั้งขึ้น เครื่องมือและอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์เริ่มมีการผลิตในลักษณะโรงงาน วารสารเริ่มตีพิมพ์ในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติหลายสาขา วิทยาศาสตร์ได้กลายเป็นสาขาที่สำคัญที่สุดของกิจกรรมของมนุษย์

ดังนั้น กลศาสตร์และจักรวาลวิทยาของนิวตันจึงได้สถาปนาตัวเองเป็นพื้นฐานของโลกทัศน์ใหม่ แทนที่คำสอนของอริสโตเติลและโครงสร้างทางวิชาการในยุคกลางที่ครอบงำมานานกว่าพันปี

อย่างไรก็ตาม เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 ข้อเท็จจริงเริ่มปรากฏว่าขัดแย้งกับกระบวนทัศน์หลัก และความไม่สอดคล้องหลักๆ ก็ถูกพบเห็นอีกครั้งในฟิสิกส์ ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาแบบไดนามิกมากที่สุดในขณะนั้น

ตัวอย่างคลาสสิกของสถานการณ์นี้คือคำกล่าวของลอร์ดเคลวิน (วิลเลียม ทอมสัน) ผู้ซึ่งในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ตั้งข้อสังเกตว่า "ในท้องฟ้าที่แจ่มใสและส่องแสงของฟิสิกส์คลาสสิกในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีเมฆขนาดเล็กเพียงสองก้อน" หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับผลลัพธ์เชิงลบของการทดลองของ Michelson เพื่อกำหนดความเร็วสัมบูรณ์ของโลก ส่วนอีกอันเกี่ยวข้องกับความขัดแย้งระหว่างข้อมูลทางทฤษฎีและการทดลองเกี่ยวกับการกระจายพลังงานในสเปกตรัมของวัตถุสีดำสัมบูรณ์

เคลวินแสดงความเข้าใจอันลึกซึ้งที่ไม่ธรรมดา ปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขเหล่านี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพและทฤษฎีควอนตัมของไอน์สไตน์ ซึ่งก่อให้เกิดพื้นฐานของกระบวนทัศน์วิทยาศาสตร์ธรรมชาติแบบใหม่

นอกจากนี้ยังสังเกตได้ว่าการใช้ฟิสิกส์แบบนิวตันคลาสสิกไม่อนุญาตให้คำนวณวงโคจรของดาวพุธได้อย่างแม่นยำ และสมการไฟฟ้าพลศาสตร์ของแมกซ์เวลล์ไม่สอดคล้องกับกฎการเคลื่อนที่แบบคลาสสิก

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพคือความขัดแย้งที่กล่าวไปแล้วอย่างแน่นอน การปณิธานของพวกเขาเป็นไปได้ด้วยการนำแนวทางสัมพัทธภาพใหม่มาสู่วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

สิ่งที่มักจะไม่เข้าใจอย่างชัดเจนคือความจริงที่ว่าความปรารถนาโดยทั่วไปสำหรับแนวทางเชิงสัมพันธ์ (หรือเชิงสัมพันธ์) กับกฎฟิสิกส์เริ่มปรากฏให้เห็นตั้งแต่ระยะเริ่มแรกในการพัฒนาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เริ่มต้นจากอริสโตเติล นักวิทยาศาสตร์ถือว่าโลกเป็นจุดศูนย์กลางของอวกาศ และช่วงเวลาเริ่มแรกถูกใช้เป็นแรงผลักดันเริ่มแรกที่ทำให้สสารดึกดำบรรพ์เคลื่อนไหว แนวคิดของอริสโตเติลได้รับการยอมรับว่าเป็นสิ่งที่สมบูรณ์ในจิตสำนึกในยุคกลาง แต่เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 15 แนวคิดเหล่านั้นก็ได้ขัดแย้งกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สังเกตได้อยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งความไม่สอดคล้องกันมากมายได้สะสมอยู่ในดาราศาสตร์

ความพยายามอย่างจริงจังครั้งแรกในการแก้ไขความขัดแย้งเกิดขึ้นโดยโคเปอร์นิคัส เพียงแค่ยอมรับว่าดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ไม่ใช่รอบโลก นั่นคือเป็นครั้งแรกที่เขานำโลกออกจากใจกลางจักรวาลและลิดรอนพื้นที่ของจุดเริ่มต้น อันที่จริงนี่คือจุดเริ่มต้นของการปรับโครงสร้างความคิดของมนุษย์ทั้งหมดอย่างเด็ดขาด แม้ว่าโคเปอร์นิคัสจะวางดวงอาทิตย์ไว้ตรงกลางนี้ แต่เขาก็ยังคงก้าวไปอีกขั้นเพื่อให้แน่ใจว่าผู้คนในเวลาต่อมาตระหนักว่าแม้แต่ดวงอาทิตย์ก็สามารถเป็นเพียงหนึ่งในดาวฤกษ์หลายๆ ดวงได้ และไม่สามารถหาจุดศูนย์กลางได้เลย จากนั้น ความคิดที่คล้ายกันก็เกิดขึ้นตามธรรมชาติเกี่ยวกับเวลา และจักรวาลเริ่มถูกมองว่าไม่มีที่สิ้นสุดและเป็นนิรันดร์ โดยไม่มีช่วงเวลาแห่งการสร้างสรรค์ใดๆ และไม่มี "จุดสิ้นสุด" ใดๆ ที่มันเคลื่อนไป

การเปลี่ยนแปลงนี้เองที่นำไปสู่การกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ เนื่องจากไม่มีตำแหน่งพิเศษในอวกาศและช่วงเวลาพิเศษในเวลา ดังนั้นกฎทางกายภาพจึงสามารถนำไปใช้กับจุดใดๆ ที่เป็นศูนย์กลางได้อย่างเท่าเทียมกัน และข้อสรุปเดียวกันจะตามมา ในแง่นี้ สถานการณ์โดยพื้นฐานแตกต่างไปจากที่เกิดขึ้นในทฤษฎีของอริสโตเติล ตัวอย่างเช่น จุดศูนย์กลางของโลกได้รับมอบหมายบทบาทพิเศษให้เป็นจุดที่สสารทั้งหมดมุ่งไป แนวโน้มไปสู่ความสัมพันธ์สัมพันธ์สะท้อนให้เห็นในเวลาต่อมาในกฎของกาลิเลโอและนิวตัน

กาลิเลโอแสดงความคิดที่ว่าการเคลื่อนไหวมีความสัมพันธ์กันในธรรมชาติ นั่นคือการเคลื่อนที่ที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงของร่างกายสามารถกำหนดได้เฉพาะเมื่อเทียบกับวัตถุที่ไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนไหวดังกล่าวเท่านั้น

ลองนึกภาพในใจว่ารถไฟขบวนหนึ่งแล่นผ่านไปด้วยความเร็วคงที่และไม่เกิดการกระแทก ยิ่งกว่านั้นม่านก็ปิดอยู่และไม่มีอะไรมองเห็นได้ ผู้โดยสารสามารถบอกได้ไหมว่ารถไฟขบวนไหนกำลังวิ่งและขบวนไหนหยุดนิ่ง? พวกเขาสามารถสังเกตการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์เท่านั้น นี่คือแนวคิดหลักของหลักการสัมพัทธภาพคลาสสิก

การค้นพบหลักสัมพัทธภาพแห่งการเคลื่อนที่ถือเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดประการหนึ่ง หากไม่มีเขา การพัฒนาฟิสิกส์คงเป็นไปไม่ได้ ตามสมมติฐานของกาลิเลโอ การเคลื่อนที่เฉื่อยและการพักนั้นแยกไม่ออกในผลกระทบที่มีต่อวัตถุ เพื่อที่จะไปยังคำอธิบายของเหตุการณ์ในหน้าต่างอ้างอิงที่เคลื่อนไหว จำเป็นต้องดำเนินการแปลงพิกัดที่เรียกว่า "การเปลี่ยนแปลงของกาลิเลโอ"ซึ่งตั้งชื่อตามผู้แต่ง

ยกตัวอย่างระบบพิกัดบางระบบ เอ็กซ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบอ้างอิงแบบตายตัว ให้เราจินตนาการถึงวัตถุที่เคลื่อนที่ไปตามแกน เอ็กซ์ด้วยความเร็วคงที่ โวลต์- พิกัด เอ็กซ์ " , ที" ซึ่งสัมพันธ์กับวัตถุนี้ แล้วถูกกำหนดโดยการแปลงแบบกาลิเลียน

x" = x - ut
ย" = ย
ซ" = ซ
เสื้อ" = เสื้อ

สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือสมการที่สาม ( เสื้อ" = เสื้อ) โดยที่อัตรานาฬิกาไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ กฎหมายเดียวกันนี้ใช้ทั้งในกรอบอ้างอิงเก่าและกรอบอ้างอิงใหม่ นี่คือหลักการสัมพัทธภาพที่มีข้อจำกัด เราพูดเช่นนี้เพราะกฎของกลศาสตร์แสดงออกมาด้วยความสัมพันธ์เดียวกันในระบบอ้างอิงทั้งหมดที่เชื่อมโยงถึงกันด้วยการแปลงแบบกาลิเลียน

ตามที่นิวตันผู้พัฒนาแนวคิดของกาลิเลโอเกี่ยวกับสัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่ การทดลองทางกายภาพทั้งหมดที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการที่เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง (กรอบอ้างอิงเฉื่อย) จะให้ผลลัพธ์เหมือนกับว่ามันอยู่นิ่ง

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว แม้ว่าฟิสิกส์คลาสสิกจะประสบความสำเร็จในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ข้อเท็จจริงบางอย่างก็ได้สะสมไว้ซึ่งขัดแย้งกัน

ข้อมูลใหม่เหล่านี้ซึ่งค้นพบในศตวรรษที่ 19 นำไปสู่แนวคิดเชิงสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

การปฏิวัติทางฟิสิกส์เริ่มต้นจากการค้นพบของโรเมอร์ ปรากฏว่าความเร็วแสงมีจำกัดและมีค่าประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที จากนั้นแบรดรีก็ค้นพบปรากฏการณ์ความคลาดเคลื่อนของดวงดาว จากการค้นพบเหล่านี้ พบว่าความเร็วแสงในสุญญากาศคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและตัวรับ

ความเร็วแสงขนาดมหึมาแต่ยังไม่สิ้นสุดในความว่างเปล่าทำให้เกิดความขัดแย้งกับหลักการสัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่ ลองจินตนาการถึงรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมหาศาล - 240,000 กิโลเมตรต่อวินาที ให้เราเป็นหัวรถไฟและมีหลอดไฟติดที่ส่วนท้ายรถไฟ ลองคิดถึงผลลัพธ์ของการวัดเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากปลายด้านหนึ่งของรถไฟไปยังอีกด้านหนึ่ง

ครั้งนี้ดูจะแตกต่างไปจากที่เรานั่งรถไฟไปพักเฉยๆ ในความเป็นจริง เมื่อเทียบกับรถไฟที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 240,000 กิโลเมตรต่อวินาที แสงจะมีความเร็ว (ไปข้างหน้าไปตามขบวนรถไฟ) เพียง 300,000 - 240,000 = 60,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดูเหมือนว่าแสงจะส่องชนผนังด้านหน้าของรถหัวรถที่วิ่งหนีออกไป หากวางหลอดไฟไว้ที่หัวรถไฟและวัดเวลาที่แสงจะไปถึงรถคันสุดท้ายดูเหมือนว่าความเร็วแสงในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรถไฟควรจะอยู่ที่ 240,000 + 300,000 = 540,000 กิโลเมตรต่อวินาที (ไฟกับรถท้ายวิ่งเข้าหากัน)

ดังนั้น ปรากฎว่าในรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่ แสงจะต้องกระจายไปในทิศทางที่ต่างกันด้วยความเร็วที่ต่างกัน ในขณะที่รถไฟที่อยู่กับที่ ความเร็วนี้จะเท่ากันในทั้งสองทิศทาง

ด้วยเหตุนี้ ภายใต้การแปลงแบบกาลิเลียน สมการของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงไม่มีรูปแบบที่ไม่แปรเปลี่ยน พวกเขาอธิบายการแพร่กระจายของแสงและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอื่นที่มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง C เพื่อแก้ไขความขัดแย้งภายในกรอบของฟิสิกส์คลาสสิก จำเป็นต้องค้นหากรอบอ้างอิงพิเศษซึ่งสมการของแมกซ์เวลล์จะเป็นอย่างแน่นอน พอใจและความเร็วแสงจะเท่ากับ C ในทุกทิศทาง ดังนั้นนักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 19 จึงตั้งสมมุติฐานการมีอยู่ของอีเทอร์ ซึ่งจริงๆ แล้วบทบาทลดลงเหลือเพียงการสร้างพื้นฐานทางกายภาพสำหรับกรอบอ้างอิงพิเศษดังกล่าว

มีการทดลองเพื่อหาความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกผ่านอีเธอร์ (เช่น การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ลำแสงจากแหล่งกำเนิดที่ผ่านปริซึมถูกแยกออกในทิศทางการเคลื่อนที่ของโลกและตั้งฉากกับมัน ตามแนวคิด ถ้าความเร็วเท่ากัน ลำแสงทั้งสองลำจะมาถึงปริซึมพร้อมๆ กัน และความเข้มของแสงจะเพิ่มขึ้น หากความเร็วต่างกัน ความเข้มของแสงจะลดลง ผลลัพธ์ของการทดลองเป็นศูนย์ ไม่สามารถระบุความเร็วของโลกเทียบกับอีเทอร์ได้

เมื่อการทดลองไม่ยืนยันการทำนายทฤษฎีง่ายๆ ของอีเทอร์เกี่ยวกับคุณสมบัติของระบบอ้างอิงนี้ H. Lorentz อีกครั้งโดยมีเป้าหมายเพื่อรักษาฟิสิกส์คลาสสิกได้เสนอทฤษฎีใหม่ที่อธิบายผลลัพธ์เชิงลบของการทดลองดังกล่าวเป็น ผลที่ตามมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเครื่องมือวัดเมื่อมีการเคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีเทอร์ เขาอธิบายความแตกต่างระหว่างผลการสังเกตกับกฎของนิวตันโดยการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเครื่องมือเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับ C

ลอเรนซ์แนะนำว่าเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วแสง การแปลงแบบกาลิเลโอไม่สามารถนำมาใช้ได้ เนื่องจากไม่ได้คำนึงถึงผลของความเร็วสูงด้วย การเปลี่ยนแปลงของเขาซึ่งมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงเรียกว่า "การแปลงแบบลอเรนซ์" การแปลงแบบกาลิเลโอเป็นกรณีพิเศษของการแปลงแบบลอเรนซ์สำหรับระบบที่มีความเร็วต่ำ

การแปลงแบบลอเรนซ์มีรูปแบบ:

ตามการแปลงแบบลอเรนซ์ ปริมาณทางกายภาพ - มวลของวัตถุ ความยาวในทิศทางของการเคลื่อนที่และเวลาขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

	ที่ไหน ม- มวลร่างกาย	ความหมายของการแปลงแบบลอเรนซ์เหล่านี้กล่าวว่า: น้ำหนักตัวเพิ่มขึ้นด้วยความเร็วใกล้แสง ความยาวลำตัวลดลงเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่สอดคล้องกับเวกเตอร์ความเร็ว การเพิ่มเวลาระหว่างสองเหตุการณ์หรือทำให้เวลาช้าลง
	ที่ไหน ล- ความยาวลำตัว
	ที่ไหน ∆ที – ช่วงเวลาระหว่างสองเหตุการณ์

จากการพยายามค้นหาความหมายทางกายภาพของรูปแบบที่ลอเรนซ์ค้นพบ เราสามารถสรุปได้ว่าในทิศทาง x ซึ่งตรงกับเวกเตอร์ความเร็ว วัตถุทั้งหมดจะถูกบีบอัด และยิ่งแข็งแกร่งเท่าใด ความเร็วในการเคลื่อนที่ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นั่นคือร่างกายจะหดตัวเนื่องจากการแบนของวงโคจรอิเล็กตรอน เมื่อถึงความเร็วแสง เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการขยายเวลาในระบบที่กำลังเคลื่อนที่ได้ ความขัดแย้งคู่แฝดที่รู้จักกันดีนั้นมีพื้นฐานมาจากหลักการนี้ หากฝาแฝดคนใดคนหนึ่งเดินทางในอวกาศเป็นเวลาห้าปีบนเรือด้วยความเร็วต่ำกว่าแสง เขาจะกลับสู่โลกเมื่อพี่ชายฝาแฝดของเขาแก่มากแล้ว ผลกระทบของการเพิ่มมวลต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วแสงสามารถอธิบายได้ด้วยการเพิ่มพลังงานจลน์ของวัตถุที่เคลื่อนที่เร็ว ตามแนวคิดของไอน์สไตน์เกี่ยวกับอัตลักษณ์ของมวลและพลังงาน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของร่างกายจะถูกแปลงเป็นมวลระหว่างการเคลื่อนไหว

หากเราใช้การแปลงแบบลอเรนซ์กับสมการไฟฟ้าพลศาสตร์ของแมกซ์เวลล์ ปรากฎว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะไม่แปรเปลี่ยน

ไอน์สไตน์ใช้การแปลงแบบลอเรนซ์เพื่อพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา

พื้นที่และเวลา

ข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพคือแนวคิดใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติของอวกาศและเวลา

ในจิตสำนึกปกติ เวลาประกอบด้วยการประสานงานตามธรรมชาติที่มีอยู่อย่างเป็นกลางของปรากฏการณ์ที่ต่อเนื่องกัน ลักษณะเชิงพื้นที่คือตำแหน่งของวัตถุบางส่วนที่สัมพันธ์กับวัตถุอื่นและระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านั้น

ในระบบทฤษฎีของนิวตัน แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ประการแรกเกี่ยวกับเวลาในฐานะวัตถุประสงค์ เอนทิตีอิสระได้รับการกำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นแนวคิดที่สำคัญเกี่ยวกับเวลา แนวคิดนี้มีต้นกำเนิดมาจากนักอะตอมมิกในสมัยโบราณและเจริญรุ่งเรืองในหลักคำสอนเรื่องอวกาศและเวลาสัมบูรณ์ของนิวตัน รองจากนิวตัน แนวคิดนี้เป็นผู้นำในวิชาฟิสิกส์จนถึงต้นศตวรรษที่ 20 นิวตันใช้แนวทางสองประการในการกำหนดเวลาและพื้นที่ ตามแนวทางนี้ มีทั้งเวลาสัมบูรณ์และเวลาสัมพัทธ์

เวลาสัมบูรณ์ เวลาจริง และทางคณิตศาสตร์ในตัวเอง โดยไม่มีความเกี่ยวข้องกับสิ่งภายนอกใดๆ จะไหลสม่ำเสมอและเรียกว่าระยะเวลา

เวลาสัมพัทธ์ เวลาปรากฏ หรือปกติเป็นหน่วยวัดระยะเวลาที่ใช้ในชีวิตประจำวัน แทนที่จะเป็นเวลาทางคณิตศาสตร์ เช่น หนึ่งชั่วโมง เดือน ปี ฯลฯ

เวลาที่แน่นอนไม่สามารถเปลี่ยนแปลงไปตามกระแสของมันได้

ในระดับรายวันสามารถมีระบบการนับระยะเวลาที่ยาวนานได้ หากระบุลำดับการนับวันในหนึ่งปีและมีการระบุยุคสมัย แสดงว่าเป็นปฏิทิน

แนวคิดเชิงสัมพันธ์ของเวลามีความเก่าแก่พอๆ กับแนวคิดที่เป็นสาระสำคัญ ได้รับการพัฒนาในผลงานของเพลโตและอริสโตเติล อริสโตเติลเป็นคนแรกที่ให้แนวคิดโดยละเอียดเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องเวลาในวิชาฟิสิกส์ของเขา ในแนวคิดนี้ เวลาไม่ใช่สิ่งที่มีอยู่อย่างอิสระ แต่เป็นสิ่งที่ได้มาจากสิ่งพื้นฐานที่มากกว่า สำหรับเพลโต เวลาถูกสร้างขึ้นโดยพระเจ้า สำหรับอริสโตเติลนั้นเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวทางวัตถุอย่างเป็นกลาง ในปรัชญายุคปัจจุบัน เริ่มต้นด้วยเดส์การตส์และลงท้ายด้วยนักคิดเชิงบวกแห่งศตวรรษที่ 19 เวลาเป็นทรัพย์สินหรือความสัมพันธ์ที่แสดงออกถึงแง่มุมต่างๆ ของกิจกรรมของจิตสำนึกของมนุษย์

ปัญหาเรื่องอวกาศเมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดก็กลายเป็นเรื่องยากเช่นกัน อวกาศเป็นรูปแบบที่เป็นไปได้ในเชิงตรรกะซึ่งทำหน้าที่เป็นสื่อกลางซึ่งมีรูปแบบอื่นและโครงสร้างบางอย่างอยู่ ตัวอย่างเช่น ในเรขาคณิตเบื้องต้น ระนาบคือพื้นที่ที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการสร้างสรรค์รูปทรงต่างๆ ที่เป็นรูปทรงแบน

ในกลศาสตร์คลาสสิกของนิวตัน พื้นที่สัมบูรณ์โดยแก่นแท้ของมัน โดยไม่คำนึงถึงสิ่งภายนอก จะยังคงเหมือนเดิมและไม่เคลื่อนไหวเสมอ มันทำหน้าที่เป็นอะนาล็อกของความว่างเปล่าของพรรคเดโมคริตุสและเป็นเวทีของพลวัตของวัตถุทางกายภาพ

แนวคิดของอริสโตเติลเกี่ยวกับอวกาศไอโซโทรปิกแยกออกจากความเป็นเนื้อเดียวกันและความไม่มีที่สิ้นสุดของอวกาศของพรรคเดโมคริตุส ตามที่อริสโตเติลและผู้ติดตามของเขากล่าวว่าอวกาศได้มีศูนย์กลาง - โลกโดยมีทรงกลมหมุนรอบมันโดยมีทรงกลมท้องฟ้าที่อยู่ไกลที่สุดทำหน้าที่เป็นขอบเขตของอวกาศโลกสุดท้าย อริสโตเติลปฏิเสธความไม่มีที่สิ้นสุดของอวกาศ แต่ยึดมั่นในแนวคิดเรื่องเวลาที่ไม่มีที่สิ้นสุด แนวคิดนี้แสดงออกมาในความคิดของเขาเกี่ยวกับพื้นที่ทรงกลมของจักรวาลซึ่งถึงแม้จะมีข้อ จำกัด แต่ก็ไม่มีขอบเขต

พื้นที่นิวตันคลาสสิกมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดเรื่องความเป็นเนื้อเดียวกัน นี่คือแนวคิดพื้นฐานของฟิสิกส์คลาสสิกซึ่งพัฒนาอย่างต่อเนื่องในผลงานของโคเปอร์นิคัส, บรูโน, กาลิเลโอและเดส์การตส์ บรูโนละทิ้งแนวคิดเรื่องศูนย์กลางของจักรวาลแล้วและประกาศว่ามันไม่มีที่สิ้นสุดและเป็นเนื้อเดียวกัน แนวคิดนี้บรรลุผลสำเร็จด้วยนิวตัน ในพื้นที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันแนวคิดเรื่องการเคลื่อนไหวแบบสัมบูรณ์จะเปลี่ยนไปนั่นคือร่างกายที่อยู่ในนั้นเคลื่อนไหวเนื่องจากความเฉื่อย แรงเฉื่อยจะไม่เกิดขึ้นหากไม่มีความเร่ง ความหมายของการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างวัตถุที่กำหนดกับวัตถุอ้างอิงที่เลือกโดยพลการ การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอนั้นสัมพันธ์กัน

ในอดีต พื้นที่ทางคณิตศาสตร์แรกและสำคัญที่สุดคือปริภูมิยูคลิดแบบแบน ซึ่งแสดงถึงภาพนามธรรมของอวกาศจริง คุณสมบัติของปริภูมินี้อธิบายโดยใช้หลักสัจพจน์ 5 ข้อและสัจพจน์ 9 ข้อ มีจุดอ่อนในเรขาคณิตของยุคลิด ซึ่งเรียกว่าสมมุติฐานที่ห้าเกี่ยวกับเส้นขนานที่ไม่ตัดกัน นักคณิตศาสตร์ในสมัยโบราณและสมัยใหม่พยายามพิสูจน์ตำแหน่งนี้แต่ไม่ประสบผลสำเร็จ ในศตวรรษที่ 18 - 19 D. Saccheri, Lambert และ A. Legendre พยายามแก้ไขปัญหานี้ ความพยายามที่ไม่ประสบผลสำเร็จในการพิสูจน์สมมุติฐานที่ 5 นำมาซึ่งประโยชน์มากมาย นักคณิตศาสตร์ใช้เส้นทางในการปรับเปลี่ยนแนวคิดเกี่ยวกับเรขาคณิตของปริภูมิยุคลิด การปรับเปลี่ยนที่ร้ายแรงที่สุดถูกนำมาใช้ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 โดย N. I. Lobachevsky (1792 - 1856)

เขาสรุปว่าแทนที่จะใช้สัจพจน์ของเส้นคู่ขนานสองเส้น เราสามารถเสนอสมมติฐานที่ตรงกันข้ามโดยตรง และสร้างเรขาคณิตที่สอดคล้องกันบนพื้นฐานของมันได้ ในเรขาคณิตใหม่นี้ ข้อความบางข้อความดูแปลกและขัดแย้งกันด้วยซ้ำ ตัวอย่างเช่น สัจพจน์แบบยุคลิดกล่าวว่า: ในระนาบ เมื่อผ่านจุดที่ไม่อยู่บนเส้นที่กำหนด สามารถลากเส้นขนานกับเส้นแรกได้เพียงเส้นเดียวเท่านั้น ในเรขาคณิตของโลบาเชฟสกี สัจพจน์นี้ถูกแทนที่ด้วยสิ่งต่อไปนี้: ในระนาบหนึ่ง โดยผ่านจุดที่ไม่อยู่บนเส้นที่กำหนด สามารถลากเส้นตรงได้มากกว่าหนึ่งเส้นโดยไม่ตัดกับเส้นที่กำหนด-

ในเรขาคณิตนี้ ผลรวมของมุมของสามเหลี่ยมจะน้อยกว่าเส้นตรงสองเส้น เป็นต้น แต่ถึงแม้จะมีความขัดแย้งภายนอก แต่ตามหลักตรรกะแล้ว ข้อความเหล่านี้ก็เท่ากับข้อความแบบยุคลิดโดยสิ้นเชิง พวกเขาเปลี่ยนความคิดอย่างรุนแรงเกี่ยวกับธรรมชาติของอวกาศ เกือบจะพร้อมกันกับ Lobachevsky นักคณิตศาสตร์ชาวฮังการี J. Bolyai และนักคณิตศาสตร์ชื่อดัง K. Gauss ได้ข้อสรุปที่คล้ายกัน นักวิทยาศาสตร์รุ่นเดียวกันไม่เชื่อเกี่ยวกับเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด เมื่อพิจารณาว่าเป็นจินตนาการล้วนๆ อย่างไรก็ตาม อี. เบลทรามี นักคณิตศาสตร์ชาวโรมันได้ค้นพบแบบจำลองสำหรับเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด ซึ่งก็คือทรงกลมเทียม:

รูปที่ 1. ทรงกลมเทียม

ขั้นตอนสำคัญต่อไปในการทำความเข้าใจธรรมชาติของอวกาศคือ B. Riemann (1826 - 1866) หลังจากสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัย Göttingen ในปี 1851 เขาในปี 1854 (อายุ 28 ปี) ได้รายงาน "เกี่ยวกับสมมติฐานพื้นฐานของเรขาคณิต" ซึ่งเขาให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับปริภูมิทางคณิตศาสตร์ซึ่งเรขาคณิตของ Euclid และ Lobachevsky เป็นกรณีพิเศษ ในปริภูมิรีมันน์แบบ n มิติ เส้นทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนเบื้องต้น ซึ่งสถานะจะถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์ g ถ้าสัมประสิทธิ์เป็น 0 เส้นทั้งหมดในส่วนนี้จะตรง - สมมุติฐานของ Euclid ทำงาน ในกรณีอื่น พื้นที่จะโค้ง หากความโค้งเป็นบวก พื้นที่นั้นเรียกว่าทรงกลมรีมานเนียน หากเป็นลบ จะเป็นอวกาศ Lobachevsky ที่เป็นทรงกลมเทียม ดังนั้น ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 พื้นที่ยูคลิดสามมิติแบบแบนจึงถูกครอบครองโดยพื้นที่โค้งหลายมิติ แนวคิดเกี่ยวกับอวกาศรีแมนเนียนถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นประการหนึ่งสำหรับการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ในที่สุด

รูปที่ 2 ปริภูมิทรงกลมรีแมนเนียน การเตรียมขั้นสุดท้ายสำหรับพื้นหลังเชิงพื้นที่-เรขาคณิตของทฤษฎีสัมพัทธภาพจัดทำโดยอาจารย์ประจำของไอน์สไตน์ จี. มินโคว์สกี้ (พ.ศ. 2407 - 2452) ซึ่งเป็นผู้กำหนดแนวคิดเรื่องการรวมพื้นที่และเวลาสามมิติทางกายภาพเข้าด้วยกัน เขามีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในพลศาสตร์ไฟฟ้าของสื่อเคลื่อนที่ตามทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์และหลักการสัมพัทธภาพ สมการที่เขาได้รับ ซึ่งต่อมาเรียกว่าสมการมินโควสกี ค่อนข้างแตกต่างจากสมการลอเรนซ์ แต่สอดคล้องกับข้อเท็จจริงเชิงทดลอง พวกมันประกอบด้วยทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการทางกายภาพในปริภูมิสี่มิติ พื้นที่ Minkowski ทำให้สามารถตีความผลทางจลนศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้ด้วยสายตา และอยู่ภายใต้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์สมัยใหม่ของทฤษฎีสัมพัทธภาพ

แนวคิดเรื่องอวกาศและเวลาเดียวนี้จึงเรียกว่า กาลอวกาศและความแตกต่างพื้นฐานจากอวกาศและเวลาอิสระของนิวตัน เห็นได้ชัดว่าจับไอน์สไตน์มานานก่อนปี 1905 และไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการทดลองของมิเชลสันหรือทฤษฎีลอเรนซ์-ปัวน์กาเร

ในปี 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ตีพิมพ์บทความเรื่อง "On the electrodynamics of moving bodies" ในวารสาร "Annals of Physics" และบทความเล็กๆ อีกบทความหนึ่งที่แสดงสูตรเป็นครั้งแรก อี=mc2- ดังที่พวกเขาเริ่มกล่าวในภายหลังว่านี่คือสูตรหลักของศตวรรษของเรา

บทความเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้านำเสนอทฤษฎีที่ไม่รวมการมีอยู่ของระบบพิกัดพิเศษสำหรับการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ ทฤษฎีของไอน์สไตน์ไม่รวมเวลาที่เป็นอิสระจากระบบอ้างอิงเชิงพื้นที่ และละทิ้งกฎคลาสสิกในการบวกความเร็ว ไอน์สไตน์สันนิษฐานว่าความเร็วแสงคงที่และแสดงถึงขีดจำกัดความเร็วในธรรมชาติ เขาเรียกทฤษฎีนี้ว่า “ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ”.

ไอน์สไตน์พัฒนาทฤษฎีของเขาบนพื้นฐานของหลักพื้นฐานต่อไปนี้:

• กฎที่สถานะของระบบทางกายภาพเปลี่ยนแปลงไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าระบบพิกัดใดของระบบพิกัดทั้งสองซึ่งมีการเคลื่อนที่สัมพันธ์กันอย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงซึ่งการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกี่ยวข้อง ด้วยเหตุนี้ จึงไม่มีกรอบอ้างอิงที่ต้องการสำหรับการเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง - หลักสัมพัทธภาพ
• รังสีแต่ละดวงเคลื่อนที่ในระบบพิกัดที่อยู่กับที่ด้วยความเร็วที่แน่นอน โดยไม่คำนึงว่ารังสีนี้จะถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่อยู่กับที่หรือที่เคลื่อนที่ ความเร็วนี้คือความเร็วสูงสุดของการโต้ตอบในธรรมชาติ - สมมุติฐานเกี่ยวกับความคงตัวของความเร็วแสง

ผลที่ตามมาสองประการเกิดขึ้นจากสมมุติฐานเหล่านี้:

• ถ้าเหตุการณ์ในกรอบที่ 1 เกิดขึ้นที่จุดหนึ่งและเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน เหตุการณ์เหล่านั้นจะไม่เกิดขึ้นพร้อมๆ กันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยอื่น นี่คือหลักการของสัมพัทธภาพแห่งความพร้อมกัน
• สำหรับความเร็ว 1 และ 2 ใดๆ ผลรวมของมันต้องไม่มากกว่าความเร็วแสง นี่คือกฎสัมพัทธภาพของการบวกความเร็ว

สมมุติฐานเหล่านี้ - หลักการสัมพัทธภาพและหลักการของความคงตัวของความเร็วแสง - เป็นพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ จากสิ่งเหล่านี้เขาได้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของความยาวและทฤษฎีสัมพัทธภาพของเวลา

สาระสำคัญของแนวทางของไอน์สไตน์คือการปฏิเสธแนวคิดเกี่ยวกับอวกาศและเวลาสัมบูรณ์ซึ่งเป็นพื้นฐานของสมมติฐานอีเทอร์ แต่กลับใช้แนวทางเชิงสัมพันธ์กับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าและการแพร่กระจายของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแทน กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันแสดงออกมาด้วยความสัมพันธ์เดียวกันในระบบการเคลื่อนที่สม่ำเสมอทั้งหมดที่เชื่อมโยงถึงกันด้วยการแปลงแบบกาลิเลโอ และกฎความไม่แปรเปลี่ยนของค่าที่สังเกตได้ของความเร็วแสงก็แสดงออกมาด้วยความสัมพันธ์เดียวกันในระบบการเคลื่อนที่สม่ำเสมอทั้งหมดที่เชื่อมโยงถึงกันด้วยการแปลงแบบลอเรนซ์

อย่างไรก็ตาม กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันไม่คงที่ภายใต้การแปลงแบบลอเรนซ์ ตามกฎของนิวตันไม่สามารถเป็นกฎที่แท้จริงของกลศาสตร์ได้ (เป็นเพียงการประมาณเท่านั้น ใช้ได้ในกรณีที่จำกัดเมื่ออัตราส่วน วี/ซีมีแนวโน้มเป็นศูนย์)

อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษยังใช้ได้กับเงื่อนไขที่จำกัด เช่น ระบบที่มีการเคลื่อนที่สม่ำเสมอ

ไอน์สไตน์ยังคงพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในงานของเขาเรื่อง "กฎการอนุรักษ์การเคลื่อนที่ของจุดศูนย์ถ่วงและความเฉื่อยของร่างกาย" เขาใช้ข้อสรุปของ Maxwell เป็นพื้นฐานว่าลำแสงมีมวลนั่นคือเมื่อเคลื่อนที่มันจะออกแรงกดดันต่อสิ่งกีดขวาง สมมติฐานนี้ได้รับการพิสูจน์โดย P.N. ในงานของเขา ไอน์สไตน์ได้ยืนยันความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน เขาสรุปได้ว่าเมื่อร่างกายปล่อยพลังงาน L มวลของมันจะลดลงตามปริมาณเท่ากับ L / V2 จากนี้จึงได้ข้อสรุปทั่วไป - มวลของร่างกายเป็นหน่วยวัดพลังงานที่มีอยู่ในนั้น ถ้าพลังงานเปลี่ยนแปลงตามปริมาณเท่ากับ L มวลจะเปลี่ยนตามปริมาณ L หารด้วยกำลังสองของความเร็วแสง นี่คือลักษณะความสัมพันธ์อันโด่งดังของไอน์สไตน์ E = MC2 ปรากฏขึ้นเป็นครั้งแรก

ในปี พ.ศ. 2454-2459 ไอน์สไตน์สามารถสรุปทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ ทฤษฎีที่สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2448 ดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้นเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเพราะว่า ใช้ได้กับการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอเท่านั้น

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป มีการเปิดเผยแง่มุมใหม่ๆ ของการพึ่งพาความสัมพันธ์ระหว่างกาล-อวกาศและกระบวนการทางวัตถุ ทฤษฎีนี้ให้พื้นฐานทางกายภาพสำหรับเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด และเชื่อมโยงความโค้งของอวกาศและความเบี่ยงเบนของหน่วยเมตริกจากแบบยุคลิดกับการกระทำของสนามโน้มถ่วงที่สร้างขึ้นโดยมวลของวัตถุ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีพื้นฐานอยู่บนหลักการสมดุลของมวลเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นความเท่าเทียมกันเชิงปริมาณซึ่งมีการกำหนดไว้นานแล้วในฟิสิกส์คลาสสิก ผลกระทบจลนศาสตร์ที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจะเทียบเท่ากับผลกระทบที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความเร่ง ดังนั้น หากจรวดทะยานขึ้นด้วยความเร่ง 3 กรัม ลูกเรือจรวดจะรู้สึกราวกับว่าพวกเขาอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วงของโลกเป็นสามเท่า

กลศาสตร์แบบคลาสสิกไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมความเฉื่อยและความหนักจึงวัดด้วยปริมาณที่เท่ากัน - มวล ทำไมมวลหนักจึงเป็นสัดส่วนกับมวลเฉื่อย หรืออีกนัยหนึ่ง วัตถุจึงตกลงด้วยความเร่งเท่ากัน ในทางกลับกัน กลศาสตร์คลาสสิกที่อธิบายแรงเฉื่อยโดยการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในอวกาศสัมบูรณ์ เชื่อว่าอวกาศสัมบูรณ์นี้กระทำต่อวัตถุ แต่ไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งเหล่านี้ สิ่งนี้นำไปสู่การระบุระบบเฉื่อยว่าเป็นระบบพิเศษที่ปฏิบัติตามกฎของกลศาสตร์เท่านั้น ไอน์สไตน์ประกาศว่าการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของระบบนอกสนามโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่เฉื่อยในสนามโน้มถ่วงนั้นแยกไม่ออกโดยพื้นฐาน ความเร่งและแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดผลกระทบที่แยกไม่ออกทางกายภาพ

ข้อเท็จจริงนี้ก่อตั้งขึ้นโดยกาลิเลโอ: วัตถุทั้งหมดเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วง (ในกรณีที่ไม่มีการต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม) ด้วยความเร่งเท่ากัน วิถีของวัตถุทั้งหมดด้วยความเร็วที่กำหนดจะโค้งเท่ากันในสนามโน้มถ่วง ด้วยเหตุนี้ จึงไม่มีการทดลองใดที่สามารถตรวจจับสนามโน้มถ่วงในลิฟต์ที่ตกลงมาอย่างอิสระได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่อย่างอิสระในสนามโน้มถ่วงในพื้นที่เล็กๆ ของกาล-อวกาศ จะไม่มีแรงโน้มถ่วง ข้อความสุดท้ายเป็นหนึ่งในการกำหนดหลักการแห่งความเท่าเทียมกัน หลักการนี้อธิบายปรากฏการณ์ไร้น้ำหนักในยานอวกาศ

หากเราขยายหลักการความเท่าเทียมไปสู่ปรากฏการณ์เชิงแสง ก็จะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่สำคัญหลายประการ นี่คือปรากฏการณ์ของการเลื่อนและการโก่งตัวของลำแสงสีแดงภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วง- เอฟเฟกต์การเปลี่ยนสีแดงเกิดขึ้นเมื่อแสงถูกส่องจากจุดที่มีความโน้มถ่วงมากกว่าไปยังจุดที่มีความโน้มถ่วงน้อยกว่า นั่นคือในกรณีนี้ความถี่ของมันจะลดลงและความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน ตัวอย่างเช่น แสงแดดที่ตกบนโลกจะมาถึงที่นี่ด้วยความถี่ที่เปลี่ยนไป ซึ่งเส้นสเปกตรัมจะเคลื่อนไปทางส่วนสีแดงของสเปกตรัม

ข้อสรุปเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแสงในสนามโน้มถ่วงมีความสัมพันธ์กับผลของการขยายเวลาใกล้กับมวลความโน้มถ่วงขนาดใหญ่ เมื่อช่องเงามีขนาดใหญ่ขึ้น นาฬิกาก็จะเดินช้าลง

ดังนั้นจึงได้รับผลลัพธ์พื้นฐานใหม่ - ความเร็วแสงไม่เป็นค่าคงที่อีกต่อไป แต่จะเพิ่มขึ้นหรือลดลงในสนามโน้มถ่วง ขึ้นอยู่กับว่าทิศทางของลำแสงเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของสนามโน้มถ่วงหรือไม่.

ทฤษฎีใหม่ได้เปลี่ยนแปลงทฤษฎีของนิวตันในเชิงปริมาณเพียงเล็กน้อย แต่ได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพอย่างลึกซึ้ง ความเฉื่อย แรงโน้มถ่วง และพฤติกรรมการวัดของวัตถุและนาฬิกาลดลงเหลือเพียงคุณสมบัติเดียวของสนาม และกฎความเฉื่อยทั่วไปเข้ามามีบทบาทในกฎการเคลื่อนที่ ในเวลาเดียวกัน ก็แสดงให้เห็นว่าอวกาศและเวลาไม่ใช่หมวดหมู่ที่แน่นอน - วัตถุและมวลของพวกมันมีอิทธิพลต่อพวกมันและเปลี่ยนหน่วยเมตริก

เราจะจินตนาการถึงความโค้งของอวกาศและการขยายเวลาซึ่งกล่าวถึงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้อย่างไร

ลองจินตนาการถึงแบบจำลองของอวกาศในรูปของแผ่นยาง (แม้ว่าจะไม่ใช่พื้นที่ทั้งหมด แต่เป็นชิ้นระนาบ) ถ้าเรายืดแผ่นนี้ในแนวนอนแล้ววางลูกบอลขนาดใหญ่ลงไป ยางก็จะงอ ยิ่งมีมวลของลูกบอลมากขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการพึ่งพาความโค้งของอวกาศกับมวลของร่างกาย และยังแสดงให้เห็นว่าสามารถพรรณนารูปทรงเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิดของ Lobachevsky และ Riemann ได้อย่างไร

ทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่เพียงกำหนดความโค้งของอวกาศภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการชะลอเวลาในสนามโน้มถ่วงที่รุนแรงด้วย แสงที่เดินทางไปตามคลื่นในอวกาศจะใช้เวลานานกว่าการเคลื่อนที่ไปตามพื้นที่เรียบๆ การทำนายที่น่าอัศจรรย์ที่สุดประการหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการหยุดเวลาโดยสมบูรณ์ในสนามโน้มถ่วงที่รุนแรงมาก การขยายเวลาแสดงให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงของแสง: ยิ่งแรงโน้มถ่วงมากเท่าไร ความยาวคลื่นก็จะยิ่งนานขึ้นและความถี่ก็จะยิ่งลดลง ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ความยาวคลื่นอาจมีแนวโน้มเป็นอนันต์ และความถี่เป็นศูนย์ เหล่านั้น. แสงจะหายไป

เมื่อแสงที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมา สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้หากดาวของเราหดตัวและกลายเป็นลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 กม. (เส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์คือ » 1.5 ล้านกม.) ดวงอาทิตย์จะกลายเป็น "หลุมดำ" ในตอนแรก มีการทำนาย "หลุมดำ" ตามหลักทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2536 นักดาราศาสตร์สองคนคือฮัลส์และเทย์เลอร์ ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบวัตถุดังกล่าวในระบบหลุมดำ-พัลซาร์ การค้นพบวัตถุนี้เป็นการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์อีกประการหนึ่ง

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสามารถอธิบายความแตกต่างระหว่างวงโคจรที่คำนวณได้กับวงโคจรจริงของดาวพุธได้ ในนั้นวงโคจรของดาวเคราะห์ไม่ได้ปิด กล่าวคือ หลังจากการปฏิวัติแต่ละครั้ง ดาวเคราะห์จะกลับไปยังจุดอื่นในอวกาศ วงโคจรที่คำนวณได้ของดาวพุธให้ข้อผิดพลาด 43?? นั่นคือสังเกตการหมุนของจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด (จุดใกล้ดวงอาทิตย์คือจุดของวงโคจรของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้กับดวงอาทิตย์มากที่สุด)

มีเพียงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเท่านั้นที่สามารถอธิบายผลกระทบนี้ได้ด้วยความโค้งของอวกาศภายใต้อิทธิพลของมวลความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์

แนวคิดเกี่ยวกับอวกาศและเวลาที่กำหนดไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพมีความสอดคล้องและสอดคล้องกันมากที่สุด แต่พวกเขาต้องอาศัยมหภาค ประสบการณ์ในการศึกษาวัตถุขนาดใหญ่ ระยะทางที่กว้างใหญ่ และระยะเวลาอันยาวนาน ในการสร้างทฤษฎีที่อธิบายปรากฏการณ์ของโลกใบเล็ก ทฤษฎีของไอน์สไตน์อาจใช้ไม่ได้ แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองที่ขัดแย้งกับการใช้งานในโลกใบเล็กก็ตาม แต่เป็นไปได้ว่าการพัฒนาแนวคิดควอนตัมจะต้องมีการแก้ไขความเข้าใจในฟิสิกส์ของอวกาศและเวลา

ในปัจจุบัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในโลกวิทยาศาสตร์ ซึ่งอธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นในเวลาและอวกาศ แต่เช่นเดียวกับทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ มันสอดคล้องกับระดับความรู้ในช่วงเวลาหนึ่งๆ ด้วยการสะสมข้อมูลใหม่และการได้มาซึ่งข้อมูลการทดลองใหม่ ทฤษฎีใดๆ ก็สามารถถูกหักล้างได้

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีพิเศษ (ทฤษฎีอวกาศและเวลาใหม่) นำไปสู่ความจริงที่ว่าระบบอ้างอิงทั้งหมดเท่าเทียมกัน ดังนั้น แนวคิดทั้งหมดของเราจึงสมเหตุสมผลในระบบอ้างอิงบางระบบเท่านั้น รูปภาพของโลกได้รับลักษณะที่สัมพันธ์กันและสัมพันธ์กัน แนวคิดหลักเกี่ยวกับอวกาศ เวลา สาเหตุ ความต่อเนื่องได้รับการแก้ไข การต่อต้านที่ชัดเจนของวัตถุและวัตถุถูกปฏิเสธ การรับรู้กลายเป็นขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงซึ่งรวมถึงทั้งสอง เรื่องและวัตถุ วิธีการสังเกต เป็นต้น)

จากแนวทางสัมพัทธภาพใหม่ต่อการรับรู้ของธรรมชาติ กระบวนทัศน์วิทยาศาสตร์ธรรมชาติชุดที่สามในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์จึงได้รับการกำหนดขึ้น มันขึ้นอยู่กับแนวคิดดังต่อไปนี้:

• Ø สัมพัทธภาพ– กระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ใหม่ละทิ้งความคิดเรื่องความรู้ที่สมบูรณ์ กฎทางกายภาพทั้งหมดที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบนั้นมีวัตถุประสงค์ในเวลาที่กำหนด วิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับแนวความคิดที่จำกัดและประมาณการณ์ และมุ่งมั่นที่จะเข้าใจความจริงเท่านั้น
• Ø นีโอดีเทอร์มินิสต์- ระดับไม่เชิงเส้น สิ่งที่สำคัญที่สุดในการทำความเข้าใจระดับความไม่เชิงเส้นคือการปฏิเสธแนวคิดเรื่องสาเหตุที่บังคับซึ่งสันนิษฐานว่ามีสาเหตุภายนอกที่เรียกว่าสำหรับกระบวนการทางธรรมชาติที่กำลังดำเนินอยู่ ทั้งความจำเป็นและโอกาสได้รับสิทธิเท่าเทียมกันเมื่อวิเคราะห์กระบวนการทางธรรมชาติ
• Ø วิวัฒนาการระดับโลก– แนวคิดเรื่องธรรมชาติในฐานะระบบที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและมีพลวัต วิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาธรรมชาติไม่เพียงแต่จากมุมมองของโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้นด้วย ในขณะเดียวกัน การวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการในธรรมชาติก็ให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก
• Ø ความศักดิ์สิทธิ์- วิสัยทัศน์ของโลกโดยรวม ลักษณะสากลของการเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบของทั้งหมดนี้ (การเชื่อมต่อบังคับ)
• Ø การทำงานร่วมกัน– เป็นวิธีการวิจัยซึ่งเป็นหลักการสากลของการจัดระเบียบตนเองและการพัฒนาระบบเปิด
• Ø สร้างความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างการวิเคราะห์และการสังเคราะห์เมื่อศึกษาธรรมชาติ- คำสอนเข้าใจว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะบดขยี้ธรรมชาติให้กลายเป็นอิฐที่เล็กที่สุดอย่างไม่มีที่สิ้นสุด คุณสมบัติของมันสามารถเข้าใจได้จากพลวัตของธรรมชาติโดยรวมเท่านั้น
• Ø คำกล่าวที่ว่าวิวัฒนาการของธรรมชาติเกิดขึ้นในความต่อเนื่องของกาล-อวกาศสี่มิติ.

ทฤษฎีสัมพัทธภาพริเริ่มโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในต้นศตวรรษที่ 20 สาระสำคัญของมันคืออะไร? ลองพิจารณาประเด็นหลักและอธิบาย TOE ด้วยภาษาที่ชัดเจน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ขจัดความไม่สอดคล้องและความขัดแย้งของฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในแนวคิดเรื่องโครงสร้างของกาลอวกาศและได้รับการยืนยันจากการทดลองในการทดลองและการศึกษาจำนวนมาก

ดังนั้น TOE จึงเป็นพื้นฐานของทฤษฎีฟิสิกส์พื้นฐานสมัยใหม่ทั้งหมด จริงๆ แล้วนี่คือต้นกำเนิดของฟิสิกส์ยุคใหม่!

ประการแรก เป็นที่น่าสังเกตว่ามี 2 ทฤษฎีสัมพัทธภาพ:

• ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) – พิจารณากระบวนการทางกายภาพในวัตถุที่เคลื่อนที่สม่ำเสมอ
• ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GTR) - อธิบายวัตถุที่มีความเร่งและอธิบายที่มาของปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แรงโน้มถ่วงและการดำรงอยู่

เห็นได้ชัดว่า STR ปรากฏก่อนหน้านี้และโดยพื้นฐานแล้วเป็นส่วนหนึ่งของ GTR มาพูดถึงเธอก่อน

STO ด้วยคำง่ายๆ

ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานมาจากหลักสัมพัทธภาพ ซึ่งตามกฎของธรรมชาติใดๆ จะเหมือนกันในเรื่องวัตถุที่อยู่นิ่งและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ และจากความคิดที่ดูเรียบง่ายเช่นนี้ ความเร็วแสง (300,000 ม./วินาที ในสุญญากาศ) เท่ากันสำหรับวัตถุทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น ลองจินตนาการว่าคุณได้รับยานอวกาศจากอนาคตอันไกลโพ้นที่สามารถบินด้วยความเร็วสูงได้ มีการติดตั้งปืนใหญ่เลเซอร์ไว้ที่หัวเรือ ซึ่งสามารถยิงโฟตอนไปข้างหน้าได้

เมื่อเทียบกับเรือ อนุภาคดังกล่าวบินด้วยความเร็วแสง แต่เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่ง ดูเหมือนว่าพวกมันควรจะบินเร็วขึ้น เนื่องจากความเร็วทั้งสองถูกรวมเข้าด้วยกัน

อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริงสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น! ผู้สังเกตการณ์ภายนอกมองเห็นโฟตอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 300,000 เมตร/วินาที ราวกับว่าไม่ได้เพิ่มความเร็วของยานอวกาศเข้าไป

คุณต้องจำไว้ว่า: เมื่อเทียบกับวัตถุใดๆ ความเร็วแสงจะเป็นค่าคงที่ไม่ว่ามันจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนก็ตาม

จากสิ่งนี้ ทำให้เกิดข้อสรุปที่น่าทึ่ง เช่น การขยายเวลา การหดตัวตามยาว และการพึ่งพาน้ำหนักตัวกับความเร็ว อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้ในบทความที่ลิงก์ด้านล่าง

สาระสำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR)

เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้น เราต้องรวมข้อเท็จจริงสองประการเข้าด้วยกันอีกครั้ง:

• เราอาศัยอยู่ในพื้นที่สี่มิติ

อวกาศและเวลาเป็นการสำแดงของเอนทิตีเดียวกันที่เรียกว่า "ความต่อเนื่องของอวกาศ-เวลา" นี่คือกาล-อวกาศ 4 มิติที่มีแกนพิกัด x, y, z และ t

มนุษย์เราไม่สามารถรับรู้ทั้ง 4 มิติได้อย่างเท่าเทียมกัน โดยพื้นฐานแล้ว เราจะเห็นเพียงการฉายภาพของวัตถุสี่มิติของจริงไปยังอวกาศและเวลาเท่านั้น

สิ่งที่น่าสนใจคือทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่ได้ระบุว่าวัตถุเปลี่ยนแปลงเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ วัตถุ 4 มิติยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเสมอ แต่ด้วยการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน การคาดการณ์ของวัตถุจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ และเรารับรู้สิ่งนี้ว่าเป็นเวลาที่ช้าลง การลดขนาด ฯลฯ

• ศพทั้งหมดตกลงมาด้วยความเร็วคงที่และไม่เร่งความเร็ว

มาทำการทดลองความคิดที่น่ากลัวกันเถอะ ลองนึกภาพว่าคุณกำลังนั่งอยู่ในลิฟต์แบบปิดและอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก

สถานการณ์นี้อาจเกิดขึ้นได้จากสองเหตุผลเท่านั้น: คุณอยู่ในอวกาศหรือคุณกำลังตกลงไปพร้อมกับห้องโดยสารอย่างอิสระภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก

หากไม่ได้มองออกไปนอกบูธ ก็เป็นไปไม่ได้เลยที่จะแยกแยะระหว่างสองกรณีนี้ เป็นเพียงในกรณีหนึ่งที่คุณบินสม่ำเสมอ และอีกกรณีหนึ่งด้วยความเร่ง คุณจะต้องเดา!

บางที อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เองก็กำลังคิดถึงลิฟต์ในจินตนาการ และเขามีความคิดที่น่าทึ่งอย่างหนึ่ง: หากไม่สามารถแยกทั้งสองกรณีนี้ออก การล้มเนื่องจากแรงโน้มถ่วงก็เป็นการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอเช่นกัน การเคลื่อนไหวเป็นเพียงความสม่ำเสมอในอวกาศ-เวลาสี่มิติ แต่เมื่อมีวัตถุขนาดใหญ่ (เช่น) การเคลื่อนไหวนั้นจะโค้งและการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอจะถูกฉายเข้าไปในอวกาศสามมิติตามปกติของเราในรูปแบบของการเคลื่อนไหวด้วยความเร่ง

ลองดูตัวอย่างความโค้งของอวกาศสองมิติที่ง่ายกว่าแม้ว่าจะไม่ถูกต้องทั้งหมด

คุณคงจินตนาการได้ว่าร่างกายที่ใหญ่โตจะสร้างช่องทางที่มีรูปร่างอยู่ข้างใต้ จากนั้นวัตถุอื่นๆ ที่บินผ่านจะไม่สามารถเคลื่อนที่ต่อไปเป็นเส้นตรงได้ และจะเปลี่ยนวิถีตามความโค้งของพื้นที่โค้ง

อย่างไรก็ตามหากร่างกายไม่มีพลังงานมากนักการเคลื่อนไหวของมันอาจถูกปิด

เป็นที่น่าสังเกตว่าจากมุมมองของวัตถุที่เคลื่อนไหว พวกมันยังคงเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงต่อไป เพราะพวกเขาไม่รู้สึกถึงสิ่งใดที่ทำให้พวกเขาหมุน พวกมันจบลงในพื้นที่โค้ง และมีวิถีที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยไม่รู้ตัว

ควรสังเกตว่ามีการโค้งงอ 4 มิติรวมถึงเวลาด้วย ดังนั้นการเปรียบเทียบนี้จึงควรได้รับการปฏิบัติด้วยความระมัดระวัง

ดังนั้น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงใดๆ เลย แต่เป็นเพียงผลจากความโค้งของกาล-อวกาศเท่านั้น ในขณะนี้ ทฤษฎีนี้เป็นเวอร์ชันที่ใช้งานได้จริงของต้นกำเนิดของแรงโน้มถ่วง และสอดคล้องกับการทดลองต่างๆ เป็นอย่างดี

ผลที่ตามมาอย่างน่าประหลาดใจของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

รังสีของแสงสามารถโค้งงอได้เมื่อบินใกล้วัตถุขนาดใหญ่ อันที่จริงมีการพบวัตถุที่อยู่ไกลออกไปในอวกาศซึ่ง "ซ่อน" ไว้ข้างหลังวัตถุอื่น ๆ แต่รังสีของแสงก็โค้งงอรอบตัวพวกมันขอบคุณที่แสงมาถึงเรา

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ยิ่งแรงโน้มถ่วงมากเท่าไร เวลาก็จะผ่านไปช้าลงเท่านั้น ข้อเท็จจริงนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้งาน GPS และ GLONASS เนื่องจากดาวเทียมของพวกเขาติดตั้งนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุด ซึ่งทำเครื่องหมายได้เร็วกว่าบนโลกเล็กน้อย หากไม่คำนึงถึงข้อเท็จจริงข้อนี้ ข้อผิดพลาดของพิกัดจะอยู่ที่ 10 กม. ภายในหนึ่งวัน

ต้องขอบคุณ Albert Einstein ที่ทำให้คุณสามารถเข้าใจว่าห้องสมุดหรือร้านค้าอยู่ที่ไหนในบริเวณใกล้เคียง

และสุดท้าย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายการมีอยู่ของหลุมดำซึ่งมีแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมากจนเวลาหยุดอยู่ใกล้ๆ ดังนั้นแสงที่ตกลงไปในหลุมดำจึงไม่สามารถละทิ้งได้ (สะท้อน)

ในใจกลางของหลุมดำ เนื่องจากการอัดด้วยแรงโน้มถ่วงขนาดมหึมา วัตถุที่มีความหนาแน่นสูงอย่างไม่สิ้นสุดจึงก่อตัวขึ้น และดูเหมือนว่าจะไม่มีอยู่จริง

ดังนั้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสามารถนำไปสู่ข้อสรุปที่ขัดแย้งกันอย่างมาก ตรงกันข้ามกับ ซึ่งเป็นสาเหตุที่นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ไม่ยอมรับมันอย่างสมบูรณ์และยังคงมองหาทางเลือกอื่นต่อไป

แต่เธอสามารถทำนายสิ่งต่าง ๆ ได้สำเร็จ เช่น การค้นพบที่น่าตื่นเต้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพ และทำให้เราจำนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้อีกครั้งด้วยลิ้นห้อย หากคุณรักวิทยาศาสตร์ อ่าน WikiScience

SRT, TOE - คำย่อเหล่านี้ซ่อนคำว่า "ทฤษฎีสัมพัทธภาพ" ที่คุ้นเคยซึ่งเกือบทุกคนคุ้นเคย ในภาษาง่ายๆ ทุกอย่างสามารถอธิบายได้ แม้แต่คำพูดของอัจฉริยะ ดังนั้นอย่าสิ้นหวังหากคุณจำวิชาฟิสิกส์ของโรงเรียนไม่ได้ เพราะในความเป็นจริงแล้ว ทุกอย่างง่ายกว่าที่คิดไว้มาก

ต้นกำเนิดของทฤษฎี

เรามาเริ่มหลักสูตร "ทฤษฎีสัมพัทธภาพสำหรับหุ่นจำลอง" กันดีกว่า Albert Einstein ตีพิมพ์ผลงานของเขาในปี 1905 และทำให้เกิดความปั่นป่วนในหมู่นักวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีนี้ครอบคลุมช่องว่างและความไม่สอดคล้องกันมากมายในฟิสิกส์ของศตวรรษที่ผ่านมาเกือบทั้งหมดเกือบทั้งหมด แต่เหนือสิ่งอื่นใด มันได้ปฏิวัติแนวคิดเรื่องอวกาศและเวลา ข้อความหลายคำของไอน์สไตน์เป็นเรื่องยากสำหรับคนรุ่นเดียวกันที่จะเชื่อ แต่การทดลองและการวิจัยเพียงยืนยันคำพูดของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่เท่านั้น

ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์อธิบายด้วยคำพูดง่ายๆ ถึงสิ่งที่ผู้คนดิ้นรนต่อสู้มานานหลายศตวรรษ เรียกได้ว่าเป็นพื้นฐานของฟิสิกส์สมัยใหม่เลยก็ได้ อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะสนทนาเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพต่อไป ควรมีการชี้แจงประเด็นคำศัพท์ก่อน แน่นอนว่าในขณะที่อ่านบทความวิทยาศาสตร์ยอดนิยม หลายคนมักพบคำย่อสองคำ: SRT และ GTO อันที่จริงมันบ่งบอกถึงแนวคิดที่แตกต่างกันเล็กน้อย อันแรกคือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และอันที่สองหมายถึง "ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป"

แค่สิ่งที่ซับซ้อน

STR เป็นทฤษฎีเก่าซึ่งต่อมาได้กลายมาเป็นส่วนหนึ่งของ GTR สามารถพิจารณาเฉพาะกระบวนการทางกายภาพสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอเท่านั้น ทฤษฎีทั่วไปสามารถอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่มีความเร่ง และยังอธิบายได้ด้วยว่าเหตุใดจึงมีอนุภาคกราวิตอนและแรงโน้มถ่วงอยู่

หากคุณต้องการอธิบายการเคลื่อนไหวและความสัมพันธ์ของอวกาศและเวลาเมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็สามารถทำได้ พูดง่ายๆ ก็สามารถอธิบายได้ดังนี้ เช่น เพื่อนจากอนาคตมอบยานอวกาศที่สามารถบินด้วยความเร็วสูงให้คุณได้ บนจมูกของยานอวกาศมีปืนใหญ่ที่สามารถยิงโฟตอนใส่ทุกสิ่งที่อยู่ข้างหน้าได้

เมื่อมีการยิงกระสุน เมื่อเทียบกับเรือ อนุภาคเหล่านี้จะบินด้วยความเร็วแสง แต่ตามหลักเหตุผลแล้ว ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่งควรเห็นผลรวมของความเร็วสองระดับ (โฟตอนเองและตัวเรือ) แต่ไม่มีอะไรแบบนั้น ผู้สังเกตการณ์จะเห็นโฟตอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 300,000 เมตร/วินาที ราวกับว่าความเร็วของเรือเป็นศูนย์

ประเด็นก็คือไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน ความเร็วแสงของวัตถุนั้นก็เป็นค่าคงที่

ข้อความนี้เป็นพื้นฐานของข้อสรุปเชิงตรรกะที่น่าทึ่ง เช่น การชะลอตัวและการบิดเบือนเวลา ขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุ เนื้อเรื่องของภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์และละครโทรทัศน์หลายเรื่องมีพื้นฐานมาจากสิ่งนี้

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ในภาษาง่ายๆ เราสามารถอธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่มีขนาดใหญ่กว่าได้ อันดับแรก เราควรคำนึงถึงความจริงที่ว่าพื้นที่ของเรามีสี่มิติ เวลาและพื้นที่ถูกรวมเป็นหนึ่งเดียวกันใน "วัตถุ" เช่น "ความต่อเนื่องของอวกาศ-เวลา" ในอวกาศของเรามีแกนพิกัดสี่แกน: x, y, z และ t

แต่มนุษย์ไม่สามารถรับรู้สี่มิติได้โดยตรง เช่นเดียวกับคนแบนสมมุติที่อาศัยอยู่ในโลกสองมิติไม่สามารถเงยหน้าขึ้นมองได้ ที่จริงแล้ว โลกของเราเป็นเพียงการฉายภาพอวกาศสี่มิติให้กลายเป็นอวกาศสามมิติเท่านั้น

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป วัตถุจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ วัตถุในโลกสี่มิติในความเป็นจริงนั้นไม่เปลี่ยนแปลงเสมอ และเมื่อมันเคลื่อนที่ มีเพียงการฉายภาพเท่านั้นที่เปลี่ยนไป ซึ่งเรามองว่าเป็นการบิดเบือนของเวลา การลดหรือเพิ่มขนาด และอื่นๆ

การทดลองเรื่องลิฟต์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพสามารถอธิบายได้ในรูปแบบง่ายๆ โดยใช้การทดลองทางความคิดเล็กๆ ลองจินตนาการว่าคุณอยู่ในลิฟต์ ห้องโดยสารเริ่มขยับ และคุณพบว่าตัวเองอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก เกิดอะไรขึ้น อาจมีเหตุผลสองประการ: ลิฟต์อยู่ในอวกาศหรือตกอย่างอิสระภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือไม่สามารถหาสาเหตุของภาวะไร้น้ำหนักได้หากไม่สามารถมองออกไปจากรถลิฟต์ได้นั่นคือกระบวนการทั้งสองมีลักษณะเหมือนกัน

บางทีหลังจากทำการทดลองทางความคิดที่คล้ายกัน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ก็ได้ข้อสรุปว่าหากทั้งสองสถานการณ์นี้แยกกันไม่ออก แล้วในความเป็นจริงแล้ว ร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจะไม่ถูกเร่ง มันเป็นการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอซึ่งโค้งงอภายใต้อิทธิพล ของวัตถุขนาดใหญ่ (ในกรณีนี้คือดาวเคราะห์) ดังนั้นการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจึงเป็นเพียงการฉายภาพการเคลื่อนที่ที่สม่ำเสมอในพื้นที่สามมิติเท่านั้น

เป็นตัวอย่างที่ดี

อีกตัวอย่างที่ดีในหัวข้อ "สัมพัทธภาพสำหรับ Dummies" มันไม่ถูกต้องทั้งหมด แต่เรียบง่ายและชัดเจนมาก หากคุณวางวัตถุใดๆ ไว้บนผ้าที่ยืดออก มันจะทำให้เกิด "การโก่งตัว" หรือ "กรวย" ข้างใต้ ร่างเล็กทุกตัวจะถูกบังคับให้บิดเบือนวิถีวิถีตามโค้งใหม่ของอวกาศ และหากร่างกายมีพลังงานน้อย ก็อาจไม่สามารถเอาชนะช่องทางนี้ได้เลย อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ วิถีจะยังคงเป็นเส้นตรง พวกมันจะไม่รู้สึกถึงการโก่งตัวของอวกาศ

แรงโน้มถ่วง "ลดระดับ"

ด้วยการถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงได้หยุดเป็นพลังและขณะนี้เป็นที่พอใจที่เป็นผลสืบเนื่องง่ายๆ ของความโค้งของเวลาและสถานที่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอาจดูน่าอัศจรรย์ แต่ก็เป็นเวอร์ชันที่ใช้งานได้และได้รับการยืนยันจากการทดลอง

ทฤษฎีสัมพัทธภาพสามารถอธิบายสิ่งต่างๆ มากมายที่ดูเหมือนน่าเหลือเชื่อในโลกของเรา พูดง่ายๆ ก็คือ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าผลที่ตามมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ตัวอย่างเช่น รังสีของแสงที่บินเข้าใกล้วัตถุขนาดใหญ่จะโค้งงอ ยิ่งไปกว่านั้น วัตถุจำนวนมากจากห้วงอวกาศถูกซ่อนอยู่ข้างหลังกันและกัน แต่เนื่องจากความจริงที่ว่ารังสีของแสงโค้งงอรอบวัตถุอื่น ๆ วัตถุที่ดูเหมือนจะมองไม่เห็นจึงสามารถเข้าถึงได้ด้วยตาของเรา (แม่นยำยิ่งขึ้นคือดวงตาของกล้องโทรทรรศน์) มันเหมือนกับการมองผ่านกำแพง

ยิ่งแรงโน้มถ่วงมากเท่าไร เวลาจะไหลบนพื้นผิวของวัตถุก็จะช้าลงเท่านั้น สิ่งนี้ไม่เพียงแค่ใช้กับวัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำเท่านั้น ผลกระทบของการขยายเวลาสามารถสังเกตได้แม้กระทั่งบนโลก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์นำทางด้วยดาวเทียมมีนาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูง พวกมันอยู่ในวงโคจรของโลกของเรา และเวลาเดินเร็วขึ้นเล็กน้อยที่นั่น หนึ่งในร้อยวินาทีในหนึ่งวันจะรวมกันเป็นตัวเลขที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดสูงสุด 10 กม. ในการคำนวณเส้นทางบนโลก เป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพที่ช่วยให้เราสามารถคำนวณข้อผิดพลาดนี้ได้

พูดง่ายๆ ก็คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปรองรับเทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย และต้องขอบคุณไอน์สไตน์ที่ทำให้เราสามารถค้นหาร้านพิซซ่าและห้องสมุดในพื้นที่ที่ไม่คุ้นเคยได้อย่างง่ายดาย

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแตกต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอย่างไร?

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) (ทฤษฎีสัมพัทธภาพโดยเฉพาะ กลศาสตร์สัมพัทธภาพ) เป็นทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศ-เวลาด้วยความเร็วของการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์นิวตันแบบคลาสสิกเป็นการประมาณความเร็วต่ำ ลักษณะทั่วไปของ STR สำหรับสนามโน้มถ่วงเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีเรขาคณิตของแรงโน้มถ่วง ซึ่งพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) ซึ่งตีพิมพ์โดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี พ.ศ. 2458-2459 ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เช่นเดียวกับในทฤษฎีเมตริกอื่นๆ มีการตั้งสมมติฐานว่าผลกระทบของแรงโน้มถ่วงไม่ได้เกิดจากอันตรกิริยาของแรงระหว่างวัตถุและสนามที่อยู่ในกาลอวกาศ แต่เกิดจากการเสียรูปของกาลอวกาศเอง ซึ่ง มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับการมีอยู่ของมวล-พลังงาน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแตกต่างจากทฤษฎีเมตริกแรงโน้มถ่วงอื่นๆ โดยใช้สมการของไอน์สไตน์เพื่อเชื่อมโยงความโค้งของกาลอวกาศกับสสารที่อยู่ในนั้น

ให้หลักฐานเชิงทดลองเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีของไอน์สไตน์

ข้อพิสูจน์สัมพัทธภาพทั่วไป

ผลที่เกี่ยวข้องกับการเร่งความเร็วของหน้าต่างอ้างอิง

ผลกระทบประการแรกคือการขยายเวลาด้วยแรงโน้มถ่วง เนื่องจากนาฬิกาใดๆ ก็ตามจะเดินช้าลงตามความลึกในหลุมแรงโน้มถ่วง (ใกล้กับวัตถุแรงโน้มถ่วงมากขึ้น) ผลกระทบนี้ได้รับการยืนยันโดยตรงในการทดลองของ Hafele-Keating เช่นเดียวกับในการทดลอง Gravity Probe A และได้รับการยืนยันอย่างต่อเนื่องใน GPS

ผลกระทบที่เกี่ยวข้องโดยตรงคือการเคลื่อนไปทางสีแดงของแสงด้วยความโน้มถ่วง ผลกระทบนี้เข้าใจว่าเป็นการลดลงของความถี่ของแสงสัมพันธ์กับนาฬิกาท้องถิ่น (ดังนั้น การเปลี่ยนเส้นสเปกตรัมไปที่ปลายสีแดงของสเปกตรัมสัมพันธ์กับสเกลท้องถิ่น) เมื่อแสงแพร่กระจายจากบ่อแรงโน้มถ่วงออกไปด้านนอก (จาก พื้นที่ที่มีศักยภาพโน้มถ่วงต่ำกว่าไปยังพื้นที่ที่มีศักยภาพสูงกว่า) /

การขยายเวลาแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดผลกระทบอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่าปรากฏการณ์ชาปิโร (หรือเรียกอีกอย่างว่าการหน่วงสัญญาณแรงโน้มถ่วง) ด้วยเหตุนี้ สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเดินทางในสนามโน้มถ่วงได้นานกว่าเมื่อไม่มีสนามนี้ ปรากฏการณ์นี้ค้นพบโดยการตรวจติดตามด้วยเรดาร์ของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะและยานอวกาศที่โคจรผ่านหลังดวงอาทิตย์ ตลอดจนจากการสังเกตสัญญาณจากพัลซาร์คู่

การทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในช่วงแรกที่มีชื่อเสียงที่สุดเกิดขึ้นได้จากสุริยุปราคาเต็มดวงในปี 1919 อาเธอร์ เอ็ดดิงตันแสดงให้เห็นว่าแสงจากดาวฤกษ์โค้งงอใกล้ดวงอาทิตย์ตรงตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนายไว้

การโค้งงอของเส้นทางแสงเกิดขึ้นในกรอบอ้างอิงที่มีความเร่งใดๆ อย่างไรก็ตาม ลักษณะรายละเอียดของวิถีโคจรที่สังเกตได้และผลกระทบของเลนส์โน้มถ่วงนั้นขึ้นอยู่กับความโค้งของกาลอวกาศ ไอน์สไตน์ได้เรียนรู้เกี่ยวกับผลกระทบนี้ในปี 1911 และเมื่อเขาคำนวณปริมาณความโค้งของวิถีแบบฮิวริสติก กลับกลายเป็นแบบเดียวกับที่กลศาสตร์คลาสสิกทำนายไว้สำหรับอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ในปี 1916 ไอน์สไตน์ค้นพบว่าตามความเป็นจริง โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การเปลี่ยนแปลงเชิงมุมในทิศทางของการแพร่กระจายของแสงนั้นมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของทฤษฎีนิวตัน ตรงกันข้ามกับการพิจารณาครั้งก่อน ดังนั้นการทำนายนี้จึงเป็นอีกวิธีหนึ่งในการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2462 ปรากฏการณ์นี้ได้รับการยืนยันโดยการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ของดวงดาวระหว่างสุริยุปราคา และยังได้รับการตรวจสอบด้วยความแม่นยำสูงโดยการสังเกตการณ์ควาซาร์แบบอินเทอร์เฟอโรเมตริกด้วยคลื่นวิทยุที่โคจรผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ระหว่างเส้นทางไปตามสุริยุปราคา

สุดท้าย ดาวใดๆ ก็สามารถเพิ่มความสว่างได้เมื่อมีวัตถุขนาดมหึมาขนาดกะทัดรัดผ่านหน้ามัน ในกรณีนี้ภาพของดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปซึ่งขยายและบิดเบี้ยวเนื่องจากการเบี่ยงเบนของแรงโน้มถ่วงไม่สามารถแก้ไขได้ (อยู่ใกล้กันเกินไป) และเพียงสังเกตการเพิ่มขึ้นของความสว่างของดาวฤกษ์ ผลกระทบนี้เรียกว่าไมโครเลนส์ และขณะนี้มีการสังเกตอย่างสม่ำเสมอภายในกรอบของโครงการที่ศึกษาวัตถุที่มองไม่เห็นของกาแล็กซีของเราด้วยเลนส์ไมโครโน้มถ่วงของแสงจากดวงดาว - MASNO, EROS (ภาษาอังกฤษ) และอื่นๆ

ผลกระทบของวงโคจร

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแก้ไขการทำนายทฤษฎีกลศาสตร์ท้องฟ้าของนิวตันเกี่ยวกับพลวัตของระบบที่มีแรงโน้มถ่วง เช่น ระบบสุริยะ ดาวคู่ ฯลฯ

ผลประการแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือระยะขอบนอกของวงโคจรดาวเคราะห์ทั้งหมดจะเกิดขึ้น เนื่องจากศักย์โน้มถ่วงของนิวตันจะมีสารเติมแต่งเชิงสัมพัทธภาพเพียงเล็กน้อย ซึ่งนำไปสู่การเกิดวงโคจรเปิด การทำนายนี้เป็นการยืนยันครั้งแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เนื่องจากค่าของ precession ที่ไอน์สไตน์ได้รับในปี 1916 ใกล้เคียงกันโดยสิ้นเชิงกับการเคลื่อนตัวของดวงอาทิตย์ที่ใกล้ดวงอาทิตย์สุดขั้วอย่างผิดปกติโดยสิ้นเชิง ดังนั้นปัญหาของกลศาสตร์ท้องฟ้าซึ่งเป็นที่รู้จักในขณะนั้นจึงได้รับการแก้ไข

ต่อมา มีการสังเกตการเคลื่อนไปข้างหน้าของดวงอาทิตย์ใกล้ดวงอาทิตย์เชิงสัมพันธ์ใกล้ดาวศุกร์ โลก ดาวเคราะห์น้อยอิคารัสด้วย และมีผลรุนแรงกว่าในระบบพัลซาร์คู่ สำหรับการค้นพบและการวิจัยพัลซาร์คู่ PSR B1913+16 ตัวแรกในปี พ.ศ. 2517 R. Hulse และ D. Taylor ได้รับรางวัลโนเบลในปี พ.ศ. 2536

หลักฐานการรฟท

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษรองรับฟิสิกส์สมัยใหม่ทั้งหมด ดังนั้นจึงไม่มีการทดลองแยกต่างหากที่ "พิสูจน์" SRT ข้อมูลการทดลองทั้งหมดในฟิสิกส์พลังงานสูง ฟิสิกส์นิวเคลียร์ สเปกโทรสโกปี ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ไฟฟ้าพลศาสตร์ และสาขาฟิสิกส์อื่นๆ สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพภายในขีดจำกัดของความแม่นยำในการทดลอง ตัวอย่างเช่น ในไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม (การรวมกันของ STR, ทฤษฎีควอนตัมและสมการของแมกซ์เวลล์) ค่าของโมเมนต์แม่เหล็กที่ผิดปกติของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นพร้อมกับการทำนายทางทฤษฎีด้วยความแม่นยำสัมพัทธ์ที่ 10? 9.

อันที่จริง SRT เป็นวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์ สูตรของมันใช้ในการคำนวณเครื่องเร่งอนุภาค การประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับการชนกันของอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธภาพในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับกฎของไดนามิกเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งตรวจไม่พบความเบี่ยงเบนจากนี้ การแก้ไขที่เกิดจาก SRT และ GTR จะถูกนำมาใช้ในระบบนำทางด้วยดาวเทียม (GPS) รฟท. เป็นพื้นฐานของพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น