Özel görelilik teorisi . Einstein'ın 1905 yılında yayınladığı özel görelilik teorisi (STR), göreli süreçleri ve olguları açıklamakta ve ışık hızına yakın hızlarda kendini göstermektedir. Einstein, SRT'yi oluşturmak için benimsedi iki varsayım: 1) tüm eylemsiz referans çerçevelerinde ışığın hızı sabit kalır; 2) tüm eylemsiz referans çerçevelerindeki doğa yasaları değişmezdir (aynı). Ayrıca Hollandalı teorik fizikçinin dönüşümlerini uyguladı. Hendrik Lorenz.

Uzay ve zaman arasındaki ilişki dört boyutlu uzay-zamanda kendini gösterir. Bu ilişki, iki olay arasındaki mesafe(ler)in formülüne açıkça yansıtılmaktadır. dört boyutlu uzay:

zaman nerede, ∆ℓ iki nokta arasındaki mesafedir 3 boyutlu uzay.

Dönüştürmek Lorenz ayrıca hareket etmeyen (K) ve sürüş (K 1) referans sistemlerinin koordinatları arasındaki ilişki şeklinde uzay ve zaman arasındaki ilişkiyi de içerir x 1 = γּ(x─ ) ve t 1 = γּ(t─ ), Neresi γ = 1/- isminde göreceli katsayı. Lorentz, hareketli (K 1) ve hareketsiz (K) referans sistemlerinde dönüşümün doğrusallığına ve ışık hızının sabitliğine dayalı olarak γ için ifadeler buldu.

Lorentz dönüşümünü kullanarak Einstein, hareket eden bir cismin uzunluğunun buna göre genel görelilik kuramını oluşturdu. düşüyor Hukuk:

Hızla hareket eden bir cismin kütlesi artacak Hukuk:

Hareketli saatin zaman akışı yavaşlamak Hukuk:

τ = τ 0 ּ ,

Aşağıdaki örnek, yüksek hızlarda hareket ederken zamanın yavaşlamasını daha açık bir şekilde göstermektedir. Diyelim ki bir uzay gemisi 0,99 km/s hızla fırlatıldı ve 50 yıl sonra geri döndü. STO'ya göre astronotun saatine göre bu uçuş sadece bir yıl sürdü. 20 yaşındaki bir astronot, yeni doğmuş bir oğlunu Dünya'da bırakırsa, 50 yaşındaki oğul, 21 yaşındaki babasıyla tanışacaktır.

SRT aşağıdaki değiştirme formülünü elde etti hızların toplamı kanunu:

1 = ( +u)/(1+ u/c2) ,

eğer bir cisim ışık hızında hareket ediyorsa =s. ve referans çerçevesi ışık hızıyla hareket eder u= C, o zaman şunu elde ederiz: 1 = İle. Sonuç olarak, referans çerçevesinin hızından bağımsız olarak ışığın hızı sabit kaldı.

Genel görelilik teorisi . İvmeyle hareket eden referans sistemlerde ne atalet ilkesi ne de mekanik yasaları sağlanır. Eylemsiz olmayan referans sistemlerinde bir cismin hareketlerini açıklayan bir teori yaratmaya ihtiyaç vardı. Einstein bu görevi yarattığında başardı. genel görelilik teorisi(OTO).

GTR'DE Einstein görelilik ilkesini eylemsiz olmayan referans çerçevelerine kadar genişletir. Bir cismin yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin eşdeğer olduğunu varsayar. 1890'da Macar fizikçi L.Eotvos Vücudun yerçekimi ve eylemsizlik kütlesinin 10-9'a kadar eşdeğerliği yüksek doğrulukla doğrulandı. Yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin eşitliği hakkındaki bu ifade, genel göreliliğin temeliydi.

Genel Görelilik, kütle konsantrasyonunun etrafındaki uzayın, bükülmüş ve Riemann uzayı karakterine sahiptir. GTR, Newton'un evrensel çekim yasasını, belirli bir durumda Newton yasasının takip ettiği Einstein'ın göreli çekim yasasıyla değiştirir. 1919 ve 1922'de güneş tutulması sırasında incelendi ışın sapması uzak yıldızlardan, Güneş'in çekim alanındaki düzlükten geliyor. Deneyler gösterdi uzayın eğriliği Güneş'e yakın ve böylece genel göreliliğin doğruluğunu kanıtladı.

Genel görelilik, göreceli yerçekimi yasalarını, maddenin uzay ve zamanın özellikleri üzerindeki etkisi olarak tanımlar. Ve uzay ve zamanın özellikleri, içlerinde meydana gelen fiziksel süreçleri etkiler. Bu nedenle, dört boyutlu uzayda maddi bir noktanın hareketi, eğri uzayın jeodezik çizgisi boyunca meydana gelir. Sonuç olarak, maddi bir noktanın hareket denklemi, kavisli uzayın jeodezik çizgisini tanımlar. Einstein bu denklemi buldu. Bu oluşmaktadır 10 denklem. Bu denklemlerde yerçekimi alanı 10 alan potansiyeli kullanılarak tanımlanmaktadır. Genel göreliliğin matematiksel aygıtı karmaşıktır; en basitleri dışında, genel görelilikle ilgili neredeyse tüm problemler henüz çözülemez. Bu nedenle bilim insanları hâlâ genel göreliliğin anlamını anlamaya çalışıyor.

Newton'un çalışması büyük bir bilimsel devrimin, doğa bilimlerindeki neredeyse tüm bilimsel fikirlerde radikal bir değişimin örneğidir. Newton'un zamanından bu yana, klasik fizik paradigması ortaya çıktı ve neredeyse 250 yıl boyunca bilimdeki ana ve tanımlayıcı görüş sistemi haline geldi.

Newton'un takipçileri onun keşfettiği sabitleri anlamlı bir şekilde geliştirmeye başladı. Yavaş yavaş bilimsel okullar oluşmaya başladı, gözlem ve analiz yöntemleri ve çeşitli doğa olaylarının sınıflandırılması oluşturuldu. Alet ve bilimsel ekipmanlar fabrika usulü üretilmeye başlandı. Doğa bilimlerinin birçok dalında süreli yayınlar yayımlanmaya başlandı. Bilim, insan faaliyetinin en önemli dalı haline geldi.

Böylece Newton mekaniği ve kozmolojisi, bin yılı aşkın süredir egemen olan Aristoteles öğretisinin ve ortaçağ skolastik yapılarının yerini alarak yeni bir dünya görüşünün temeli olarak kendilerini kanıtladı.

Ancak 19. yüzyılın sonuna gelindiğinde hakim paradigmayla çelişen gerçekler ortaya çıkmaya başladı. Ve asıl tutarsızlıklar yine o zamanın en dinamik gelişen bilimi olan fizikte gözlendi.

Bu durumun klasik bir örneği, 19. yüzyılın sonlarında "o yılların klasik fiziğinin açık ve parlak gökyüzünde yalnızca iki küçük bulut vardı" diyen Lord Kelvin'in (William Thomson) ifadesidir. Bunlardan biri, Michelson'un Dünya'nın mutlak hızını belirleme deneyinin olumsuz sonucuyla ilişkilidir, diğeri ise mutlak siyah cismin spektrumunda enerjinin dağılımına ilişkin teorik ve deneysel veriler arasındaki çelişkidir.

Kelvin olağanüstü bir anlayış gösterdi. Bu çözülemeyen sorunlar, hem Einstein'ın görelilik teorisinin hem de yeni bir doğa bilimi paradigmasının temelini oluşturan kuantum teorisinin ortaya çıkmasına yol açtı.

Klasik Newton fiziğinin kullanılmasının Merkür'ün yörüngesinin doğru bir şekilde hesaplanmasına izin vermediği ve Maxwell'in elektrodinamik denklemlerinin klasik hareket yasalarıyla örtüşmediği de belirtilebilir.

Görelilik teorisinin yaratılmasının önkoşulu tam olarak daha önce bahsedilen çelişkilerdi. Bunların çözümü, doğa bilimlerine yeni bir göreli yaklaşımın getirilmesiyle mümkün oldu.

Genellikle açıkça anlaşılmayan şey, fizik yasalarına göreli (veya göreli) bir yaklaşıma yönelik genel arzunun, modern bilimin gelişiminin çok erken bir aşamasında ortaya çıkmaya başladığı gerçeğidir. Aristoteles'ten başlayarak bilim adamları, Dünya'yı uzayın merkezi noktası olarak görüyorlardı ve zamanın ilk anı, ilkel maddeyi harekete geçiren ilk itici güç olarak kabul ediliyordu. Aristoteles'in fikirleri ortaçağ bilincinde mutlak olarak kabul edildi, ancak 15. yüzyılın sonuna gelindiğinde zaten gözlemlenen doğal olaylarla çatışmaya başlamıştı. Özellikle astronomide birçok tutarsızlık birikmiştir.

Çelişkileri çözmeye yönelik ilk ciddi girişim, gezegenlerin Dünya'nın etrafında değil Güneş'in etrafında döndüğünü kabul ederek Kopernik tarafından yapıldı. Yani ilk kez Dünya'yı Evrenin merkezinden uzaklaştırdı ve uzayı başlangıç ​​noktasından mahrum etti. Aslında bu, tüm insan düşüncesinin kararlı bir şekilde yeniden yapılandırılmasının başlangıcıydı. Her ne kadar Kopernik Güneş'i bu merkeze yerleştirmiş olsa da, daha sonraki insanların Güneş'in bile pek çok yıldızdan yalnızca biri olabileceğini ve hiçbir merkezin bulunamadığını anlamalarını sağlama yolunda büyük bir adım attı. Daha sonra doğal olarak zaman konusunda da benzer bir düşünce ortaya çıktı ve Evren, herhangi bir yaratılış anı ve kendisine doğru hareket ettiği herhangi bir "son" olmaksızın sonsuz ve ebedi olarak görülmeye başlandı.

Görelilik teorisinin kökenine yol açan şey bu geçiştir. Uzayda ayrıcalıklı konumlar ve zamanda ayrıcalıklı anlar bulunmadığına göre, fizik yasaları merkez alınan herhangi bir noktaya eşit şekilde uygulanabilir ve onlardan aynı sonuçlar çıkacaktır. Bu bakımdan durum, Aristoteles'in teorisinde yer alan durumdan temel olarak farklıdır; örneğin Dünya'nın merkezine, tüm maddenin yöneldiği nokta olarak özel bir rol verilmiştir. Göreceleştirme eğilimi daha sonra Galileo ve Newton yasalarına da yansıdı.

Galileo, hareketin doğası gereği göreceli olduğu fikrini dile getirdi. Yani cisimlerin düzgün ve doğrusal hareketi ancak bu harekete katılmayan bir cisme göre belirlenebilir.

Bir trenin diğerinin yanından sabit bir hızla ve sarsıntısız geçtiğini zihinsel olarak hayal edelim. Üstelik perdeler kapalı ve hiçbir şey görünmüyor. Yolcular hangi trenin hareket ettiğini, hangisinin durduğunu anlayabilir mi? Yalnızca bağıl hareketi gözlemleyebilirler. Klasik görelilik ilkesinin ana fikri budur.

Hareketin göreliliği ilkesinin keşfi en büyük keşiflerden biridir. O olmasaydı fiziğin gelişmesi imkansız olurdu. Galileo'nun hipotezine göre eylemsizlik hareketi ve hareketsizliğin maddi cisimler üzerindeki etkileri birbirinden ayırt edilemez. Hareketli bir referans çerçevesindeki olayların tanımına geçmek için, koordinat dönüşümlerinin gerçekleştirilmesi gerekliydi. "Galileo'nun Dönüşümleri", yazarının adını almıştır.

Örneğin bazı koordinat sistemlerini ele alalım X sabit bir referans sistemi ile ilişkilidir. Şimdi eksen boyunca hareket eden bir nesne hayal edelim X sabit hızda v. Koordinatlar X " , T Bu nesneye göre alınan ", daha sonra Galile dönüşümü ile belirlenir.

x" = x - ut
y" = y
z" = z
t" = t

Özellikle dikkat çekici olan üçüncü denklemdir ( t" = t) buna göre saat hızı göreceli harekete bağlı değildir. Hem eski hem de yeni referans çerçevesinde aynı kanun geçerlidir. Bu sınırlı görelilik ilkesidir. Bunu söylüyoruz çünkü mekaniğin yasaları Galilean dönüşümleriyle birbirine bağlanan tüm referans sistemlerinde aynı ilişkilerle ifade ediliyor.

Galileo'nun hareketin göreliliği fikrini geliştiren Newton'a göre, düzgün ve doğrusal (eylemsiz bir referans çerçevesi) hareket eden bir laboratuvarda yapılan tüm fiziksel deneyler, sanki hareketsizmiş gibi aynı sonucu verecektir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, klasik fiziğin o yıllardaki başarılarına rağmen, bununla çelişen bazı gerçekler birikmiştir.

19. yüzyılda keşfedilen bu yeni veriler Einstein'ın görelilik kavramının ortaya çıkmasına yol açtı.

Fizikte devrim Roemer'in keşfiyle başladı. Işık hızının sonlu olduğu ve yaklaşık 300.000 km/sn'ye eşit olduğu ortaya çıktı. Bradry daha sonra yıldız sapması olgusunu keşfetti. Bu keşiflere dayanarak ışığın boşluktaki hızının sabit olduğu ve kaynak ile alıcının hareketine bağlı olmadığı tespit edildi.

Boşluktaki ışığın muazzam ama yine de sonsuz olmayan hızı, hareketin göreliliği ilkesiyle bir çatışmaya yol açtı. Saniyede 240.000 kilometre gibi muazzam bir hızla hareket eden bir tren hayal edelim. Trenin başında olalım, kuyrukta bir ampul yansın. Işığın trenin bir ucundan diğer ucuna gitmesi için gereken süreyi ölçmenin sonuçlarının ne olabileceğini düşünelim.

Görünüşe göre bu sefer, dinlenme halindeki bir trene bindiğimizden farklı olacak. Aslında saniyede 240.000 kilometre hızla hareket eden bir trene göre ışığın hızı (tren boyunca ileri doğru) yalnızca 300.000 - 240.000 = saniyede 60.000 kilometre olacaktır. Işık, ondan uzaklaşan baş arabanın ön duvarına yetişiyor gibi görünüyor. Bir trenin başına bir ampul yerleştirirseniz ve ışığın son vagona ulaşması için geçen süreyi ölçerseniz, trenin hareket yönünün tersi yönde ışığın hızının 240.000 + olması gerektiği görünecektir. 300.000 = 540.000 kilometre/saniye (Işık ve arkadaki araba birbirine doğru hareket etmektedir).

Yani, hareket eden bir trende ışığın farklı yönlerde ve farklı hızlarda yayılması gerektiği, duran bir trende ise bu hızın her iki yönde de aynı olduğu ortaya çıktı.

Bu nedenle Galile dönüşümleri altında Maxwell'in elektromanyetik alan denklemleri değişmez bir forma sahip değildir. Işığın ve ışık hızı C'ye eşit hızlara sahip diğer elektromanyetik radyasyon türlerinin yayılmasını açıklarlar. Klasik fizik çerçevesinde çelişkiyi çözmek için, Maxwell denklemlerinin tam olarak olacağı ayrıcalıklı bir referans çerçevesi bulmak gerekiyordu. Bu durumda ışığın hızı her yönde C'ye eşit olacaktır. Bu nedenle 19. yüzyılın fizikçileri, rolü aslında böylesine ayrıcalıklı bir referans çerçevesi için fiziksel bir temel oluşturmaya indirgenmiş bir eterin varlığını öne sürdüler.

Dünyanın eter içindeki hareketinin hızını belirlemek için deneyler yapıldı (Michelson-Morley deneyi gibi). Bunu yapmak için, bir kaynaktan gelen, bir prizmadan geçen bir ışık huzmesi, Dünya'nın hareketi yönünde ve ona dik olarak bölündü. Fikirlere göre hızlar aynı olursa her iki ışın da prizmaya aynı anda varacak ve ışığın şiddeti artacaktır. Hızlar farklıysa ışık yoğunluğu zayıflayacaktır. Deneyin sonucu sıfırdı; Dünya'nın etere göre hızını belirlemek imkansızdı.

Deneyler, basit eter teorisinin bu referans sisteminin özellikleri hakkındaki tahminlerini doğrulamayınca, H. Lorentz, yine klasik fiziği kurtarmak amacıyla, bu tür deneylerin olumsuz sonuçlarını şu şekilde açıklayan yeni bir teori önerdi: Ölçme aletleri etere göre hareket ettiğinde meydana gelen değişikliklerin sonucudur. Gözlem sonuçları ile Newton yasaları arasındaki tutarsızlığı, C'ye yakın hızlarda hareket ederken aletlerde meydana gelen değişikliklerle açıkladı.

Lorentz, ışık hızına yakın hızlarda hareket ederken, yüksek hızların etkisini hesaba katmadıkları için Galilean dönüşümlerinin kullanılamayacağını öne sürdü. Işık hızına yakın hızlarda yaptığı dönüşümlere “Lorentz dönüşümleri” adı veriliyor. Galile dönüşümleri, düşük hızlı sistemler için Lorentz dönüşümlerinin özel bir durumudur.

Lorentz dönüşümleri şu şekildedir:

Lorentz dönüşümlerine göre, fiziksel nicelikler - bir cismin kütlesi, hareket yönündeki uzunluğu ve zaman - aşağıdaki ilişkilere göre cisimlerin hareket hızlarına bağlıdır:

	Nerede M- vücut kütlesi	Bu Lorentz dönüşümlerinin anlamı şöyle diyor: ışığa yakın hızlarda vücut ağırlığında artış hız vektörüne denk gelen bir yönde hareket ederken vücut uzunluğunda azalma iki olay arasındaki süreyi artırmak veya zamanı yavaşlatmak
	Nerede L- vücut uzunluğu
	Nerede ∆t – iki olay arasındaki zaman aralığı

Lorentz tarafından keşfedilen örüntülerin fiziksel anlamını bulmaya çalışırken, hız vektörüne denk gelen x yönünde tüm cisimlerin sıkıştırıldığını ve ne kadar güçlüyse hareket hızlarının da o kadar yüksek olduğunu varsayabiliriz. Yani cisimler elektron yörüngelerinin düzleşmesi nedeniyle büzülmeye maruz kalırlar. Işık altı hızlara ulaşıldığında hareketli bir sistemde zaman genişlemesinden bahsedebiliriz. İyi bilinen ikizler paradoksu bu prensibe dayanmaktadır. İkizlerden biri ışık hızının altındaki bir gemiyle beş yıl boyunca uzay yolculuğuna çıkarsa, ikiz kardeşi zaten çok yaşlı bir insanken dünyaya dönecektir. Işık hızına yakın hızlarda hareket eden bir cisim üzerinde artan kütlenin etkisi, hızlı hareket eden bir cismin kinetik enerjisinin artmasıyla açıklanabilir. Einstein'ın kütle ve enerjinin özdeşliği hakkındaki düşüncelerine uygun olarak, bir cismin kinetik enerjisinin bir kısmı hareket sırasında kütlesine dönüşür.

Lorentz dönüşümlerini Maxwell'in elektrodinamik denklemlerine uygularsak, bu tür dönüşümler altında değişmez oldukları ortaya çıkar.

Einstein, görelilik teorisini geliştirmek için Lorentz dönüşümlerini kullandı.

Uzay ve zaman

Görelilik teorisinin yaratılmasının önemli bir önkoşulu, uzay ve zamanın özelliklerine ilişkin yeni fikirlerdi.

Sıradan bilinçte zaman, ardışık olayların nesnel olarak var olan doğal koordinasyonundan oluşur. Uzamsal özellikler bazı cisimlerin diğerlerine göre konumları ve aralarındaki mesafelerdir.

Newton'un teorik sisteminde, nesnel, bağımsız bir varlık olarak ilk bilimsel zaman kavramı açıkça formüle edildi; önemli zaman kavramı. Bu kavram eski atomculardan kaynaklanır ve Newton'un mutlak uzay ve zaman doktrininde gelişir. Newton'dan sonra yirminci yüzyılın başına kadar fiziğe yön veren bu kavramdı. Newton, zamanı ve uzayı tanımlamak için ikili bir yaklaşım benimsedi. Bu yaklaşıma göre hem mutlak hem de göreli zaman vardır.

Mutlak, gerçek ve matematiksel zaman, kendi başına, dışsal hiçbir şeyle hiçbir ilişkisi olmaksızın, tekdüze olarak akar ve süre olarak adlandırılır.

Göreceli, görünür veya olağan zaman, günlük yaşamda matematiksel zaman yerine kullanılan bir süre ölçüsüdür - bu bir saat, ay, yıl vb.'dir.

Mutlak zaman kendi akışı içinde değiştirilemez.

Günlük düzeyde, uzun zaman dilimlerini saymaya yönelik bir sistem mümkündür. Bir yıldaki günlerin sayılma sırasını sağlıyorsa ve içinde dönem belirtiliyorsa bu bir takvimdir.

İlişkisel zaman kavramı da maddi kavram kadar eskidir. Platon ve Aristoteles'in eserlerinde geliştirilmiştir. Fizik adlı eserinde bu zaman kavramı hakkında ayrıntılı fikir veren ilk kişi Aristoteles olmuştur. Bu kavramda zaman, bağımsız olarak var olan bir şey değil, daha temel bir varlıktan türeyen bir şeydir. Platon'a göre zaman Tanrı tarafından yaratılmıştır, Aristoteles'e göre ise nesnel maddi hareketin sonucudur. Descartes'la başlayıp 19. yüzyılın pozitivistleriyle biten modern zaman felsefesinde zaman, insan bilincinin faaliyetinin çeşitli yönlerini ifade eden bir özellik veya ilişkidir.

Daha yakından incelendiğinde yer sorununun da zor olduğu ortaya çıkıyor. Uzay, diğer formların ve belirli yapıların var olduğu bir ortam görevi gören, mantıksal olarak düşünülebilir bir formdur. Örneğin, temel geometride düzlem, çeşitli fakat düz şekillerin inşa edildiği bir ortam görevi gören bir alandır.

Newton'un klasik mekaniğinde mutlak uzay, özü itibarıyla, dışsal herhangi bir şeyden bağımsız olarak daima aynı ve hareketsiz kalır. Demokritos'un boşluğunun bir benzeri olarak hareket eder ve fiziksel nesnelerin dinamiklerinin arenasıdır.

Aristoteles'in izotropik uzay fikri, Demokritos'un uzayının homojenliğinden ve sonsuzluğundan ayrılıyordu. Aristoteles ve takipçilerine göre uzay bir merkez edindi; çevresinde dönen kürelerle Dünya ve yıldızlardan oluşan en uzak gök küresi, son dünya uzayının sınırı olarak hizmet ediyordu. Aristoteles uzayın sonsuzluğunu reddediyor ancak sonsuz zaman kavramına bağlı kalıyor. Bu kavram, sınırlı olmasına rağmen sonlu olmayan Evrenin küresel alanı fikrinde ifade edilmektedir.

Klasik Newton uzayı homojenliği fikrine dayanmaktadır. Bu, Copernicus, Bruno, Galileo ve Descartes'ın çalışmalarında sürekli olarak geliştirilen klasik fiziğin temel fikridir. Bruno zaten Evrenin merkezi fikrinden vazgeçmiş ve onun sonsuz ve homojen olduğunu ilan etmişti. Bu fikir Newton'la tamamlanmasına ulaştı. Homojen bir uzayda mutlak hareket fikri değişir, yani içindeki cisim atalet nedeniyle hareket eder. İvme olmadığında eylemsizlik kuvvetleri ortaya çıkmaz. Doğrusal ve düzgün hareketin anlamı, belirli bir gövde ile keyfi olarak seçilmiş bir referans gövdesi arasındaki mesafenin değiştirilmesine indirgenir. Doğrusal ve düzgün hareket görecelidir.

Tarihsel olarak ilk ve en önemli matematiksel uzay, gerçek uzayın soyut bir görüntüsünü temsil eden düz Öklid uzayıdır. Bu uzayın özellikleri 5 ana önerme ve 9 aksiyom kullanılarak açıklanmıştır. Öklid geometrisinde, kesişmeyen paralel çizgilerle ilgili beşinci postulat olarak adlandırılan zayıf bir nokta vardı. Antik ve modern zamanların matematikçileri bu durumu kanıtlamaya çalıştılar ancak başarısız oldular. 18. - 19. yüzyıllarda D. Saccheri, Lambert ve A. Legendre bu sorunu çözmeye çalıştı. 5. varsayımı kanıtlamaya yönelik başarısız girişimler büyük faydalar sağladı. Matematikçiler Öklid uzayının geometri kavramlarını değiştirme yolunu tuttular. En ciddi değişiklik 19. yüzyılın ilk yarısında N. I. Lobachevsky (1792 - 1856) tarafından yapıldı.

İki paralel çizgi aksiyomu yerine, doğrudan zıt bir hipotez öne sürülebileceği ve buna dayanarak tutarlı bir geometri oluşturulabileceği sonucuna vardı. Bu yeni geometride bazı ifadeler tuhaf ve hatta paradoksal görünüyordu. Örneğin, Öklid aksiyomu şöyle der: Bir düzlemde, belirli bir çizgi üzerinde yer almayan bir noktadan geçen, birinciye paralel yalnızca bir çizgi çizilebilir. Lobaçevski'nin geometrisinde bu aksiyomun yerini şu alır: Bir düzlemde, belirli bir doğru üzerinde yer almayan bir noktadan, verilen doğru ile kesişmeyen birden fazla düz çizgi çizilebilir.. Bu geometride bir üçgenin açılarının toplamı iki düz çizgiden vb. küçüktür. Ancak dış paradoksa rağmen mantıksal olarak bu ifadeler Öklid ifadelerine tamamen eşittir. Uzayın doğası hakkındaki fikirleri kökten değiştirdiler. Macar matematikçi J. Bolyai ve ünlü matematikçi K. Gauss, Lobaçevski ile neredeyse aynı anda benzer sonuçlara vardılar. Bilim adamlarının çağdaşları, tamamen fantezi olduğunu düşünerek Öklid dışı geometriye şüpheyle yaklaştılar. Ancak Romalı matematikçi E. Beltrami, Öklid dışı geometri için sözde küre olan bir model buldu:

Şekil 1. Sözde küre

Uzayın doğasını anlamada bir sonraki büyük adım B. Riemann (1826 - 1866) tarafından atıldı. 1851'de Göttingen Üniversitesi'nden mezun olduktan sonra, 1854'te (28 yaşında) Öklid geometrilerinin yer aldığı matematiksel uzay hakkında genel bir fikir verdiği "Geometrinin altında yatan hipotezler üzerine" bir rapor verdi. ve Lobaçevski özel durumlardı. N-boyutlu Riemann uzayında, tüm çizgiler, durumu g katsayısı ile belirlenen temel bölümlere ayrılır. Katsayı 0 ise, bu parçadaki tüm çizgiler düzdür - Öklid'in önermeleri işe yarar. Diğer durumlarda uzay kavisli olacaktır. Eğrilik pozitifse uzaya Riemann küresel denir. Negatifse, bu bir sözde küresel Lobaçevski uzayıdır. Böylece 19. yüzyılın ortalarına gelindiğinde düz üç boyutlu Öklid uzayının yerini çok boyutlu kavisli uzay kaplamıştı. Riemann uzayı kavramları sonuçta Einstein'ın genel görelilik teorisini yaratmasının ana ön koşullarından biri olarak hizmet etti.

Şekil 2 Riemann küresel uzayı

Görelilik teorisinin uzaysal-geometrik arka planının son hazırlığı, Einstein'ın yakın öğretmeni G. Minkowski (1864 - 1909) tarafından yapıldı. dört boyutlu uzay-zaman sürekliliği, fiziksel üç boyutlu uzay ve zamanı birleştiriyor. Elektronik teorisine ve görelilik ilkesine dayalı olarak hareketli medyanın elektrodinamiğiyle aktif olarak ilgilendi. Daha sonra Minkowski denklemleri olarak adlandırılan elde ettiği denklemler, Lorentz denklemlerinden biraz farklıdır ancak deneysel gerçeklerle tutarlıdır. Dört boyutlu uzaydaki fiziksel süreçlerin matematiksel teorisini oluştururlar. Minkowski uzayı, özel görelilik teorisinin kinematik etkilerini görsel olarak yorumlamayı mümkün kılar ve görelilik teorisinin modern matematiksel aparatının temelini oluşturur.

Daha sonra bu tek uzay ve zaman fikrine boş zaman ve bunun Newton'un bağımsız uzay ve zamanından temel farkı, görünüşe göre Einstein'ı 1905'ten çok önce yakalamış ve ne Michelson deneyi ne de Lorentz-Poincaré teorisiyle doğrudan ilişkili değil.

1905 yılında Albert Einstein, Annals of Physics dergisinde “Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine” bir makale ve formülün ilk kez gösterildiği başka bir küçük makale yayınladı. E=mc2. Daha sonra söylemeye başladıkları gibi, yüzyılımızın ana formülü budur.

Elektrodinamik hakkındaki makale, doğrusal ve düzgün hareket için ayrıcalıklı bir koordinat sisteminin varlığını dışlayan bir teori sunuyor. Einstein'ın teorisi, uzaysal referans sisteminden bağımsız olarak zamanı hariç tutar ve klasik hız ekleme kuralını terk eder. Einstein, ışık hızının sabit olduğunu ve doğadaki hız sınırını temsil ettiğini varsaydı. Bu teoriyi aradı "Özel görelilik teorisi".

Einstein teorisini aşağıdaki temel önermelere dayanarak geliştirdi:

• Fiziksel sistemlerin durumlarının değiştiği yasalar, bu değişikliklerin birbirine göre düzgün ve doğrusal olarak hareket eden iki koordinat sisteminden hangisiyle ilgili olduğuna bağlı değildir. Sonuç olarak, düzgün ve doğrusal hareket için tercih edilen bir referans çerçevesi yoktur. görelilik ilkesi
• Her ışık ışını, bu ışık ışınının sabit veya hareketli bir kaynaktan yayılmasına bakılmaksızın, sabit bir koordinat sisteminde belirli bir hızla hareket eder. Bu hız, doğadaki etkileşimlerin maksimum hızıdır. ışık hızının sabit olduğu varsayımı

Bu varsayımlardan iki sonuç ortaya çıkıyor:

• 1. çerçevedeki olaylar bir noktada meydana gelirse ve eşzamanlıysa, başka bir eylemsiz çerçevede eşzamanlı değildirler. Bu eşzamanlılığın göreliliği ilkesidir
• herhangi bir hız 1 ve 2 için bunların toplamı ışık hızından büyük olamaz. Bu, hızların toplamına ilişkin göreceli yasadır

Bu varsayımlar (görelilik ilkesi ve ışık hızının sabitliği ilkesi) Einstein'ın özel görelilik teorisinin temelini oluşturur. Bunlardan uzunlukların göreliliğini ve zamanın göreliliğini elde ediyor.

Einstein'ın yaklaşımının özü, eter hipotezinin dayandığı mutlak uzay ve zamana ilişkin fikirlerin reddedilmesiydi. Bunun yerine elektromanyetik olaylara ve elektromanyetik radyasyonun yayılmasına ilişkisel bir yaklaşım benimsendi. Newton'un hareket yasaları, Galile dönüşümleriyle birbirine bağlanan tüm düzgün hareket eden sistemlerde aynı ilişkilerle ifade edildi ve ışık hızının gözlemlenen değerinin değişmezliği yasası, Lorentz dönüşümleriyle birbirine bağlanan tüm düzgün hareket eden sistemlerde aynı ilişkiyle ifade edildi.

Ancak Newton'un hareket yasaları Lorentz dönüşümleri altında değişmez değildir. Buradan Newton yasalarının gerçek mekanik yasaları olamayacağı sonucu çıkar (bunlar yalnızca yaklaşıktır ve oranın olduğu sınırlayıcı durumda geçerlidir). v/c sıfıra eğilimlidir).

Bununla birlikte, özel görelilik teorisi sınırlı koşullar için, yani düzgün hareket eden sistemler için de geçerlidir.

Einstein, özel görelilik teorisinin geliştirilmesine “Yerçekimi Merkezinin Hareketinin ve Bir Cismin Ataletinin Korunumu Yasası” adlı çalışmasında devam etti. Maxwell'in, bir ışık ışınının kütlesi olduğu, yani hareket ederken bir engele baskı uyguladığı sonucunu temel aldı. Bu varsayım deneysel olarak P.N. Einstein, çalışmasında kütle ve enerji arasındaki ilişkiyi kanıtladı. Bir cisim L enerjisi yaydığında kütlesinin L / V2 miktarına eşit miktarda azaldığı sonucuna vardı. Buradan genel bir sonuç çıkarıldı: Bir cismin kütlesi, onun içerdiği enerjinin bir ölçüsüdür. Enerji L'ye eşit miktarda değişirse, kütle de buna karşılık gelen L miktarı kadar ışık hızının karesine bölünür. Einstein'ın ünlü E=MC2 bağıntısı ilk kez böyle ortaya çıkıyor.

1911-1916'da Einstein görelilik teorisini genelleştirmeyi başardı. Daha önce de belirtildiği gibi 1905'te oluşturulan teoriye özel görelilik teorisi deniyordu çünkü. yalnızca doğrusal ve düzgün hareket için geçerliydi.

Genel görelilik teorisinde, uzay-zaman ilişkilerinin ve maddi süreçlerin bağımlılığının yeni yönleri ortaya çıktı. Bu teori, Öklidyen olmayan geometriler için fiziksel bir temel sağladı ve uzayın eğriliğini ve metriğinin Öklidyen olandan sapmasını, cisimlerin kütleleri tarafından oluşturulan yerçekimi alanlarının etkisiyle ilişkilendirdi.

Genel görelilik teorisi, niceliksel eşitliği uzun zaman önce klasik fizikte kurulmuş olan eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin denkliği ilkesine dayanmaktadır. Yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında ortaya çıkan kinematik etkiler, ivmenin etkisi altında ortaya çıkan etkilere eşdeğerdir. Yani, eğer bir roket 3 g'lik bir ivmeyle havalanırsa, roket mürettebatı sanki Dünya'nın yerçekimi alanının üç katı içindeymiş gibi hissedecektir.

Klasik mekanik, eylemsizlik ve ağırlığın neden aynı miktarla (kütle) ölçüldüğünü, neden ağır kütlenin eylemsizlik kütlesiyle orantılı olduğunu, başka bir deyişle cisimlerin neden aynı ivmeyle düştüğünü açıklayamadı. Öte yandan, eylemsizlik kuvvetlerini mutlak uzayda ivmeli hareketle açıklayan klasik mekanik, bu mutlak uzayın cisimlere etki ettiğine ancak onlardan etkilenmediğine inanıyordu. Bu, eylemsizlik sistemlerinin yalnızca mekanik yasalarının gözetildiği özel sistemler olarak tanımlanmasına yol açtı. Einstein, yerçekimi alanı dışındaki bir sistemin ivmeli hareketi ile yerçekimi alanındaki eylemsizlik hareketinin temelde ayırt edilemez olduğunu ilan etti. İvme ve yerçekimi fiziksel olarak ayırt edilemeyen etkiler yaratır.

Bu gerçek esasen Galileo tarafından ortaya konmuştur: tüm cisimler yerçekimi alanında (çevresel direncin yokluğunda) aynı ivmeyle hareket eder, belirli bir hıza sahip tüm cisimlerin yörüngeleri yerçekimi alanında eşit şekilde kavislidir. Bu nedenle, serbestçe düşen bir asansördeki yerçekimi alanını hiçbir deney tespit edemez. Başka bir deyişle, uzay-zamanın küçük bir bölgesinde yerçekimsel bir alanda serbestçe hareket eden bir referans çerçevesinde yer çekimi yoktur. Son ifade, eşdeğerlik ilkesinin formülasyonlarından biridir. Bu prensip, uzay aracındaki ağırlıksızlık olgusunu açıklamaktadır.

Eşdeğerlik ilkesini optik olgulara genişletirsek, bu bir takım önemli sonuçlara yol açacaktır. Bu, yerçekimi alanının etkisi altında bir ışık ışınının kırmızıya kayması ve sapması olgusudur.. Kırmızıya kayma etkisi, ışığın çekim potansiyeli daha büyük bir noktadan daha az çekim potansiyeline sahip noktalara yönlendirilmesiyle ortaya çıkar. Yani bu durumda frekansı azalır ve dalga boyu artar ve bunun tersi de geçerlidir. Örneğin, Dünya'ya düşen güneş ışığı buraya değişen bir frekansla gelecek ve spektral çizgiler spektrumun kırmızı kısmına doğru kayacaktır.

Yerçekimi alanındaki ışığın frekansındaki değişime ilişkin sonuç, büyük yerçekimsel kütlelerin yakınında zaman genişlemesinin etkisiyle ilişkilidir. Gölge alanlarının büyük olduğu yerlerde saat daha yavaş çalışır.

Böylece yeni bir temel sonuç elde edildi: ışığın hızı artık sabit bir değer değil, ışık ışınının yönünün yerçekimi alanının yönüyle çakışıp çakışmadığına bağlı olarak yerçekimi alanında artar veya azalır.

Yeni teori Newton'un teorisini niceliksel olarak çok az değiştirdi, ancak derin niteliksel değişiklikler getirdi. Atalet, yerçekimi ve cisimlerin ve saatlerin metrik davranışı, alanın tek bir özelliğine indirgendi ve genelleştirilmiş atalet yasası, hareket yasası rolünü üstlendi. Aynı zamanda uzay ve zamanın mutlak kategoriler olmadığı, cisimlerin ve kütlelerinin onları etkilediği ve metriklerini değiştirdiği gösterildi.

Genel görelilik teorisinde tartışılan uzayın eğriliği ve zamanın genişlemesi nasıl hayal edilebilir?

Bir lastik tabaka şeklinde bir uzay modeli hayal edelim (uzayın tamamı değil, düzlem dilimi olsa bile). Bu tabakayı yatay olarak uzatırsak ve üzerine büyük toplar koyarsak, kauçuğu bükecekler, topun kütlesi ne kadar büyük olursa. Bu, uzayın eğriliğinin bir cismin kütlesine bağımlılığını açıkça göstermektedir ve aynı zamanda Lobaçevski ve Riemann'ın Öklidyen olmayan geometrilerinin nasıl tasvir edilebileceğini de göstermektedir.

Görelilik teorisi, yalnızca kütleçekim alanlarının etkisi altında uzayın eğriliğini değil, aynı zamanda güçlü bir kütleçekim alanında zamanın yavaşlamasını da ortaya koydu. Uzayın dalgaları boyunca ilerleyen ışığın, uzayın düz bir dilimi boyunca hareket etmesinden daha uzun zaman alır. Genel görelilik teorisinin en fantastik tahminlerinden biri, çok güçlü bir çekim alanında zamanın tamamen durmasıdır. Zaman genişlemesi, ışığın yerçekimsel kırmızıya kaymasında kendini gösterir: Yerçekimi ne kadar güçlü olursa, dalga boyu o kadar uzun ve frekans o kadar düşük olur. Belirli koşullar altında dalga boyu sonsuza, frekansı ise sıfıra doğru yönelebilir. Onlar. ışık kaybolacak.

Güneşimizin yaydığı ışıkla yıldızımız küçülüp çapı 5 km (Güneş'in çapı » 1,5 milyon km) olan bir top haline gelirse bu gerçekleşebilir. Güneş bir “kara deliğe” dönüşecekti. Başlangıçta “kara delikler” teorik olarak tahmin ediliyordu. Ancak 1993 yılında iki gökbilimci Hulse ve Taylor, Kara Delik-Pulsar sisteminde böyle bir nesnenin keşfi nedeniyle Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Bu nesnenin keşfi, Einstein'ın genel görelilik teorisinin bir başka doğrulamasıydı.

Genel görelilik, Merkür'ün hesaplanan ve gerçek yörüngeleri arasındaki tutarsızlığı açıklayabildi. İçinde gezegenlerin yörüngeleri kapalı değil, yani her devrimden sonra gezegen uzayda farklı bir noktaya dönüyor. Merkür'ün hesaplanan yörüngesi 43?? hata verdi, yani günberisinin dönüşü gözlemlendi (günberi, onun etrafında dönen gezegenin yörüngesinin Güneş'e en yakın olduğu noktadır).

Bu etkiyi yalnızca genel görelilik teorisi, Güneş'in çekimsel kütlesinin etkisi altındaki uzayın eğriliğiyle açıklayabilirdi.

Görelilik teorisinde formüle edilen uzay ve zaman hakkındaki fikirler en tutarlı ve tutarlı olanlardır. Ancak makrokozmosa, büyük nesneleri, büyük mesafeleri ve uzun zaman dilimlerini inceleme deneyimine güveniyorlar. Mikro dünyanın olaylarını tanımlayan teoriler oluştururken, Einstein'ın teorisi, mikro dünyadaki kullanımıyla çelişen hiçbir deneysel veri olmamasına rağmen uygulanamayabilir. Ancak kuantum kavramlarının gelişiminin, uzay ve zaman fiziği anlayışının gözden geçirilmesini gerektirmesi mümkündür.

Şu anda genel görelilik teorisi, zaman ve uzayda meydana gelen süreçleri açıklayan, bilim dünyasında genel kabul görmüş bir teoridir. Ancak herhangi bir bilimsel teori gibi, belirli bir döneme ait bilgi düzeyine karşılık gelir. Yeni bilgilerin birikmesi ve yeni deneysel verilerin elde edilmesiyle her teori çürütülebilir.

Genel ve özel görelilik teorisi (yeni uzay ve zaman teorisi), tüm referans sistemlerinin eşit hale gelmesine, dolayısıyla tüm fikirlerimizin yalnızca belirli bir referans sisteminde anlam kazanmasına yol açtı. Dünyanın resmi göreceli, göreceli bir karakter kazandı, uzay, zaman, nedensellik, süreklilik hakkındaki temel fikirler değiştirildi, özne ve nesnenin kesin karşıtlığı reddedildi, algının her ikisini de içeren referans çerçevesine bağlı olduğu ortaya çıktı. özne ve nesne, gözlem yöntemi vb.)

Doğanın algılanmasına yönelik yeni bir göreli yaklaşıma dayanarak, bilim tarihinde yeni, üçüncü bir doğa bilimi paradigması formüle edildi. Aşağıdaki fikirlere dayanmaktadır:

• Ø Görelilik– yeni bilimsel paradigma mutlak bilgi fikrini terk etti. Bilim adamları tarafından keşfedilen tüm fiziksel yasalar belirli bir zamanda nesneldir. Bilim sınırlı ve yaklaşık kavramlarla ilgilenir ve yalnızca gerçeği kavramaya çalışır.
• Ø Neodeterminizm- doğrusal olmayan determinizm. Determinizmi doğrusal olmayan olarak anlamanın en önemli yönü, devam eden doğal süreçler için sözde dış bir nedenin varlığını varsayan zorunlu nedensellik fikrinin reddedilmesidir. Doğal süreçlerin seyrini analiz ederken hem zorunluluk hem de şans eşit haklara sahiptir.
• Ø Küresel evrimcilik– sürekli gelişen, dinamik bir sistem olarak doğa fikri. Bilim, doğayı yalnızca yapısı açısından değil, aynı zamanda içinde meydana gelen süreçler açısından da incelemeye başladı. Aynı zamanda doğadaki süreçlerin araştırılmasına da öncelik verilmektedir.
• Ø Bütüncülük- dünyanın tek bir bütün olarak vizyonu. Bu bütünün unsurları arasındaki bağlantının evrensel niteliği (zorunlu bağlantı).
• Ø Sinerji– bir araştırma yöntemi olarak, kendi kendini organize etmenin ve açık sistemlerin geliştirilmesinin evrensel ilkesi olarak.
• Ø Doğayı incelerken analiz ve sentez arasında makul bir denge kurmak. Öğreti, doğayı sonsuza kadar en küçük tuğlalara ayırmanın imkansız olduğunu anlamıştı. Özellikleri ancak bir bütün olarak doğanın dinamikleri aracılığıyla anlaşılabilir.
• Ø Doğanın evriminin dört boyutlu uzay-zaman sürekliliğinde gerçekleştiği ifadesi.

Görelilik teorisi 20. yüzyılın başlarında Albert Einstein tarafından ortaya atıldı. Özü nedir? Şimdi ana noktalara bakalım ve TOE'yi açık bir dille tanımlayalım.

Görelilik teorisi, 20. yüzyıl fiziğinin tutarsızlıklarını ve çelişkilerini pratikte ortadan kaldırdı, uzay-zamanın yapısı fikrinde radikal bir değişikliği zorladı ve çok sayıda deney ve çalışmayla deneysel olarak doğrulandı.

Böylece TOE tüm modern temel fiziksel teorilerin temelini oluşturdu. Aslında bu modern fiziğin anasıdır!

Öncelikle 2 görelilik teorisinin olduğunu belirtmekte fayda var:

• Özel görelilik teorisi (STR) - eşit şekilde hareket eden nesnelerdeki fiziksel süreçleri dikkate alır.
• Genel görelilik (GTR) - hızlanan nesneleri tanımlar ve yerçekimi ve varoluş gibi olayların kökenini açıklar.

STR'nin daha önce ortaya çıktığı ve esasen GTR'nin bir parçası olduğu açıktır. Önce ondan bahsedelim.

Basit kelimelerle STO

Teori, herhangi bir doğa kanununun sabit ve sabit bir hızla hareket eden cisimler için aynı olduğunu ileri süren görelilik ilkesine dayanmaktadır. Ve bu kadar basit görünen bir düşünceden, ışığın hızının (boşlukta 300.000 m/s) tüm cisimler için aynı olduğu sonucu çıkar.

Örneğin, size uzak gelecekten büyük hızla uçabilen bir uzay gemisi verildiğini hayal edin. Geminin pruvasına, fotonları ileri doğru fırlatabilen bir lazer topu yerleştirildi.

Gemiye göre bu tür parçacıklar ışık hızında uçuyor, ancak sabit bir gözlemciye göre, her iki hız da toplandığı için daha hızlı uçmaları gerektiği anlaşılıyor.

Ancak gerçekte bu gerçekleşmez! Dışarıdan bir gözlemci, sanki uzay aracının hızı bunlara eklenmemiş gibi, fotonların 300.000 m/s hızla hareket ettiğini görmektedir.

Şunu hatırlamanız gerekir: Herhangi bir cisme göre ışığın hızı, ne kadar hızlı hareket ederse etsin, sabit bir değer olacaktır.

Buradan zaman genişlemesi, uzunlamasına daralma ve vücut ağırlığının hıza bağımlılığı gibi şaşırtıcı sonuçlar çıkar. Aşağıdaki bağlantıdaki makalede Özel Görelilik Teorisinin en ilginç sonuçları hakkında daha fazla bilgi edinin.

Genel göreliliğin özü (GR)

Bunu daha iyi anlamak için iki gerçeği tekrar birleştirmemiz gerekiyor:

• Dört boyutlu uzayda yaşıyoruz

Uzay ve zaman, "uzay-zaman sürekliliği" adı verilen aynı varlığın tezahürleridir. Bu, x, y, z ve t koordinat eksenlerine sahip 4 boyutlu uzay-zamandır.

Biz insanlar 4 boyutu eşit olarak algılayamıyoruz. Esasında, gerçek dört boyutlu bir nesnenin yalnızca uzay ve zamana izdüşümlerini görüyoruz.

İlginç bir şekilde görelilik teorisi, cisimlerin hareket ettikçe değiştiğini söylemiyor. 4 boyutlu nesneler her zaman değişmeden kalır ancak göreceli hareketle projeksiyonları değişebilir. Bunu da zamanın yavaşlaması, boyutun küçülmesi vb. olarak algılıyoruz.

• Bütün cisimler sabit hızla düşer ve ivmelenmezler

Korkunç bir düşünce deneyi yapalım. Kapalı bir asansörde olduğunuzu ve ağırlıksız bir durumda olduğunuzu hayal edin.

Bu durum ancak iki nedenden dolayı ortaya çıkabilir: Ya uzaydasınız ya da yer çekiminin etkisi altında kabinle birlikte serbestçe düşüyorsunuz.

Kabinin dışına bakmadan bu iki durumu birbirinden ayırmak kesinlikle imkansızdır. Sadece bir durumda eşit şekilde uçarsınız, diğerinde ise ivmeyle uçarsınız. Tahmin etmeniz gerekecek!

Belki Albert Einstein'ın kendisi de hayali bir asansör düşünüyordu ve aklına şaşırtıcı bir fikir geldi: Eğer bu iki durum birbirinden ayırt edilemiyorsa, o zaman yerçekimi nedeniyle düşmek de tekdüze bir harekettir. Hareket, dört boyutlu uzay-zamanda basitçe tekdüzedir, ancak büyük cisimlerin varlığında (örneğin) kavislidir ve tekdüze hareket, hızlandırılmış hareket biçiminde olağan üç boyutlu uzayımıza yansıtılır.

Tamamen doğru olmasa da, iki boyutlu uzayın eğriliğine ilişkin daha basit bir başka örneğe bakalım.

Herhangi bir devasa cismin altında bir tür huni şeklinde bir huni oluşturduğunu hayal edebilirsiniz. O zaman yanımızdan geçip giden diğer cisimler, hareketlerini düz bir çizgide sürdüremeyecek ve eğri uzayın kıvrımlarına göre yörüngelerini değiştireceklerdir.

Bu arada, vücudun fazla enerjisi yoksa hareketi kapalı olabilir.

Hareket eden cisimler açısından bakıldığında, onları döndüren hiçbir şey hissetmedikleri için düz bir çizgide hareket etmeye devam ettiklerini belirtmekte fayda var. Sonunda kavisli bir alana geldiler ve farkında olmadan doğrusal olmayan bir yörüngeye sahip oldular.

Zaman da dahil olmak üzere 4 boyutun büküldüğü unutulmamalıdır, dolayısıyla bu benzetmeye dikkatle yaklaşılmalıdır.

Dolayısıyla genel görelilik teorisinde yerçekimi bir kuvvet değil, yalnızca uzay-zamanın bükülmesinin bir sonucudur. Şu anda bu teori, yerçekiminin kökeninin işleyen bir versiyonudur ve deneylerle mükemmel bir uyum içindedir.

Genel göreliliğin şaşırtıcı sonuçları

Işık ışınları büyük cisimlerin yakınında uçarken bükülebilir. Nitekim uzayda başkalarının arkasına "saklanan" uzak nesneler bulunmuştur, ancak ışık bize ulaştığı için ışık ışınları onların etrafında bükülür.

Genel göreliliğe göre kütle çekimi ne kadar güçlü olursa zaman da o kadar yavaş akar. GPS ve GLONASS'ı çalıştırırken bu gerçeğin dikkate alınması gerekir, çünkü uyduları Dünya'dakinden biraz daha hızlı çalışan en doğru atom saatleriyle donatılmıştır. Bu gerçek dikkate alınmazsa, bir gün içinde koordinat hatası 10 km olacaktır.

Yakınlarda bir kütüphanenin veya mağazanın nerede olduğunu Albert Einstein sayesinde anlayabilirsiniz.

Ve son olarak, genel görelilik, etrafında yerçekiminin o kadar güçlü olduğu ve zamanın yakında durduğu kara deliklerin varlığını öngörüyor. Bu nedenle kara deliğe düşen ışık onu terk edemez (yansıtamaz).

Bir kara deliğin merkezinde devasa yerçekimsel sıkıştırma nedeniyle sonsuz yüksek yoğunluğa sahip bir nesne oluşur ve öyle görünüyor ki bu var olamaz.

Dolayısıyla genel görelilik, aksine çok çelişkili sonuçlara yol açabilir, bu nedenle fizikçilerin çoğunluğu onu tamamen kabul etmedi ve bir alternatif aramaya devam etti.

Ancak pek çok şeyi başarılı bir şekilde tahmin etmeyi başarıyor; örneğin yakın zamanda yapılan sansasyonel bir keşif, görelilik teorisini doğruladı ve büyük bilim adamını dili dışarıda bir kez daha hatırlamamızı sağladı. Bilimi seviyorsanız WikiScience'ı okuyun.

SRT, TOE - bu kısaltmalar, neredeyse herkesin bildiği tanıdık "görelilik teorisi" terimini gizler. Basit bir dille her şey açıklanabilir, hatta bir dahinin ifadesi bile, bu nedenle okuldaki fizik dersinizi hatırlamıyorsanız umutsuzluğa kapılmayın, çünkü aslında her şey göründüğünden çok daha basittir.

Teorinin kökeni

Öyleyse "Aptallar İçin Görelilik Teorisi" kursuna başlayalım. Albert Einstein, çalışmasını 1905'te yayınladı ve bu, bilim adamları arasında heyecan yarattı. Bu teori, geçen yüzyılın fiziğindeki birçok boşluğu ve tutarsızlığı neredeyse tamamen kapsıyordu, ancak her şeyin ötesinde, uzay ve zaman fikrinde devrim yarattı. Einstein'ın açıklamalarının çoğuna çağdaşları inanmakta güçlük çekiyordu, ancak deneyler ve araştırmalar yalnızca büyük bilim adamının sözlerini doğruladı.

Einstein'ın görelilik teorisi, insanların yüzyıllardır uğraştığı şeyi basit terimlerle açıklıyordu. Tüm modern fiziğin temeli denilebilir. Ancak görelilik teorisiyle ilgili konuşmaya devam etmeden önce terimler konusunu açıklığa kavuşturmak gerekiyor. Elbette popüler bilim makalelerini okuyan pek çok kişi iki kısaltmayla karşılaştı: STO ve GTO. Aslında biraz farklı kavramları ima ediyorlar. Birincisi özel görelilik teorisi, ikincisi ise "genel görelilik" anlamına geliyor.

Sadece karmaşık bir şey

STR daha sonra GTR'nin bir parçası haline gelen daha eski bir teoridir. Yalnızca düzgün hızla hareket eden nesneler için fiziksel süreçleri dikkate alabilir. Genel teori, hızlanan nesnelere ne olduğunu açıklayabilir ve ayrıca graviton parçacıklarının ve yerçekiminin neden var olduğunu açıklayabilir.

Işık hızına yaklaşırken hem hareketi hem de uzay-zaman ilişkisini anlatmak gerekiyorsa bunu özel görelilik teorisi yapabilir. Basit bir ifadeyle şu şekilde açıklanabilir: Mesela gelecekten gelen arkadaşlar size yüksek hızda uçabilen bir uzay gemisi verdi. Uzay gemisinin burnunda, önüne gelen her şeye foton atabilen bir top bulunmaktadır.

Bir atış yapıldığında, bu parçacıklar gemiye göre ışık hızında uçarlar, ancak mantıksal olarak sabit bir gözlemci iki hızın (fotonların kendisi ve gemi) toplamını görmelidir. Ama öyle bir şey yok. Gözlemci, sanki geminin hızı sıfırmış gibi, fotonların 300.000 m/s hızla hareket ettiğini görecektir.

Mesele şu ki, bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse etsin, onun için ışığın hızı sabit bir değerdir.

Bu ifade, cismin kütlesine ve hızına bağlı olarak zamanın yavaşlaması, çarpıtılması gibi şaşırtıcı mantıksal çıkarımların temelini oluşturmaktadır. Pek çok bilim kurgu filminin ve dizisinin konusu buna dayanıyor.

Genel görelilik teorisi

Basit bir dille daha geniş kapsamlı genel görelilik açıklanabilir. Öncelikle uzayımızın dört boyutlu olduğu gerçeğini hesaba katmalıyız. Zaman ve uzay, "uzay-zaman sürekliliği" gibi bir "konu"da birleşmiştir. Uzayımızda dört koordinat ekseni vardır: x, y, z ve t.

Ancak iki boyutlu bir dünyada yaşayan varsayımsal düz bir insanın yukarıya bakamaması gibi, insanlar da dört boyutu doğrudan algılayamazlar. Aslında dünyamız yalnızca dört boyutlu uzayın üç boyutlu uzaya yansıtılmasından ibarettir.

İlginç bir gerçek şu ki, genel görelilik teorisine göre cisimler hareket ederken değişmezler. Dört boyutlu dünyanın nesneleri aslında her zaman değişmez ve hareket ettiklerinde yalnızca projeksiyonları değişir; biz bunu zamanın çarpıtılması, boyutun küçülmesi veya artması vb. olarak algılarız.

Asansör deneyi

Görelilik teorisi küçük bir düşünce deneyi kullanılarak basit terimlerle açıklanabilir. Bir asansörde olduğunuzu hayal edin. Kabin hareket etmeye başladı ve kendinizi ağırlıksız bir durumda buldunuz. Ne oldu? Bunun iki nedeni olabilir: Ya asansör uzaydadır ya da gezegenin yerçekiminin etkisi altında serbest düşüştedir. En ilginç olanı, asansör kabininden dışarı bakmak mümkün değilse, yani her iki süreç de aynı görünüyorsa, ağırlıksızlığın nedenini bulmanın da imkansız olmasıdır.

Belki de benzer bir düşünce deneyi yaptıktan sonra Albert Einstein, eğer bu iki durum birbirinden ayırt edilemezse, o zaman aslında yerçekiminin etkisi altındaki cisim ivmelenmez, etki altında eğrilen düzgün bir harekettir sonucuna varmıştır. devasa bir cismin (bu durumda bir gezegen) Dolayısıyla hızlandırılmış hareket, yalnızca düzgün hareketin üç boyutlu uzaya yansıtılmasıdır.

İyi bir örnek

"Aptallar için Görelilik" konusuyla ilgili bir başka güzel örnek. Tamamen doğru değil ama çok basit ve net. Gerilmiş bir kumaşın üzerine herhangi bir nesne koyarsanız, altında bir “sapma” veya “huni” oluşur. Tüm küçük cisimler uzayın yeni kıvrımına göre yörüngelerini bozmak zorunda kalacak ve eğer bedenin enerjisi azsa bu huniyi hiç aşamayabilir. Bununla birlikte, hareket eden nesnenin bakış açısından bakıldığında yörünge düz kalır; uzayın bükülmesini hissetmezler.

Yerçekimi "seviyesi düşürüldü"

Genel görelilik teorisinin ortaya çıkışıyla birlikte, yerçekimi bir kuvvet olmaktan çıktı ve artık zaman ve uzayın eğriliğinin basit bir sonucu olmakla yetindi. Genel görelilik fantastik görünebilir ancak çalışan bir versiyondur ve deneylerle doğrulanmıştır.

Görelilik teorisi dünyamızdaki inanılmaz görünen pek çok şeyi açıklayabilir. Basit bir ifadeyle bu tür şeylere genel göreliliğin sonuçları denir. Örneğin, büyük cisimlerin yakınında uçan ışık ışınları bükülür. Üstelik derin uzaydan gelen birçok nesne birbirinin arkasına gizlenmiştir, ancak ışık ışınlarının diğer cisimlerin etrafında bükülmesi nedeniyle, görünüşte görünmez nesnelere gözlerimiz (daha doğrusu bir teleskopun gözleri) tarafından erişilebilir. Duvarların arkasından bakmak gibi.

Yerçekimi ne kadar büyük olursa, bir nesnenin yüzeyinde zaman o kadar yavaş akar. Bu sadece nötron yıldızları veya kara delikler gibi devasa cisimler için geçerli değil. Zaman genişlemesinin etkisi Dünya'da bile gözlemlenebilmektedir. Örneğin uydu navigasyon cihazları son derece hassas atom saatleriyle donatılmıştır. Gezegenimizin yörüngesindeler ve orada zaman biraz daha hızlı akıyor. Bir gündeki saniyenin yüzde biri, Dünya'daki rota hesaplamalarında 10 km'ye varan hataya neden olacak bir rakama denk geliyor. Bu hatayı hesaplamamızı sağlayan görelilik teorisidir.

Basitçe şu şekilde ifade edebiliriz: Birçok modern teknolojinin temelinde genel görelilik vardır ve Einstein sayesinde yabancı bir bölgede bir pizzacıyı ve bir kütüphaneyi kolaylıkla bulabiliriz.

Genel göreliliğin özel görelilikten farkı nedir?

Özel görelilik teorisi (STR) (özel görelilik teorisi; göreli mekanik), ışık hızına yakın hareket hızlarında hareketi, mekaniğin yasalarını ve uzay-zaman ilişkilerini açıklayan bir teoridir. Özel görelilik çerçevesinde klasik Newton mekaniği düşük hız yaklaşımıdır. STR'nin yerçekimi alanları için genelleştirilmesine genel görelilik denir.

Genel görelilik, Albert Einstein tarafından 1915-1916'da yayınlanan özel görelilik teorisini (STR) geliştiren geometrik bir yerçekimi teorisidir. Genel görelilik teorisi çerçevesinde, diğer metrik teorilerde olduğu gibi, yerçekimi etkilerinin, uzay-zamanda yer alan cisimler ve alanların kuvvet etkileşiminden değil, bizzat uzay-zamanın deformasyonundan kaynaklandığı ileri sürülmektedir. özellikle kütle enerjisinin varlığıyla ilişkilidir. Genel görelilik, uzay-zamanın eğriliğini içinde mevcut olan maddeyle ilişkilendirmek için Einstein'ın denklemlerini kullanması nedeniyle diğer metrik yerçekimi teorilerinden farklıdır.

Einstein'ın teorisinin geçerliliğine dair deneysel kanıtlar verin.

Genel göreliliğin kanıtları

Referans çerçevelerinin hızlandırılmasıyla ilişkili etkiler

Bu etkilerden ilki, yerçekimsel zaman genişlemesidir; bu nedenle herhangi bir saat, yerçekimsel deliğin derinliklerinde (kütle çekim yapan cisme ne kadar yakınsa) o kadar yavaşlar. Bu etki doğrudan Hafele-Keating deneyinde ve Yerçekimi Sondası A deneyinde doğrulandı ve GPS'te de sürekli olarak doğrulandı.

Doğrudan ilgili bir etki, ışığın yerçekimsel kırmızıya kaymasıdır. Bu etki, ışık yerçekimi kuyusundan dışarıya doğru (bir noktadan) yayıldığında, yerel saate göre ışığın frekansında bir azalma (buna göre spektrum çizgilerinin yerel ölçeğe göre spektrumun kırmızı ucuna kayması) olarak anlaşılır. daha düşük yerçekimi potansiyeline sahip bir alandan daha yüksek bir potansiyele sahip bir alana) /

Yerçekimsel zaman genişlemesi, Shapiro etkisi (aynı zamanda yerçekimsel sinyal gecikmesi olarak da bilinir) adı verilen başka bir etkiyi gerektirir. Bu etki nedeniyle, elektromanyetik sinyaller yerçekimi alanında, bu alanın yokluğunda olduğundan daha uzun yol alır. Bu fenomen, güneş sistemindeki gezegenlerin ve Güneş'in arkasından geçen uzay araçlarının radarla izlenmesinin yanı sıra çift pulsarlardan gelen sinyallerin gözlemlenmesiyle keşfedildi.

Genel göreliliğin en ünlü erken testi, 1919'daki tam güneş tutulmasıyla mümkün oldu. Arthur Eddington, yıldızdan gelen ışığın tam olarak genel göreliliğin öngördüğü gibi Güneş'e yakın bir yerde büküldüğünü gösterdi.

Işık yolunun bükülmesi herhangi bir hızlandırılmış referans çerçevesinde meydana gelir. Bununla birlikte, gözlemlenen yörüngenin ve kütleçekimsel merceklenme etkilerinin ayrıntılı görünümü, uzay-zamanın eğriliğine bağlıdır. Einstein bu etkiyi 1911'de öğrendi ve yörüngelerin eğrilik miktarını buluşsal olarak hesapladığında, bunun klasik mekaniğin ışık hızında hareket eden parçacıklar için öngördüğüyle aynı olduğu ortaya çıktı. 1916'da Einstein, genel görelilikte, ışığın yayılma yönündeki açısal kaymanın, önceki düşüncenin aksine, Newton teorisindekinden iki kat daha büyük olduğunu keşfetti. Böylece bu tahmin, genel göreliliği test etmenin başka bir yolu haline geldi.

1919'dan bu yana, bu fenomen, güneş tutulmaları sırasında yıldızların astronomik gözlemleriyle doğrulandı ve ayrıca ekliptik boyunca Güneş'in yakınından geçen kuasarların radyo interferometrik gözlemleriyle de yüksek doğrulukla doğrulandı.

Son olarak, herhangi bir yıldızın önünden kompakt, büyük bir nesne geçtiğinde parlaklığı artabilir. Bu durumda uzaktaki yıldızın, ışığın yerçekimsel sapması nedeniyle büyümüş ve bozulmuş görüntüleri çözümlenemez (birbirlerine çok yakındırlar) ve basitçe yıldızın parlaklığında bir artış gözlemlenir. Bu etkiye mikro mercekleme adı veriliyor ve artık MASNO, EROS (İngilizce) ve diğerleri gibi yıldızlardan gelen ışığın yerçekimsel mikro merceklenmesi yoluyla Galaksimizin görünmez cisimlerini inceleyen projeler çerçevesinde düzenli olarak gözlemleniyor.

Yörünge etkileri

Genel Görelilik, Newton'un gök mekaniği teorisinin, yerçekimine bağlı sistemlerin (Güneş sistemi, çift yıldızlar vb.) dinamikleriyle ilgili tahminlerini düzeltir.

Genel Göreliliğin ilk etkisi, tüm gezegensel yörüngelerin günberisinin devinmesiydi, çünkü Newton'un çekim potansiyeli küçük bir göreli katkı maddesine sahip olacak ve bu da açık yörüngelerin oluşmasına yol açacaktı. Bu tahmin, genel göreliliğin ilk doğrulanmasıydı; çünkü Einstein'ın 1916'da elde ettiği devinim değeri, Merkür'ün günberisindeki anormal devinim ile tamamen örtüşüyordu. Böylece o dönemde bilinen gök mekaniği problemi çözülmüş oldu.

Daha sonra Venüs, Dünya, asteroit Icarus yakınlarında ve çift pulsar sistemlerinde daha güçlü bir etki olarak göreli günberi devinimi de gözlemlendi. R. Hulse ve D. Taylor, 1974 yılında ilk çift pulsar PSR B1913+16'nın keşfi ve araştırması nedeniyle 1993 yılında Nobel Ödülü'nü aldı.

SRT kanıtı

Özel görelilik teorisi tüm modern fiziğin temelini oluşturur. Bu nedenle SRT'yi “kanıtlayan” ayrı bir deney yoktur. Yüksek enerji fiziği, nükleer fizik, spektroskopi, astrofizik, elektrodinamik ve fiziğin diğer alanlarındaki deneysel verilerin tamamı, deneysel doğruluk sınırları dahilinde görelilik teorisiyle tutarlıdır. Örneğin, kuantum elektrodinamiğinde (STR, kuantum teorisi ve Maxwell denklemlerinin bir kombinasyonu), bir elektronun anormal manyetik momentinin değeri, 10?'lik göreceli doğrulukla teorik tahminle çakışır. 9.

Aslında SRT bir mühendislik bilimidir. Formülleri parçacık hızlandırıcıların hesaplanmasında kullanılır. Elektromanyetik alanlarda göreceli hızlarda hareket eden parçacıkların çarpışmalarına ilişkin büyük miktarda verinin işlenmesi, sapmaları tespit edilmeyen göreceli dinamik yasalarına dayanmaktadır. Uydu navigasyon sistemlerinde (GPS) SRT ve GTR'den kaynaklanan düzeltmeler kullanılır. SRT nükleer enerjinin vb. temelidir.