Teori relativiti - apakah ia? Postulat teori relativiti. Masa dan ruang dalam teori relativiti

Kembali pada abad ke-20 awal telah merumuskan teori relativiti. Apa dan siapa penciptanya tahu setiap anak sekolah hari ini. Ia begitu menarik bahawa ia juga berminat dengan orang yang jauh daripada sains. Dalam artikel ini dalam bahasa yang mudah menerangkan teori relativiti: apa itu, apakah dalil-dalil dan aplikasinya.

Dikatakan bahawa untuk Albertu Eynshteynu, pencipta, wawasan itu datang dalam sekelip mata. Saintis didakwa menunggang trem di Bern, Switzerland. Dia melihat jam jalan dan menyedari bahawa jam akan berhenti apabila trem mempercepatkan kelajuan cahaya. Dalam kes ini ia tidak akan menjadi masa. dalam teori relativiti ia memainkan peranan yang sangat penting. Salah satu daripada postulat dirumuskan oleh Einstein - pemerhati yang berbeza melihat realiti berbeza. Ini terpakai khususnya kepada masa dan jarak.

Perakaunan untuk kedudukan pemerhati

Pada hari itu, Albert menyedari bahawa bahasa sains, penerangan daripada mana-mana fenomena fizikal atau peristiwa bergantung kepada sama ada pemerhati adalah dalam rangka rujukan. Sebagai contoh, jika ada trem penumpang akan keciciran mata, mereka jatuh berhubung dengan ia lurus ke bawah. Jika kita melihat dari perspektif berdiri di jalan pejalan kaki, trajektori kejatuhan sepadan dengan parabola, kerana bergerak trem manakala cermin mata jatuh. Oleh itu, sistem rujukan pada semua orang. Kami menawarkan melihat dengan lebih dekat prinsip asas teori relativiti.

undang-undang lalu lintas diedarkan dan prinsip kerelatifan

Walaupun fakta bahawa apabila anda menukar penerangan acara mengira sistem berbeza-beza, ada beberapa perkara sejagat yang tetap sama. Untuk memahami ini, seseorang itu tertanya-tanya tidak keciciran mata, dan undang-undang alam semula jadi, yang menyebabkan ia jatuh. Untuk mana-mana pemerhati, tanpa mengira perintah itu dalam bergerak atau sistem tetap koordinat itu, jawapannya adalah tidak berubah. Undang-undang ini dikenali sebagai undang-undang pengagihan trafik. Ia adalah sama sah di trem, dan di jalan. Dalam erti kata lain, jika perihal peristiwa sentiasa bergantung kepada siapa yang menonton mereka, maka ini tidak terpakai kepada undang-undang alam. Mereka, kerana ia dinyatakan dalam bahasa saintifik, tak berubah. Bahawa ini adalah prinsip relativiti.

Dua teori Einstein

prinsip ini, serta mana-mana hipotesis yang lain, ia adalah perlu untuk menyemak pertama, menghubungkaitkan dengan fenomena semula jadi aktif dalam realiti kita. Einstein yang diperolehi 2 teori relativiti. Walaupun mereka yang berkaitan, tetapi dianggap berasingan.

Swasta atau khas teori relativiti (SRT) adalah berdasarkan premis bahawa, untuk semua jenis sistem rujukan, yang merupakan kelajuan malar, undang-undang alam adalah sama. kerelatifan am (GR) Prinsip ini terpakai kepada mana-mana rangka rujukan, termasuk orang-orang yang bergerak dengan pecutan. Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan teori yang pertama. Kedua, yang lebih kompleks dari segi alat matematik, siap pada tahun 1916. Penciptaan teori relativiti, SRT dan GRT, adalah satu langkah yang penting dalam pembangunan fizik. Mari kita kekal pada setiap daripada mereka.

teori khas relativiti

Ada apa, apa yang asasnya? Mari kita menjawab soalan ini. Ia adalah teori ini meramalkan banyak kesan paradoks yang bertentangan dengan intuisi kami tentang bagaimana dunia berfungsi. Ini adalah kesan yang berlaku apabila kelajuan menghampiri kelajuan cahaya. Yang paling terkenal di antara mereka adalah kesan masa pengembangan (daripada jam). Jam tangan yang bergerak relatif kepada pemerhati, adalah lebih perlahan daripada orang-orang yang berada di dalam tangannya untuk beliau.

Dalam sistem koordinat bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya, sedang menghulurkan relatif kepada pemerhati, dan panjang objek (setakat spatial), sebaliknya, dimampatkan sepanjang arah paksi gerakan ini. Kesan ini saintis panggilan Fitzgerald pengecutan Lorentz. Namun pada tahun 1889 beliau sifatkan Dzhordzh Fitsdzherald, seorang ahli fizik Itali. Dan pada tahun 1892, Hendrik Lorentz, seorang Belanda, katanya. Kesan ini menjelaskan hasil negatif, yang memberikan eksperimen Michelson-Morley, di mana halaju planet di angkasa lepas ditentukan dengan mengukur "angin aether". Ini adalah prinsip asas teori relativiti (khas). Einstein ditambah ini berat persamaan formula penukaran dibuat oleh analogi. Menurut ia, untuk kelajuan badan menghampiri kelajuan cahaya, berat badan meningkat. Sebagai contoh, jika kelajuan 260K. Km / s, iaitu 87% daripada kelajuan cahaya, dari sudut pandangan seorang pemerhati yang berada dalam bingkai rujukan bergerak, untuk menggandakan jisim objek.

pengesahan STO

Semua peruntukan-peruntukan ini, apa sahaja perkara yang bertentangan dengan akal, ke semasa Einstein secara langsung dan sepenuhnya disahkan dalam pelbagai eksperimen. Salah seorang daripada mereka mengadakan University of Michigan penyelidik. Ini eksperimen ingin tahu mengesahkan teori relativiti dalam fizik. Penyelidik diletakkan di atas kapal pesawat, yang kerap membuat penerbangan transatlantik, ultra-tepat jam atom. Setiap kali selepas kembali ke kesaksian waktu ini diperiksa dengan kawalan lapangan terbang. Ternyata bahawa jam di atas kapal terbang setiap kali lebih dan lebih ketinggalan kawalan. Sudah tentu, ia hanya angka kecil, pecahan kedua, tetapi hakikatnya adalah sangat penting.

Para penyelidik setengah abad yang lalu sedang mengkaji pemecut zarah asas - satu kompleks perkakasan besar. Dalam rasuk elektron atau proton, iaitu dikenakan zarah subatom dipercepatkan selagi mereka tidak mendekati kelajuan cahaya. Selepas itu mereka membedil sasaran nuklear. Dalam ujian ini, anda perlu mengambil kira fakta bahawa jisim zarah meningkat, jika tidak, keputusan eksperimen tidak boleh ditafsirkan. Dalam hal ini, stesen tidak lagi hanya teori andaian. Ia telah menjadi salah satu alat yang digunakan dalam kejuruteraan gunaan, bersama-sama dengan undang-undang Newton mekanik. Prinsip-prinsip teori relativiti mendapati penggunaan praktikal yang besar hari ini.

STO dan Newton undang-undang

Bercakap tentang hukum Newton (potret ahli sains dibentangkan di atas), ia harus diperhatikan bahawa teori khas relativiti, yang seolah-olah bercanggah dengan mereka, sebenarnya mengeluarkan semula persamaan hukum Newton hampir tepat, jika ia digunakan untuk menggambarkan sebuah badan yang kelajuan pergerakan lebih kurang daripada kelajuan cahaya. Dalam erti kata lain, jika anda menggunakan relativiti khas, fizik Newton tidak dibatalkan. teori ini, sebaliknya, melengkapi dan memanjangkan ia.

Kelajuan cahaya - yang tetap universal

Menggunakan prinsip relativiti, kita boleh memahami mengapa ia memainkan peranan penting adalah kelajuan cahaya, daripada apa-apa lagi di dunia ini model struktur. Soalan ini dibangkitkan oleh mereka yang baru memulakan kebiasaan dengan fizik. Kelajuan cahaya adalah pemalar universal kerana ia ditakrifkan sedemikian oleh undang-undang semula jadi (lanjut mengenai ini boleh didapati dengan mengkaji persamaan Maxwell). Kelajuan cahaya dalam vakum, menurut prinsip relativiti, dalam mana-mana bingkai rujukan adalah sama. Anda mungkin berfikir bahawa ia adalah bertentangan dengan akal. Ia mengikuti bahawa kepada pemerhati pada masa yang sama sebagai cahaya datang dari sumber tetap dan dari bergerak (tidak kira sama ada ia bergerak dengan halaju a). Walau bagaimanapun, ia tidak. Kelajuan cahaya, terima kasih kepada peranan yang istimewa diberikan tempat pusat tidak hanya khas, tetapi juga dalam kerelatifan am. Dan memberitahu mengenainya.

Teori umum Relativiti

Ia digunakan, seperti yang telah kita berkata, untuk semua bingkai rujukan tidak semestinya orang-orang yang kelajuan gerakan relatif antara satu sama lain adalah tetap. Secara matematik, teori ini kelihatan lebih sukar daripada istimewa. Ini menjelaskan fakta bahawa di antara penerbitan mereka telah berlalu 11 tahun. GTR termasuk yang istimewa sebagai kes khas. Oleh itu, undang-undang Newton juga sebahagian daripadanya. Walau bagaimanapun, kerelatifan am pergi jauh di luar pendahulunya. Sebagai contoh, ia dijelaskan dalam graviti baru.

dimensi keempat

Terima kasih kepada dunia empat dimensi menjadi GRT: Masa ditambah kepada tiga dimensi spatial. Kesemua mereka tidak dapat dipisahkan, oleh itu, ia adalah perlu untuk tidak bercakap tentang jarak ruang yang wujud di dunia tiga dimensi antara dua objek. Ia kini menyala selang spatio-temporal antara peristiwa yang berbeza, menyatukan jarak kedua-dua ruang dan masa mereka antara satu sama lain. Dalam erti kata lain, masa dan ruang dalam teori relativiti adalah dianggap kesinambungan empat dimensi. Ia boleh ditakrifkan sebagai ruang-masa. Ini kontinum dari orang-orang pemerhati yang bergerak relatif kepada satu sama lain, akan mempunyai pendapat yang berbeza, walaupun kira-kira mana-mana dua peristiwa, atau salah seorang daripada mereka jika ada kedua-dua didahului oleh orang lain. Walau bagaimanapun, hubungan sebab dan akibat tidak dicabuli. Dengan kata lain, kewujudan apa-apa sistem koordinat, di mana dua peristiwa berlaku dalam urutan yang berbeza dan tidak pada masa yang sama, tidak membenarkan walaupun GR a.

kerelatifan am dan undang-undang graviti universal

Menurut undang-undang graviti universal, ditemui oleh Newton, daya tarikan bersama wujud di alam semesta antara mana-mana dua badan. Tanah dengan kedudukan ini diputar mengelilingi matahari, kerana terdapat kuasa-kuasa tarikan antara mereka. Bagaimanapun, pasukan UTO untuk melihat di sisi lain kepada fenomena ini. Graviti, menurut teori ini - hasil daripada "kelengkungan" (ubah bentuk) ruang-masa, yang diperhatikan di bawah pengaruh massa. Badan adalah lebih berat (dalam contoh kita, matahari), yang lebih "flex" di bawah dia ruang-masa. Oleh itu, yang medan graviti adalah begitu kuat.

Dalam usaha untuk lebih memahami intipati teori relativiti, pertimbangkan perbandingan. tanah, menurut kerelatifan am, berputar mengelilingi matahari, seperti bola kecil yang gulung di sekeliling kawah kon, yang terbentuk hasil daripada "memaksa" matahari ruang-masa. Dan hakikat bahawa kita digunakan untuk mengambil kuasa graviti sebenarnya manifestasi luaran kelengkungan, dan tidak dengan kekerasan, dalam erti kata Newton. penjelasan yang lebih baik fenomena graviti daripada yang dicadangkan dalam GRT, setakat ini tidak dijumpai.

Kaedah untuk ujian kerelatifan am

Perhatikan bahawa GRT tidak mudah untuk memeriksa, kerana ia menyebabkan makmal hampir mematuhi undang-undang graviti universal. Bagaimanapun, saintis masih mempunyai beberapa eksperimen penting. Keputusan mereka mencadangkan bahawa teori Einstein disahkan. GRT juga membantu untuk menjelaskan fenomena yang berbeza diperhatikan dalam ruang. Ini, sebagai contoh, penyelewengan kecil Mercury dari orbit pegun itu. Dari sudut pandangan mekanik klasik Newtonian tidak dapat menjelaskan mereka. Ini juga mengapa radiasi elektromagnet dari bintang yang jauh dibengkokkan kerana ia pas berhampiran matahari.

Keputusan diramalkan oleh kerelatifan am, sebenarnya, banyak berbeza dari orang-orang yang memberikan undang-undang Newton (potret beliau dibentangkan di atas) hanya apabila terdapat medan graviti superstrong. Oleh itu, untuk melengkapkan pengesahan kerelatifan am memerlukan sama ada ukuran yang sangat tepat massa besar objek, atau lubang hitam, kerana perwakilan biasa kami berhubung dengan mereka yang tidak berkenaan. Oleh itu, pembangunan kaedah eksperimen untuk menguji teori ini adalah salah satu tugas utama fizik eksperimen moden.

Fikiran ramai saintis, dan orang jauh dari sains mengambil dicipta oleh teori Einstein relativiti. Ada apa, kita bercakap secara ringkas. Teori ini bertukar idea biasa kami tentang dunia, supaya kepentingan dalam ia tidak lagi padam.