Teori umum relativiti. Prinsip kesamaan jisim graviti dan inersia

Hanya yang malas sahaja yang tidak tahu tentang ajaran Albert Einstein, yang membuktikan kerelatifan segala yang berlaku di dunia fana ini. Selama hampir seratus tahun, pertikaian telah berlaku bukan sahaja dalam dunia sains, tetapi juga dalam dunia pengamal fizik. Teori Relativiti Einstein dalam Perkataan Mudah Ia agak mudah diakses dan bukan rahsia kepada yang belum tahu.

Bersentuhan dengan

Beberapa soalan umum

Dengan mengambil kira keistimewaan ajaran teori Albert yang hebat, postulatnya boleh dinilai secara samar-samar oleh pelbagai pergerakan ahli fizik teori, sekolah saintifik yang agak tinggi, serta penganut sekolah fizik dan matematik yang tidak rasional.

Kembali pada permulaan abad yang lalu, apabila terdapat lonjakan dalam pemikiran saintifik dan dengan latar belakang perubahan sosial, gerakan saintifik tertentu mula muncul, teori relativiti segala-galanya di mana seseorang hidup muncul. Tidak kira bagaimana orang sezaman kita menilai keadaan ini, segala-galanya di dunia nyata benar-benar tidak statik, Teori relativiti khas Einstein:

Zaman berubah, pandangan dan pendapat mental masyarakat terhadap masalah tertentu dari segi sosial berubah;
Asas sosial dan pandangan dunia mengenai doktrin kebarangkalian dalam pelbagai sistem negara dan di bawah keadaan khas pembangunan sosial telah berubah dari semasa ke semasa dan di bawah pengaruh mekanisme objektif lain.
Bagaimana pandangan masyarakat terhadap masalah pembangunan sosial dibentuk, begitu juga sikap dan pendapat tentangnya Teori Einstein tentang masa.

Penting! Teori graviti Einstein adalah asas bagi pertikaian sistematik di kalangan saintis yang paling terkenal, pada awal perkembangannya dan semasa penyiapannya. Mereka bercakap mengenainya, terdapat banyak perdebatan, ia menjadi topik perbualan di salun peringkat tertinggi di negara yang berbeza.

Para saintis membincangkannya, ia adalah subjek perbualan. Malah terdapat hipotesis bahawa pengajaran itu boleh difahami oleh hanya tiga orang dari dunia saintifik. Apabila tiba masanya, imam sains yang paling misteri - matematik Euclidean - mula menerangkan postulat. Kemudian percubaan dibuat untuk membina model digitalnya dan akibat yang disahkan secara matematik yang sama dari tindakannya ke atas ruang dunia, pengarang hipotesis mengakui bahawa ia menjadi sangat sukar untuk memahami walaupun apa yang telah diciptanya. Jadi, apa yang boleh teori relativiti umum, Apa meneroka dan apakah aplikasi praktikal yang ditemui dalam dunia moden?

Sejarah dan akar teori

Hari ini, dalam kebanyakan kes, pencapaian Einstein yang hebat digambarkan secara ringkas sebagai penafian lengkap dari apa yang pada asalnya adalah pemalar yang tidak tergoyahkan. Penemuan inilah yang memungkinkan untuk menyangkal apa yang diketahui oleh semua pelajar sekolah sebagai binomial fizikal.

Majoriti penduduk planet ini, satu cara atau yang lain, dengan teliti dan teliti atau secara dangkal, walaupun hanya sekali, membuka halaman buku yang hebat - Alkitab.

Di dalamnya anda boleh membaca tentang apa yang menjadi pengesahan yang benar intipati pengajaran- apa yang diusahakan oleh saintis muda Amerika pada awal abad yang lalu. Fakta levitasi dan perkara lain yang agak biasa dalam sejarah Perjanjian Lama pernah menjadi mukjizat pada zaman moden. Eter adalah ruang di mana seseorang menjalani kehidupan yang sama sekali berbeza. Keistimewaan kehidupan di udara telah dikaji oleh ramai selebriti dunia dalam bidang sains semula jadi. DAN Teori graviti Einstein mengesahkan bahawa apa yang diterangkan dalam kitab kuno itu adalah benar.

Hasil kerja Hendrik Lorentz dan Henri Poincaré memungkinkan untuk menemui ciri-ciri tertentu eter secara eksperimen. Pertama sekali, ini adalah kerja untuk mencipta model matematik dunia. Asasnya ialah pengesahan praktikal bahawa apabila zarah bahan bergerak dalam ruang halus, ia menguncup berbanding dengan arah pergerakan.

Karya-karya saintis hebat ini memungkinkan untuk mencipta asas untuk postulat utama doktrin. Fakta inilah yang menyediakan bahan berterusan untuk penegasan bahawa karya pemenang Nobel dan Teori relativistik Albert adalah dan kekal plagiarisme. Ramai saintis hari ini mendakwa bahawa banyak postulat telah diterima lebih awal, sebagai contoh:

Konsep serentak bersyarat peristiwa;
Prinsip hipotesis binomial malar dan kriteria untuk kelajuan cahaya.

Apa yang perlu dilakukan memahami teori relativiti? Intinya terletak pada masa lalu. Dalam karya Poincarelah hipotesis dikemukakan bahawa kelajuan tinggi dalam undang-undang mekanik perlu difikirkan semula. Terima kasih kepada kenyataan ahli fizik Perancis, dunia saintifik mempelajari bagaimana pergerakan relatif dalam unjuran adalah kepada teori ruang halus.

Dalam sains statik, sejumlah besar proses fizikal telah dipertimbangkan untuk pelbagai objek material yang bergerak dengan . Postulat konsep umum menerangkan proses yang berlaku dengan objek yang memecut, menerangkan kewujudan zarah graviti dan graviti itu sendiri. Intipati teori relativiti dalam menjelaskan fakta-fakta yang sebelum ini karut bagi saintis. Sekiranya perlu untuk menerangkan ciri-ciri gerakan dan undang-undang mekanik, hubungan antara ruang dan kontinum masa dalam keadaan menghampiri kelajuan cahaya, postulat doktrin relativiti harus digunakan secara eksklusif.

Mengenai teori secara ringkas dan jelas

Mengapakah ajaran Albert yang agung begitu berbeza daripada apa yang dilakukan oleh ahli fizik sebelum beliau? Sebelum ini, fizik adalah sains yang agak statik, yang menganggap prinsip-prinsip pembangunan semua proses di alam semula jadi dalam bidang sistem "di sini, hari ini dan sekarang". Einstein memungkinkan untuk melihat semua yang berlaku di sekeliling bukan sahaja dalam ruang tiga dimensi, tetapi juga berkaitan dengan pelbagai objek dan titik dalam masa.

Perhatian! Pada tahun 1905, apabila Einstein menerbitkan teori relativitinya, ia memungkinkan untuk menerangkan dan mentafsir dengan cara yang boleh diakses pergerakan antara sistem pengiraan inersia yang berbeza.

Peruntukan utamanya ialah nisbah halaju malar dua objek yang bergerak relatif antara satu sama lain dan bukannya mengambil salah satu objek, yang boleh diambil sebagai salah satu faktor rujukan mutlak.

Ciri pengajaran ialah ia boleh dipertimbangkan berhubung dengan satu kes luar biasa. Faktor utama:

Kelurusan arah pergerakan;
Keseragaman pergerakan badan material.

Apabila menukar arah atau parameter mudah lain, apabila jasad material boleh memecut atau berpaling ke sisi, undang-undang doktrin relativiti statik tidak sah. Dalam kes ini, undang-undang am relativiti mula berkuat kuasa, yang boleh menerangkan pergerakan badan material dalam keadaan umum. Oleh itu, Einstein menemui penjelasan untuk semua prinsip interaksi badan fizikal antara satu sama lain di angkasa.

Prinsip relativiti

Prinsip pengajaran

Pernyataan tentang relativiti telah menjadi subjek perbincangan yang paling rancak selama seratus tahun. Kebanyakan saintis menganggap pelbagai aplikasi postulat sebagai aplikasi dua prinsip fizik. Dan laluan ini paling popular di kalangan fizik gunaan. Postulat asas teori relativiti, fakta menarik, yang hari ini telah menemui pengesahan yang tidak dapat disangkal:

Prinsip relativiti. Pemeliharaan hubungan badan di bawah semua undang-undang fizik. Menerimanya sebagai kerangka rujukan inersia yang bergerak pada kelajuan malar berbanding satu sama lain.
Postulat tentang kelajuan cahaya. Ia kekal sebagai pemalar yang tidak berubah dalam semua situasi, tanpa mengira kelajuan dan hubungan dengan sumber cahaya.

Walaupun terdapat percanggahan antara ajaran baru dan postulat asas salah satu sains yang paling tepat, berdasarkan penunjuk statik yang berterusan, hipotesis baharu itu menarik perhatian dengan pandangan segar pada dunia di sekeliling kita. Kejayaan saintis itu dipastikan, yang disahkan oleh penganugerahan Hadiah Nobel dalam bidang sains tepat kepadanya.

Apa yang menyebabkan populariti yang begitu menakjubkan, dan bagaimana Einstein menemui teori relativitinya? Taktik seorang saintis muda.

Sehingga kini, saintis terkenal dunia telah mengemukakan tesis, dan hanya kemudian menjalankan beberapa siri kajian praktikal. Jika pada masa tertentu data diperolehi yang tidak sesuai dengan konsep umum, ia diiktiraf sebagai salah dan alasan telah diberikan.
Genius muda menggunakan taktik yang berbeza secara radikal, menjalankan eksperimen praktikal, mereka bersiri. Keputusan yang diperolehi, walaupun pada hakikatnya ia mungkin tidak sesuai dengan siri konseptual, telah dibina ke dalam teori yang koheren. Dan tiada "kesilapan" atau "ketidaktepatan", sepanjang masa hipotesis relativiti, contoh dan hasil pemerhatian jelas sesuai dengan pengajaran teori revolusioner.
Pemenang Nobel masa depan menafikan keperluan untuk mengkaji eter misteri, di mana gelombang cahaya merambat. Kepercayaan bahawa eter wujud telah membawa kepada beberapa salah tanggapan yang ketara. Postulat utama ialah perubahan dalam kelajuan pancaran cahaya berbanding pemerhati yang memerhati proses dalam medium halus.

Relativiti untuk dummies

Relativiti adalah penjelasan yang paling mudah

Kesimpulan

Pencapaian utama saintis adalah bukti keharmonian dan kesatuan kuantiti seperti ruang dan masa. Sifat asas hubungan antara kedua-dua kontinum ini dalam tiga dimensi, digabungkan dengan dimensi masa, telah memungkinkan untuk memahami banyak rahsia sifat dunia material. Terima kasih kepada Teori graviti Einstein Kajian kedalaman dan pencapaian sains moden yang lain menjadi tersedia, kerana kemungkinan pengajaran belum digunakan sepenuhnya hingga ke hari ini.

Teori umum relativiti(GTR) ialah teori geometri graviti yang diterbitkan oleh Albert Einstein pada 1915–16. Dalam kerangka teori ini, yang merupakan perkembangan lanjut dari teori relativiti khas, diandaikan bahawa kesan graviti bukan disebabkan oleh interaksi daya jasad dan medan yang terletak dalam ruang-masa, tetapi oleh ubah bentuk ruang-masa. itu sendiri, yang dikaitkan, khususnya, dengan kehadiran jisim-tenaga. Oleh itu, dalam relativiti am, seperti dalam teori metrik lain, graviti bukanlah interaksi daya. Relativiti am berbeza daripada teori metrik graviti lain dengan menggunakan persamaan Einstein untuk mengaitkan kelengkungan ruang masa dengan jirim yang terdapat di angkasa.

Relativiti am kini merupakan teori graviti yang paling berjaya, disahkan dengan baik oleh pemerhatian. Kejayaan pertama relativiti am adalah untuk menerangkan presesi anomali perihelion Mercury. Kemudian, pada tahun 1919, Arthur Eddington melaporkan pemerhatian cahaya lentur berhampiran Matahari semasa gerhana penuh, mengesahkan ramalan relativiti am.

Sejak itu, banyak pemerhatian dan eksperimen lain telah mengesahkan sejumlah besar ramalan teori, termasuk pelebaran masa graviti, anjakan merah graviti, kelewatan isyarat dalam medan graviti, dan, setakat ini hanya secara tidak langsung, sinaran graviti. Di samping itu, banyak pemerhatian ditafsirkan sebagai pengesahan salah satu ramalan yang paling misteri dan eksotik mengenai teori relativiti umum - kewujudan lubang hitam.

Walaupun kejayaan menakjubkan teori relativiti umum, terdapat ketidakselesaan dalam komuniti saintifik kerana fakta bahawa ia tidak boleh dirumuskan semula sebagai had klasik teori kuantum kerana kemunculan perbezaan matematik yang tidak boleh ditanggalkan apabila mempertimbangkan lubang hitam dan ruang masa. singulariti secara umum. Beberapa teori alternatif telah dicadangkan untuk menyelesaikan masalah ini. Data eksperimen moden menunjukkan bahawa apa-apa jenis sisihan daripada relativiti am harus sangat kecil, jika ia wujud sama sekali.

Prinsip asas relativiti am

Teori graviti Newton adalah berdasarkan konsep graviti, iaitu daya jarak jauh: ia bertindak serta-merta pada sebarang jarak. Sifat serta-merta tindakan ini tidak serasi dengan paradigma bidang fizik moden dan, khususnya, dengan teori relativiti khas, yang dicipta pada tahun 1905 oleh Einstein, yang diilhamkan oleh karya Poincaré dan Lorentz. Dalam teori Einstein, tiada maklumat boleh bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya dalam vakum.

Secara matematik, daya graviti Newton diperoleh daripada tenaga keupayaan jasad dalam medan graviti. Keupayaan graviti yang sepadan dengan tenaga keupayaan ini mematuhi persamaan Poisson, yang tidak invarian di bawah transformasi Lorentz. Sebab bukan invarian ialah tenaga dalam teori relativiti khas bukanlah kuantiti skalar, tetapi masuk ke dalam komponen masa bagi 4-vektor. Teori vektor graviti ternyata serupa dengan teori Maxwell tentang medan elektromagnet dan membawa kepada tenaga negatif gelombang graviti, yang dikaitkan dengan sifat interaksi: seperti cas (jisim) dalam graviti menarik dan tidak menolak, kerana dalam elektromagnetisme. Oleh itu, teori graviti Newton tidak serasi dengan prinsip asas teori relativiti khas - invarian undang-undang alam dalam mana-mana kerangka rujukan inersia, dan generalisasi vektor langsung teori Newton, pertama kali dicadangkan oleh Poincaré pada tahun 1905 dalam bukunya. kerja "On the Dynamics of the Electron," membawa kepada hasil yang tidak memuaskan secara fizikal .

Einstein mula mencari teori graviti yang serasi dengan prinsip invarian undang-undang alam berbanding mana-mana kerangka rujukan. Hasil carian ini ialah teori umum relativiti, berdasarkan prinsip identiti jisim graviti dan inersia.

Prinsip kesamaan jisim graviti dan inersia

Dalam mekanik Newton klasik, terdapat dua konsep jisim: yang pertama merujuk kepada undang-undang kedua Newton, dan yang kedua kepada undang-undang graviti universal. Jisim pertama - inersia (atau inersia) - ialah nisbah daya bukan graviti yang bertindak ke atas jasad kepada pecutannya. Jisim kedua - graviti (atau, seperti yang kadang-kadang dipanggil, berat) - menentukan daya tarikan jasad oleh jasad lain dan daya tarikannya sendiri. Secara amnya, kedua-dua jisim ini diukur, seperti yang dapat dilihat dari huraian, dalam pelbagai eksperimen, dan oleh itu tidak perlu berkadar antara satu sama lain sama sekali. Perkadaran ketat mereka membolehkan kita bercakap tentang jisim badan tunggal dalam interaksi bukan graviti dan graviti. Dengan pilihan unit yang sesuai, jisim ini boleh dibuat sama antara satu sama lain. Prinsip itu sendiri dikemukakan oleh Isaac Newton, dan kesamaan jisim telah disahkan olehnya secara eksperimen dengan ketepatan relatif 10?3. Pada penghujung abad ke-19, Eötvös menjalankan eksperimen yang lebih halus, menjadikan ketepatan ujian prinsip kepada 10?9. Semasa abad ke-20, teknologi eksperimen memungkinkan untuk mengesahkan kesamaan jisim dengan ketepatan relatif 10?12-10?13 (Braginsky, Dicke, dll.). Kadangkala prinsip kesamaan jisim graviti dan inersia dipanggil prinsip kesetaraan lemah. Albert Einstein mengasaskannya pada teori umum relativiti.

Prinsip pergerakan sepanjang garis geodetik

Jika jisim graviti betul-betul sama dengan jisim inersia, maka dalam ungkapan untuk pecutan jasad di mana hanya daya graviti bertindak, kedua-dua jisim membatalkan. Oleh itu, pecutan badan, dan akibatnya trajektorinya, tidak bergantung pada jisim dan struktur dalaman badan. Jika semua jasad pada titik yang sama dalam ruang menerima pecutan yang sama, maka pecutan ini boleh dikaitkan bukan dengan sifat jasad, tetapi dengan sifat ruang itu sendiri pada ketika ini.

Oleh itu, perihalan interaksi graviti antara jasad boleh dikurangkan kepada penerangan ruang-masa di mana jasad bergerak. Adalah wajar untuk mengandaikan, seperti yang dilakukan oleh Einstein, bahawa jasad bergerak secara inersia, iaitu, dalam cara yang pecutan mereka dalam kerangka rujukannya sendiri adalah sifar. Lintasan badan kemudiannya akan menjadi garis geodesik, yang teorinya telah dibangunkan oleh ahli matematik pada abad ke-19.

Garis geodesik itu sendiri boleh didapati dengan menyatakan dalam ruang-masa analog jarak antara dua peristiwa, secara tradisinya dipanggil selang atau fungsi dunia. Selang dalam ruang tiga dimensi dan masa satu dimensi (dengan kata lain, dalam ruang-masa empat dimensi) diberikan oleh 10 komponen bebas tensor metrik. 10 nombor ini membentuk metrik ruang. Ia mentakrifkan "jarak" antara dua titik rapat tak terhingga dalam ruang-masa dalam arah yang berbeza. Garis geodesik yang sepadan dengan garis dunia badan fizikal yang kelajuannya kurang daripada kelajuan cahaya berubah menjadi garis masa yang paling tepat, iaitu masa yang diukur dengan jam yang dilekatkan tegar pada badan mengikuti trajektori ini. Eksperimen moden mengesahkan pergerakan jasad di sepanjang garis geodetik dengan ketepatan yang sama seperti kesamaan jisim graviti dan inersia.

Kelengkungan ruang masa

Jika anda melancarkan dua jasad selari antara satu sama lain dari dua titik rapat, maka dalam medan graviti mereka secara beransur-ansur akan mula mendekati atau menjauhi satu sama lain. Kesan ini dipanggil sisihan garis geodetik. Kesan yang sama boleh diperhatikan secara langsung jika dua bola dilancarkan selari antara satu sama lain di sepanjang membran getah di mana objek besar diletakkan di tengah. Bola akan tersebar: bola yang lebih dekat dengan objek yang menolak melalui membran akan cenderung ke tengah dengan lebih kuat daripada bola yang lebih jauh. Percanggahan (penyimpangan) ini disebabkan oleh kelengkungan membran. Begitu juga, dalam ruang-masa, sisihan geodesik (perbezaan trajektori jasad) dikaitkan dengan kelengkungannya. Kelengkungan ruang-masa secara unik ditentukan oleh metriknya - tensor metrik. Perbezaan antara teori umum relativiti dan teori graviti alternatif ditentukan dalam kebanyakan kes dengan tepat dalam kaedah hubungan antara jirim (jasad dan medan sifat bukan graviti yang mencipta medan graviti) dan sifat metrik ruang-masa.

Relativiti am ruang-masa dan prinsip kesetaraan yang kuat

Ia sering salah percaya bahawa asas teori relativiti am adalah prinsip kesetaraan medan graviti dan inersia, yang boleh dirumuskan seperti berikut:
Sistem fizikal tempatan, bersaiz agak kecil, terletak dalam medan graviti, tidak dapat dibezakan dalam tingkah laku daripada sistem yang sama terletak dalam sistem rujukan dipercepatkan (berbanding dengan kerangka rujukan inersia), tenggelam dalam ruang-masa rata teori khas kerelatifan.

Kadangkala prinsip yang sama didalilkan sebagai "kesahan tempatan bagi relativiti khas" atau dipanggil "prinsip kesetaraan kuat".

Dari segi sejarah, prinsip ini benar-benar memainkan peranan yang besar dalam perkembangan teori relativiti umum dan digunakan oleh Einstein dalam perkembangannya. Walau bagaimanapun, dalam bentuk teori yang paling akhir, ia sebenarnya, tidak terkandung, kerana ruang-masa, kedua-duanya dalam dipercepatkan dan dalam kerangka rujukan asal dalam teori relativiti khas, tidak melengkung - rata, dan dalam teori umum relativiti ia melengkung oleh mana-mana jasad dan tepatnya kelengkungannya menyebabkan tarikan graviti jasad.

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa perbezaan utama antara ruang-masa teori umum relativiti dan ruang-masa teori relativiti khas ialah kelengkungannya, yang dinyatakan oleh kuantiti tensor - tensor kelengkungan. Dalam ruang-masa relativiti khas, tensor ini sama dengan sifar dan ruang-masa adalah rata.

Atas sebab ini, nama "teori relativiti umum" tidak sepenuhnya betul. Teori ini hanyalah satu daripada beberapa teori graviti yang sedang dipertimbangkan oleh ahli fizik, manakala teori relativiti khas (lebih tepat, prinsip metrik ruang-masa) diterima umum oleh komuniti saintifik dan membentuk asas asas fizik moden. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa tidak ada teori graviti lain yang dibangunkan, kecuali Relativiti Am, telah bertahan dalam ujian masa dan eksperimen.

Akibat utama relativiti am

Menurut prinsip korespondensi, dalam medan graviti yang lemah, ramalan kerelatifan am bertepatan dengan keputusan penerapan hukum graviti universal Newton dengan pembetulan kecil yang meningkat apabila kekuatan medan meningkat.

Akibat relativiti am yang pertama diramalkan dan diuji secara eksperimen ialah tiga kesan klasik, disenaraikan di bawah dalam susunan kronologi ujian pertama mereka:
1. Peralihan tambahan dalam perihelion orbit Mercury berbanding ramalan mekanik Newton.
2. Pesongan pancaran cahaya dalam medan graviti Matahari.
3. Anjakan merah graviti, atau pelebaran masa dalam medan graviti.

Terdapat beberapa kesan lain yang boleh disahkan secara eksperimen. Antaranya kita boleh menyebut pesongan dan keterlambatan (kesan Shapiro) gelombang elektromagnet dalam medan graviti Matahari dan Musytari, kesan Lensa-Thirring (kedahuluan giroskop berhampiran badan berputar), bukti astrofizik kewujudan lubang hitam , bukti pancaran gelombang graviti oleh sistem rapat bintang berkembar dan pengembangan Alam Semesta.

Setakat ini, tiada bukti eksperimen yang boleh dipercayai yang menyangkal relativiti am telah ditemui. Penyimpangan saiz kesan yang diukur daripada yang diramalkan oleh relativiti am tidak melebihi 0.1% (untuk tiga fenomena klasik di atas). Walaupun begitu, atas pelbagai sebab, ahli teori telah membangunkan sekurang-kurangnya 30 teori graviti alternatif, dan sebahagian daripadanya memungkinkan untuk mendapatkan hasil secara sewenang-wenangnya dekat dengan relativiti am dengan nilai parameter yang sesuai yang termasuk dalam teori.

Teori relativiti khas (STR) atau teori relativiti separa adalah teori Albert Einstein, yang diterbitkan pada tahun 1905 dalam karya "On the Electrodynamics of Moving Bodies" (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921 Juni 1905).

Ia menerangkan gerakan antara kerangka rujukan inersia yang berbeza atau gerakan jasad yang bergerak berhubung antara satu sama lain dengan kelajuan malar. Dalam kes ini, tiada objek harus diambil sebagai sistem rujukan, tetapi ia harus dianggap relatif antara satu sama lain. SRT hanya menyediakan 1 kes apabila 2 badan tidak mengubah arah pergerakan dan bergerak secara seragam.

Undang-undang SRT tidak lagi terpakai apabila salah satu badan menukar trajektorinya atau meningkatkan kelajuannya. Di sini berlaku teori relativiti umum (GTR), memberikan tafsiran umum tentang pergerakan objek.

Dua postulat yang menjadi asas kepada teori relativiti:

Prinsip relativiti- Menurutnya, dalam semua sistem rujukan sedia ada, yang bergerak berhubung antara satu sama lain pada kelajuan yang tetap dan tidak berubah arah, undang-undang yang sama dikenakan.
Prinsip Kelajuan Cahaya- Kelajuan cahaya adalah sama untuk semua pemerhati dan tidak bergantung pada kelajuan pergerakan mereka. Ini adalah kelajuan tertinggi, dan tiada apa-apa dalam alam semula jadi mempunyai kelajuan yang lebih tinggi. Kelajuan cahaya ialah 3*10^8 m/s.

Albert Einstein menggunakan data eksperimen dan bukannya teori sebagai asas. Ini adalah salah satu komponen kejayaannya. Data eksperimen baru berfungsi sebagai asas untuk penciptaan teori baru.

Sejak pertengahan abad ke-19, ahli fizik telah mencari medium misteri baharu yang dipanggil eter. Adalah dipercayai bahawa eter boleh melalui semua objek, tetapi tidak mengambil bahagian dalam pergerakan mereka. Mengikut kepercayaan tentang ether, dengan menukar kelajuan penonton berhubung dengan ether, kelajuan cahaya juga berubah.

Einstein, mempercayai eksperimen, menolak konsep medium eter baru dan menganggap bahawa kelajuan cahaya sentiasa malar dan tidak bergantung pada sebarang keadaan, seperti kelajuan seseorang itu sendiri.

Selang masa, jarak, dan keseragamannya

Teori relativiti khas menghubungkan masa dan ruang. Dalam Alam Semesta Bahan terdapat 3 yang diketahui di ruang angkasa: kanan dan kiri, hadapan dan belakang, atas dan bawah. Jika kita menambah kepada mereka dimensi lain, dipanggil masa, ini akan membentuk asas kontinum ruang-masa.

Jika anda bergerak pada kelajuan perlahan, pemerhatian anda tidak akan berkumpul dengan orang yang bergerak lebih laju.

Eksperimen kemudian mengesahkan bahawa ruang, seperti masa, tidak boleh dilihat dengan cara yang sama: persepsi kita bergantung pada kelajuan pergerakan objek.

Menghubungkan tenaga dengan jisim

Einstein datang dengan formula yang menggabungkan tenaga dengan jisim. Formula ini digunakan secara meluas dalam fizik, dan ia biasa kepada setiap pelajar: E=m*c², di mana E-tenaga; m - jisim badan, c - kelajuan penyebaran cahaya.

Jisim jasad bertambah berkadaran dengan pertambahan kelajuan cahaya. Jika anda mencapai kelajuan cahaya, jisim dan tenaga badan menjadi tidak berdimensi.

Dengan meningkatkan jisim objek, ia menjadi lebih sukar untuk mencapai peningkatan kelajuannya, iaitu, untuk jasad dengan jisim bahan yang sangat besar, tenaga tak terhingga diperlukan. Tetapi pada hakikatnya ini adalah mustahil untuk dicapai.

Teori Einstein menggabungkan dua peruntukan berasingan: kedudukan jisim dan kedudukan tenaga ke dalam satu undang-undang am. Ini memungkinkan untuk menukar tenaga kepada jisim bahan dan sebaliknya.

Teori relativiti telah diperkenalkan oleh Albert Einstein pada awal abad ke-20. Apakah intipatinya? Mari kita pertimbangkan perkara utama dan huraikan TOE dalam bahasa yang jelas.

Teori relativiti secara praktikal menghapuskan ketidakkonsistenan dan percanggahan fizik abad ke-20, memaksa perubahan radikal dalam idea struktur ruang-masa, dan telah disahkan secara eksperimen dalam banyak eksperimen dan kajian.

Oleh itu, TOE membentuk asas kepada semua teori fizikal asas moden. Malah, ini adalah ibu fizik moden!

Sebagai permulaan, perlu diperhatikan bahawa terdapat 2 teori relativiti:

Teori relativiti khas (STR) – mempertimbangkan proses fizikal dalam objek yang bergerak secara seragam.
Relativiti am (GTR) - menerangkan objek yang memecut dan menerangkan asal usul fenomena seperti graviti dan kewujudan.

Jelas sekali bahawa STR muncul lebih awal dan pada asasnya adalah sebahagian daripada GTR. Mari kita bercakap tentang dia dahulu.

STO dalam kata mudah

Teori ini berdasarkan prinsip relativiti, yang mana mana-mana undang-undang alam adalah sama berkenaan dengan jasad yang pegun dan bergerak pada kelajuan yang tetap. Dan dari pemikiran yang kelihatan mudah seperti itu, ia mengikuti bahawa kelajuan cahaya (300,000 m/s dalam vakum) adalah sama untuk semua badan.

Sebagai contoh, bayangkan anda diberi kapal angkasa dari masa depan yang jauh yang boleh terbang dengan kelajuan yang tinggi. Meriam laser dipasang pada haluan kapal, mampu menembak foton ke hadapan.

Berbanding dengan kapal, zarah tersebut terbang pada kelajuan cahaya, tetapi berbanding dengan pemerhati pegun, nampaknya ia sepatutnya terbang lebih cepat, kerana kedua-dua kelajuan disimpulkan.

Walau bagaimanapun, pada hakikatnya ini tidak berlaku! Pemerhati luar melihat foton bergerak pada 300,000 m/s, seolah-olah kelajuan kapal angkasa tidak ditambah kepada mereka.

Anda perlu ingat: berbanding dengan mana-mana badan, kelajuan cahaya akan menjadi nilai tetap, tidak kira berapa cepat ia bergerak.

Daripada ini ikuti kesimpulan yang menakjubkan seperti pelebaran masa, penguncupan membujur dan pergantungan berat badan pada kelajuan. Baca lebih lanjut mengenai akibat paling menarik dari Teori Relativiti Khas dalam artikel di pautan di bawah.

Intipati relativiti am (GR)

Untuk memahaminya dengan lebih baik, kita perlu menggabungkan dua fakta sekali lagi:

Kita hidup dalam ruang empat dimensi

Ruang dan masa adalah manifestasi entiti yang sama yang dipanggil "kontinuum ruang-masa." Ini ialah ruang-masa 4 dimensi dengan paksi koordinat x, y, z dan t.

Kita manusia tidak dapat melihat 4 dimensi secara sama. Pada dasarnya, kita hanya melihat unjuran objek empat dimensi sebenar pada ruang dan masa.

Menariknya, teori relativiti tidak menyatakan bahawa jasad berubah apabila mereka bergerak. Objek 4 dimensi sentiasa kekal tidak berubah, tetapi dengan pergerakan relatif unjuran mereka boleh berubah. Dan kami menganggap ini sebagai masa yang semakin perlahan, pengurangan saiz, dsb.

Semua jasad jatuh pada kelajuan tetap dan tidak memecut

Mari buat eksperimen pemikiran yang menakutkan. Bayangkan anda menaiki lif tertutup dan berada dalam keadaan tanpa berat.

Keadaan ini boleh timbul hanya kerana dua sebab: sama ada anda berada di angkasa lepas, atau anda bebas jatuh bersama kabin di bawah pengaruh graviti bumi.

Tanpa melihat keluar dari gerai, adalah mustahil untuk membezakan antara kedua-dua kes ini. Cuma dalam satu kes anda terbang secara seragam, dan dalam satu lagi dengan pecutan. Anda perlu meneka!

Mungkin Albert Einstein sendiri memikirkan tentang lif khayalan, dan dia mempunyai satu pemikiran yang menakjubkan: jika kedua-dua kes ini tidak dapat dibezakan, maka jatuh akibat graviti juga merupakan pergerakan seragam. Pergerakan hanya seragam dalam ruang-masa empat dimensi, tetapi dengan kehadiran badan-badan besar (contohnya,) ia melengkung dan pergerakan seragam diunjurkan ke dalam ruang tiga dimensi biasa kita dalam bentuk pergerakan dipercepatkan.

Mari kita lihat contoh lain yang lebih mudah, walaupun tidak betul sepenuhnya, bagi kelengkungan ruang dua dimensi.

Anda boleh bayangkan bahawa mana-mana badan besar mencipta sejenis corong berbentuk di bawahnya. Kemudian badan-badan lain yang terbang melepasi tidak akan dapat meneruskan pergerakannya dalam satu garisan lurus dan akan mengubah trajektorinya mengikut selekoh ruang melengkung.

Dengan cara ini, jika badan tidak mempunyai banyak tenaga, maka pergerakannya mungkin tertutup.

Perlu diingat bahawa dari sudut pandangan badan yang bergerak, mereka terus bergerak dalam garis lurus, kerana mereka tidak merasakan apa-apa yang membuat mereka berpaling. Mereka hanya berakhir di ruang melengkung dan, tanpa disedari, mempunyai trajektori bukan linear.

Perlu diingatkan bahawa 4 dimensi dibengkokkan, termasuk masa, jadi analogi ini harus dirawat dengan berhati-hati.

Oleh itu, dalam teori relativiti umum, graviti bukanlah daya sama sekali, tetapi hanya akibat kelengkungan ruang-masa. Pada masa ini, teori ini adalah versi asal graviti yang berfungsi dan sangat sesuai dengan eksperimen.

Akibat mengejutkan relativiti am

Sinaran cahaya boleh dibengkokkan apabila terbang berhampiran badan besar. Sesungguhnya, objek jauh telah ditemui di angkasa yang "bersembunyi" di belakang orang lain, tetapi sinar cahaya membengkok di sekelilingnya, berkat cahaya itu sampai kepada kita.

Mengikut relativiti am, semakin kuat graviti, semakin perlahan masa berlalu. Fakta ini mesti diambil kira semasa mengendalikan GPS dan GLONASS, kerana satelit mereka dilengkapi dengan jam atom yang paling tepat, yang berdetik sedikit lebih cepat daripada di Bumi. Jika fakta ini tidak diambil kira, maka dalam masa sehari ralat koordinat akan menjadi 10 km.

Terima kasih kepada Albert Einstein bahawa anda boleh memahami lokasi perpustakaan atau kedai berdekatan.

Dan akhirnya, relativiti am meramalkan kewujudan lubang hitam di sekelilingnya yang graviti sangat kuat sehingga masa hanya berhenti berdekatan. Oleh itu, cahaya yang jatuh ke dalam lohong hitam tidak boleh meninggalkannya (pantulan).

Di tengah-tengah lubang hitam, disebabkan oleh mampatan graviti yang sangat besar, objek dengan ketumpatan yang tidak terhingga tinggi terbentuk, dan ini, nampaknya, tidak boleh wujud.

Oleh itu, relativiti am boleh membawa kepada kesimpulan yang sangat bercanggah, berbeza dengan , itulah sebabnya majoriti ahli fizik tidak menerimanya sepenuhnya dan terus mencari alternatif.

Tetapi dia berjaya meramalkan banyak perkara dengan jayanya, contohnya, penemuan sensasi baru-baru ini mengesahkan teori relativiti dan membuatkan kita sekali lagi mengingati ahli sains yang hebat dengan lidahnya melepak. Jika anda suka sains, baca WikiScience.

Teori umum relativiti, bersama-sama dengan teori relativiti khas, adalah karya cemerlang Albert Einstein, yang pada awal abad ke-20 mengubah cara ahli fizik melihat dunia. Seratus tahun kemudian, Relativiti Am ialah teori fizik asas dan paling penting di dunia, dan bersama-sama dengan mekanik kuantum mendakwa sebagai salah satu daripada dua asas "teori segala-galanya." Teori relativiti umum menerangkan graviti sebagai akibat daripada kelengkungan ruang-masa (bersatu dalam relativiti umum menjadi satu keseluruhan) di bawah pengaruh jisim. Terima kasih kepada relativiti am, saintis telah memperoleh banyak pemalar, menguji sekumpulan fenomena yang tidak dapat dijelaskan dan menghasilkan perkara seperti lubang hitam, jirim gelap dan tenaga gelap, pengembangan Alam Semesta, Letupan Besar dan banyak lagi. GTR juga memveto melebihi kelajuan cahaya, dengan itu secara literal memerangkap kita dalam persekitaran kita (Sistem Suria), tetapi meninggalkan celah dalam bentuk lubang cacing - laluan pendek yang mungkin melalui ruang-masa.

Seorang kakitangan Universiti RUDN dan rakan-rakan Brazilnya mempersoalkan konsep menggunakan lubang cacing yang stabil sebagai portal ke pelbagai titik dalam ruang masa. Hasil penyelidikan mereka diterbitkan dalam Kajian Fizikal D. - klise yang agak hackneyed dalam fiksyen sains. Lubang cacing, atau "lubang cacing," ialah sejenis terowong yang menghubungkan titik jauh di angkasa, atau bahkan dua alam semesta, melalui kelengkungan ruang-masa.