Kas yra reliatyvumo teorija? Šviesos greitis yra universali konstanta

„ZS“ Nr.7-11/1939

Levas Landau

Šiais metais sukanka 60 metų didžiausio šių laikų fiziko – Alberto Einšteino. Einšteinas garsėja savo reliatyvumo teorija, kuri sukėlė tikrą revoliuciją moksle. Mūsų idėjose apie mus supantį pasaulį reliatyvumo principas, kurį Einšteinas iškėlė dar 1905 m., sukėlė tą pačią didžiulę revoliuciją, kurią savo laiku sukūrė Koperniko mokymai.
Prieš Koperniką žmonės manė, kad gyvena absoliučiai ramiame pasaulyje, nejudančioje Žemėje – visatos centre. Kopernikas panaikino šį seną išankstinį nusistatymą, įrodydamas, kad iš tikrųjų Žemė yra tik mažytis smėlio grūdelis didžiuliame pasaulyje, nuolat judantis. Tai buvo prieš keturis šimtus metų. O dabar Einšteinas parodė, kad toks mums pažįstamas ir iš pažiūros visiškai aiškus dalykas kaip laikas taip pat turi visiškai kitokių savybių nei tos, kurias jam paprastai priskiriame...

Norint visiškai suprasti šią labai sudėtingą teoriją, reikia daug matematikos ir fizikos žinių. Tačiau kiekvienas kultūringas žmogus gali ir turi turėti bendrą supratimą apie tai. Tokią bendrą Einšteino reliatyvumo principo idėją pabandysime pateikti savo straipsnyje, kuris bus paskelbtas dalimis trijuose „Žinios yra galia“ numeriuose.

Apdorojant šį straipsnį jaunajam skaitytojui dalyvavo šie žmonės: E. Zelikovičius, I. Nechajevas ir O. Pisarževskis.

Reliatyvumas, prie kurio esame įpratę

Ar kiekvienas teiginys turi prasmę?

Akivaizdu, kad ne. Pavyzdžiui, jei pasakysite „bi-ba-boo“, niekas šiame šauktuke neras jokios prasmės. Tačiau net ir visiškai prasmingi žodžiai, sujungti pagal visas gramatikos taisykles, taip pat gali sukelti visišką nesąmonę. Taigi frazei „lyrinis sūris juokiasi“ sunku priskirti kokią nors reikšmę.

Tačiau ne visos nesąmonės yra tokios akivaizdžios: labai dažnai teiginys, iš pirmo žvilgsnio gana pagrįstas, iš esmės pasirodo absurdiškas. Pasakykite man, pavyzdžiui, kurioje Puškino aikštės pusėje Maskvoje yra paminklas Puškinui: dešinėje ar kairėje?

Į šį klausimą atsakyti neįmanoma. Jei eisite iš Raudonosios aikštės į Majakovskio aikštę, paminklas bus kairėje, o jei eisite priešinga kryptimi, jis bus dešinėje. Akivaizdu, kad nenurodant krypties, kurios atžvilgiu laikome „dešinę“ ir „kairiąją“, šios sąvokos neturi reikšmės.

Lygiai taip pat negalima sakyti, kad dabar pasaulyje diena ar naktis? Atsakymas priklauso nuo to, kur užduodamas klausimas. Kai Maskvoje diena, tai Čikagoje naktis. Todėl teiginys „tai diena ar naktis“ neturi prasmės, nebent būtų nurodyta, į kurią Žemės rutulio vietą jis kalba. Tokias sąvokas vadinsime „santykinėmis“.

Dviejose čia pateiktose nuotraukose pavaizduota piemuo ir karvė. Viename paveikslėlyje piemuo didesnis už karvę, o kitame – už piemenį. Bet visiems aišku, kad čia nėra jokio prieštaravimo. Piešinius darė įvairiose vietose buvę stebėtojai: pirmasis stovėjo arčiau karvės, antrasis arčiau piemens. Paveiksluose svarbu ne objektų dydis, o kampas, kuriuo šiuos objektus matytume realybėje.

Akivaizdu, kad objekto „kampinis dydis“ yra santykinis: jis priklauso nuo atstumo tarp jų ir objekto. Kuo objektas arčiau, tuo didesnis jo kampinis dydis ir atrodo didesnis, o kuo toliau objektas, tuo mažesnis jo kampinis dydis ir mažesnis.

Absoliutus pasirodė esąs santykinis

Tačiau mūsų sąvokų reliatyvumas ne visada toks akivaizdus kaip pateiktuose pavyzdžiuose.

Mes dažnai kalbame apie „viršuje“ ir „apačioje“. Ar tai absoliučios sąvokos, ar santykinės? Ankstesniais laikais, kai dar nebuvo žinoma, kad Žemė yra sferinė, o ji buvo įsivaizduojama kaip plokščias blynas, buvo laikoma savaime suprantama, kad „aukštyn“ ir „žemyn“ kryptys visame pasaulyje yra vienodos.

Tačiau buvo nustatyta, kad Žemė yra sferinė, ir paaiškėjo, kad vertikalios kryptys skirtinguose žemės paviršiaus taškuose yra skirtingos.

Visa tai dabar mums nekelia jokių abejonių. Tuo tarpu istorija rodo, kad suprasti „viršaus“ ir „apačios“ reliatyvumą nebuvo taip paprasta. Žmonės labai linkę suteikti absoliučią prasmę sąvokoms, kurių reliatyvumas iš kasdienės patirties neaiškus. Prisiminkime juokingą „prieštaravimą“ Žemės sferiškumui, kuris viduramžiais sulaukė didžiulės sėkmės: „kitoje Žemės pusėje“, sakoma, medžiai turėtų augti žemyn, lietaus lašai kristi aukštyn, o žmonės vaikščioti aukštyn kojom.

Ir išties, jeigu vertikalią kryptį Maskvoje laikysime absoliučia, tai išeitų, kad Čikagoje vaikšto aukštyn kojomis. O absoliučiu Čikagoje gyvenančių žmonių požiūriu maskviečiai vaikšto aukštyn kojomis. Tačiau iš tikrųjų vertikali kryptis yra ne absoliuti, o santykinė. Ir visur Žemėje, nors ji yra sferinė, žmonės vaikšto tik aukštyn kojomis.

O judėjimas reliatyvus

Įsivaizduokime du keliautojus, keliaujančius Maskvos – Vladivostoko ekspresu. Jie susitaria kasdien susitikti toje pačioje vietoje valgomojo vagonėlyje ir rašyti laiškus savo vyrams. Keliautojai įsitikinę, kad įvykdo sąlygą – kiekvieną dieną būna toje pačioje vietoje, kur buvo vakar. Tačiau jų vyrai su tuo nesutiks: jie stipriai ginčysis, kad keliautojai kasdien susitikdavo naujoje vietoje, už tūkstančio kilometrų nuo ankstesnės.

Kas teisus: keliautojai ar jų vyrai?

Neturime pagrindo teikti pirmenybės vienam ar kitam: sąvoka „ta pati vieta“ yra santykinė. Kalbant apie traukinį, keliautojai iš tikrųjų visą laiką susitikdavo „toje pačioje vietoje“, tačiau, palyginti su žemės paviršiumi, jų susitikimo vieta nuolat keitėsi.

Taigi padėtis erdvėje yra santykinė sąvoka. Kai kalbame apie kūno padėtį, visada turime omenyje jo padėtį kitų kūnų atžvilgiu. Todėl paprašius nurodyti, kur yra toks ir toks kūnas, atsakyme nenurodant kitų įstaigų, tokį reikalavimą turėtume laikyti visiškai neįmanomu.

Iš to išplaukia, kad kūnų judėjimas arba judėjimas taip pat yra santykinis. Ir kai sakome „kūnas juda“, tai tik reiškia, kad jis keičia savo padėtį kai kurių kitų kūnų atžvilgiu.

Įsivaizduokime, kad kūno judėjimą stebime iš įvairių taškų. Sutikime tokius taškus vadinti „laboratorijomis“. Mūsų įsivaizduojamos laboratorijos gali būti bet kas pasaulyje: namai, miestai, traukiniai, lėktuvai, Žemė, kitos planetos, Saulė ir net žvaigždės.

Kokia mums atrodys trajektorija, tai yra judančio kūno kelias?

Viskas priklauso nuo to, kurioje laboratorijoje jį stebime. Tarkime, pilotas iš lėktuvo išmeta krovinį. Piloto požiūriu, krovinys lekia žemyn vertikaliai tiesia linija, o stebėtojo, esančio ant žemės, požiūriu, krentanti apkrova apibūdina lenktą liniją – parabolę. Kokia trajektorija iš tikrųjų eina apkrova?

Šis klausimas yra toks pat prasmingas, kaip ir klausimas, kuri žmogaus nuotrauka yra „tikra“ – ta, kurioje jis nušautas iš priekio, ar ta, kurioje jis nušautas iš nugaros?

Geometrinė kreivės forma, kuria juda kūnas, turi tokį patį santykinį pobūdį kaip ir žmogaus nuotrauka. Fotografuodami žmogų iš priekio ir užpakalio gausime skirtingas nuotraukas, ir kiekviena iš jų bus visiškai teisinga. Lygiai taip pat, stebėdami kūno judėjimą iš įvairių laboratorijų, matome skirtingas trajektorijas, ir visos šios trajektorijos yra „tikros“.

Bet ar jie visi mums bus vienodai vertingi? Ar dar įmanoma rasti tokį stebėjimo tašką, tokią laboratoriją, iš kurios geriausiai galėtume ištirti kūno judėjimą reglamentuojančius dėsnius?

Ką tik palyginome judančio kūno trajektorijas su žmogaus nuotraukomis – abi gali būti labai įvairios, viskas priklauso nuo to, kur stebite kūno judėjimą ar fotografuojate. Tačiau žinote, kad fotografijoje ne visi požiūriai yra vienodi. Pavyzdžiui, jei jums reikia nuotraukos tapatybei nustatyti, jūs, žinoma, norėsite būti nufotografuoti iš veido, o ne iš nugaros. Lygiai taip pat ir mechanikoje, tai yra, tirdami kūnų judėjimo dėsnius, turime pasirinkti tinkamiausią iš visų galimų stebėjimo taškų.

Ieško ramybės

Žinome, kad kūnų judėjimą įtakoja išoriniai poveikiai, kuriuos vadiname jėgomis. Tačiau galime įsivaizduoti kūną, kuris nėra veikiamas jokių jėgų. Sutikime kartą ir visiems laikams manyti, kad kūnas, kurio neveikia jokios jėgos, yra ramybės būsenoje. Dabar, įvedę poilsio sąvoką, atrodo, kad jau turime tvirtą atramą tirdami kūnų judėjimą. Tiesą sakant, šis kūnas, kurio neveikia jokios jėgos ir kurį sutarėme laikyti ramybės būsenu, gali mums pasitarnauti kaip vedlys, „kelrodė žvaigždė“ tiriant visų kitų kūnų judėjimą.

Įsivaizduokime, kad mes taip toli pašalinome tam tikrą kūną nuo visų kitų kūnų, kad jokios jėgos jo neveiks. Ir tada galėsime nustatyti, kaip fiziniai reiškiniai turėtų atsirasti tokiame kūne ramybės būsenoje. Kitaip tariant, galime rasti mechanikos dėsnius, kurie vyrauja šioje įsivaizduojamoje „ilsėjimosi“ laboratorijoje. O lygindami juos su tuo, ką stebime kitose, tikrose laboratorijose, visais atvejais galėsime spręsti apie tikrąsias judėjimo savybes.

Taigi, atrodytų, viskas klostosi puikiai: radome tvirtovę - „ramybę“, nors ir sąlyginę, o dabar judėjimas mums prarado savo reliatyvumą.

Tačiau iš tikrųjų ši iliuzinė „taika“, pasiekta tokiu sunkumu, nebus absoliuti.

Įsivaizduokite stebėtojus, gyvenančius vienišame Žemės rutulyje, pasiklydusiame didžiulėse visatos platybėse. Jie nejaučia jokių pašalinių jėgų įtakos, todėl turi būti įsitikinę, kad kamuolys, ant kurio jie gyvena, yra visiškai nejudantis, absoliučioje, nekintančioje ramybėje.

Staiga jie tolumoje pastebi kitą panašų rutulį, ant kurio yra tie patys stebėtojai. Šis antrasis kamuoliukas dideliu greičiu, tiesiai ir tolygiai veržiasi link pirmojo. Stebėtojai ant pirmojo kamuoliuko neabejoja, kad jie stovi vietoje, o tik antrasis rutulys juda. Tačiau šio antrojo kamuoliuko gyventojai taip pat tiki savo nejudrumu ir yra tvirtai įsitikinę, kad šis pirmasis „svetimas“ kamuolys juda link jų.

Kuris teisingas? Diskusijos šiuo klausimu neturi prasmės, nes tiesinio ir vienodo judėjimo būsenos visiškai neįmanoma atskirti nuo ramybės būsenos.

Norėdami tuo įsitikinti, jums ir man net nereikia lipti į begales visatos gelmes. Įlipkite į upės garlaivį, stovintį prieplaukoje, užsidarykite kajutėje ir atsargiai uždenkite langus. Tokiomis sąlygomis niekada nesužinosite, ar stovite vietoje, ar judate tiesiai ir tolygiai. Visi kūnai salone abiem atvejais elgsis lygiai taip pat: vandens paviršius stiklinėje visą laiką išliks ramus; vertikaliai aukštyn mestas rutulys taip pat kris vertikaliai žemyn; Laikrodžio švytuoklė supasi taip pat, kaip ir ant jūsų buto sienos.

Jūsų garlaivis gali plaukioti bet kokiu greičiu, tačiau jame galios tie patys judėjimo dėsniai kaip ir visiškai nejudančiame garlaive. Tik lėtėjimo ar įsibėgėjimo momentu galite aptikti jo judėjimą; kai jis juda tiesiai ir tolygiai, viskas ant jo teka taip pat, kaip ir stovinčiame laive.

Taigi absoliutaus poilsio niekur neradome, o atradome, kad pasaulyje gali būti be galo daug „poilsių“, kurie juda vienas kito atžvilgiu tolygiai ir tiesia linija. Todėl, kai kalbame apie kūno judėjimą, visada turime nurodyti, kokiu „poilsiu“ jis juda. Ši padėtis mechanikoje vadinama „judesio reliatyvumo dėsniu“. Jį prieš tris šimtus metų pateikė Galilėjus.

Bet jei judėjimas ir poilsis yra santykiniai, greitis, aišku, turi būti santykinis. Taip yra iš tikrųjų. Tarkime, pavyzdžiui, bėgate garlaivio deniu 5 metrų per sekundę greičiu. Jei laivas praplaukia ta pačia kryptimi 10 metrų per sekundę greičiu, tai jūsų greitis kranto atžvilgiu jau bus 15 metrų per sekundę.

Todėl teiginys: „kūnas juda tokiu ir tokiu greičiu“, nenurodant, ko atžvilgiu matuojamas greitis, neturi prasmės. Nustatydami judančio kūno greitį iš skirtingų taškų, turėtume gauti skirtingus rezultatus.

Viskas, apie ką iki šiol kalbėjome, buvo žinoma dar gerokai prieš Einšteino darbą. Judesio, poilsio ir greičio reliatyvumą nustatė didieji mechanikos kūrėjai – Galilėjus ir Niutonas. Jo atrasti judėjimo dėsniai sudarė fizikos pagrindą ir beveik tris šimtmečius labai prisidėjo prie visų gamtos mokslų raidos. Tyrinėtojai atrado daugybę naujų faktų ir dėsnių, ir visi jie vėl ir vėl patvirtino Galilėjaus ir Niutono požiūrių teisingumą. Šios nuomonės pasitvirtino ir praktinėje mechanikoje – projektuojant ir eksploatuojant visų rūšių mašinas ir įrenginius.

Tai tęsėsi iki XIX amžiaus pabaigos, kai buvo atrasti nauji reiškiniai, kurie, kaip paaiškėjo, labai prieštarauja klasikinės mechanikos dėsniams.

1881 m. amerikiečių fizikas Michaelsonas atliko daugybę eksperimentų, kad išmatuotų šviesos greitį. Netikėtas šių eksperimentų rezultatas sukėlė sumaištį tarp fizikų; tai buvo toks nuostabus ir paslaptingas, kad suglumino didžiausius pasaulio mokslininkus.

Įspūdingos šviesos savybės

Galbūt jūs pastebėjote tokį įdomų reiškinį.

Kur nors tolumoje, lauke, ant geležinkelio bėgių ar statybų aikštelėje plaka plaktukas. Matai, kaip stipriai jis krenta ant priekalo ar plieninio bėgio. Tačiau smūgio garso visiškai nesigirdi. Panašu, kad plaktukas atsidūrė ant kažko labai minkšto. Bet dabar jis vėl pakyla. Ir tuo metu, kai jis jau gana aukštai ore, išgirsta tolimą aštrų beldimą.

Nesunku suprasti, kodėl taip nutinka. Normaliomis sąlygomis garsas ore sklinda maždaug 340 metrų per sekundę greičiu, todėl plaktuko smūgį girdime ne tą akimirką, kai jis įvyksta, o tik po to, kai iš jo sklindantis garsas spėja pasiekti mūsų ausį.

Štai dar vienas ryškesnis pavyzdys. Žaibai ir griaustiniai vyksta vienu metu, tačiau dažnai atrodo, kad žaibas blykčioja tyliai, nes griaustinio griaustinis mūsų ausis pasiekia tik po kelių sekundžių. Jei girdime juos su vėlavimu, pavyzdžiui, 10 sekundžių, tai reiškia, kad žaibas yra 340 x 10 = 3400 metrų atstumu nuo mūsų arba 3,4 kilometro.

Abiem atvejais kalbame apie du momentus: apie tai, kada iš tikrųjų įvyko koks nors įvykis, ir apie momentą, kai šio įvykio aidas pasiekė mūsų ausį. Bet kaip žinoti, kada tiksliai įvykis įvyko?

Mes tai matome: matome, kaip kūjis krenta, žaibas blyksi. Šiuo atveju darome prielaidą, kad įvykis iš tikrųjų įvyksta tą akimirką, kai jį matome. Bet ar tikrai taip?

Ne, ne taip. Juk mes įvykių nesuvokiame tiesiogiai. Šviesa dalyvauja reiškiniuose, kuriuos stebime regėjimo pagalba. O šviesa erdvėje sklinda ne akimirksniu: kaip ir garsas, šviesos spinduliams reikia laiko įveikti atstumą.

Tuštumoje šviesa sklinda maždaug 300 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Tai reiškia: jei šviesa blyksteli 300 tūkstančių kilometrų atstumu nuo jūsų, jos blyksnį galite pastebėti ne iš karto, o tik po sekundės.

Per vieną sekundę šviesos spinduliai turėtų septynis kartus apskrieti Žemės rutulį išilgai pusiaujo. Palyginti su tokiu kolosaliu greičiu, žemiški atstumai atrodo nereikšmingi, todėl praktiškai galime manyti, kad visus Žemėje vykstančius reiškinius matome tą pačią akimirką, kai jie įvyksta.

Neįsivaizduojamai didžiulis šviesos greitis gali pasirodyti stebinantis. Tačiau daug labiau stebina kažkas kita: tai, kad šviesos greitis yra stebėtinai pastovus. Pažiūrėkime, koks yra šis nuoseklumas.

Yra žinoma, kad kūnų judėjimą galima dirbtinai sulėtinti ir pagreitinti. Jei, pavyzdžiui, į kulkos kelią įdėsite smėlio dėžę, tada kulka dėžėje praras dalį savo greičio. Prarastas greitis nebus atkurtas: palikus dėžę kulka toliau skris ne tokiu, o sumažintu greičiu.

Šviesos spinduliai elgiasi skirtingai. Ore jie plinta lėčiau nei tuštumoje, vandenyje – lėčiau nei ore, o stikle – dar lėčiau. Tačiau palikusi bet kokią medžiagą (žinoma, skaidrią) į tuštumą, šviesa ir toliau sklinda ankstesniu greičiu – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Be to, šviesos greitis nepriklauso nuo jos šaltinio savybių: jis visiškai vienodas ir Saulės spinduliams, ir prožektoriui, ir žvakei. Be to, nėra skirtumo, ar pats šviesos šaltinis juda, ar ne – tai niekaip neįtakoja šviesos greičio.

Norėdami visiškai suprasti šio fakto prasmę, dar kartą palyginkime šviesos sklidimą su įprastų kūnų judėjimu. Įsivaizduokite, kad iš gaisrinio antgalio gatvėje išleidžiate vandens srovę 5 metrų per sekundę greičiu. Tai reiškia, kad kiekviena vandens dalelė gatvės atžvilgiu praeina 5 metrus per sekundę. Bet jei priešgaisrinę žarną uždėsite ant automobilio, važiuojančio srovės kryptimi 10 metrų per sekundę greičiu, tada srovės greitis gatvės atžvilgiu bus jau 15 metrų per sekundę: vandens dalelės greitį perduoda ne tik ugnies antgalį, bet ir važiuojantį automobilį, kuris ugnies antgalį kartu su srove neša į priekį.

Palyginę šviesos šaltinį su gaisrine žarna, o jos spindulius su vandens srove, pamatysime reikšmingą skirtumą. Šviesos spinduliams nesvarbu, iš kokio šaltinio jie pateko į tuštumą ir kas su jais atsitiko prieš patenkant į tuščią erdvę. Kadangi jie yra jame, jų sklidimo greitis yra vienodas - 300 tūkstančių kilometrų per sekundę ir nepriklausomai nuo to, ar šviesos šaltinis juda, ar ne.

Pažiūrėkime, kaip šios ypatingos šviesos savybės atitinka judėjimo reliatyvumo dėsnį, kuris buvo aptartas pirmoje straipsnio dalyje. Norėdami tai padaryti, pabandykime išspręsti greičių pridėjimo ir atėmimo problemą, o dėl paprastumo manysime, kad visi mūsų įsivaizduojami reiškiniai vyksta tuštumoje, kur šviesos greitis yra 300 tūkstančių kilometrų.

Tegul šviesos šaltinis yra ant judančio garlaivio, pačiame jo viduryje, ir stebėtojas kiekviename garlaivio gale. Jie abu matuoja šviesos greitį. Kokie bus jų darbo rezultatai?

Kadangi spinduliai sklinda į visas puses, o abu stebėtojai kartu su garlaiviu juda viena kryptimi, gaunamas toks vaizdas: galiniame garlaivio gale esantis stebėtojas juda link spindulių, o priekinis nuo jų tolsta. visą laiką.

Todėl pirmasis stebėtojas turi nustatyti, kad šviesos greitis yra lygus 300 tūkstančių kilometrų plius garlaivio greitis, o antrasis – 300 tūkstančių kilometrų atėmus garlaivio greitį. Ir jei akimirką įsivaizduosime, kad laivas nukeliauja siaubingą 200 tūkstančių kilometrų per sekundę atstumą, tai pirmojo stebėtojo rastas šviesos greitis bus 500 tūkstančių kilometrų, o antrojo – 100 tūkstančių kilometrų per sekundę. Stacionariame laive abu stebėtojai gautų tą patį rezultatą – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Taigi, stebėtojų požiūriu, mūsų judančiame laive šviesa viena kryptimi sklinda 1 2/3 karto greičiau, o kita – tris kartus lėčiau nei stovinčiame. Atlikdami paprastus aritmetinius veiksmus, jie galės nustatyti absoliutų laivo greitį.

Lygiai taip pat galime nustatyti bet kurio kito judančio kūno absoliutų greitį: tam pakanka ant jo pastatyti kokį nors šviesos šaltinį ir išmatuoti šviesos spindulių sklidimo iš skirtingų kūno taškų greitį.

Kitaip tariant, mes staiga atsidūrėme tokioje padėtyje, kad galime nustatyti greitį, taigi ir kūno judėjimą, nepaisant visų kitų kūnų. Bet jei yra absoliutus greitis, tada yra ir vienas absoliutus poilsis, būtent: bet kuri laboratorija, kurioje stebėtojai, matuodami šviesos greitį bet kuria kryptimi, gauna tą pačią reikšmę - 300 tūkstančių kilometrų per sekundę, bus visiškai ramybės būsenoje. .

Nesunku pastebėti, kad visa tai stipriai prieštarauja išvadoms, kurias padarėme ankstesniame žurnalo numeryje. Tiesą sakant: mes kalbėjome apie tai, kad ant kūno, judančio tolygiai tiesia linija, viskas vyksta taip pat, kaip ir ant nejudančio kūno. Todėl, ar mes, pavyzdžiui, šaudysime į laivą jo judėjimo kryptimi ar prieš jo judėjimą, kulkos greitis laivo atžvilgiu išliks toks pat ir bus lygus greičiui stovinčiame laive. Kartu esame įsitikinę, kad judėjimas, greitis ir poilsis yra santykinės sąvokos: absoliutus judėjimas, greitis ir poilsis neegzistuoja. Ir dabar staiga paaiškėja, kad šviesos savybių stebėjimai apverčia visas šias išvadas ir prieštarauja Galilėjaus atrastam gamtos dėsniui – judėjimo reliatyvumo dėsniui.

Bet tai vienas pagrindinių jos dėsnių: jis vyrauja visame pasaulyje; jos teisingumas daugybę kartų buvo patvirtintas patirtimi ir yra patvirtinamas visur ir kiekvieną minutę iki šiol; jei jis staiga nustotų būti doras, visatą apimtų neįsivaizduojama suirutė. Tačiau šviesa jai ne tik nepaklūsta, bet net ir paneigia!

Michaelsono patirtis

Ką daryti su šiuo prieštaravimu? Prieš išsakydami svarstymus šiuo klausimu, atkreipkime dėmesį į tokią aplinkybę: mes nustatėme, kad šviesos savybės prieštarauja judėjimo reliatyvumo dėsniui vien samprotavimu. Tiesa, tai buvo labai įtikinami argumentai. Tačiau apsiribodami vien samprotavimu, būtume kaip antikos filosofai, kurie gamtos dėsnius bandė atrasti ne patirties ir stebėjimo pagalba, o remdamiesi vien išvadomis. Tokiu atveju neišvengiamai kyla pavojus, kad tokiu būdu sukurtas pasaulio paveikslas, nepaisant visų savo nuopelnų, pasirodys labai mažai panašus į mus supantį realų pasaulį.

Aukščiausias bet kokios fizinės teorijos teisėjas visada yra patirtis, todėl neapsiribodami samprotavimais apie tai, kaip šviesa turėtų sklisti ant judančio kūno, turėtume pereiti prie eksperimentų, kurie parodys, kaip ji iš tikrųjų sklinda tokiomis sąlygomis.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad tokius eksperimentus sunku atlikti dėl labai paprastos priežasties: praktiškai neįmanoma rasti kūno, kuris judėtų greičiu, atitinkančiu milžinišką šviesos greitį. Juk tokio laivo, kokį naudojome savo diskusijoje, žinoma, nėra ir negali būti.

Kad būtų galima nustatyti nežymų šviesos greičio pokytį ant gana lėtai judančių mums prieinamų kūnų, reikėjo sukurti itin didelio tikslumo matavimo priemones. Ir tik pradėjus gaminti tokius prietaisus, buvo galima pradėti aiškintis prieštaravimą tarp šviesos savybių ir judėjimo reliatyvumo dėsnio.

Tokį eksperimentą 1881 m. ėmėsi vienas didžiausių šių laikų eksperimentuotojų, amerikiečių fizikas Michaelsonas.

Michaelsonas naudojo... Žemės rutulį kaip judantį kūną. Iš tiesų Žemė yra akivaizdžiai judantis kūnas: ji sukasi aplink Saulę ir, be to, gana „garbingu“ greičiu mūsų sąlygoms - 30 kilometrų per sekundę. Todėl, tirdami šviesos sklidimą Žemėje, iš tikrųjų tiriame šviesos sklidimą judančioje laboratorijoje.

Michaelsonas išmatavo šviesos greitį Žemėje įvairiomis kryptimis labai tiksliai, tai yra, jis praktiškai atliko tai, ką mes mintyse padarėme su jumis įsivaizduojamame judančiame garlaive. Norėdamas sugauti nedidelį 30 kilometrų skirtumą, palyginti su didžiuliu 300 tūkstančių kilometrų skaičiumi, Michaelsonas turėjo naudoti labai sudėtingus eksperimentinius metodus ir parodyti visą savo didžiulį išradingumą. Eksperimento tikslumas buvo toks didelis, kad Michaelsonas būtų galėjęs aptikti daug mažesnį greičių skirtumą nei tas, kurį norėjo aptikti.

Iš keptuvės į ugnį

Eksperimento rezultatas iš anksto atrodė akivaizdus. Žinant šviesos savybes buvo galima numatyti, kad skirtingomis kryptimis matuojamas šviesos greitis skirsis. Bet galbūt manote, kad eksperimento rezultatas iš tikrųjų buvo toks?

Nieko panašaus! Michaelsono eksperimentas davė visiškai netikėtų rezultatų. Bėgant metams tai buvo daug kartų pakartota įvairiomis sąlygomis, bet visada veda prie tos pačios stulbinančios išvados.

Akivaizdžiai judančioje Žemėje šviesos greitis, išmatuotas bet kuria kryptimi, pasirodo esąs lygiai toks pat.

Tai reiškia, kad šviesa nėra išimtis. Jis paklūsta tam pačiam dėsniui, kaip ir kulka judančiame laive – Galilėjaus reliatyvumo dėsniui. Niekada nebuvo įmanoma aptikti „absoliutaus“ Žemės judėjimo. Jis neegzistuoja, kaip turėtų būti pagal reliatyvumo dėsnį.

Nemalonus prieštaravimas, su kuriuo susidūrė mokslas, buvo išspręstas. Tačiau atsirado naujų prieštaravimų! Fizikai nukrito iš keptuvės į ugnį.

Norėdami suprasti naujus prieštaravimus, kuriuos sukėlė Michaelsono patirtis, pažvelkime į savo tyrimus eilės tvarka.

Pirmiausia nustatėme, kad absoliutus judėjimas ir ramybė neegzistuoja; Apie tai kalba Galilėjaus reliatyvumo dėsnis. Tada paaiškėjo, kad ypatingos šviesos savybės prieštarauja reliatyvumo dėsniui. Iš to išplaukė, kad absoliutus judėjimas ir ramybė vis dar egzistuoja. Norėdamas tai patikrinti, Michaelsonas atliko eksperimentą. Eksperimentas parodė priešingai: nėra prieštaravimų – ir šviesa paklūsta reliatyvumo dėsniui. Vadinasi, absoliutus judėjimas ir vėl ramybė neegzistuoja. Kita vertus, Michaelsono eksperimento išvados akivaizdžiai taikomos bet kuriam judančiam kūnui, ne tik Žemei; todėl šviesos greitis visose laboratorijose yra vienodas, nepaisant jų pačių judėjimo, todėl šviesos greitis vis dar yra ne santykinis, o absoliutus dydis.

Paaiškėjo, kad tai buvo užburtas ratas. Garsiausi pasaulio fizikai dėl to sukasi daugelį metų. Buvo pasiūlytos įvairios teorijos, įskaitant pačias neįtikėtiniausias ir fantastiškiausias. Tačiau niekas nepadėjo: kiekviena nauja prielaida iškart sukeldavo naujų prieštaravimų. Mokslo pasaulis susidūrė su viena didžiausių paslapčių.

Paslaptingiausia ir keisčiausia visame tame buvo tai, kad mokslas čia susidūrė su visiškai aiškiais, tvirtai nustatytais faktais: reliatyvumo dėsniu, žinomomis šviesos savybėmis ir Michaelsono eksperimentu. Ir atrodė, kad jie veda į visišką absurdą.

Tiesų prieštaravimas... Bet tiesos negali prieštarauti viena kitai, nes tiesa gali būti tik viena. Todėl turi būti klaida mūsų supratimu apie faktus. Bet kur? kas tai?

Ištisus 24 metus – nuo ​​1881 iki 1905 m. – į šiuos klausimus nebuvo rasta atsakymo. Tačiau 1905 m. didžiausias mūsų laikų fizikas Albertas Einšteinas puikiai paaiškino mįslę. Atėjusi iš visiškai netikėtos krypties, fizikams susidarė sprogusios bombos įspūdis.

Einšteino paaiškinimas taip nepanašus į jokią koncepciją, prie kurios žmonija buvo pripratusi tūkstantmečius, kad skamba nepaprastai neįtikėtinai. Tačiau nepaisant to, tai pasirodė neabejotinai teisinga: jau 34 metus laboratoriniai eksperimentai ir įvairių pasaulio fizikinių reiškinių stebėjimai vis labiau patvirtina jo pagrįstumą.

Kai durys atsidaro

Norint suprasti Einšteino paaiškinimą, pirmiausia reikia susipažinti su viena Michaelsono eksperimento pasekme. Iš karto pažvelkime į tai pavyzdžiu. Tam dar kartą panaudokime fantastišką garlaivį.

Įsivaizduokime 5400 tūkstančių kilometrų ilgio laivą. Tegul jis juda tiesiai ir tolygiai pasakišku 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Tam tikru momentu garlaivio viduryje užsidega lemputė. Laivo priekyje ir laivagalyje yra durys. Jie sukurti taip, kad tuo metu, kai ant jų krenta lemputės šviesa, jie automatiškai atsidaro. Užsidegė lemputė. Kada tiksliai atsidarys durys?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, prisiminkime Michaelsono eksperimento rezultatus. Michaelsono eksperimentas parodė, kad, palyginti su stebėtojais judančioje Žemėje, šviesa sklinda visomis kryptimis tuo pačiu 300 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Tas pats, žinoma, nutiks judančiame laive. Bet atstumas nuo lemputės iki kiekvieno laivo galo yra 2 700 000 kilometrų, o 2 700 000: 300 000 = 9. Tai reiškia, kad lemputės šviesa pasieks kiekvieną duris per 9 sekundes. Taip abi durys atsidarys vienu metu.

Taip situacija pasireikš stebėtojui laive. Ką žmonės pamatys prieplaukoje, pro kurią juda laivas?

Kadangi šviesos greitis nepriklauso nuo šviesos šaltinio judėjimo, tai prieplaukos atžvilgiu jis yra lygus 300 tūkstančių kilometrų per sekundę, nepaisant to, kad šviesos šaltinis yra judančiame laive. Tačiau stebėtojo, esančio prieplaukoje, požiūriu, laivo laivagalio durys laivo greičiu juda šviesos pluošto link. Kada durys susidurs su siją?

Čia susiduriame su problema, panašia į dviejų vienas kito link keliaujančių keliautojų problemą. Norėdami sužinoti susitikimo laiką, atstumą tarp keliautojų turite padalyti iš jų greičių sumos. Padarykime tą patį čia. Atstumas tarp lemputės ir durų – 2700 tūkstančių kilometrų, durų (tai yra garlaivio) greitis – 240 tūkstančių kilometrų per sekundę, o šviesos greitis – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Todėl galinės durys atsidarys pro

2700 000 / (300 000 + 240 000) = 5 sekundės

Užsidegus šviesai. O priekis?

Priekines duris, stebėtojo ant molo požiūriu, šviesos pluoštas turi pasivyti, nes jis juda su garlaiviu ta pačia kryptimi kaip ir šviesos spindulys. Todėl čia turime problemą dėl keliautojų, kurių vienas pasiveja kitą. Atstumą padalinsime iš greičio skirtumo:

2700 000/(300 000–240 000) = 45 sekundės

Taigi pirmosios durys atsidarys po 5 sekundžių po to, kai užsidegs lemputė, o antrosios durys atsidarys po 45 sekundžių. Todėl durys neatsidarys vienu metu. Štai ką pamatys prieplaukos žmonės! Nuotrauka yra pati nuostabiausia iš visų iki šiol pasakytų.

Pasirodo, tie patys įvykiai – priekinių ir galinių durų atidarymas – žmonėms laive įvyks vienu metu, o prieplaukoje – ne vienu metu, o atskirti 40 sekundžių laiko intervalu.

Ar tai neatrodo visiška nesąmonė? Ar tai neatrodo absurdiškas teiginys iš pokšto – kad krokodilo ilgis nuo uodegos iki galvos yra 2 metrai, o nuo galvos iki uodegos – 1 metras?

Ir, atminkite, prieplaukos žmonės nepagalvos, kad durys atsidarė ne vienu metu: jiems tai iš tikrųjų įvyks tuo pačiu metu. Juk skaičiavome laiką, kada atsidaro kiekviena iš durų. Tuo pačiu metu nustatėme, kad antrosios durys iš tikrųjų atsidarė 40 sekundžių vėliau nei pirmosios.

Tačiau ir laivo keleiviai teisingai nustatė, kad abi durys atsidarė vienu metu. Ir tai buvo parodyta aritmetiškai. Kas atsitiks? Aritmetika prieš aritmetiką?!

Ne, aritmetika čia nekalta. Visi prieštaravimai, su kuriais čia susiduriame, slypi neteisingose ​​idėjose apie laiką: laikas pasirodė visai ne toks, kokiu žmonija tikėjo iki šiol.

Einšteinas persvarstė šias tūkstančio metų senumo sąvokas. Tuo pačiu metu jis padarė didelį atradimą, kurio dėka jo vardas tapo nemirtingas.

Laikas yra reliatyvus

Ankstesniame numeryje parodėme, kokias nepaprastas išvadas fizikai turėjo padaryti iš Michaelsono eksperimento. Pažiūrėjome į įsivaizduojamo garlaivio, kurio dvi durys atsidaro gavus šviesos signalą, pavyzdį, ir nustatėme stulbinantį faktą: stebėtojų požiūriu laive durys atsidaro tą pačią akimirką, bet iš taško stebėtojų ant molo vaizdas, jie atsiveria skirtingu momentu.

Prie ko žmogus nėra įpratęs, jam atrodo neįtikėtina. Incidentas su durimis laive atrodo visiškai neįtikėtinas, nes niekada nejudėjome tokiu greičiu, kuris net nuotoliniu būdu priartėtų prie pasakiško skaičiaus – 240 tūkstančių kilometrų per sekundę. Tačiau turime atsižvelgti į tai, kad tokiu greičiu vykstantys reiškiniai gali labai skirtis nuo tų, prie kurių esame įpratę kasdieniame gyvenime.

Žinoma, iš tikrųjų nėra garlaivių, plaukiančių artimu šviesos greičiui. Ir iš tikrųjų, niekas niekada nepastebėjo tokio atvejo su durimis, kaip aprašyta mūsų pavyzdyje. Tačiau panašius reiškinius, dėka šiuolaikinės labai išvystytos eksperimentinės technologijos, tikrai galima aptikti. Prisiminkime, kad pavyzdys su atidaromomis durimis pagrįstas ne abstrakčiais samprotavimais, o tik tvirtai nustatytais faktais, gautais per patirtį: Michaelsono patirtimi ir ilgamečiais šviesos savybių stebėjimais.

Taigi būtent patirtis atvedė prie neginčijamos išvados, kad dviejų įvykių vienalaikiškumo samprata nėra absoliuti. Anksčiau manėme, kad jei bet kurioje laboratorijoje tuo pačiu metu įvyktų du įvykiai, tai bet kurioje kitoje laboratorijoje jie būtų vienu metu. Dabar išsiaiškinome, kad tai galioja tik ramybės laboratorijoms viena kitos atžvilgiu. Priešingu atveju įvykiai, kurie yra vienu metu vienoje laboratorijoje, įvyks skirtingu laiku kitoje.

Iš to išplaukia, kad vienalaikiškumo sąvoka yra santykinė sąvoka. Jis įgyja prasmę tik tada, kai nurodoma, kaip juda laboratorija, iš kurios stebimi įvykiai.

Straipsnio pradžioje kalbėjome apie du keliautojus, kurie kasdien ateidavo prie greitojo valgomojo automobilio. Keliautojai buvo tikri, kad visą laiką susitikdavo toje pačioje vietoje. Jų vyrai tvirtino, kad jie kasdien susitikdavo naujoje vietoje, už tūkstančio kilometrų nuo ankstesnės.

Abu buvo teisūs: traukinio atžvilgiu keliautojai iš tikrųjų susitiko toje pačioje vietoje, o geležinkelio bėgių atžvilgiu – skirtingose ​​vietose. Šis pavyzdys mums parodė, kad erdvės sąvoka nėra absoliuti, o santykinė sąvoka.

Abu pavyzdžiai – apie susitikimą su keliautojais ir durų atidarymą laive – yra panašūs vienas į kitą. Abiem atvejais kalbame apie reliatyvumą ir netgi randami tie patys žodžiai: „tame pačiame“ ir „skirtingame“. Tik pirmame pavyzdyje kalbama apie vietas, tai yra apie erdvę, o antrajame pavyzdyje kalbama apie akimirkas, tai yra apie laiką. Kas iš to seka?

Tai, kad laiko sąvoka yra tokia pat reliatyvi kaip ir erdvės samprata.

Norėdami pagaliau tuo įsitikinti, šiek tiek pakeiskime pavyzdį su garlaiviu. Tarkime, kad vienos iš durų mechanizmas yra sugedęs. Tegul dėl šio gedimo laive esantys žmonės pastebės, kad priekinės durys atsidarė likus 15 sekundžių iki galinių durų. Ką žmonės pamatys prieplaukoje?

Jei pirmoje pavyzdžio versijoje priekinės durys jiems atsidarė 40 sekundžių vėliau nei galinės, tai antroje versijoje tai įvyks tik po 40–15 = 25 sekundžių vėliau. Todėl paaiškėja, kad žmonėms laive priekinės durys atsidarė anksčiau nei užpakalinės, o žmonėms prieplaukoje – vėliau.

Taigi, kas nutiko anksčiau vienai laboratorijai, vėliau nutiko kitai. Iš to aišku, kad pati laiko sąvoka yra santykinė sąvoka.

Šį atradimą 1905 metais padarė dvidešimt šešerių metų fizikas Albertas Einšteinas. Prieš tai žmogus įsivaizdavo laiką kaip absoliutų – visur pasaulyje tą patį, nepriklausomą nuo jokios laboratorijos. Taigi žmonės kažkada laikė vienodomis kryptimis aukštyn ir žemyn visame pasaulyje.

O dabar laikas ištiko kosmoso likimą. Paaiškėjo, kad posakis „tuo pačiu metu“ neturi daugiau prasmės nei posakis „toje pačioje vietoje“, jei nenurodyta, į kurią laboratoriją kalbama.

Galbūt kažkam vis dar kyla klausimas: ar iš tikrųjų, nepaisant jokios laboratorijos, yra du įvykiai vienu metu, ar ne? Galvoti apie šį klausimą yra taip pat absurdiška, kaip apie klausimą, kur iš tikrųjų, nepaisant jokių laboratorijų, yra pasaulio viršūnė ir apačia?

Laiko reliatyvumo atradimas leido, kaip matysite toliau, išspręsti visus prieštaravimus, į kuriuos fiziką atvedė Michaelsono patirtis. Šis atradimas buvo viena didžiausių proto pergalių prieš sukaulėjusias idėjas, kurios vystėsi per tūkstančius metų. Nustebinęs mokslo pasaulį savo nepaprasta prigimtimi, jis sukėlė didelę revoliuciją žmonijos požiūriu į gamtą. Savo pobūdžiu ir reikšme jį galima palyginti tik su revoliucija, kurią sukėlė Žemės sferiškumo atradimas arba jos judėjimo aplink Saulę atradimas.

Taigi Einšteinas kartu su Koperniku ir Niutonu nutiesė visiškai naujus mokslo kelius. Ir ne be reikalo šio tuomet dar jauno mokslininko atradimas greitai pelnė jam didžiausio mūsų amžiaus fiziko šlovę.

Laiko reliatyvumo doktrina paprastai vadinama „Einšteino reliatyvumo principu“ arba tiesiog „reliatyvumo principu“. Jis neturėtų būti painiojamas su judėjimo reliatyvumo dėsniu arba principu, apie kurį buvo kalbama anksčiau, tai yra, su „klasikiniu reliatyvumo principu“ arba „Galileo-Newtono reliatyvumo principu“.

Greitis turi ribą

Žurnalo straipsnyje neįmanoma papasakoti apie tuos didžiulius pokyčius ir visus naujus dalykus, kuriuos reliatyvumo principas atnešė į mokslą. Be to, norint visa tai suprasti, reikia gerai išmanyti fiziką ir aukštąją matematiką.

Mūsų straipsnio tikslas yra paaiškinti tik pačius Einšteino principo pagrindus ir svarbiausias pasekmes, kylančias iš laiko reliatyvumo. Vien tai, kaip matėte, toli gražu nėra lengva užduotis. Pastebėkime, kad reliatyvumo principas yra vienas sunkiausių mokslinių klausimų, į kurį apskritai neįmanoma pakankamai giliai įsigilinti be matematikos pagalbos.

Pirmiausia pažvelkime į vieną labai svarbią laiko reliatyvumo pasekmę greičio atžvilgiu.

Kaip žinote, garvežių, automobilių ir lėktuvų greitis nuolat didėja nuo jų išradimo iki šių dienų. Dabar jis pasiekė lygį, kuris prieš kelis dešimtmečius būtų atrodė neįtikėtinas. Jis ir toliau didės.

Technologijoje žinomi ir daug didesni greičiai. Tai, visų pirma, kulkų ir artilerijos sviedinių greitis. Kulkų ir sviedinių skrydžio greitis dėl nuolatinių techninių patobulinimų taip pat kasmet didėjo ir toliau didės.

Tačiau didžiausias technikoje naudojamas greitis yra signalo perdavimo greitis naudojant šviesos spindulius, elektros srovę ir radijo bangas. Visais trimis atvejais jis maždaug lygus tai pačiai reikšmei – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Galima manyti, kad toliau tobulėjant technologijoms, atrandant kai kuriuos naujus spindulius, šis greitis bus pralenktas; Nuolat didindami mums prieinamą greitį, galiausiai galėsime priartėti prie momentinio signalų ar pastangų perdavimo bet kokiu atstumu idealo.

Tačiau Michaelsono patirtis rodo, kad šis idealas nepasiekiamas. Tiesą sakant, esant be galo dideliam perdavimo greičiui, signalai iš dviejų įvykių mus akimirksniu pasiektų bet kokiomis sąlygomis; ir jei vienoje laboratorijoje du įvykiai įvyktų vienu metu, tai visose kitose laboratorijose jie taip pat būtų stebimi vienu metu - tuo pačiu momentu, kai jie įvyko. O tai reikštų, kad „vienalaikiškumas“ tapo absoliutus, visiškai nepriklausomas nuo laboratorijų judėjimo. Tačiau laiko absoliutumą, kaip matėme, paneigia Michaelsono patirtis. Todėl signalų ar pastangų perdavimas negali vykti akimirksniu.

Kitaip tariant, bet kokio perdavimo greitis negali būti be galo didelis. Yra tam tikras greičio apribojimas – maksimalus greitis, kurio jokiu būdu negalima viršyti.

Nesunku patikrinti, ar didžiausias greitis sutampa su šviesos greičiu. Iš tiesų, remiantis Galilėjaus ir Niutono reliatyvumo principu, gamtos dėsniai yra vienodi visose laboratorijose, judančiose viena kitos atžvilgiu tiesia linija ir tolygiai. Tai reiškia, kad visose tokiose laboratorijose maksimalus greitis turėtų būti vienodas. Bet koks greitis išlieka pastovus visose laboratorijose? Kaip matėme, šviesos greitis turi tokį nuostabų pastovumą, ir tik jis! Iš to išplaukia, kad šviesos greitis nėra tik kokio nors vieno (nors ir labai svarbaus) veiksmo pasaulyje sklidimo greitis: tai kartu ir didžiausias gamtoje egzistuojantis greitis.

Didžiausio greičio egzistavimo gamtoje atradimas taip pat buvo viena didžiausių žmogaus minties pergalių. Praėjusio šimtmečio fizikas negalėjo suprasti, kad greitis yra ribojamas. Jei per savo eksperimentus jis būtų užklupęs faktą, kad egzistuoja ribojantis greitis, jis būtų nusprendęs, kad tai nelaimingas atsitikimas, o dėl to kaltas tik jo eksperimentinių galimybių ribotumas. Jis turėtų teisę manyti, kad tobulėjant technologijoms būtų galima viršyti maksimalų greitį.

Mums aišku priešingai: tuo tikėtis būtų taip pat juokinga, kaip tikėti, kad išsivysčius navigacijai bus galima pasiekti vietą žemės paviršiuje, nutolusią daugiau nei 20 tūkstančių kilometrų nuo pradžios taško (t. daugiau nei pusė žemės perimetro).

Kada minutė lygi valandai?

Norėdamas iki galo paaiškinti laiko reliatyvumą ir iš to kylančias pasekmes, kurios iš įpročio atrodo keistos, Einšteinas pasitelkia pavyzdžius su traukiniu. Darykime taip pat. Įsivaizduojamu pasakišku greičiu judantį milžinišką traukinį pavadinsime „Einšteino traukiniu“.

Įsivaizduokime labai ilgą geležinkelį. Dvi stotys yra nutolusios viena nuo kitos 864 milijonų kilometrų atstumu. Norint nuvažiuoti atstumą tarp jų, Einšteino traukiniui, važiuojančiam, tarkime, 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, prireiktų valandos. Abi stotys turi visiškai tikslius laikrodžius.

Pirmoje stotyje keliautojas įlipa į traukinį. Pirmiausia jis nustato kišeninį chronometrą tiksliai pagal stoties laikrodį. Atvykęs į kitą stotį, patikrina jį su stoties laikrodžiu ir nustebęs pastebi, kad chronometras yra už...

Kodėl taip atsitiko?

Tarkime, kad ant vežimo grindų yra elektros lemputė, o lubose - veidrodis. Ant veidrodžio nukritusios lemputės šviesos spindulys atsispindi atgal į lemputę. Spindulio kelias, kurį mato vežime sėdintis keliautojas, parodytas viršutiniame paveikslėlyje: spindulys nukreiptas vertikaliai aukštyn ir krenta vertikaliai žemyn.

Stebėtojui stotyje pasirodys kitoks vaizdas. Tuo metu, kai šviesos spindulys nukeliavo nuo lemputės iki veidrodžio, veidrodis judėjo kartu su traukiniu. O krintant atspindėtam spinduliui, pati lemputė nuslinko tokiu pat atstumu. Spindulio nueitas kelias stoties stebėtojo požiūriu parodytas apatiniame paveikslėlyje: jis sudaro dvi priešingo trikampio kraštines. Trikampio pagrindą sudaro traukinio nešama lemputė.

Matome, kad stotyje esančio stebėtojo požiūriu šviesos spindulys nukeliavo didesnį atstumą, nei žiūrint iš stebėtojo traukinyje. Tuo pačiu žinome, kad šviesos greitis visomis sąlygomis yra pastovus: jis lygiai toks pat ir stebėtojui stotyje, ir keliautojui traukinyje. Kas iš to seka?

Akivaizdu, kad jei greičiai vienodi, bet takų ilgiai skirtingi, tai trumpesniu keliu nuvažiuoti reikia mažiau laiko, didesniu – daugiau. Lengva apskaičiuoti abiejų kartų santykį.

Tarkime, stotyje esančio stebėtojo požiūriu, nuo spindulio išėjimo į veidrodį iki jo sugrįžimo į lemputę praėjo 10 sekundžių. Per šias 10 sekundžių šviesa praėjo:

300 000 x 10 = 3 milijonai kilometrų.

Vadinasi, lygiašonio trikampio ABC kraštinės AB ir BC yra lygios po 1,5 milijono kilometrų. Kraštinė AC 1, trikampio pagrindas, yra lygi atstumui, kurį traukinys įveikė per 10 sekundžių, būtent:

240 000 x 10 = 2,4 milijono kilometrų.

Pusė bazės, AD 1 yra lygus 1,2 milijono kilometrų.

Iš čia nesunku nustatyti automobilio aukštį – trikampio BD aukštį. Iš dešiniojo trikampio ABD turime:

BD 2 = AB 2 - AD 2 = 1,52 - 1,22

Taigi BD = 0,9 milijono kilometrų.

Aukštis yra gana garbingas, tačiau tai nenuostabu, atsižvelgiant į astronominius Einšteino traukinio matmenis.

Spindulio nueitas kelias traukinio stebėtojo požiūriu akivaizdžiai lygus dvigubam trikampio aukščiui:

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 milijono kilometrų.

Norint keliauti šiuo keliu, šviesai reikės:

1 800 000/300 000 = 6 sekundės.

Taigi, kol šviesos spindulys ėjo nuo lemputės iki veidrodžio ir atgal, stotyje prabėgo 10 sekundžių, o traukinyje – tik 6 sekundes. Laiko traukinyje ir laiko stotyse santykis yra 6/10.

Taigi stebina pasekmė: pagal stoties laiką traukinys važiuodamas tarp stočių praleido valandą, tačiau pagal keliautojo chronometrą tik 6/10 valandos, tai yra 36 minutes. Būtent todėl keliaujant tarp stočių keliautojo chronometras atsiliko nuo stoties laikrodžio, be to, 24 minutėmis.

Turime gerai pagalvoti apie šį faktą: ne dėl to keliautojo chronometras atsiliko; kad jis ėjo lėčiau arba dirbo neteisingai. Ne, jis veikė taip pat, kaip laikrodžiai stotyse. Tačiau laikas traukinyje, judančiame stočių atžvilgiu, prabėgo kitaip nei stotyse.

Iš diagramos su trikampiu aišku, kad kuo didesnis traukinio greitis, tuo didesnis chronometro atsilikimas nuo traukinio iki šviesos greičio turi būti užtikrintas, kad praeis bet koks trumpas laiko tarpas traukinys per valandą stoties laiku. Pavyzdžiui, kai traukinio greitis yra lygus maždaug 0,9999 šviesos greičio, per valandą traukinio stoties laiko praeis tik 1 minutė (arba, priešingai, valanda praeis per minutę traukinyje, jei stebėtojas vienoje stotyje tikrina savo laiką naudodamas du chronometrus, įrengtus traukinio pradžioje ir pabaigoje).

Laikydami laiką absoliučiu, žmonės jį įsivaizduodavo kaip kažką, kas teka tolygiai, be to, visur ir visomis pasaulio sąlygomis vienodu greičiu. Tačiau Einšteino traukinys rodo, kad skirtingose ​​laboratorijose laiko tempas yra skirtingas. Šis laiko reliatyvumas yra viena iš svarbiausių fizinio pasaulio savybių.

Iš viso to, kas pasakyta, galime daryti išvadą, kad Wellso mokslinės fantastikos istorijoje aprašyta „laiko mašina“ nėra tokia tuščia fantazija. Laiko reliatyvumas atveria galimybę, bent jau teoriškai, keliauti į ateitį. Nesunku suprasti, kad Einšteino traukinys yra būtent „laiko mašina“.

Laiko mašina

Tiesą sakant, įsivaizduokime, kad Einšteino traukinys juda ne tiesia linija, o žiediniu geležinkeliu. Tada kiekvieną kartą grįžęs į pradinę stotį keliautojas sužinos, kad jo laikrodis yra už stoties laikrodžio.

Priartindami traukinio greitį prie šviesos greičio, galite, kaip jau žinote, užtikrinti, kad traukinyje per valandą pagal stoties laikrodį pravažiuotų bet koks mažas laiko tarpas. Tai veda prie nuostabių rezultatų: traukinyje praeis tik metai, o stotyje praeis šimtai ir tūkstančiai metų. Išlipęs iš savo „laiko mašinos“, mūsų keliautojas atsidurs atskiroje ateityje... Jo artimieji ir draugai jau seniai mirė... Gyvus jis ras tik tolimus jų palikuonis.

Tačiau Einšteino traukinys vis dar labai skiriasi nuo Wellso automobilio. Juk, pasak romanistės, ji galėjo pajudėti laiku ne dėl didelio greičio, o dėl kažkokio ypatingo techninio prietaiso. Tačiau iš tikrųjų tokio įrenginio negalima sukurti; tai visiška nesąmonė. Yra tik vienas būdas patekti į ateitį: suteikti traukiniui kolosalų greitį – artimą šviesos greičiui.

Dar viena savybė Einšteino traukinį išskiria nuo Wellso laiko mašinos: jis negali judėti „atgal“ laike, tai yra, iš jo atimama galimybė eiti į praeitį ir taip grįžti iš ateities į dabartį.

Apskritai pati mintis apie judėjimą laike yra visiškai beprasmė. Galime daryti įtaką tik tai, kas dar neįvyko, bet negalime pakeisti to, kas jau įvyko. Tai aišku net iš šio pavyzdžio: jei būtų galima grįžti laiku atgal, gali atsitikti taip, kad žmogus grįžo į praeitį ir nužudė savo tėvus, kai šie dar buvo kūdikiai. O jei grįžtų į dabartį, atsidurtų absurdiškoje padėtyje – žmogaus, kurio tėvai mirė gerokai prieš jam gimstant!

Judėjimas artimu šviesos greičiui teoriškai atveria kitą galimybę: kartu su laiku įveikti bet kokį atstumą. O pasaulio erdvėje jie gali būti tokie dideli, kad net važiuojant maksimaliu greičiu daugumai kelionių neužtektų žmogaus gyvybės.

Pavyzdžiui, žvaigždė, esanti, tarkime, už dviejų šimtų šviesmečių nuo mūsų. Kadangi šviesos greitis yra didžiausias gamtoje, neįmanoma pasiekti šios žvaigždės anksčiau nei po dviejų šimtų metų po paleidimo. O kadangi žmogaus gyvenimo trukmė nesiekia dviejų šimtų metų, būtų galima drąsiai teigti, kad žmogui iš esmės atimta galimybė pasiekti tolimas žvaigždes.

Tačiau šis samprotavimas yra klaidingas. Klaida ta, kad apie du šimtus metų kalbame kaip apie kažką absoliutaus. Tačiau laikas yra santykinis, tai yra, nėra bendro laiko visoms laboratorijoms. Stotyse buvo vienas laikas, o Einšteino traukinyje buvo kitas.

Įsivaizduokime astronautą, keliaujantį į kosmosą. Kol ji pasieks žvaigždę, esančią už dviejų šimtų šviesmečių nuo mūsų, pagal žemiškąjį laiką iš tikrųjų praeis du šimtai metų. Raketoje, priklausomai nuo jos greičio Žemės atžvilgiu, kaip žinome, gali praeiti bet koks trumpas laiko tarpas.

Taigi astronautas žvaigždę pasieks pagal savo laiko skaičiavimą ne po dviejų šimtų metų, o, tarkime, per vienerius metus. Pakankamai dideliu greičiu teoriškai įmanoma net per minutę „nuskristi“ į žvaigždę ir grįžti pagal raketos laikrodį...

Be to: judant didžiausiu greičiu pasaulyje – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę – laikas tampa itin mažas, tai yra lygus nuliui. Kitaip tariant, jei raketa galėtų judėti šviesos greičiu, laikas stebėtojui joje visiškai sustotų, o šio stebėtojo požiūriu starto momentas sutaptų su finišo momentu.

Kartojame, kad visa tai įsivaizduojama tik teoriškai. Praktiškai kelionė į ateitį ir tolimas žvaigždes yra neįmanoma, nes automobilių ir žmonių judėjimas artimu šviesos greičiui yra neįmanomas dėl techninių priežasčių.

O objektų dydžiai yra santykiniai

Ankstesniuose skyriuose pateikti samprotavimai ir linksmi pavyzdžiai atrodo fantastiški. Tačiau jų tikslas – ne pavergti skaitytoją fantazija, o parodyti pasekmių, kylančių iš laiko reliatyvumo, gilumą ir rimtumą.

Nesunku pastebėti, kad laiko reliatyvumas reiškia ir kūnų dydžių reliatyvumą.

Tegul platformos, pro kurią pravažiuoja Einšteino traukinys, ilgis yra 2,4 milijono kilometrų. 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu traukinys per 10 sekundžių pravažiuos peroną. Tačiau per 10 sekundžių stoties laiko traukinyje praskris tik 6 sekundės. Iš čia keliautojas teisingai padarys išvadą, kad platformos ilgis yra 240 tūkstančių x 6 = 1,44 milijono kilometrų, o ne 2,40 milijono kilometrų.

Tai reiškia, kad ramybės objektas, palyginti su bet kuria laboratorija, yra ilgesnis nei judantis. Peronas judėjo traukinio atžvilgiu, bet stoties atžvilgiu buvo ramybės būsenoje. Todėl stebėtojui stotyje jis buvo ilgesnis nei keliautojui. Priešingai, traukinio vagonai stebėtojui stotyje buvo 10/6 kartų trumpesni nei keliautojui.

Didėjant greičiui, objektų ilgis vis labiau mažėja. Todėl didžiausiu greičiu jis turėtų tapti mažiausiu, tai yra lygus nuliui.

Taigi kiekvienas judantis kūnas susitraukia savo judėjimo kryptimi. Šiuo atžvilgiu būtina pataisyti vieną iš pavyzdžių, kurį pateikėme žurnalo Nr. 9, būtent: per eksperimentą su garlaivio durų atidarymu nustatėme, kad stebėtojui ant prieplaukos antros durys atsidarė 40 sekundėmis vėliau nei pirmoji. Bet kadangi garlaivio, judančio 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, ilgis, palyginti su prieplauka, buvo sumažintas 10/6 kartų, tikrasis laiko intervalas tarp durų atidarymo bus lygus 40 sekundžių, o ne 40 sekundžių, pagal laikrodį prieplaukoje: 10/6 = 24 sekundės . Ši skaitinė korekcija, žinoma, nekeičia esminių išvadų, kurias padarėme iš patirties su garlaiviu.

Kūnų dydžių reliatyvumas iš karto sukelia naują, bene ryškiausią reliatyvumo principo pasekmę. „Pats ryškiausias“, nes tai paaiškina netikėtą Michaelsono eksperimento rezultatą, kuris vienu metu sukėlė sumaištį fizikų gretose. Reikalas, kaip prisimenate, buvo susijęs su greičių pridėjimu, kuris dėl kažkokios nežinomos priežasties „nenorėjo“ paklusti įprastai aritmetikai.

Žmogus visada buvo įpratęs sumuoti greičius, nukreiptus tiesia linija ir viena kryptimi, grynai aritmetiškai, tai yra taip paprastai, kaip lenteles ar obuolius. Pavyzdžiui, jei laivas plaukia tam tikra kryptimi 20 kilometrų per valandą greičiu, o keleivis jo deniu eina ta pačia kryptimi 5 kilometrų per valandą greičiu, tada keleivio greitis, palyginti su prieplauka bus lygi 20 + 5 = 25 kilometrai per valandą.

Dar visai neseniai fizikai buvo įsitikinę, kad šis sudėjimo būdas yra visiškai teisingas ir tinkamas bet kokių greičių sumai rasti. Tačiau reliatyvumo principas šios mechanikos taisyklės nepaliko nepaliestos.

Pabandykite, pavyzdžiui, pridėti 230 ir 270 tūkstančių kilometrų per sekundę greičius. Kas atsitiks? 500 tūkstančių kilometrų per sekundę. Tačiau toks greitis negali egzistuoti, nes 300 tūkstančių kilometrų per sekundę yra didžiausias greitis pasaulyje. Iš to bent jau aišku, kad bet kokių ir kiek greičių suma bet kokiu atveju negali viršyti 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Bet gal leistina pridėti aritmetiškai mažesnius greičius, pavyzdžiui, 150 ir 130 tūkstančių kilometrų per sekundę? Juk jų suma, 280 tūkstančių kilometrų per sekundę, neviršija didžiausio greičio pasaulyje.

Nesunku pastebėti, kad ir čia aritmetinė suma neteisinga. Pavyzdžiui, tegul garlaivis praplaukia pro prieplauką 150 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, o rutulys garlaivio deniu rieda 130 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Šių greičių suma turi išreikšti rutulio greitį prieplaukos atžvilgiu. Tačiau iš ankstesnio skyriaus žinome, kad judantis kūnas susitraukia. Todėl 130 tūkstančių kilometrų atstumas laive visiškai neprilygsta 130 tūkstančių kilometrų stebėtojui prieplaukoje, o 150 tūkstančių kilometrų palei krantą visiškai neprilygsta 150 tūkstančių kilometrų laivo keleiviui.

Toliau, norėdamas nustatyti rutulio greitį prieplaukos atžvilgiu, stebėtojas naudoja laikrodį prieplaukoje. Tačiau kamuoliuko greitį garlaivyje lemia garlaivio laikas. O laikas judančiame laive ir prieplaukoje, kaip žinome, visai nevienodas.

Taip greičių pridėjimo klausimas atrodo praktiškai: turime atsižvelgti ir į atstumų, ir į laiko reliatyvumą. Kaip reikia pridėti greičius?

Einšteinas tam pateikė specialią formulę, atitinkančią reliatyvumo principą. Iki šiol mes nepateikėme formulių iš reliatyvumo teorijos, nenorėdami jomis apkrauti šio sunkaus straipsnio. Tačiau glausta ir aiški matematikos kalba daug ką iš karto daro aišku, ilgus argumentus pakeičiant daugybe žodžių. Greičių pridėjimo formulė yra ne tik daug paprastesnė nei visi ankstesni argumentai, bet ir pati savaime tokia paprasta ir įdomi, kad verta paminėti:

Čia V 1 ir V 2 yra greičio komponentai, W – bendras greitis, c – didžiausias greitis pasaulyje (šviesos greitis), lygus 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Ši nuostabi formulė turi kaip tik tinkamą savybę: kad ir kokius greičius sudėtume, niekada nepasieksime daugiau nei 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Pabandykite pagal šią formulę pridėti 230 tūkstančių ir 270 tūkstančių kilometrų per sekundę arba net 300 tūkstančių ir 300 tūkstančių kilometrų per sekundę ir pažiūrėkite, kas atsitiks.

Pridedant mažus greičius – tokius, su kuriais susiduriame dažniausiai praktikoje – formulė duoda mums įprastą rezultatą, kuris mažai skiriasi nuo aritmetinės sumos. Paimkime, pavyzdžiui, net didžiausią šiuolaikinį judėjimo greitį. Tegul du lėktuvai juda vienas kito link, kiekvienas skrisdamas 650 kilometrų per valandą greičiu. Koks jų artėjimo greitis?

Aritmetiškai – (650 + 650) = 1300 kilometrų per valandą. Pagal Einšteino formulę tai tik 0,72 mikrono per valandą mažiau. O aukščiau pateiktame pavyzdyje su lėtai judančiu laivu, kurio deniu eina žmogus, šis skirtumas yra net 340 tūkstančių kartų mažesnis.

Tokių dydžių tokiais atvejais matavimais nustatyti neįmanoma. O jų praktinė vertė lygi nuliui. Iš čia aišku, kodėl žmonės tūkstančius metų nepastebėjo, kad aritmetinis greičių pridėjimas yra iš esmės neteisingas: tokio sudėjimo netikslumas yra daug mažesnis už griežčiausius praktikos reikalavimus. Ir todėl technikoje viskas visada sutapo su skaičiavimais, jei tik skaičiavimai buvo teisingi.

Tačiau aritmetiškai pridėti greičių, palyginamų su šviesos greičiu, nebeįmanoma: čia galime patekti į grubias klaidas. Pavyzdžiui, važiuojant 36 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu paklaida viršys 1 tūkstantį kilometrų, o važiuojant 100 tūkstančių kilometrų per sekundę jau pasieks 20 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Tai, kad aritmetinis greičių pridėjimas yra neteisingas, o Einšteino formulė teisinga, patvirtina patirtis. Kitaip ir būti negalėjo: juk būtent patirtis privertė fizikus persvarstyti senas mechanikos sąvokas ir privedė prie reliatyvumo principo.

Žinodami, kaip iš tikrųjų pridėti greitį, dabar galime suprasti „paslaptingus“ Michaelsono eksperimento rezultatus. Atlikdamas šį eksperimentą, kai Žemė judėjo link šviesos pluošto 30 kilometrų per sekundę greičiu, Michaelsonas tikėjosi gauti 300 000 + 30 = 300 030 kilometrų per sekundę rezultatą.

Bet jūs negalite pridėti tokio greičio!

Greičių pridėjimo formulėje pakeiskite V 1 = c (c yra šviesos greitis) ir V 2 = 30, ir pamatysite, kad bendras greitis yra lygus tik c1, o ne daugiau. Būtent toks buvo Michaelsono eksperimento rezultatas.

Tas pats rezultatas bus gautas su visomis kitomis V 2 reikšmėmis, jei tik V 1 yra lygus šviesos greičiui. Tegul Žemė nukeliauja bet kokį kilometrų skaičių per sekundę: 30 – aplink Saulę, 275 – kartu su Saulės sistema ir tūkstančius kilometrų – su visa galaktika. Tai dalykų nekeičia. Visais atvejais, kai prie šviesos greičio pridedamas Žemės greitis, formulė duos tą pačią reikšmę c.

Taigi Michaelsono eksperimento rezultatai mus nustebino tik todėl, kad nežinojome, kaip teisingai pridėti greičių. Mes nežinojome, kaip tai padaryti, nes nežinojome, kad kūnai susitraukia savo judėjimo kryptimi ir skirtingose ​​laboratorijose laikas praeina skirtingai.

Masė ir energija

Belieka apsvarstyti paskutinį klausimą.

Viena iš svarbiausių bet kurio kūno savybių yra jo masė. Esame įpratę manyti, kad jis visada išlieka nepakitęs. Tačiau reliatyvumo principu pagrįsti skaičiavimai rodo ką kita: kai kūnas juda, jo masė didėja. Jis didėja tiek kartų, kiek mažėja kūno ilgis. Taigi Einšteino traukinio, judančio 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, masė yra 10/6 kartų didesnė už masę ramybės būsenoje.

Kai greitis artėja prie ribos, masė auga vis greičiau. Esant maksimaliam greičiui, bet kurio kūno masė turi tapti be galo didelė. Įprasti greičiai, su kuriais susiduriame praktiškai, sukelia visiškai nereikšmingą masės padidėjimą.

Tačiau šį reiškinį vis dar įmanoma išbandyti eksperimentiškai: šiuolaikinė eksperimentinė fizika sugeba palyginti greitai judančių elektronų masę su ramybės elektronų mase. O patirtis visiškai patvirtina masės priklausomybės nuo greičio dėsnį.

Tačiau norint kūnams suteikti greitį, būtina eikvoti energiją. Ir taip išeina, kad apskritai bet koks darbas su kūnu, bet koks kūno energijos padidėjimas reiškia masės padidėjimą, proporcingą šiai išeikvotai energijai. Todėl įkaitusio kūno masė didesnė nei šalto, suspaustos spyruoklės masė didesnė nei laisvojo.

Nereikšmingi masės vienetų kiekiai atitinka milžiniškus energijos vienetų kiekius. Pavyzdžiui, norint padidinti kūno masę vos 1 gramu, su juo reikia dirbti 25 milijonus kilovatvalandžių. Kitaip tariant, 25 milijonų kilovatvalandžių elektros energijos masė yra lygi 1 gramui. Norint gauti šį gramą, reikia visos energijos, kurią Dniepro hidroelektrinė pagamina per dvi dienas. Skaičiuodami vos vieną kapeiką už kilovatvalandę, matome, kad 1 gramas pigiausios elektros energijos kainuoja 250 tūkstančių rublių. O jei elektrą paversite šviesa, 1 gramas šviesos kainuos apie 10 milijonų rublių. Tai daug kartų brangiau nei brangiausia medžiaga – radis.

Jei viduje sudeginsite 1 toną anglies, degimo produktai po aušinimo svers tik 1/3000 gramo mažiau nei anglis ir deguonis, iš kurių jie susidarė. Trūkstamoji masės dalis prarandama dėl šilumos spinduliavimo. O pakaitinus 1 toną vandens nuo 0 iki 100 laipsnių, jo masė padidės mažiau nei 5/1 000 000 gramo dalių.

Visiškai suprantama, kad tokie nežymūs kūnų masės pokyčiai, kai jie praranda arba įgauna energijos, aplenkia tiksliausius matavimus. Tačiau šiuolaikinė fizika žino reiškinius, kuriuose masės pokytis tampa pastebimas. Tai procesai, vykstantys atomo branduolių susidūrimo metu, kai iš vieno elemento branduolių susidaro kitų elementų branduoliai.

Pavyzdžiui, kai ličio atomo branduolys susiduria su vandenilio atomo branduoliu, susidaro du helio atomo branduoliai. Šių dviejų branduolių masė jau gerokai – 1/4 dalimi – mažesnė už bendrą vandenilio ir ličio branduolių masę. Todėl, kai 1 gramas ličio ir vandenilio mišinio paverčiamas heliu, turėtų išsiskirti 1/400 gramo energijos, kuri bus kilovatvalandėmis:

25 000 000/ 400 = 62,5 tūkst. kilovatvalandžių.

Taigi, jei galėtume nesunkiai atlikti branduolines transformacijas, taptume turtingo energijos šaltinio savininkais: norint gauti Dniepro hidroelektrinės galią, pakaktų tik 4 gramus ličio ir vandenilio mišinio paversti helio kas valandą.

Naujoji ir senoji fizika

Tuo baigiame trumpą įvadą į reliatyvumo principą.

Pamatėme, kokius rimtus ir gilius pokyčius reliatyvumo principas atnešė per daugelį amžių žmonijoje susiformavusiai pasaulėžiūrai. Ar tai nereiškia, kad senos idėjos visiškai sunaikintos? Kad jie turėtų būti visiškai atmesti? Kad visa fizika, sukurta iki reliatyvumo principo atradimo, turėtų būti išbraukta kaip neteisinga?

Ne, nes neatitikimas tarp senosios fizikos (vadinamos „klasikine“) ir fizikos, kurioje atsižvelgiama į reliatyvumo principą („reliatyvistinis“, iš lotyniško žodžio „relatio“, o tai reiškia „referencija“) yra pernelyg nereikšmingas beveik visose srityse. mūsų praktinės veiklos.

Jei, pavyzdžiui, paprasto, net ir greičiausio traukinio (bet, žinoma, ne Einšteino traukinio) keleivis nuspręstų įvesti laiko korekciją reliatyvumo principu, iš jo būtų juokas. Per dieną tokia pataisa būtų išreikšta dešimčia milijardų sekundės dalių. Nepalyginamai didesnę įtaką laikrodžio rodmenims turi traukinio drebėjimas ir netikslus geriausio laikrodžio mechanizmo veikimas.

Inžinierius, kuris į skaičiavimus įtrauktų vandens masės padidėjimą jį kaitinant, būtų galima pavadinti beprotišku. Bet fizikas, tiriantis atomų branduolių susidūrimą, bet neatsižvelgiantis į galimus masės pokyčius, turėtų būti pašalintas iš laboratorijos dėl nežinojimo.

Dizaineriai automobilius visada kurs vadovaudamiesi klasikinės fizikos dėsniais: reliatyvumo principo pataisos automobiliams turės mažesnę įtaką nei ant smagračio nusileidęs mikrobas. Tačiau fizikas, stebintis greitus elektronus, turi atsižvelgti į jų masės kitimą priklausomai nuo greičio.

Taigi gamtos dėsniai, atrasti prieš atsirandant reliatyvumo principui, nėra panaikinti; reliatyvumo teorija nepaneigia, o tik pagilina ir išgrynina senojo mokslo gautas žinias. Jis nustato ribas, per kurias šios žinios gali būti panaudotos neklystant.

Apibendrinant reikia pasakyti, kad reliatyvumo teorija neapsiriboja tais klausimais, kuriuos aptarėme šiame straipsnyje. Tęsdamas savo mokymo plėtojimą, Einšteinas vėliau pateikė visiškai naują tokio svarbaus reiškinio, kaip visuotinė gravitacija, vaizdą. Šiuo atžvilgiu reliatyvumo doktrina buvo padalinta į dvi dalis. Pirmasis iš jų, nesusijęs su gravitacija, buvo vadinamas „ypatinguoju“ arba „ypatinguoju“ „reliatyvumo principu“; antroji dalis, apimanti gravitacijos problemas, vadinama „bendruoju reliatyvumo principu“. Taigi mes susipažinome tik su konkrečiu principu (bendrojo principo svarstymas nebuvo šio straipsnio tikslas).

Belieka tik pastebėti, kad pakankamai giliai ištyrus fiziką, visi sudėtingo reliatyvumo teorijos pastato labirintai tampa visiškai aiškūs. Tačiau, kaip žinome, patekti į juos nebuvo lengva. Tam reikėjo puikaus spėjimo: reikėjo padaryti teisingas Michaelsono eksperimento išvadas – atrasti laiko reliatyvumą su visomis iš to išplaukiančiomis pasekmėmis.

Taigi žmonija, amžinai siekdama suprasti pasaulį plačiau ir giliau, iškovojo vieną didžiausių pergalių.

Tai skolinga Alberto Einšteino genijui.

Tik tinginiai nežino apie Alberto Einšteino mokymus, liudijančius visko, kas vyksta šiame mirtingajame pasaulyje, reliatyvumą. Beveik šimtą metų ginčai vyksta ne tik mokslo, bet ir praktikuojančių fizikų pasaulyje. Einšteino reliatyvumo teorija paprastais žodžiais Tai gana prieinama ir nėra paslaptis neišmanantiems.

Keletas bendrų klausimų

Atsižvelgiant į didžiojo Alberto teorinių mokymų ypatumus, jo postulatus gali nevienareikšmiškai vertinti įvairūs teorinių fizikų judėjimai, gana aukštos mokslo mokyklos, taip pat iracionalios fizikos-matematinės mokyklos srovės šalininkai.

Dar praėjusio amžiaus pradžioje, kai kilo mokslinės minties banga ir socialinių pokyčių fone, ėmė ryškėti tam tikri mokslo judėjimai, atsirado visko, kuo žmogus gyvena, reliatyvumo teorija. Kad ir kaip šią situaciją vertintų mūsų amžininkai, realiame pasaulyje viskas tikrai nėra statiška, Einšteino specialioji reliatyvumo teorija:

• Keičiasi laikai, keičiasi visuomenės požiūriai ir mentalinė nuomonė apie tam tikras socialines problemas;
• Socialiniai pagrindai ir pasaulėžiūra apie tikimybių doktriną įvairiose valstybės sistemose ir ypatingomis socialinės raidos sąlygomis bėgant laikui ir veikiant kitiems objektyviems mechanizmams keitėsi.
• Kaip susiformavo visuomenės požiūris į socialinės raidos problemas, apie tai susiformavo ir nuostatos bei nuomonės Einšteino teorijos apie laiką.

Svarbu! Einšteino gravitacijos teorija buvo pagrindas sistemingiems ginčams tarp garsiausių mokslininkų tiek kūrimo pradžioje, tiek baigiant. Jie apie tai kalbėjo, kilo daugybė debatų, tai tapo pokalbių tema aukščiausio rango salonuose įvairiose šalyse.

Mokslininkai tai diskutavo, tai buvo pokalbių objektas. Buvo net hipotezė, kad mokymas buvo suprantamas tik trims žmonėms iš mokslo pasaulio. Atėjus laikui, paslaptingiausio mokslo – euklido matematikos – kunigai ėmė aiškinti postulatus. Tada buvo bandoma sukurti jo skaitmeninį modelį ir tas pačias matematiškai patikrintas jo veikimo pasekmes pasaulio erdvei, hipotezės autorius pripažino, kad tapo labai sunku suprasti net tai, ką jis sukūrė. Taigi, ką daro bendroji reliatyvumo teorija, Ką tyrinėja ir kokį praktinį pritaikymą šiuolaikiniame pasaulyje?

Istorija ir teorijos šaknys

Šiandien didžiąja dauguma atvejų didžiojo Einšteino pasiekimai trumpai apibūdinami kaip visiškas neigimas to, kas iš pradžių buvo nepajudinama konstanta. Būtent šis atradimas leido paneigti tai, kas visiems moksleiviams žinoma kaip fizinis dvejetainis.

Didžioji dalis planetos gyventojų vienaip ar kitaip, atsargiai ir apgalvotai ar paviršutiniškai, nors ir tik vieną kartą, atsivertė didžiosios knygos – Biblijos – puslapius.

Jame galite perskaityti apie tai, kas tapo tikru patvirtinimu mokymo esmė– kuo praėjusio amžiaus pradžioje dirbo jaunas amerikiečių mokslininkas. Levitacijos faktai ir kiti gana įprasti dalykai Senojo Testamento istorijoje kažkada tapo stebuklais šiais laikais. Eteris yra erdvė, kurioje žmogus gyveno visiškai kitokį gyvenimą. Gyvenimo eteryje ypatumus tyrinėjo ne viena gamtos mokslų srities pasaulio įžymybė. IR Einšteino gravitacijos teorija patvirtino, kad tai, kas buvo aprašyta senovinėje knygoje, yra tiesa.

Hendriko Lorentzo ir Henri Poincaré darbai leido eksperimentiškai atrasti tam tikras eterio savybes. Visų pirma, tai yra darbas kuriant matematinius pasaulio modelius. Pagrindas buvo praktinis patvirtinimas, kad kai medžiagos dalelės juda eterinėje erdvėje, jos susitraukia judėjimo krypties atžvilgiu.

Šių puikių mokslininkų darbai leido sukurti pagrindą pagrindiniams doktrinos postulatams. Būtent šis faktas suteikia nuolatinės medžiagos teigimui, kad Nobelio premijos laureato darbai ir Alberto reliatyvistinė teorija buvo ir liko plagiatas. Daugelis mokslininkų šiandien teigia, kad daugelis postulatų buvo priimti daug anksčiau, pavyzdžiui:

• Sąlyginio įvykių vienalaikiškumo samprata;
• Pastovios dvinario hipotezės principai ir šviesos greičio kriterijai.

Ką daryti, suprasti reliatyvumo teoriją? Esmė slypi praeityje. Būtent Poincare'o darbuose buvo iškelta hipotezė, kad reikia permąstyti didelius greičius mechanikos dėsniuose. Prancūzų fiziko teiginių dėka mokslo pasaulis sužinojo, kaip santykinis judėjimas projekcijoje yra eterinės erdvės teorijai.

Statiniame moksle buvo atsižvelgta į didelį fizinių procesų kiekį įvairiems materialiems objektams, judantiems su . Bendrosios sampratos postulatai apibūdina procesus, vykstančius su greitėjančiais objektais, paaiškina gravitoninių dalelių egzistavimą ir pačią gravitaciją. Reliatyvumo teorijos esmė aiškindamas tuos faktus, kurie anksčiau mokslininkams buvo nesąmonė. Jei reikia apibūdinti judėjimo ypatybes ir mechanikos dėsnius, erdvės ir laiko kontinuumo ryšius artėjant prie šviesos greičio, išimtinai taikytini reliatyvumo doktrinos postulatai.

Apie teoriją trumpai ir aiškiai

Kodėl didžiojo Alberto mokymas taip skiriasi nuo to, ką fizikai darė prieš jį? Anksčiau fizika buvo gana statiškas mokslas, nagrinėjęs visų gamtoje vykstančių procesų vystymosi principus sistemos „čia, šiandien ir dabar“ sferoje. Einšteinas leido pamatyti viską, kas vyksta aplinkui ne tik trimatėje erdvėje, bet ir įvairių objektų bei laiko taškų atžvilgiu.

Dėmesio! 1905 m. kai Einšteinas paskelbė savo reliatyvumo teoriją, tai leido prieinamu būdu paaiškinti ir interpretuoti judėjimą tarp skirtingų inercinių skaičiavimo sistemų.

Pagrindinės jo nuostatos yra dviejų objektų, judančių vienas kito atžvilgiu, pastovių greičių santykis, užuot paėmęs vieną iš objektų, kuris gali būti laikomas vienu iš absoliučių atskaitos faktorių.

Mokymo bruožas yra tai, kad jis gali būti nagrinėjamas atsižvelgiant į vieną išskirtinį atvejį. Pagrindiniai veiksniai:

1. Judėjimo krypties tiesumas;
2. Materialaus kūno judėjimo tolygumas.

Keičiant kryptį ar kitus paprastus parametrus, kai materialus kūnas gali įsibėgėti arba pasisukti į šonus, statinės reliatyvumo doktrinos dėsniai negalioja. Tokiu atveju įsigalioja bendrieji reliatyvumo dėsniai, kurie gali paaiškinti materialių kūnų judėjimą bendroje situacijoje. Taigi Einšteinas rado paaiškinimą visiems fizinių kūnų tarpusavio sąveikos erdvėje principams.

Reliatyvumo principai

Mokymo principai

Teiginys apie reliatyvumą jau šimtą metų buvo gyviausių diskusijų objektas. Dauguma mokslininkų įvairius postulatų pritaikymus laiko dviejų fizikos principų taikymais. Ir šis kelias populiariausias tarp taikomosios fizikos. Pagrindiniai postulatai reliatyvumo teorijos, įdomūs faktai, kurie šiandien gavo nepaneigiamą patvirtinimą:

• Reliatyvumo principas. Kūnų ryšio išsaugojimas pagal visus fizikos dėsnius. Priimdami juos kaip inercines atskaitos sistemas, kurios juda pastoviu greičiu vienas kito atžvilgiu.
• Postulatas apie šviesos greitį. Ji išlieka nekintanti konstanta visose situacijose, nepaisant greičio ir santykio su šviesos šaltiniais.

Nepaisant prieštaravimų tarp naujojo mokymo ir vieno tiksliausių mokslų pagrindinių postulatų, paremtų pastoviais statiniais rodikliais, nauja hipotezė patraukė dėmesį naujai pažvelgus į mus supantį pasaulį. Mokslininkui buvo užtikrinta sėkmė, tai patvirtino ir jam paskirta Nobelio premija tiksliųjų mokslų srityje.

Kas sukėlė tokį stulbinantį populiarumą, ir kaip Einšteinas atrado savo reliatyvumo teoriją? Jauno mokslininko taktika.

1. Iki šiol žinomi pasaulio mokslininkai iškėlė disertaciją ir tik tada atliko keletą praktinių tyrimų. Jei tam tikru momentu buvo gauti duomenys, neatitinkantys bendros sampratos, jie buvo pripažinti klaidingais ir motyvuojami.
2. Jaunasis genijus naudojo kardinaliai skirtingas taktikas, atliko praktinius eksperimentus, jie buvo serijiniai. Gauti rezultatai, nepaisant to, kad jie galėjo kažkaip netilpti į konceptualią seriją, buvo integruoti į nuoseklią teoriją. Ir jokių „klaidų“ ar „netikslumų“, visos akimirkos reliatyvumo hipotezės, pavyzdžiai o stebėjimų rezultatai aiškiai dera į revoliucinį teorinį mokymą.
3. Būsimasis Nobelio premijos laureatas neigė poreikį tyrinėti paslaptingą eterį, kuriame sklinda šviesos bangos. Tikėjimas, kad eteris egzistuoja, sukėlė daugybę reikšmingų klaidingų nuomonių. Pagrindinis postulatas yra šviesos pluošto greičio pokytis stebėtojo, stebinčio procesą eterinėje terpėje, atžvilgiu.

Reliatyvumas manekenams

Reliatyvumas yra paprasčiausias paaiškinimas

Išvada

Pagrindinis mokslininko pasiekimas yra tokių dydžių kaip erdvė ir laikas harmonijos ir vienybės įrodymas. Esminis šių dviejų tęstinių trijų dimensijų ryšio pobūdis kartu su laiko dimensija leido suprasti daugelį materialaus pasaulio prigimties paslapčių. Ačiū Einšteino gravitacijos teorija gelmių studijos ir kiti šiuolaikinio mokslo pasiekimai tapo prieinami, nes iki šių dienų mokymo galimybės nėra iki galo išnaudotos.

Didelė atvira paslaptis

Aleksandras Grišajevas, fragmentas iš straipsnio “ Visuotinės gravitacijos išsiliejimai ir dagčiai»

„Britai savo ginklų plytomis nevalo: tegul nevalo ir mūsiškių, kitaip, neduok Dieve karo, jie netinka šaudyti...“ – N. Leskovas.

8 paraboliniai ADU-1000 priėmimo ir siuntimo antenų komplekso veidrodžiai yra Kosminių ryšių centro Plutono priėmimo komplekso dalis...

Pirmaisiais giluminio kosmoso tyrinėjimo metais, deja, buvo prarasta nemažai sovietų ir amerikiečių tarpplanetinių stočių. Net jei paleidimas vyko be gedimų, kaip sako ekspertai, „įprastu režimu“, visos sistemos veikė normaliai, visi iš anksto numatyti orbitos reguliavimai vyko normaliai, netikėtai nutrūko ryšys su įrenginiais.

Taip atsitiko, kad per kitą paleidimui palankų „langą“ identiški įrenginiai su ta pačia programa buvo paleisti partijomis, vienas po kito, tikintis, kad bent vieną pavyks užbaigti pergalingai. Bet – kur tai! Buvo tam tikra priežastis, kuri nutraukė ryšį artėjant prie planetų, o tai nedavė nuolaidų.

Žinoma, jie apie tai tylėjo. Kvaila visuomenė buvo informuota, kad stotis praėjo, tarkime, 120 tūkstančių kilometrų atstumu nuo planetos. Šių žinučių tonas buvo toks linksmas, kad net pagalvojus: „Vaikinai šaudo! Šimtas dvidešimt tūkstančių nėra blogai. Galėjau tai padaryti už tris šimtus tūkstančių! Jūs leidžiate naujus, tikslesnius paleidimus! Niekas neturėjo jokio supratimo apie dramos intensyvumą – kad žinovai kažką sugalvojo taško nesuprato.

Galų gale nusprendėme tai išbandyti. Ryšiui naudojamas signalas, tebūnie žinoma, nuo seno buvo vaizduojamas bangų – radijo bangų – pavidalu. Lengviausias būdas įsivaizduoti, kas yra šios bangos, yra „domino efektas“. Ryšio signalas sklinda erdvėje kaip krintančių domino kauliukų banga.

Bangos sklidimo greitis priklauso nuo greičio, kuriuo krenta kiekvienas atskiras domino kauliukas, o kadangi visi domino kauliukai yra vienodi ir krenta per vienodą laiką, bangos greitis yra pastovi reikšmė. Atstumas tarp domino yra vadinamas fizikai "bangos ilgis".

Bangos pavyzdys - „domino efektas“

Dabar tarkime, kad turime dangaus kūną (vadinkime jį Venera), šioje figūroje pažymėtą raudonu raštu. Tarkime, jei pastumsime pradinį domino, tada kiekvienas paskesnis domino per vieną sekundę kris ant kito. Jei nuo mūsų iki Veneros bus padėta lygiai 100 domino kauliukų, banga ją pasieks po to, kai visi 100 domino kauliukų nukris iš eilės, kiekviena praleisdama po sekundę. Iš viso iš mūsų banga Venerą pasieks per 100 sekundžių.

Taip yra, jei Venera stovi vietoje. O jei Venera nestovi vietoje? Tarkime, kol krinta 100 domino, mūsų Venera sugeba „nušliaužti“ iki atstumo, lygaus atstumui tarp kelių domino (kelių bangos ilgių), kas tada bus?

Akademikai sprendė, ką daryti, jei banga pasivys Venerą pagal patį dėsnį, kurį pradinių klasių mokiniai naudoja tokiems uždaviniams kaip: „Nuo taško A traukinys išvažiuoja dideliu greičiu A km/val., o nuo taško B tuo pačiu metu pėstysis išvažiuoja tokiu pat greičiu b ta pačia kryptimi, kiek laiko užtruks, kol traukinys pasivys pėsčiąjį?

Kai akademikai suprato, kad reikia išspręsti tokią paprastą jaunesniųjų moksleivių problemą, viskas pradėjo gerėti. Jei ne šis išradingumas, nebūtume matę išskirtinių tarpplanetinės astronautikos laimėjimų.

Ir kas čia tokio gudraus, moksluose nepatyręs Dunno nuskleis rankas?! Ir priešingai, Znayka, patyręs mokslus, sušuks: saugok, sustabdyk nesąmonę, tai pseudomokslas! Pagal tikrą, teisingą mokslą, teisingai, ši problema turėtų būti sprendžiama visiškai kitaip! Juk turime reikalą ne su kažkokiais lėtai judančiais lapių pėsčiųjų laivais, o su šviesos greičiu paskui Venerą besiveržiančiu signalu, kuris, kad ir kaip tu ar Venera bebėgtų, vis tiek pasiveja tave greičiu. šviesa! Be to, jei skubėsite link jo, greičiau jo nesutiksite!

Reliatyvumo principai

„Tai taip, – sušuks Dunno, – paaiškėja, kad jei iš taško B man, esančiam erdvėlaivyje taške A Jie jums praneš, kad laive yra pavojinga epidemija, nuo kurios aš turiu vaistų, man nenaudinga atsisukti ir su jais susitikti, nes... Vis tiek nesusitiksime anksčiau, jei man atsiųstas erdvėlaivis juda šviesos greičiu? O tai reiškia, kad ramia sąžine galiu tęsti savo kelionę į tikslą C pristatyti sauskelnių krovinį kitą mėnesį gimsiančioms beždžionėms?

„Būtent“, – atsakys Znayka, – jei važiuotum dviračiu, tau reikėtų važiuoti taip, kaip rodo taškinė rodyklė – link automobilio, kuris išvažiuoja pas tave. Bet jei lengvo greičio transporto priemonė juda link jūsų, nesvarbu, ar judate link jos, ar tolstate nuo jos, ar liekate vietoje - Susitikimo laikas negali būti keičiamas.

„Kaip tai įmanoma, – grįš Dunno prie mūsų domino, – ar domino kaulai pradės kristi greičiau? Tai nepadės – tai bus tik problema, kai Achilas pasivija vėžlį, kad ir kaip greitai Achilas bėgtų, jam vis tiek prireiks šiek tiek laiko, kol jis įveiks papildomą vėžlio įveiktą atstumą.

Ne, čia viskas vėsiau – jei tave pasiveja šviesos spindulys, tai tu, judėdamas, ištempi erdvę. Uždėkite tuos pačius domino kauliukus ant guminės juostelės ir patraukite – ant jo esantis raudonas kryžius judės, bet judės ir domino, didėja atstumas tarp domino, t.y. Bangos ilgis didėja, todėl tarp jūsų ir bangos pradžios taško visada bus tiek pat domino. Oho!

Būtent aš populiariai nubrėžiau Einšteino pagrindus Reliatyvumo teorijos, vienintelė teisinga, mokslinė teorija, pagal kurią reikia atsižvelgti į požeminio signalo praėjimą, taip pat ir apskaičiuojant ryšio režimus su tarpplanetiniais zondais.

Paryškinkime vieną dalyką: reliatyvistinėse teorijose (ir jų yra dvi: ŠIMTAS– specialioji reliatyvumo teorija ir GTO– bendroji reliatyvumo teorija) šviesos greitis yra absoliutus ir jokiu būdu negali būti viršytas. Ir vienas naudingas terminas, skirtas padidinti atstumą tarp pirštų, vadinamas " Doplerio efektas» – bangos ilgio padidėjimas, jei banga seka judantį objektą, ir bangos ilgio sutrumpėjimo efektas, jei objektas juda bangos link.

Taigi akademikai tikėjo pagal vienintelę teisingą teoriją, pienui liko tik zondai. Tuo tarpu XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje daugelis šalių gamino Veneros radaras. Radaru aptikus Venerą, šis reliatyvistinio greičių pridėjimo postulatas gali būti patikrintas.

Amerikos B. J. Wallace'as 1969 m. straipsnyje „Santykinio šviesos greičio kosmose tikrinimas radaru“ jis išanalizavo aštuonis 1961 m. paskelbtus Veneros radaro stebėjimus. Analizė jį įtikino, kad radijo pluošto greitis ( priešingai nei reliatyvumo teorija) algebriškai pridedamas prie Žemės sukimosi greičio. Vėliau jis turėjo problemų skelbdamas medžiagą šia tema.

Išvardinkime straipsnius, skirtus minėtiems eksperimentams:

1. V.A. Kotelnikovas ir kt. „Radaro įrenginys, naudojamas Veneros radare 1961 m. Radijo inžinerija ir elektronika, 7, 11 (1962) 1851.

2. V.A. Kotelnikovas ir kt. „Veneros radaro rezultatai 1961 m. Ten pat, 1860 psl.

3. V.A. Morozovas, Z.G. Trunova „Silpno signalo analizatorius, naudojamas Veneros radare 1961 m. Ten pat, 1880 psl.

Išvados, kurie buvo suformuluoti trečiajame straipsnyje, yra suprantami net Dunno, supratusiam čia pradžioje išdėstytą krintančio domino teoriją.

Paskutiniame straipsnyje, toje dalyje, kurioje jie apibūdino iš Veneros atsispindėjusio signalo aptikimo sąlygas, buvo tokia frazė: „ Siaurajuostis komponentas suprantamas kaip aido signalo komponentas, atitinkantis atspindį nuo nejudančio taško reflektoriaus...»

Čia „siaurajuostis komponentas“ yra aptiktas signalo, grįžtančio iš Veneros, komponentas, ir jis aptinkamas, jei Venera laikoma ... nejudėdamas! Tie. vaikinai to tiesiogiai neparašė Doplerio efektas neaptinkamas, jie vietoj to parašė, kad signalą imtuvas atpažįsta tik tuo atveju, jei neatsižvelgiama į Veneros judėjimą ta pačia kryptimi kaip ir signalas, t.y. kai pagal bet kurią teoriją Doplerio efektas lygus nuliui, bet kadangi Venera judėjo, tai bangos pailgėjimo efektas neįvyko, ką numatė reliatyvumo teorija.

Dideliam reliatyvumo teorijos liūdesiui, Venera neištempė erdvės, o „domino kaladėlės“ buvo sukrautos daug daugiau, kai signalas pasiekė Venerą, nei paleidžiant ją iš Žemės. Venera, kaip Achilo vėžlys, sugebėjo nušliaužti nuo ją pasivijusių bangų žingsnių šviesos greičiu.

Akivaizdu, kad amerikiečių mokslininkai padarė tą patį, kaip rodo minėtas atvejis su Wallace'as, kuriam nebuvo leista publikuoti straipsnio apie Veneros skenavimo metu gautų rezultatų interpretaciją. Taigi kovos su pseudomokslu komisijos reguliariai veikė ne tik totalitarinėje Sovietų Sąjungoje.

Beje, bangų pailgėjimas, kaip išsiaiškinome, pagal teoriją turėtų rodyti erdvės objekto atstumą nuo stebėtojo, ir jis vadinamas raudonasis poslinkis, ir šis raudonasis poslinkis, kurį Hablo atrado 1929 m., yra kosmogoninės Didžiojo sprogimo teorijos pagrindas.

Parodyta Veneros vieta nebuvimas tai labai kompensacijos, o nuo šiol, nuo sėkmingų Veneros vietos nustatymo rezultatų, ši teorija – Didžiojo sprogimo teorija – taip pat „juodųjų skylių“ ir kitų reliatyvistinių nesąmonių hipotezės pereina į mokslo kategoriją. grožinė literatūra. Mokslinė fantastika, už kurią Nobelio premijas skiria ne literatūroje, o fizikoje!!! Nuostabūs tavo darbai, Viešpatie!

P.S. SRT 100-mečio ir sutampančio Bendrosios reliatyvumo teorijos 90-mečio proga buvo atrasta, kad nei viena, nei kita teorija nebuvo eksperimentiškai patvirtinta! Jubiliejaus proga projektas „Gravitacijos zondas B (GP-B) “ vertė 760 milijonų dolerių, o tai turėjo suteikti bent vieną šių juokingų teorijų patvirtinimą, tačiau viskas baigėsi labai gėdingai. Kitas straipsnis kaip tik apie tai...

Einšteino OTO: „Ir karalius nuogas!

„2004 m. birželį JT Generalinė Asamblėja nusprendė 2005-uosius paskelbti Tarptautiniais fizikos metais. Asamblėja pakvietė UNESCO (Jungtinių Tautų švietimo, mokslo ir kultūros organizaciją), bendradarbiaujant su fizikų draugijomis ir kitomis suinteresuotomis grupėmis visame pasaulyje, organizuoti veiklą Metų minėjimui...“– Pranešimas iš JT biuletenio

Žinoma! – Kitais metais bus minimas Specialiosios reliatyvumo teorijos 100-metis. ŠIMTAS), 90 metų – Bendroji reliatyvumo teorija ( GTO) – šimtas metų nenutrūkstamo naujosios fizikos triumfo, nuo pjedestalo nuvertusio archajišką Niutono fiziką, taip tikėjo JT pareigūnai, laukdami kitų metų šventės ir didžiausio visų laikų ir tautų genijaus bei jo pasekėjų pagerbimo. .

Tačiau pasekėjai geriau nei kiti žinojo, kad „sugalviosios“ teorijos niekaip nepasirodė beveik šimtą metų: jomis remiantis nebuvo prognozuojama apie naujus reiškinius ir nepaaiškinama jau atrastų, bet nepaaiškintų. klasikinė Niutono fizika. Visai nieko, NIEKO!

Bendrasis reliatyvumas neturėjo nė vieno eksperimentinio patvirtinimo!

Buvo žinoma tik tai, kad teorija buvo puiki, bet niekas nežinojo, kokia jos prasmė. Na, taip, ji nuolat ją maitino pažadais ir pusryčiais, už kuriuos buvo sumokėtos milžiniškos pinigų sumos, o dienos pabaigoje - mokslinės fantastikos romanais apie juodąsias skyles, už kuriuos Nobelio premijos buvo skiriamos ne literatūroje, o fizikos srityje. , buvo statomi susidūrėjai vienas po kito, vienas už kitą didesni, visame pasaulyje daugėjo gravitacinių interferometrų, kuriuose, perfrazuojant Konfucijų, „tamsiojoje materijoje“ ieškota juodos katės, kurios, be to, nebuvo, ir niekas net nebuvo matęs pačios „tamsiosios materijos“.

Todėl 2004 m. balandį buvo pradėtas ambicingiausias projektas, kuris buvo kruopščiai ruošiamas apie keturiasdešimt metų ir kurio paskutiniam etapui buvo skirta 760 mln. „Gravitacijos zondas B (GP-B)“. Gravitacijos testas B turėjo vingiuoti, nei daugiau, nei mažiau, Einšteino erdvėlaikį, 6,6 lanko sekundės greičiu, tiksliaisiais giroskopais (tai yra viršūnėmis), maždaug per metus skrydžio – būtent didžiojo jubiliejaus proga.

Iškart po paleidimo laukėme pranešimų apie pergalę „Jo Ekscelencijos adjutanto“ dvasia – po N kilometro sekė „raidė“: „Sėkmingai suvyniota pirmoji erdvėlaikio lanko sekundė“. Tačiau pergalingos ataskaitos, už kurias tikintieji yra patys grandioziškiausi 20 amžiaus sukčiavimas, kažkaip viskas nesisekė.

Ir be pergalingų pranešimų, koks velnias yra jubiliejus – minios pažangiausio mokymo priešų su paruoštais rašikliais ir skaičiuotuvais tik ir laukia, kad galėtų spjauti į puikų Einšteino mokymą. Taigi jie mane nuvylė „Tarptautiniai fizikos metai“ ant stabdžių – pralėkė tyliai ir nepastebimai.

Nebuvo jokių pergalingų pranešimų iškart pasibaigus misijai, jubiliejinių metų rugpjūtį: buvo tik žinutė, kad viskas klostosi gerai, geniali teorija pasitvirtino, bet rezultatus šiek tiek apdorosime ir tiksliai per akimirką. metais bus tikslus atsakymas. Atsakymo nebuvo net po metų ar dvejų. Galiausiai jie pažadėjo galutinius rezultatus pateikti iki 2010 m. kovo mėn.

Ir kur tas rezultatas?! Paieškojęs internetą, vieno tinklaraštininko „LiveJournal“ radau tokį įdomų užrašą:

Gravitacijos zondas B (GP-B) – pagalpėdsakų760 milijonų dolerių. $

Taigi – šiuolaikinė fizika neabejoja GTR, atrodytų, kam tada reikalingas 760 milijonų dolerių vertės eksperimentas, skirtas GTR poveikiui patvirtinti?

Juk tai nesąmonė – tai tas pats, kas išleisti beveik milijardą, pavyzdžiui, patvirtinti Archimedo įstatymą. Tačiau, sprendžiant iš eksperimento rezultatų, šie pinigai nebuvo skirti eksperimentui, pinigai buvo išleisti PR.

Eksperimentas buvo atliktas naudojant palydovą, paleistą 2004 m. balandžio 20 d., kuriame įrengta objektyvo-Thirringo efekto matavimo įranga (kaip tiesioginė bendrosios reliatyvumo teorijos pasekmė). Palydovas Gravitacijos zondas B laive buvo to meto tiksliausi giroskopai pasaulyje. Eksperimentinis dizainas gana gerai aprašytas Vikpedijoje.

Jau duomenų rinkimo laikotarpiu ėmė kilti klausimų dėl eksperimentinės konstrukcijos ir įrangos tikslumo. Galų gale, nepaisant didžiulio biudžeto, įranga, skirta matuoti itin smulkius efektus, niekada nebuvo išbandyta erdvėje. Duomenų rinkimo metu buvo atskleistos vibracijos dėl helio virimo Devare, netikėtai sustojo giroskopas su vėlesniu sukimu dėl elektronikos gedimų, veikiant energetinėms kosminėms dalelėms; Buvo kompiuterių gedimų ir „mokslo duomenų“ masyvų praradimo, o didžiausia problema pasirodė „polhode“ efektas.

Koncepcija "polhode" Jo šaknys siekia XVIII amžių, kai puikus matematikas ir astronomas Leonhardas Euleris sukūrė laisvo kietųjų kūnų judėjimo lygčių sistemą. Visų pirma, Euleris ir jo amžininkai (D'Alembert, Lagrange) tyrė Žemės platumos matavimų svyravimus (labai mažus), kurie, matyt, atsirado dėl Žemės svyravimų, palyginti su sukimosi ašimi (poliarine ašimi) ...

GP-B giroskopai, įtraukti į Gineso knygą kaip patys sferiškiausi kada nors žmogaus rankomis pagaminti objektai. Sfera pagaminta iš kvarcinio stiklo ir padengta plona superlaidžio niobio plėvele. Kvarciniai paviršiai nupoliruoti iki atominio lygio.

Po diskusijos apie ašinę precesiją turite teisę užduoti tiesioginį klausimą: kodėl GP-B giroskopai, įtraukti į Gineso rekordų knygą kaip sferiškiausi objektai, taip pat demonstruoja ašinę precesiją? Iš tiesų, visiškai sferiniame ir vienalyčiame kūne, kuriame visos trys pagrindinės inercijos ašys yra identiškos, polhodo periodas aplink bet kurią iš šių ašių būtų be galo didelis ir visais praktiniais tikslais jis neegzistuotų.

Tačiau GP-B rotoriai nėra „tobulos“ sferos. Lydyto kvarco pagrindo sferinė forma ir homogeniškumas leidžia subalansuoti inercijos momentus ašių atžvilgiu iki vienos milijono dalies - to jau pakanka, kad būtų atsižvelgta į rotoriaus polholde periodą ir pritvirtinti takelį išilgai kuriuo judės rotoriaus ašies galas.

Viso to buvo tikimasi. Prieš paleidžiant palydovą, buvo imituojamas GP-B rotorių elgesys. Tačiau vis tiek vyravo sutarimas, kad kadangi rotoriai buvo beveik idealūs ir beveik vienodi, jie duos labai mažą polhodo takelio amplitudę ir tokį ilgą laikotarpį, kad ašies polhode sukimasis eksperimento metu reikšmingai nepasikeistų.

Tačiau, priešingai nei prognozuota, GP-B rotoriai realiame gyvenime leido pamatyti reikšmingą ašinę precesiją. Atsižvelgiant į beveik tobulą sferinę geometriją ir vienalytę rotorių sudėtį, yra dvi galimybės:

– vidinis energijos skilimas;

– išorinis poveikis pastoviu dažniu.

Pasirodo, veikia abiejų derinys. Nors rotorius yra simetriškas, kaip ir aukščiau aprašyta Žemė, giroskopas vis dar yra elastingas ir išsikiša ties pusiauju apie 10 nm. Kadangi sukimosi ašis dreifuoja, dreifuoja ir kūno paviršiaus išgaubimas. Dėl nedidelių rotoriaus konstrukcijos defektų ir vietinių ribinių defektų tarp rotoriaus šerdies medžiagos ir jo niobio dangos sukimosi energija gali būti išsklaidyta viduje. Dėl to dreifavimo kelias pasikeičia nekeičiant bendro kampinio impulso (kaip kai žalias kiaušinis sukasi).

Jei bendrosios reliatyvumo teorijos prognozuojami efektai iš tikrųjų pasireiškia, tai kiekvienais metais Gravitacijos zondas B orbitoje jo giroskopų sukimosi ašys turėtų nukrypti atitinkamai 6,6 lanko sekundės ir 42 lanko sekundės

Du giroskopai per 11 mėnesių dėl šio poveikio pasisuko kelias dešimtis laipsnių, nes buvo sukami išilgai minimalios inercijos ašies.

Dėl to giroskopai, skirti matuoti milisekundės kampinio lanko, buvo veikiami neplanuotų padarinių ir paklaidų iki kelių dešimčių laipsnių! Tiesą sakant, tai buvo misijos nesėkmė tačiau rezultatai buvo tiesiog nutildyti. Jei galutinius misijos rezultatus iš pradžių buvo planuota paskelbti 2007 m. pabaigoje, tai jie buvo nukelti į 2008 m. rugsėjį, o vėliau – iki 2010 m. kovo mėn.

Kaip linksmai pranešė Francis Everitt: „Dėl elektrinių krūvių sąveikos, „įšalusių“ į giroskopus ir jų kamerų sienas (pleistro efektas), ir anksčiau neapskaitytas skaitymo rodmenų poveikis, kuris dar nėra visiškai pašalintas iš gautų duomenų, matavimo tikslumas šiame etape ribojamas iki 0,1 lanko sekundės, kas leidžia patvirtinti geodezinės precesijos poveikį (6,606 lanko sekundės). per metus), kurių tikslumas yra geresnis nei 1% (6,606 lanko sekundės per metus), tačiau dar neleidžia išskirti ir patikrinti inercinės atskaitos sistemos vilkimo reiškinio (0,039 lanko sekundės per metus). Vyksta intensyvus darbas skaičiuojant ir išgaunant matavimo triukšmą...“

Turiu galvoje, kaip aš pakomentavau šį teiginį ZZCW : „iš dešimčių laipsnių atimama dešimtys laipsnių ir lieka kampinės milisekundės, vieno procento tikslumu (o tada deklaruojamas tikslumas bus dar didesnis, nes visiškam komunizmui reikėtų patvirtinti objektyvo-Tirringo efektą), atitinkantį Pagrindinis bendrosios reliatyvumo teorijos efektas...

Nenuostabu, kad NASA atsisakė skirti papildomų milijonų dotacijų Stanfordui 18 mėnesių programai, skirtai „toliau tobulinti duomenų analizę“, kuri buvo numatyta 2008 m. spalio mėn.–2010 m. kovo mėn.

Mokslininkai, norintys gauti RAW(neapdoroti duomenys) nepriklausomam patvirtinimui, nustebome tai pastebėję RAW ir šaltiniai NSSDC jiems pateikiami tik „antrojo lygio duomenys“. „Antras lygis“ reiškia, kad „duomenys buvo lengvai apdoroti...“

Dėl to Stanfordo komanda, netekusi finansavimo, vasario 5 d. paskelbė galutinę ataskaitą, kurioje rašoma:

Atėmus saulės geodezinio efekto pataisymus (+7 m. s. per metus) ir tinkamą kreipiančiosios žvaigždės judėjimą (+28 ± 1 m. s. per metus), gaunamas –6,673 ± 97 m. palyginti su bendrosios reliatyvumo teorijos prognozuojamu –6 606 markių per metus

Taip mano nežinomas tinklaraštininkas, kurio nuomonę laikysime berniuko balsu, kuris sušuko: „ O karalius nuogas!»

O dabar pacituosime labai kompetentingų specialistų, kurių kvalifikaciją sunku nuginčyti, teiginius.

Nikolajus Levašovas „Reliatyvumo teorija yra klaidingas fizikos pagrindas“

Nikolajus Levašovas „Einšteino teorija, astrofizika, tylūs eksperimentai“

Daugiau informacijos o įvairios informacijos apie Rusijoje, Ukrainoje ir kitose mūsų gražiosios planetos šalyse vykstančius renginius galima gauti adresu Interneto konferencijos, nuolat vykstama interneto svetainėje „Žinių raktai“. Visos konferencijos yra atviros ir visiškai nemokamai. Kviečiame visus pabudusius ir besidominčius...

Bendroji reliatyvumo teorija(GTR) yra geometrinė gravitacijos teorija, kurią 1915–1916 m. paskelbė Albertas Einšteinas. Šios teorijos, kuri yra tolimesnė specialiosios reliatyvumo teorijos plėtra, rėmuose postuluojama, kad gravitacinius efektus sukelia ne erdvėlaikyje esančių kūnų ir laukų jėgų sąveika, o erdvėlaikio deformacija. pati, kuri visų pirma yra susijusi su masės energijos buvimu. Taigi bendrojoje reliatyvumo teorijoje, kaip ir kitose metrinėse teorijose, gravitacija nėra jėgos sąveika. Bendroji reliatyvumo teorija skiriasi nuo kitų metrinių gravitacijos teorijų tuo, kad naudoja Einšteino lygtis, kad susietų erdvėlaikio kreivumą su erdvėje esančia medžiaga.

Bendroji reliatyvumo teorija šiuo metu yra sėkmingiausia gravitacinė teorija, gerai paremta stebėjimais. Pirmoji bendrosios reliatyvumo teorijos sėkmė buvo paaiškinti anomalią Merkurijaus perihelio precesiją. Tada, 1919 m., Arthuras Eddingtonas pranešė apie visiško užtemimo metu netoli Saulės krentančios šviesos stebėjimą, patvirtindamas bendrosios reliatyvumo teorijos prognozes.

Nuo to laiko daugelis kitų stebėjimų ir eksperimentų patvirtino daugybę teorijos prognozių, įskaitant gravitacinį laiko išsiplėtimą, gravitacinį raudonąjį poslinkį, signalo vėlavimą gravitaciniame lauke ir, kol kas tik netiesiogiai, gravitacinę spinduliuotę. Be to, daugybė stebėjimų interpretuojami kaip vienos paslaptingiausių ir egzotiškiausių bendrosios reliatyvumo teorijos prognozių – juodųjų skylių egzistavimo – patvirtinimas.

Nepaisant stulbinančios bendrosios reliatyvumo teorijos sėkmės, mokslo bendruomenė jaučia diskomfortą dėl to, kad jos negalima performuluoti kaip klasikinės kvantinės teorijos ribos dėl nepašalinamų matematinių skirtumų, kai kalbama apie juodąsias skyles ir erdvėlaikį. singuliarumus apskritai. Šiai problemai išspręsti buvo pasiūlyta keletas alternatyvių teorijų. Šiuolaikiniai eksperimentiniai duomenys rodo, kad bet koks nukrypimas nuo bendrosios reliatyvumo teorijos turėtų būti labai mažas, jei jis apskritai egzistuoja.

Pagrindiniai bendrosios reliatyvumo teorijos principai

Niutono gravitacijos teorija remiasi gravitacijos koncepcija, kuri yra ilgalaikė jėga: ji veikia akimirksniu bet kokiu atstumu. Toks momentinis veiksmo pobūdis nesuderinamas su šiuolaikinės fizikos lauko paradigma ir ypač su specialiąja reliatyvumo teorija, kurią 1905 m. sukūrė Einšteinas, įkvėptas Poincaré ir Lorentzo darbų. Pagal Einšteino teoriją jokia informacija negali sklisti greičiau nei šviesos greitis vakuume.

Matematiškai Niutono gravitacinė jėga gaunama iš potencialios kūno energijos gravitaciniame lauke. Gravitacinis potencialas, atitinkantis šią potencialią energiją, paklūsta Puasono lygčiai, kuri Lorenco transformacijose nėra nekintanti. Nekintamumo priežastis yra ta, kad energija specialiojoje reliatyvumo teorijoje nėra skaliarinis dydis, o patenka į 4 vektoriaus laiko komponentą. Gravitacijos vektorinė teorija pasirodo panaši į Maksvelo elektromagnetinio lauko teoriją ir veda į neigiamą gravitacinių bangų energiją, kuri yra susijusi su sąveikos pobūdžiu: kaip gravitacijos krūviai (masė) traukia ir neatstumia, kaip elektromagnetizme. Taigi, Niutono gravitacijos teorija nesuderinama su specialiosios reliatyvumo teorijos pagrindiniu principu – gamtos dėsnių nekintamumu bet kokioje inercinėje atskaitos sistemoje ir tiesioginiu vektoriniu Niutono teorijos apibendrinimu, kurį pirmą kartą pasiūlė Puankarė 1905 m. darbas „Apie elektronų dinamiką“ veda prie fiziškai nepatenkinamų rezultatų.

Einšteinas pradėjo ieškoti gravitacijos teorijos, kuri būtų suderinama su gamtos dėsnių nekintamumo principu, palyginti su bet kokia atskaitos sistema. Šios paieškos rezultatas buvo bendroji reliatyvumo teorija, pagrįsta gravitacinės ir inercinės masės tapatumo principu.

Gravitacinių ir inercinių masių lygybės principas

Klasikinėje Niutono mechanikoje yra dvi masės sąvokos: pirmoji reiškia antrąjį Niutono dėsnį, o antroji – visuotinės gravitacijos dėsnį. Pirmoji masė – inercinė (arba inercinė) – tai kūną veikiančios negravitacinės jėgos ir jo pagreičio santykis. Antroji masė – gravitacinė (arba, kaip kartais vadinama, sunkioji) – lemia kitų kūnų kūno traukos jėgą ir savo pačios traukos jėgą. Paprastai tariant, šios dvi masės yra matuojamos, kaip matyti iš aprašymo, įvairiais eksperimentais, todėl jos visai neturi būti proporcingos viena kitai. Griežtas jų proporcingumas leidžia kalbėti apie vieną kūno masę tiek negravitacinėje, tiek gravitacinėje sąveikoje. Tinkamai parinkus vienetus, šios masės gali būti lygios viena kitai. Patį principą iškėlė Izaokas Niutonas, o masių lygybę jis patikrino eksperimentiškai santykiniu 10?3 tikslumu. XIX amžiaus pabaigoje Eötvösas atliko subtilesnius eksperimentus, padidindamas principo patikrinimo tikslumą iki 10?9. XX amžiuje eksperimentinė technologija leido patvirtinti masių lygybę santykiniu 10–12–10–13 tikslumu (Braginsky, Dicke ir kt.). Kartais gravitacinių ir inercinių masių lygybės principas vadinamas silpnosios ekvivalentiškumo principu. Albertas Einšteinas jį grindė bendrąja reliatyvumo teorija.

Judėjimo pagal geodezines linijas principas

Jei gravitacinė masė tiksliai lygi inercinei masei, tai kūno, kurį veikia tik gravitacinės jėgos, pagreičio išraiškoje abi masės anuliuojamos. Todėl kūno pagreitis, taigi ir jo trajektorija, nepriklauso nuo kūno masės ir vidinės sandaros. Jeigu visi kūnai tame pačiame erdvės taške gauna vienodą pagreitį, tai šį pagreitį galima sieti ne su kūnų savybėmis, o su pačios erdvės savybėmis šiame taške.

Taigi gravitacinės sąveikos tarp kūnų aprašymas gali būti sumažintas iki erdvės-laiko, kurioje kūnai juda, aprašymu. Natūralu manyti, kaip darė Einšteinas, kad kūnai juda pagal inerciją, tai yra taip, kad jų pagreitis jų pačių atskaitos sistemoje yra lygus nuliui. Tuomet kūnų trajektorijos bus geodezinės linijos, kurių teoriją matematikai sukūrė dar XIX amžiuje.

Pačias geodezines linijas galima rasti erdvėlaikyje nurodant atstumo tarp dviejų įvykių analogą, tradiciškai vadinamą intervalu arba pasaulio funkcija. Intervalą trimatėje erdvėje ir vienmačiame laike (kitaip tariant, keturmatėje erdvėlaikyje) suteikia 10 nepriklausomų metrinio tenzoriaus komponentų. Šie 10 skaičių sudaro erdvės metriką. Jis apibrėžia „atstumą“ tarp dviejų be galo artimų erdvėlaikio taškų skirtingomis kryptimis. Geodezinės linijos, atitinkančios fizinių kūnų, kurių greitis yra mažesnis už šviesos greitį, pasaulio linijas, pasirodo, yra didžiausio tinkamo laiko, ty laiko, išmatuoto laikrodžiu, standžiai pritvirtintu prie kūno pagal šią trajektoriją, linijomis. Šiuolaikiniai eksperimentai patvirtina kūnų judėjimą išilgai geodezinių linijų tokiu pačiu tikslumu, kaip ir gravitacinių ir inercinių masių lygybė.

Erdvės laiko kreivumas

Jei paleidžiate du kūnus lygiagrečiai vienas kitam iš dviejų artimų taškų, tada gravitaciniame lauke jie palaipsniui pradės artėti arba tolti vienas nuo kito. Šis efektas vadinamas geodeziniu linijos nuokrypiu. Panašų efektą galima pastebėti tiesiogiai, jei du rutuliai paleidžiami lygiagrečiai vienas kitam išilgai guminės membranos, ant kurios centre yra masyvus objektas. Kamuoliukai išsisklaidys: tas, kuris buvo arčiau objekto, stumiančio membraną, bus labiau linkęs į centrą nei toliau esantis rutulys. Šis neatitikimas (nukrypimas) atsiranda dėl membranos kreivumo. Panašiai erdvėlaikyje geodezijos nuokrypis (kūnų trajektorijų divergencija) siejamas su jo kreivumu. Laiko erdvės kreivumą vienareikšmiškai lemia jo metrika – metrinis tenzorius. Skirtumas tarp bendrosios reliatyvumo teorijos ir alternatyvių gravitacijos teorijų daugeliu atvejų nustatomas būtent materijos (gravitacinį lauką sukuriančių negravitacinės prigimties kūnų ir laukų) ir metrinių erdvės-laiko savybių ryšio metodu.

Bendrasis erdvės ir laiko reliatyvumas ir stipraus lygiavertiškumo principas

Dažnai klaidingai manoma, kad bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindas yra gravitacinių ir inercinių laukų lygiavertiškumo principas, kurį galima suformuluoti taip:
Vietinė, pakankamai maža fizinė sistema, esanti gravitaciniame lauke, savo elgesiu nesiskiria nuo tos pačios sistemos, esančios pagreitintoje (inercinės atskaitos sistemos atžvilgiu) atskaitos sistemoje, panardintos į specialiosios teorijos plokščią erdvėlaikį. reliatyvumo.

Kartais tas pats principas postuluojamas kaip „specialiosios reliatyvumo teorijos vietinis galiojimas“ arba vadinamas „stipriojo lygiavertiškumo principu“.

Istoriškai šis principas iš tikrųjų suvaidino didelį vaidmenį kuriant bendrąją reliatyvumo teoriją ir Einšteinas jį panaudojo kurdamas. Tačiau galutinėje teorijos formoje ji iš tikrųjų nėra įtraukta, nes erdvėlaikis tiek pagreitintoje, tiek pradinėje specialiosios reliatyvumo teorijos atskaitos sistemoje yra nelenktas – plokščias ir bendroji reliatyvumo teorija jį išlenkia bet koks kūnas ir būtent jo kreivumas sukelia kūnų gravitacinį trauką.

Svarbu pažymėti, kad pagrindinis skirtumas tarp bendrosios reliatyvumo teorijos erdvės laiko ir specialiosios reliatyvumo teorijos erdvės laiko yra jo kreivumas, kuris išreiškiamas tenzoriniu dydžiu – kreivumo tenzoriumi. Specialiosios reliatyvumo teorijos erdvėlaikyje šis tenzorius yra identiškai lygus nuliui, o erdvėlaikis yra plokščias.

Dėl šios priežasties pavadinimas „bendroji reliatyvumo teorija“ nėra visiškai teisingas. Ši teorija yra tik viena iš daugelio gravitacijos teorijų, kurias šiuo metu svarsto fizikai, o specialioji reliatyvumo teorija (tiksliau, jos erdvės ir laiko metriniškumo principas) yra visuotinai pripažinta mokslo bendruomenės ir yra jos kertinis akmuo. šiuolaikinės fizikos pagrindas. Tačiau reikia pažymėti, kad nė viena iš kitų sukurtų gravitacijos teorijų, išskyrus bendrąją reliatyvumo teoriją, neatlaikė laiko ir eksperimento išbandymo.

Pagrindinės bendrojo reliatyvumo pasekmės

Pagal atitikimo principą silpnuose gravitaciniuose laukuose bendrosios reliatyvumo prognozės sutampa su Niutono universaliosios gravitacijos dėsnio taikymo rezultatais su nedidelėmis pataisomis, kurios didėja didėjant lauko stiprumui.

Pirmosios prognozuojamos ir eksperimentiškai patikrintos bendrosios reliatyvumo teorijos pasekmės buvo trys klasikiniai efektai, išvardyti toliau chronologine pirmojo bandymo tvarka:
1. Papildomas Merkurijaus orbitos perihelio poslinkis lyginant su Niutono mechanikos prognozėmis.
2. Šviesos pluošto nukreipimas Saulės gravitaciniame lauke.
3. Gravitacinis raudonasis poslinkis arba laiko išsiplėtimas gravitaciniame lauke.

Yra keletas kitų efektų, kuriuos galima patikrinti eksperimentiškai. Tarp jų galima paminėti elektromagnetinių bangų nukreipimą ir sulėtėjimą (Šapiro efektą) Saulės ir Jupiterio gravitaciniame lauke, lęšio-Thirringo efektą (giroskopo greitį šalia besisukančio kūno), astrofizinius juodųjų skylių egzistavimo įrodymus. , gravitacinių bangų spinduliavimo artimų dvigubų žvaigždžių sistemų ir Visatos plėtimosi įrodymas.

Iki šiol nebuvo rasta jokių patikimų eksperimentinių įrodymų, paneigiančių bendrąjį reliatyvumą. Išmatuotų efektų dydžių nuokrypiai nuo bendrosios reliatyvumo teorijos numatytų neviršija 0,1 % (minėtiems trims klasikiniams reiškiniams). Nepaisant to, dėl įvairių priežasčių teoretikai sukūrė mažiausiai 30 alternatyvių gravitacijos teorijų, o kai kurios iš jų leidžia gauti rezultatus, savavališkai artimus bendrajam reliatyvumui, naudojant atitinkamas į teoriją įtrauktų parametrų vertes.