Оршил
2. Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол
Дүгнэлт
Ашигласан эх сурвалжуудын жагсаалт
Оршил
19-р зууны төгсгөлд ч гэсэн ихэнх эрдэмтэд дэлхийн физик дүр төрхийг үндсэндээ бүтээсэн бөгөөд ирээдүйд хөдлөшгүй хэвээр байх болно гэсэн үзэл бодолтой байсан - зөвхөн нарийн ширийн зүйлийг тодруулах шаардлагатай байв. Гэвч 20-р зууны эхний арван жилд бие махбодийн үзэл бодол эрс өөрчлөгдсөн. Энэ нь 19-р зууны сүүлийн жилүүд болон 20-р зууны эхний арван жилүүдийг хамарсан түүхэн туйлын богино хугацаанд хийсэн шинжлэх ухааны нээлтүүдийн "каскад"-ын үр дагавар байсан бөгөөд ихэнх нь хүний энгийн туршлагын ойлголттой огт нийцэхгүй байв. Үүний тод жишээ бол Альберт Эйнштейн (1879-1955)-ийн бүтээсэн харьцангуйн онол юм.
Харьцангуйн зарчмыг Галилео анх бий болгосон боловч эцсийн томъёоллыг зөвхөн Ньютоны механикт хүлээн авсан.
Харьцангуйн зарчим нь бүх инерцийн системд бүх механик процессууд ижилхэн явагддаг гэсэн үг юм.
Байгалийн шинжлэх ухаанд дэлхийн механик дүр зураг давамгайлж байх үед харьцангуйн зарчим ямар ч эргэлзээгүй байв. Физикчид цахилгаан, соронзон, оптик үзэгдлийг нухацтай судалж эхэлснээр нөхцөл байдал эрс өөрчлөгдсөн. Байгалийн үзэгдлийг дүрслэхийн тулд сонгодог механик хангалтгүй байгаа нь физикчдэд тодорхой болсон. Асуулт гарч ирэв: харьцангуйн зарчим нь цахилгаан соронзон үзэгдэлд бас хамаатай юу?
Альберт Эйнштейн өөрийн үндэслэлийг тайлбарлахдаа харьцангуйн зарчмын түгээмэл байдлыг дэмжсэн хоёр аргументыг онцлон тэмдэглэв.
Энэ зарчмыг механикт маш нарийвчлалтай хэрэгжүүлдэг тул электродинамикийн хувьд ч зөв байх болно гэж найдаж болно.
Хэрэв инерцийн системүүд нь байгалийн үзэгдлийг дүрслэхтэй тэнцэхүйц биш бол байгалийн хуулиудыг зөвхөн нэг инерцийн системд хамгийн амархан тайлбарладаг гэж үзэх нь үндэслэлтэй юм.
Жишээлбэл, дэлхий нарыг тойрон секундэд 30 километрийн хурдтай хөдөлж байгааг авч үзье. Хэрэв энэ тохиолдолд харьцангуйн зарчим биелээгүй бол биеийн хөдөлгөөний хуулиуд нь дэлхийн чиглэл, орон зайн чиг баримжаагаас хамаарна. Ийм зүйл байхгүй, i.e. янз бүрийн чиглэлийн физик тэгш бус байдал илрээгүй. Гэсэн хэдий ч энд харьцангуйн зарчим нь вакуум дахь гэрлийн хурд (300,000 км / с) тогтмол байх зарчимтай нийцэхгүй байгаа нь илт харагдаж байна.
Гэрлийн хурдны тогтвортой байдлын зарчим эсвэл харьцангуйн зарчмуудын аль нэгийг үгүйсгэх асуудал үүсдэг. Эхний зарчмыг маш нарийн бөгөөд хоёрдмол утгагүй тогтоосон тул үүнийг орхих нь илт үндэслэлгүй болно; цахилгаан соронзон үйл явцын салбарт харьцангуйн зарчмыг үгүйсгэхээс багагүй бэрхшээл гардаг. Үнэн хэрэгтээ, Эйнштейн харуулсан:
"Гэрлийн тархалтын хууль ба харьцангуйн зарчим нийцдэг."
Гэрлийн хурдны тогтмол байдлын хуультай харьцангуйн зарчмын илэрхий зөрчилдөөн нь Эйнштейний хэлснээр сонгодог механик нь "хоёр үндэслэлгүй таамаглал дээр" үндэслэсэн тул хоёр үйл явдлын хоорондох хугацааны интервал нь хөдөлгөөний төлөв байдлаас хамаардаггүй. жишиг бие ба хатуу биеийн хоёр цэгийн хоорондох орон зайн зай нь жишиг биеийн хөдөлгөөний төлөв байдлаас хамаардаггүй. Өөрийн онолыг хөгжүүлэх явцад тэрээр: Галилийн өөрчлөлтийг орхиж, Лоренцын өөрчлөлтийг хүлээн зөвшөөрсөн; Ньютоны үнэмлэхүй орон зайн үзэл баримтлал ба энэ үнэмлэхүй орон зайтай харьцуулахад биеийн хөдөлгөөний тодорхойлолтоос.
Биеийн хөдөлгөөн бүр нь тодорхой жишиг биетэй холбоотой байдаг тул бүх физик үйл явц, хуулиудыг нарийн тодорхойлсон лавлах систем эсвэл координаттай уялдуулан томъёолох ёстой. Иймээс үнэмлэхүй цаг гэж байдаггүйтэй адил туйлын зай, урт, өргөтгөл гэж байдаггүй.
Харьцангуйн онолын шинэ үзэл баримтлал, зарчмууд нь шинжлэх ухаанд хоёр зуу гаруй жил ноёрхож байсан орон зай, цаг хугацаа, хөдөлгөөний физикийн болон ерөнхий шинжлэх ухааны ойлголтыг эрс өөрчилсөн.
Дээр дурдсан бүх зүйл нь сонгосон сэдвийн хамаарлыг зөвтгөдөг.
Энэхүү ажлын зорилго нь Альберт Эйнштейний харьцангуйн тусгай болон ерөнхий онолыг бий болгосон цогц судалгаа, дүн шинжилгээ юм.
Энэхүү бүтээл нь танилцуулга, хоёр хэсэг, дүгнэлт, ашигласан материалын жагсаалтаас бүрдэнэ. Нийт ажлын хэмжээ 16 хуудас байна.
1. Эйнштейний харьцангуйн тусгай онол
1905 онд Альберт Эйнштейн үнэмлэхүй хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжгүйд үндэслэн бүх инерцийн лавлагааны системүүд тэнцүү гэж дүгнэжээ. Тэрээр харьцангуйн тусгай онол (STR) хэмээх орон зай, цаг хугацааны шинэ онолын үндэс болсон хамгийн чухал хоёр постулатыг томъёолжээ.
1. Эйнштейний харьцангуйн зарчим - энэ зарчим нь Галилейгийн харьцангуйн зарчмыг аливаа физик үзэгдэлтэй харьцуулсан ерөнхий ойлголт байсан. Үүнд: Инерцийн лавлагааны систем (IRS) дахь ижил нөхцөлд байгаа бүх физик процессууд ижил аргаар явагддаг. Энэ нь хаалттай ISO дотор хийгдсэн ямар ч физик туршилтууд нь тайван байдалд байгаа эсэхийг эсвэл жигд, шулуун хөдөлгөөнтэй эсэхийг тогтоох боломжгүй гэсэн үг юм. Тиймээс, бүх СТО нь бүрэн тэнцүү бөгөөд физикийн хуулиуд нь IFR-ийн сонголтын хувьд өөрчлөгддөггүй (өөрөөр хэлбэл эдгээр хуулиудыг илэрхийлсэн тэгшитгэлүүд нь бүх инерцийн лавлагааны системд ижил хэлбэртэй байдаг).
2. Гэрлийн хурдны тогтмол байх зарчим - вакуум дахь гэрлийн хурд нь тогтмол бөгөөд гэрлийн эх үүсвэр ба хүлээн авагчийн хөдөлгөөнөөс хамаардаггүй. Энэ нь бүх чиглэлд, бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байна. Вакуум дахь гэрлийн хурд - байгаль дээрх хязгаарлах хурд нь дэлхийн тогтмол гэж нэрлэгддэг хамгийн чухал физик тогтмолуудын нэг юм.
Эдгээр постулатуудын гүнзгий дүн шинжилгээ нь Ньютоны механикт хүлээн зөвшөөрөгдсөн орон зай, цаг хугацааны талаархи үзэл санаатай зөрчилдөж, Галилеогийн өөрчлөлтөд тусгагдсан болохыг харуулж байна. Үнэн хэрэгтээ, 1-р зарчмын дагуу байгалийн бүх хуулиуд, түүний дотор механик ба электродинамикийн хуулиуд нь нэг лавлагааны системээс нөгөөд шилжих үед хийгдсэн координат, цаг хугацааны ижил хувиргалттай холбоотой өөрчлөгдөөгүй байх ёстой. Ньютоны тэгшитгэлүүд энэ шаардлагыг хангаж байгаа боловч Максвеллийн электродинамикийн тэгшитгэл нь тийм биш, i.e. хувирамтгай бус болж хувирдаг. Энэ нөхцөл байдал нь Эйнштейнийг Ньютоны тэгшитгэлийг тодруулах шаардлагатай гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн бөгөөд үүний үр дүнд механикийн тэгшитгэл ба электродинамикийн тэгшитгэл хоёулаа ижил хувиргалттай харьцуулахад инвариант болж хувирна. Механикийн хуулиудад шаардлагатай өөрчлөлтийг Эйнштейн хийсэн. Үүний үр дүнд Эйнштейний харьцангуйн зарчим болох харьцангуйн механиктай нийцсэн механик бий болсон.
Харьцангуйн онолыг бүтээгч харьцангуйн ерөнхий зарчмыг томъёолсон бөгөөд энэ нь одоо цахилгаан соронзон үзэгдлүүд, түүний дотор гэрлийн хөдөлгөөнийг хамардаг. Энэ зарчим нь тухайн лавлагааны хүрээнд хийгдсэн ямар ч физик туршилт (механик, цахилгаан соронзон гэх мэт) нь тайван байдлын төлөв ба жигд шугаман хөдөлгөөний хоорондох ялгааг тогтоож чадахгүй гэж заасан байдаг. Сонгодог хурдыг нэмэх нь цахилгаан соронзон долгион ба гэрлийн тархалтад хамаарахгүй. Бүх физик үйл явцын хувьд гэрлийн хурд нь хязгааргүй хурдны шинж чанартай байдаг. Бие махбодид гэрлийн хурдтай тэнцэх хурдыг өгөхийн тулд хязгааргүй их энерги шаардагддаг бөгөөд ийм ч учраас ямар ч бие энэ хурдад хүрэх боломжгүй юм. Энэ үр дүнг электрон дээр хийсэн хэмжилтээр баталгаажуулав. Нэг цэгийн массын кинетик энерги нь түүний хурдны квадратаас хурдан өсөж, гэрлийн хурдтай тэнцэх хурдны хувьд хязгааргүй болдог.
Гэрлийн хурд нь материаллаг нөлөөллийн тархалтын хамгийн дээд хурд юм. Энэ нь ямар ч хурдтай нэмэгдэж чадахгүй бөгөөд бүх инерцийн системд тогтмол байдаг. Дэлхий дээрх бүх хөдөлж буй биетүүд гэрлийн хурдтай харьцуулахад тэг хурдтай байдаг. Үнэхээр дууны хурд ердөө 340 м/с. Энэ бол гэрлийн хурдтай харьцуулахад чимээгүй байдал юм.
Эдгээр хоёр зарчмаас - гэрлийн хурдны тогтмол байдал ба Галилейгийн харьцангуйн өргөтгөсөн зарчим - харьцангуйн тусгай онолын бүх заалтууд математикийн дагуу гардаг. Хэрэв гэрлийн хурд нь бүх инерцийн системүүдийн хувьд тогтмол бөгөөд тэдгээр нь бүгд тэнцүү бол биеийн урт, хугацааны интервал, массын физик хэмжигдэхүүнүүд өөр өөр лавлах системд өөр өөр байх болно. Тиймээс хөдөлгөөнт систем дэх биеийн урт нь хөдөлгөөнгүйтэй харьцуулахад хамгийн бага байх болно. Томъёоны дагуу:
Энд /" нь хөдөлгөөнгүй системтэй харьцуулахад V хурдтай хөдөлгөөнт систем дэх биеийн урт; / нь хөдөлгөөнгүй систем дэх биеийн урт.
Тодорхой хугацааны туршид үйл явцын үргэлжлэх хугацаа нь эсрэгээрээ байдаг. Хөдөлгөөнтэй системтэй харьцуулахад цаг хугацаа сунаж, илүү удаан урсах бөгөөд энэ үйл явц нь илүү хурдан байх болно. Томъёоны дагуу:
Харьцангуйн тусгай онолын нөлөөг гэрлийн ойролцоо хурдаар илрүүлэх болно гэдгийг эргэн санацгаая. Гэрлийн хурдаас хамаагүй бага хурдтай үед SRT-ийн томъёо нь сонгодог механикийн томъёо болж хувирдаг.
Зураг 1. "Эйнштейний галт тэрэг" туршилт
Эйнштейн хөдөлгөөнгүй системтэй харьцуулахад цаг хугацааны урсгал хэрхэн удааширдгийг тодорхой харуулахыг хичээсэн. Гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай галт тэрэг өнгөрч байгаа төмөр замын тавцанг төсөөлөөд үз дээ (Зураг 1).
20-р зууны эхэн үед энэ үр дүнг тайлбарлах оролдлого нь сонгодог үзэл баримтлалыг дахин хянаж, харьцангуйн тусгай онолыг бий болгоход хүргэсэн.
Ойролцоогоор гэрлийн хурдаар хөдөлж байх үед динамикийн хууль өөрчлөгддөг. Хүч ба хурдатгалтай холбоотой Ньютоны хоёр дахь хуулийг гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай биетүүдийн хувьд өөрчлөх ёстой. Нэмж дурдахад биеийн импульс ба кинетик энергийн илэрхийлэл нь харьцангуй бус тохиолдлоос илүү хурдаас илүү төвөгтэй хамааралтай байдаг.
Харьцангуйн тусгай онол нь олон тооны туршилтын баталгааг хүлээн авсан бөгөөд хэрэглэх боломжтой талбартаа зөв онол юм (SRT-ийн туршилтын үндэслэлийг үзнэ үү). Л.Пэйжийн онцлон тэмдэглэснээр “Цахилгаан эрчим хүчний эрин зуунд генератор, цахилгаан мотор бүрийн эргэдэг арматур нь харьцангуйн онолын үнэн зөвийг уйгагүй тунхаглаж байна – чи зүгээр л сонсох чадвартай байх хэрэгтэй” гэжээ.
Үүн дээр үндэслэсэн физик онолын хувьд харьцангуйн тусгай онолын үндсэн шинж чанар нь "харьцангуйн тусгай онол" гэсэн нэр томъёог орчин үеийн шинжлэх ухааны нийтлэлд бараг ашигладаггүй, зөвхөн харьцангуйн инвариант байдлын тухай ярьдаг тусдаа онол.
SRT-ийн үндсэн ойлголт, постулатууд
Харьцангуйн тусгай онолыг бусад физик онолын нэгэн адил үндсэн ойлголт, постулатууд (аксиомууд) дээр үндэслэн түүний физик объектуудтай харьцах дүрэмд үндэслэн томъёолж болно.
Үндсэн ойлголтууд
Цагийн синхрончлол
STR нь өгөгдсөн инерцийн лавлагааны системийн хүрээнд нэгдсэн цагийг тодорхойлох боломжийг дэвшүүлдэг. Үүнийг хийхийн тулд ISO-ийн өөр өөр цэгүүдэд байрлах хоёр цагийг синхрончлох процедурыг нэвтрүүлсэн. Эхний цагнаас хоёр дахь цаг руу тогтмол хурдтайгаар дохио илгээгээрэй (заавал гэрэлтэй биш). Хоёрдахь цаг хүрэх даруйд (цаг хугацааны уншилтын дагуу) дохио нь ижил тогтмол хурдтайгаар буцаж ирэн эхний цагт хүрдэг. Хэрэв харьцаа хангагдсан бол цагийг синхрончлогдсон гэж үзнэ.
Өгөгдсөн инерцийн лавлагааны систем дэх ийм процедурыг бие биенээсээ харьцангуй хөдөлгөөнгүй аливаа цагуудад хийж болно гэж үздэг тул шилжилтийн шинж чанар нь хүчинтэй байна: хэрэв цаг Ацагтай синхрончлогдсон Б, мөн цаг Бцагтай синхрончлогдсон C, дараа нь цаг АТэгээд Cмөн синхрончлох болно.
Хэмжилтийн нэгжийн зохицуулалт
Үүнийг хийхийн тулд S1, S2, S3 гэсэн гурван инерцийн системийг авч үзэх шаардлагатай. S2 системийн S1 системтэй харьцуулахад хурд нь -тэй, S3 системийн S2-тэй харьцуулахад хурд нь -тэй тэнцүү, S1-тэй харьцангуйгаар тэнцүү байг. Өөрчлөлтийн дарааллыг (S2, S1), (S3, S2) болон (S3, S1) бичснээр бид дараах тэгш байдлыг олж авна.
Баталгаа
Өөрчлөлт (S2, S1) (S3, S2) дараах хэлбэртэй байна.
хаана гэх мэт. Эхний системээс хоёр дахь системд орлуулах нь дараахь зүйлийг өгнө.
Хоёрдахь тэгш байдал нь S3 ба S1 системүүдийн хоорондох өөрчлөлтүүдийн бүртгэл юм. Хэрэв бид системийн эхний тэгшитгэл ба хоёр дахь тэгшитгэл дэх коэффициентүүдийг тэнцүүлэх юм бол:
Нэг тэгшитгэлийг нөгөөд хуваах замаар хүссэн харьцааг олж авахад хялбар байдаг.
Лавлагаа системүүдийн харьцангуй хурд нь дур зоргоороо, бие даасан хэмжигдэхүүнүүд тул харьцаа нь бүх инерцийн лавлагааны системд нийтлэг, зарим тогтмолтой тэнцүү байх тохиолдолд л энэ тэгшитгэл хангагдана.
ISO-ийн хооронд урвуу хувирал байгаа бөгөөд энэ нь зөвхөн харьцангуй хурдны тэмдгийг өөрчилснөөр шууд өөрчлөлтөөс ялгаатай нь функцийг олох боломжийг бидэнд олгодог.
Баталгаа
Гэрлийн хурдны тогтмол байдлын постулат
Түүхийн хувьд SRT-ийг бүтээхэд гэрлийн хурд нь эх үүсвэрийн хурдаас хамаардаггүй бөгөөд бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байдаг гэж Эйнштейний хоёр дахь постулат чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Чухамхүү энэ постулат ба харьцангуйн зарчмын тусламжтайгаар Альберт Эйнштейн 1905 онд гэрлийн хурд гэсэн үндсэн тогтмол утгатай Лоренцын хувиргалтыг олж авсан юм. Дээр дурдсан STR-ийн аксиоматик бүтцийн үүднээс авч үзвэл Эйнштейний хоёр дахь постулат нь онолын теорем болж хувирч, Лоренцын хувиргалтаас шууд гардаг (хурдны харьцангуй нэмэлтийг үзнэ үү). Гэсэн хэдий ч түүхэн ач холбогдлынхоо улмаас Лоренцын хувиргалтын энэхүү гарал үүслийг боловсролын уран зохиолд өргөн ашигладаг.
SRT-ийг зөвтгөхдөө ерөнхийдөө гэрлийн дохио шаардлагагүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Галилейн хувиргалттай холбоотой Максвеллийн тэгшитгэлүүдийн үл өөрчлөгдөл нь SRT-ийг бүтээхэд хүргэсэн боловч сүүлийнх нь илүү ерөнхий шинж чанартай бөгөөд бүх төрлийн харилцан үйлчлэл, физик процесст хамаарах боломжтой. Лоренцын хувиргалтанд гарч буй үндсэн тогтмол нь материаллаг биеийн хөдөлгөөний хамгийн дээд хурд гэсэн утгатай. Тоон хувьд энэ нь гэрлийн хурдтай давхцдаг боловч энэ баримт нь цахилгаан соронзон орны массгүй байдалтай холбоотой юм. Фотон нь тэг биш масстай байсан ч Лоренцын хувиргалт өөрчлөгдөхгүй. Тиймээс үндсэн хурд ба гэрлийн хурдыг ялгах нь утга учиртай. Эхний тогтмол нь орон зай, цаг хугацааны ерөнхий шинж чанарыг илэрхийлдэг бол хоёр дахь нь тодорхой харилцан үйлчлэлийн шинж чанартай холбоотой байдаг. Үндсэн хурдыг хэмжихийн тулд электродинамик туршилт хийх шаардлагагүй. Жишээлбэл, хоёр ISO-тай харьцуулахад зарим объектын хурдны утгууд дээр үндэслэн хурдыг нэмэх харьцангуй дүрмийг ашиглах нь үндсэн хурдны утгыг олж авахад хангалттай юм.
Харьцангуйн онолын тууштай байдал
Харьцангуйн онол бол логик нийцтэй онол юм. Энэ нь түүний анхны заалтуудаас тодорхой мэдэгдлийг үгүйсгэхтэй зэрэгцүүлэн логикоор дүгнэлт хийх боломжгүй гэсэн үг юм. Тиймээс олон парадокс гэж нэрлэгддэг (ихэр парадокс гэх мэт) илт харагдаж байна. Эдгээр нь онолыг тодорхой асуудалд буруу хэрэглэсний үр дүнд үүсдэг бөгөөд SRT-ийн логик нийцэмжгүйгээс биш юм.
Харьцангуйн онолын үнэн зөвийг бусад физик онолын нэгэн адил эцэст нь эмпирик байдлаар шалгадаг. Үүнээс гадна STR-ийн логик нийцтэй байдлыг аксиомат аргаар баталж болно. Жишээлбэл, бүлгийн аргын хүрээнд сонгодог механикийн аксиомуудын дэд багц дээр үндэслэн Лоренцын хувиргалтыг олж авах боломжтой болохыг харуулсан. Энэ баримт нь SRT-ийн тууштай байдлын нотолгоог сонгодог механикийн тууштай байдлын нотолгоо болгон бууруулж байна. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв аксиомын илүү өргөн тогтолцооны үр дагавар нь нийцэж байвал аксиомын зөвхөн нэг хэсгийг ашиглах үед тэдгээр нь илүү тогтвортой байх болно. Логикийн үүднээс авч үзвэл, хуучин аксиомууд дээр анхны аксиомуудтай тохирохгүй шинэ аксиом нэмэгдэхэд зөрчил үүсч болно. Дээр дурдсан STR-ийн аксиоматик бүтээн байгуулалтад энэ нь тохиолддоггүй тул SRT нь тууштай онол юм.
Геометрийн хандлага
Харьцангуйн тусгай онолыг бий болгох өөр аргууд боломжтой. Минковски, Пуанкаре нарын өмнөх ажлын дагуу 4 координат бүхий нэг хэмжигдэхүүнтэй дөрвөн хэмжээст орон зайн цаг байдаг гэж таамаглаж болно. Хавтгай орон зайн хамгийн энгийн тохиолдолд хязгааргүй ойрхон хоёр цэгийн хоорондох зайг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн нь Евклид эсвэл псевдо-евклид байж болно (доороос харна уу). Сүүлийн тохиолдол нь харьцангуйн тусгай онолтой нийцдэг. Энэ тохиолдолд Лоренцын хувиргалт нь хоёр цэгийн хоорондох зайг өөрчлөгдөөгүй хэвээр үлдээх ийм орон зай дахь эргэлт юм.
Хурдны орон зайн геометрийн бүтцийг тодорхойлсон өөр нэг арга байж болно. Ийм орон зайн цэг бүр нь зарим инерцийн лавлагааны системтэй тохирч, хоёр цэгийн хоорондох зай нь ISO хоорондын харьцангуй хурдны модультай тохирч байна. Харьцангуйн зарчмын дагуу ийм орон зайн бүх цэгүүд тэнцүү байх ёстой, тиймээс хурдны орон зай нь нэгэн төрлийн, изотроп юм. Хэрэв түүний шинж чанарыг Риманы геометрээр өгсөн бол хавтгай орон зай, тогтмол эерэг ба сөрөг муруйлтын орон зай гэсэн гурван ба зөвхөн гурван боломж бий. Эхний тохиолдол нь хурдыг нэмэх сонгодог дүрэмтэй тохирч байна. Тогтмол сөрөг муруйлтын орон зай (Лобачевскийн орон зай) нь хурдыг нэмэх харьцангуйн дүрэм ба харьцангуйн тусгай онолд нийцдэг.
Лоренцын хувиргалтын өөр өөр тэмдэглэгээ
S ба S" хоёр инерцийн лавлагааны системийн координатын тэнхлэгүүд хоорондоо параллель байх, (t, x,y, z) - S системтэй харьцуулахад ажиглагдсан зарим үйл явдлын цаг ба координатууд ба (t",x" ,y,z") - цаг ба координат адилхан S" системтэй холбоотой үйл явдлууд. Хэрэв S" систем нь S-тэй харьцуулахад v хурдтай жигд ба шулуун шугамаар хөдөлдөг бол Лоренцын хувиргалтууд хүчинтэй байна:
гэрлийн хурд хаана байна. Гэрлийн хурдаас хамаагүй бага хурдтай үед () Лоренцын хувиргалт нь Галилын хувиргалт болж хувирдаг.
Хязгаарт ийм гарц нь захидал харилцааны зарчмын тусгал бөгөөд үүний дагуу илүү ерөнхий онол (STR) нь бага ерөнхий онол (энэ тохиолдолд сонгодог механик) хязгаарлах тохиолдол байдаг.
Лавлах хүрээнүүдийн хурдыг дурын чиглэлд (тэнхлэгийн дагуу байх албагүй) чиглүүлэх үед Лоренцын хувиргалтыг вектор хэлбэрээр бичиж болно.
Энд Лоренцын хүчин зүйл ба S ба S системтэй харьцуулахад үйл явдлын радиус векторууд байна.
Лоренцын өөрчлөлтийн үр дагавар
Хурд нэмэх
Лоренцын хувиргалтуудын шууд үр дагавар нь хурдыг нэмэх харьцангуй дүрэм юм. Хэрэв зарим объект нь S системтэй харьцуулахад хурдны бүрэлдэхүүн хэсгүүд ба S -тэй харьцуулахад хурдны бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй бол тэдгээрийн хооронд дараахь хамаарал бий болно.
Эдгээр харилцаанд v жишиг хүрээнүүдийн хөдөлгөөний харьцангуй хурд нь x тэнхлэгийн дагуу чиглэгддэг. Лоренцын хувиргалт шиг хурдыг харьцангуй бага хурдтай нэмэх () нь хурдыг нэмэх сонгодог хууль болж хувирдаг.
Хэрэв объект S системтэй харьцуулахад x тэнхлэгийн дагуу гэрлийн хурдаар хөдөлдөг бол S-тэй харьцуулахад ижил хурдтай байх болно": Энэ нь бүх ISO-д хурд нь өөрчлөгдөөгүй (ижил) байна гэсэн үг юм.
Хугацаа тэлэх
Хэрэв цаг нь системд хөдөлгөөнгүй байвал дараалсан хоёр үйл явдлын хувьд . Ийм цаг нь хуулийн дагуу системтэй харьцуулахад хөдөлдөг тул цагийн интервалууд дараах байдлаар хамааралтай болно.
Энэ томъёонд хугацааны интервалыг хэмждэг гэдгийг ойлгох нь чухал юм ганцаараахөдөлгөөнт цаг. Үүнийг уншилттай харьцуулж үздэг хэд хэдэнсистемд байрладаг өөр өөр, синхрон ажиллаж байгаа цагууд, тэдгээрийн өмнө цаг хөдөлдөг. Энэхүү харьцуулалтын үр дүнд хөдөлж буй цаг нь суурин цагуудаас удаан ажилладаг болох нь тогтоогджээ. Энэ нөлөөг ихэр парадокс гэж нэрлэдэг.
Хэрэв цаг нь инерцийн жишиг хүрээтэй харьцуулахад хувьсах хурдтай хөдөлдөг бол энэ цаг (зохистой цаг гэж нэрлэгддэг) хэмжсэн цаг нь хурдатгалаас хамаарахгүй бөгөөд дараах томъёогоор тооцоолж болно.
Энд интеграцийг ашиглан орон нутгийн инерцийн лавлагааны систем дэх цаг хугацааны интервалыг (ISO-г шууд дагалдах гэж нэрлэдэг) нэгтгэн харуулав.
Нэгэн зэрэглэлийн харьцангуй байдал
Хэрэв орон зайн хувьд тусгаарлагдсан хоёр үйл явдал (жишээлбэл, гэрлийн гялбаа) хөдөлж буй лавлагааны системд нэгэн зэрэг тохиолдвол тэдгээр нь "хөдөлгөөнгүй" хүрээтэй харьцуулахад нэгэн зэрэг биш байх болно. Хэзээ Лоренцын өөрчлөлтүүдээс энэ нь дараах байдалтай байна
Хэрэв , дараа нь ба . Энэ нь хөдөлгөөнгүй ажиглагчийн үүднээс зүүн талын үйл явдал баруун талынхаас өмнө тохиолддог гэсэн үг юм. Нэгэн зэрэглэлийн харьцангуй байдал нь орон зайд янз бүрийн инерцийн лавлагааны систем дэх цагийг синхрончлох боломжгүй болоход хүргэдэг.
Системийн үүднээс авч үзвэл С
S системийн үүднээс"
Систем бүрт синхрончлогдсон хоёр лавлагааны системд x тэнхлэгийн дагуу байрлах цагууд байх ёстой бөгөөд яг одоо "төв" цагнууд давхцаж байна (доорх зурагт) тэд ижил цагийг харуулж байна.
Зүүн талын зурагт энэ байдал S хүрээн дэх ажиглагчийн байр сууринаас хэрхэн харагдаж байгааг харуулж байна. Хөдөлгөөнт хүрээн дэх цаг өөр өөр цагийг харуулдаг. Аяллын чиглэлд байрлах цагнууд ард, хөдөлгөөний чиглэлийн эсрэг байрлах цаг нь "төв" цагаас түрүүлж байна. S" (баруун зураг) дахь ажиглагчдын хувьд нөхцөл байдал ижил байна.
Шугаман хэмжээсийг багасгах
Хэрэв хөдөлж буй объектын урт (хэлбэр) нь түүний гадаргуугийн координатыг нэгэн зэрэг тогтоох замаар тодорхойлогддог бол Лоренцын хувиргалтаас харахад ийм биеийн шугаман хэмжээсүүд "хөдөлгөөнгүй" лавлагааны системтэй харьцуулахад багасна.
,хаана нь хөдөлгөөнгүй жишиг хүрээтэй харьцуулахад хөдөлгөөний чиглэлийн дагуух урт ба биетэй холбоотой хөдөлгөөнт жишиг хүрээн дэх урт (биеийн зөв урт гэж нэрлэгддэг) юм. Үүний зэрэгцээ биеийн уртын хэмжээс (өөрөөр хэлбэл хөдөлгөөний чиглэлийн дагуу хэмжигддэг) багасдаг. Хөндлөн хэмжээсүүд өөрчлөгддөггүй.
Энэ хэмжээг багасгахыг мөн Лоренц агшилт гэж нэрлэдэг. Хөдөлгөөнт биеийг нүдээр харахдаа Лоренц агшилтаас гадна биеийн гадаргуугаас гэрлийн дохио тархах хугацааг харгалзан үзэх шаардлагатай. Үүний үр дүнд хурдан хөдөлж буй бие нь эргэлдэж байгаа мэт харагддаг боловч хөдөлгөөний чиглэлд шахагдаагүй байдаг.
Доплер эффект
V хурдтай хөдөлж буй эх үүсвэр нь давтамжтай үечилсэн дохиог гаргая. Энэ давтамжийг эх сурвалжтай холбоотой ажиглагч (байгалийн давтамж гэж нэрлэдэг) хэмждэг. Хэрэв ижил дохиог "хөдөлгөөнгүй" ажиглагч бүртгэсэн бол түүний давтамж нь байгалийн давтамжаас ялгаатай болно.
эх үүсвэр рүү чиглэсэн чиглэл ба хурдны хоорондох өнцөг хаана байна.
Уртааш ба хөндлөн Доплер эффектүүд байдаг. Эхний тохиолдолд, өөрөөр хэлбэл эх үүсвэр ба хүлээн авагч нь нэг шулуун шугам дээр байна. Хэрэв эх үүсвэр хүлээн авагчаас холдох юм бол түүний давтамж буурч (улаан шилжилт), хэрэв ойртвол давтамж нь нэмэгддэг (цэнхэр шилжилт):
Хөндлөн эффект нь эх үүсвэр рүү чиглэсэн чиглэл нь түүний хурдтай перпендикуляр байх үед үүсдэг (жишээлбэл, эх үүсвэр нь хүлээн авагч дээр "нисдэг"). Энэ тохиолдолд цаг хугацааны тэлэлтийн үр нөлөө нь шууд илэрдэг.
Сонгодог физикт хөндлөн эффектийн аналог байхгүй бөгөөд энэ нь харьцангуй харьцангуй нөлөө юм. Үүний эсрэгээр, уртрагийн Доплер эффект нь сонгодог бүрэлдэхүүн хэсэг ба харьцангуй цаг хугацааны тэлэлтийн эффектээс шалтгаална.
Аберраци
харьцангуйн онолд ч хүчинтэй хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч, цаг хугацааны дериватив нь сонгодог нэгээс биш харин харьцангуйн импульсээс авдаг. Энэ нь хүч ба хурдатгалын хоорондын хамаарал нь сонгодог харилцаанаас эрс ялгаатай болохыг харуулж байна.
Эхний нэр томъёонд хүч нь хурдад перпендикуляр үйлчилдэг бол хүч ба хурдатгалын харьцаатай тэнцүү "харьцангуй масс"-ийг агуулна. Харьцангуйн онолын анхны ажилд үүнийг "хөндлөн масс" гэж нэрлэдэг байв. Энэ нь соронзон орны электронуудын хазайлтын туршилтанд ажиглагдсан "өсөлт" юм. Хоёрдахь томьёо нь хүч нь хурдтай параллель байвал хүч ба хурдатгалын харьцаатай тэнцүү "уртааш масс"-ыг агуулна.
Дээр дурдсанчлан эдгээр ойлголтууд нь хоцрогдсон бөгөөд Ньютоны хөдөлгөөний сонгодог тэгшитгэлийг хадгалах оролдлоготой холбоотой юм.
Эрчим хүчний өөрчлөлтийн хурд нь хүчний скаляр бүтээгдэхүүн ба биеийн хурдтай тэнцүү байна.
Энэ нь сонгодог механикийн нэгэн адил бөөмийн хурдтай перпендикуляр хүчний бүрэлдэхүүн хэсэг нь түүний энергийг өөрчилдөггүй (жишээлбэл, Лоренцын хүч дэх соронзон бүрэлдэхүүн хэсэг) хүргэдэг.
Эрчим хүч ба импульсийн хувиргалт
Цаг хугацаа ба координатын хувьд Лоренцын хувиргалттай адил янз бүрийн инерцийн лавлагааны системтэй харьцуулахад харьцангуй хэмжигдэх релятивист энерги ба импульс нь мөн тодорхой харилцаатай байдаг.
импульсийн векторын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь тэнцүү байна. S, S" инерцийн лавлагааны системийн харьцангуй хурд ба чиг баримжаа нь Лоренцын хувиргалттай ижил аргаар тодорхойлогддог.
Ковариант томъёолол
Дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацаа
Лоренцын хувиргалт нь интервал гэж нэрлэгддэг дараах хэмжигдэхүүнийг (өөрчлөгдөөгүй) үлдээдэг.
хаана гэх мэт нь хоёр үйл явдлын цаг ба координатын зөрүү юм. Хэрэв , дараа нь тэд үйл явдлуудыг цаг хугацааны интервалаар тусгаарладаг гэж хэлдэг; хэрэв , дараа нь орон зай шиг. Эцэст нь хэрэв , тэгвэл ийм интервалыг гэрэлтэй төстэй гэж нэрлэдэг. Гэрэлтэй төстэй интервал нь гэрлийн хурдаар дамждаг дохиотой холбоотой үйл явдлуудтай тохирч байна. Интервалын өөрчлөгдөөгүй байдал нь хоёр инерцийн лавлагааны системтэй харьцуулахад ижил утгатай байна гэсэн үг юм.
Түүний хэлбэрийн хувьд интервал нь Евклидийн орон зайн зайтай төстэй юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь үйл явдлын орон зайн болон цаг хугацааны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд өөр тэмдэгтэй байдаг тул интервал нь псевдо-евклидийн дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны зайг тодорхойлдог гэж тэд хэлдэг. Үүнийг Минковскийн орон зай гэж бас нэрлэдэг. Лоренцын хувиргалт нь ийм орон зайд эргэлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг. 4 векторын цаг ба орон зайн координатыг хольж, дөрвөн хэмжээст орон зай дахь суурийн эргэлтүүд нь хөдөлгөөнт лавлагааны хүрээ рүү шилжихтэй адил бөгөөд энгийн гурван хэмжээст орон зай дахь эргэлттэй төстэй юм. Энэ тохиолдолд тодорхой үйл явдлуудын хоорондох дөрвөн хэмжээст интервалуудын жишиг системийн цаг хугацаа ба орон зайн тэнхлэгт проекцууд аяндаа өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь цаг хугацаа, орон зайн интервалын өөрчлөлтийн харьцангуй нөлөөллийг бий болгодог. Энэ бол нэг инерцийн лавлагааны системээс нөгөөд шилжихэд өөрчлөгддөггүй STR-ийн постулатаар тодорхойлогдсон энэ орон зайн инвариант бүтэц юм. Зөвхөн хоёр орон зайн координатыг (x, y) ашиглан дөрвөн хэмжээст орон зайг координатаар (t, x, y) төлөөлж болно. Гэрлийн дохиогоор (гэрэлтэй төстэй интервал) үүссэн (t=0, x=y=0) үйл явдалтай холбоотой үйл явдлууд нь гэрлийн конус гэж нэрлэгддэг (баруун талын зургийг харна уу) дээр байрладаг.
Метрийн тензор
Хязгааргүй ойрхон хоёр үйл явдлын хоорондох зайг метрик тензор ашиглан тензор хэлбэрээр бичиж болно.
Энд ба түүнээс дээш давтагдах индексүүд нь 0-ээс 3 хүртэлх нийлбэрийг илэрхийлнэ. Декарт координаттай инерцийн лавлагааны системд метрийн тензор дараах хэлбэртэй байна.
Товчхондоо энэ диагональ матрицыг дараах байдлаар тэмдэглэв.
Картезийн бус координатын системийг сонгох (жишээлбэл, бөмбөрцөг координат руу шилжих) эсвэл инерцийн бус лавлагааны системийг авч үзэх нь метрийн тензорын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг өөрчлөхөд хүргэдэг боловч түүний гарын үсэг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Тусгай харьцангуйн онолын хүрээнд хэмжүүрийн тензорыг бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй диагональ болгодог координат ба цаг хугацааны глобал өөрчлөлт үргэлж байдаг. Энэ физик нөхцөл байдал нь декартын координат бүхий инерцийн лавлагааны системд шилжихтэй тохирч байна. Өөрөөр хэлбэл, харьцангуйн тусгай онолын дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг нь хавтгай (псевдо-евклид). Үүний эсрэгээр Харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) нь метрийн тензорыг ямар ч координатын хувиргалтаар бүх орон зайд псевдоевклидийн хэлбэрт оруулах боломжгүй муруй орон зайг авч үздэг боловч тензорын гарын үсэг ижил хэвээр байна.
4-вектор
STR харилцааг дөрвөн бүрэлдэхүүн хэсэгтэй векторыг оруулснаар тензор хэлбэрээр бичиж болно (компонентийн дээд талд байгаа тоо буюу индекс нь түүний зэрэг биш харин тоо юм!). 4 векторын тэг бүрэлдэхүүнийг түр зуурын, 1,2,3 индекстэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг орон зайн гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь энгийн гурван хэмжээст векторын бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй тохирч байгаа тул 4 векторыг мөн дараах байдлаар тэмдэглэнэ.
Харьцангуй хурдтай хөдөлж буй хоёр инерцийн хүрээтэй харьцуулахад хэмжсэн 4 векторын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь хоорондоо дараах байдлаар хамааралтай байна.
4 векторын жишээ нь: үйл явдлыг тодорхойлдог псевдо-евклидийн орон зай-цаг хугацааны цэг ба энерги-моментум:
.Метрийн тензорыг ашиглан та гэж нэрлэгддэг зүйлийг танилцуулж болно ижил үсгээр тэмдэглэгдсэн ковекторууд:
Signature бүхий диагональ метрик тензорын хувьд ковектор нь орон зайн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн урд талын тэмдгээр 4 вектороос ялгаатай. Тэгэхээр хэрэв , тэгвэл . Вектор ба ковекторын эргэлт нь инвариант бөгөөд бүх инерцийн лавлагааны системд ижил утгатай байна.
Жишээлбэл, энерги-моментийн эргэлт (квадрат - 4 вектор) нь бөөмийн массын квадраттай пропорциональ байна.
.SRT-ийн туршилтын үндэс
Тусгай харьцангуйн онол орчин үеийн бүх физикийн үндэс суурь болдог. Тиймээс SRT-ийг "нотолдог" тусдаа туршилт байдаггүй. Өндөр энергийн физик, цөмийн физик, спектроскопи, астрофизик, электродинамик болон физикийн бусад салбар дахь туршилтын өгөгдлүүд нь туршилтын нарийвчлалын хүрээнд харьцангуйн онолтой нийцдэг. Жишээлбэл, квант электродинамикийн хувьд (харьцангуйн тусгай онол, квант онол, Максвеллийн тэгшитгэлийн хослол) электроны хэвийн бус соронзон моментийн утга нь онолын таамаглалтай харьцангуй нарийвчлалтай давхцдаг.
Үнэндээ SRT бол инженерийн шинжлэх ухаан юм. Түүний томъёог бөөмийн хурдасгуурыг тооцоолоход ашигладаг. Цахилгаан соронзон орон дахь харьцангуй хурдтайгаар хөдөлж буй бөөмсийн мөргөлдөөний талаархи асар их хэмжээний өгөгдлийг боловсруулах нь харьцангуй динамикийн хуулиуд дээр суурилдаг бөгөөд үүнээс хазайлт нь тогтоогдоогүй байна. SRT болон GTR-ийн үр дүнд бий болсон засваруудыг хиймэл дагуулын навигацийн системд (GPS) ашигладаг. SRT нь цөмийн энергийн үндэс гэх мэт.
Энэ бүхэн нь SRT-д хэрэглэх хязгаарлалт байхгүй гэсэн үг биш юм. Эсрэгээр, бусад онолын нэгэн адил тэдгээр нь байдаг бөгөөд тэдгээрийг тодорхойлох нь туршилтын физикийн чухал ажил юм. Жишээлбэл, Эйнштейний таталцлын онол (GTR) нь STR-ийн псевдо-евклидийн орон зайг муруйлттай орон-цаг хугацааны хувьд ерөнхийд нь авч үздэг бөгөөд энэ нь астрофизик болон сансар судлалын ажиглаж болох ихэнх өгөгдлийг тайлбарлах боломжийг бидэнд олгодог. Орон зайн анизотропи болон STR харилцааг өөрчлөх боломжтой бусад нөлөөллийг илрүүлэх оролдлого байдаг. Гэсэн хэдий ч хэрэв тэдгээрийг илрүүлбэл илүү ерөнхий онолууд руу хөтөлж, хязгаарлах тохиолдол нь дахин SRT болно гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Үүний нэгэн адил харьцангуйн онолын онцгой тохиолдол болох сонгодог механик бага хурдтай үед зөв хэвээр байна. Ерөнхийдөө захидал харилцааны зарчмын улмаас олон тооны туршилтын баталгааг хүлээн авсан онол буруу болж чадахгүй, гэхдээ мэдээж хэрэг хэрэглэх хүрээ хязгаарлагдмал байж болно.
STR болон түүний бие даасан заалтуудын хүчин төгөлдөр байдлыг харуулсан зарим туршилтуудыг доор харуулав.
Харьцангуй цаг хугацааны тэлэлт
Хөдөлгөөнт объектуудын хувьд цаг хугацаа илүү удаан урсдаг нь өндөр энергийн физикт хийгдсэн туршилтуудаар байнга нотлогддог. Жишээлбэл, CERN-ийн цагираг хурдасгуур дахь мюонуудын амьдрах хугацаа харьцангуйн томъёоны дагуу нарийвчлалтайгаар нэмэгддэг. Энэ туршилтаар мюонуудын хурд гэрлийн хурдаас 0.9994 дахин их байсан ба үүний үр дүнд тэдний амьдрах хугацаа 29 дахин нэмэгджээ. Энэ туршилт нь мөн чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь цагирагийн 7 метрийн радиустай үед мюоны хурдатгал нь таталцлын хурдатгалтай тэнцэхүйц хэмжээнд хүрсэн. Энэ нь эргээд цаг хугацааны тэлэлтийн нөлөө нь зөвхөн объектын хурдаас шалтгаалж, түүний хурдатгалаас хамаардаггүйг харуулж байна.
Хугацааны тэлэлтийн хэмжилтийг мөн макроскопийн объектоор хийсэн. Жишээлбэл, Хафеле-Китинг туршилтаар онгоцонд нисч буй атомын хөдөлгөөнгүй цаг болон атомын цаг хоёрын уншилтыг харьцуулсан.
Гэрлийн хурдны эх үүсвэрийн хөдөлгөөнөөс хамааралгүй байдал
Харьцангуйн онолын эхэн үед Мишельсоны туршилтын сөрөг үр дүнг баллистик онолыг ашиглан тайлбарлах боломжтой гэсэн Уолтер Рицийн санаа зарим талаар алдаршсан. Энэ онолд гэрэл нь эх үүсвэртэй харьцуулахад хурдтай ялгардаг, хурд нэмэх сонгодог дүрмийн дагуу гэрлийн хурд болон эх үүсвэрийн хурдыг нэмдэг гэж үзсэн. Мэдээжийн хэрэг, энэ онол нь SRT-тэй зөрчилддөг.
Астрофизикийн ажиглалтууд нь ийм санааг үнэмшилтэй няцаах боломжийг олгодог. Жишээлбэл, Рицийн онолын дагуу давхар оддыг нийтлэг массын төвийг тойрон эргэлдэж байгааг ажиглах үед бодитоор ажиглагдаагүй эффектүүд гарч ирнэ (де Ситтерийн аргумент). Үнэн хэрэгтээ дэлхий рүү ойртож буй одны гэрлийн хурд ("зураг") нь эргэх явцад холдож буй одны гэрлийн хурдаас өндөр байх болно. Хоёртын системээс хол зайд илүү хурдан "зураг" нь удаанаас хамаагүй илүү байх болно. Үүний үр дүнд давхар оддын харагдах хөдөлгөөн нэлээд хачирхалтай харагдах бөгөөд энэ нь ажиглагддаггүй.
Заримдаа Рицийн таамаглал "үнэндээ" зөв гэсэн эсэргүүцэлтэй тулгардаг боловч гэрэл нь од хоорондын орон зайд шилжих үед дэлхийтэй харьцуулахад дундаж тэг хурдтай устөрөгчийн атомуудаар дахин ялгардаг бөгөөд хурдан хурдтай болдог. .
Гэсэн хэдий ч, хэрэв ийм байсан бол гэрлийн орчинд "танцуулах" нөлөө нь түүний давтамжаас ихээхэн хамаардаг тул өөр өөр спектрийн муж дахь давхар оддын дүр төрхөд мэдэгдэхүйц ялгаа байх болно.
Томашекийн (1923) туршилтанд интерферометр ашиглан хуурай газрын болон харь гаригийн эх үүсвэрээс (Нар, Сар, Бархасбадь, Сириус, Арктурын од) интерференцийн хэв маягийг харьцуулсан. Эдгээр бүх объектууд дэлхийтэй харьцуулахад өөр өөр хурдтай байсан боловч Ritz загварт хүлээгдэж буй интерференцийн ирмэгийн өөрчлөлт илрээгүй. Дараа нь эдгээр туршилтууд хэд хэдэн удаа давтагдсан. Жишээлбэл, Бонч-Бруевич А.М, Молчанов В.А (1956) нарын туршилтаар эргэдэг нарны янз бүрийн ирмэгээс гарах гэрлийн хурдыг хэмжсэн. Эдгээр туршилтын үр дүн нь Рицийн таамаглалтай зөрчилдөж байна.
Түүхэн ноорог
Бусад онолуудтай холбох
Таталцал
Сонгодог механик
Харьцангуйн онол нь сонгодог механикийн зарим асуудалтай ихээхэн зөрчилддөг. Жишээлбэл, Эренфестийн парадокс нь STR нь туйлын хатуу биетийн тухай ойлголттой нийцэхгүй байгааг харуулж байна. Сонгодог физикт ч гэсэн хатуу биед механик нөлөөлөл нь дууны хурдаар тархдаг бөгөөд хязгааргүй хурдаар тархдаг гэж үздэг (энэ нь төсөөлөлтэй туйлын хатуу орчинд байх ёстой) гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Квант механик
Тусгай харьцангуйн онол (харьцангуй ерөнхий онолоос ялгаатай) квант механиктай бүрэн нийцдэг. Тэдний синтез нь харьцангуй квант талбайн онол юм. Гэсэн хэдий ч хоёр онол нь бие биенээсээ бүрэн хараат бус байдаг. Галилейгийн харьцангуйн бус харьцангуйн зарчим (Шредингерийн тэгшитгэлийг үзнэ үү) дээр суурилсан квант механик болон квант нөлөөллийг бүрэн үл тоомсорлодог SRT дээр суурилсан онолуудыг хоёуланг нь байгуулах боломжтой. Жишээлбэл, квант талбайн онолыг харьцангуй бус онол гэж томъёолж болно. Үүний зэрэгцээ, спин гэх мэт квант механик үзэгдэл, дараалсанХарьцангуйн онолыг ашиглахгүйгээр тайлбарлах боломжгүй (Диракийн тэгшитгэлийг үзнэ үү).
Квантын онолын хөгжил үргэлжилсээр байгаа бөгөөд олон физикчид ирээдүйн бүрэн онол нь физикийн утгатай бүх асуултанд хариулж, квант талбайн онол ба GRT-тэй хослуулан STR-ийн аль алиных нь хүрээнд хангана гэж үзэж байна. Хамгийн магадлалтай, SRT нь Ньютоны механиктай адил хувь тавилантай тулгарах болно - түүний хэрэглээний хязгаарыг нарийн тодорхойлсон болно. Үүний зэрэгцээ ийм дээд зэргийн ерөнхий онол нь алс холын хэтийн төлөв хэвээр байна.
бас үзнэ үү
Тэмдэглэл
Эх сурвалжууд
- Гинзбург В.Л. Эйнштейний цуглуулга, 1966. - М.: Наука, 1966. - P. 363. - 375 х. - 16,000 хувь.
- Гинзбург В.Л.Харьцангуйн онолыг хэрхэн, хэн бүтээсэн бэ? В Эйнштейний цуглуулга, 1966. - М.: Наука, 1966. - P. 366-378. - 375 х. - 16,000 хувь.
- Сацункевич I. S.Тусгай харьцангуйн онолын туршилтын үндэс. - 2-р хэвлэл. - М.: URSS, 2003. - 176 х. - ISBN 5-354-00497-7
- Миснер С., Торн К., Уилер Ж.Таталцал. - М.: Мир, 1977. - T. 1. - P. 109. - 474 х.
- Эйнштейн A. “Zur Elektrodynamik bewegter Korper” Ann Phys.- 1905.- Bd 17.- S. 891. Орчуулга: Эйнштейн А. “Хөдөлгөөнт биеийн электродинамикийн тухай” Эйнштейн А.Шинжлэх ухааны бүтээлийн цуглуулга. - М.: Наука, 1965. - T. 1. - P. 7-35. - 700 с. - 32,000 хувь.
- Матвеев A.N.Механик ба харьцангуйн онол. - 2 дахь хэвлэл, шинэчилсэн. - М .: Илүү өндөр. сургууль, 1986. - хуудас 78-80. - 320 секунд. - 28,000 хувь.
- Паули В.Харьцангуйн онол. - М.: Шинжлэх ухаан, 3-р хэвлэл, шинэчилсэн. - 328 х. - 17700 хувь. - ISBN 5-02-014346-4
- фон Филип Франк und Херман Роте“Über die Transformation der Raumzeitkoordinaten von ruhenden auf bewegte Systeme” Анн. дер Физик, Сер. 4, боть. 34, Үгүй. 5, 1911, х. 825-855 (Орос орчуулга)
- Фок В.А.Орон зай-цаг хугацаа ба таталцлын онол. - 2 дахь хэвлэл, өргөтгөсөн. - М .: Улсын хэвлэлийн газар. физик, математик lit., 1961. - хуудас 510-518. - 568 х. - 10,000 хувь.
- "Харьцангуй ертөнц" номонд "Лоренцийн өөрчлөлтүүд".
- Киттел С., Нейт У., Рудерман М.Беркли физикийн курс. - 3 дахь хэвлэл, шинэчилсэн. - М.: Наука, 1986. - T. I. Механик. - хуудас 373,374. - 481 х.
- фон В.в. Игнатовский“Einige allgemeine Bemerkungen zum Relativitätsprinzip” Verh. г. Герман. Физик. Гэс. 12, 788-96, 1910 (Орос орчуулга)
- Терлецкий П.Харьцангуйн онолын парадоксууд. - М.: Наука, 1966. - P. 23-31. - 120 секунд. - 16500 хувь.
- Паули В.Харьцангуйн онол. - М.: Шинжлэх ухаан, 3-р хэвлэл, шинэчилсэн. - P. 27. - 328 х. - 17700 хувь. - ISBN 5-02-014346-4
- Ландау, Л.Д., Лифшиц, Э.М.Талбайн онол. - 7 дахь хэвлэл, шинэчилсэн. - М.: Наука, 1988. - 512 х. - (“Онолын физик”, II боть). - ISBN 5-02-014420-7
20-р зууны эхээр харьцангуйн онолыг боловсруулсан. Энэ юу вэ, түүнийг бүтээгч нь хэн бэ гэдгийг өнөөдөр сургуулийн сурагч бүр мэддэг. Шинжлэх ухаанаас хол хүмүүс хүртэл үүнийг сонирхож байгаа нь үнэхээр сэтгэл татам юм. Энэ нийтлэл нь харьцангуйн онолыг хүртээмжтэй хэлээр тайлбарласан болно: энэ нь юу вэ, түүний постулатууд, хэрэглээ гэж юу вэ.
Тэдний хэлснээр, түүнийг бүтээгч Альберт Эйнштейн агшин зуурын таамаглалтай байсан. Эрдэмтэн Швейцарийн Берн хотод трамвайгаар явж байсан гэдэг. Тэр гудамжны цаг руу хараад, хэрэв трамвай гэрлийн хурдтай болвол энэ цаг зогсох болно гэдгийг гэнэт мэдэв. Энэ тохиолдолд цаг хугацаа байхгүй болно. Харьцангуйн онолд цаг хугацаа маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эйнштейний томъёолсон постулатын нэг бол өөр өөр ажиглагчид бодит байдлыг өөр өөр байдлаар хүлээн авдаг. Энэ нь ялангуяа цаг хугацаа, зайд хамаатай.
Ажиглагчийн байр суурийг нягтлан бодох
Тэр өдөр Альберт шинжлэх ухааны хэлээр ярихад аливаа физик үзэгдэл, үйл явдлын дүрслэл нь ажиглагчийн байрлаж буй лавлах хүрээнээс хамаардаг гэдгийг ойлгосон. Жишээлбэл, хэрэв трамвайны зорчигч нүдний шилээ унагавал нүдний шил нь түүнтэй харьцуулахад босоо байдлаар доошоо унах болно. Хэрэв та гудамжинд зогсож буй явган зорчигчийн байрлалаас харвал трамвай хөдөлж, нүдний шил нэгэн зэрэг унаж байгаа тул тэдний уналтын зам нь параболатай тохирно. Тиймээс хүн бүр өөрийн гэсэн лавлах хүрээтэй байдаг. Бид харьцангуйн онолын үндсэн постулатуудыг илүү нарийвчлан авч үзэхийг санал болгож байна.
Тархсан хөдөлгөөний хууль ба харьцангуйн зарчим
Лавлах систем өөрчлөгдөхөд үйл явдлын тайлбар өөрчлөгддөг ч өөрчлөгдөөгүй бүх нийтийн зүйлүүд бас байдаг. Үүнийг ойлгохын тулд бид өөрөөсөө нүдний шилний дусал биш харин уналт үүсгэдэг байгалийн хуулийг асуух хэрэгтэй. Хөдөлгөөнтэй эсвэл хөдөлгөөнгүй координатын системд байгаа эсэхээс үл хамааран аливаа ажиглагчийн хариулт нь ижил хэвээр байна. Энэ хуулийг тархсан хөдөлгөөний хууль гэж нэрлэдэг. Энэ нь трамвай болон гудамжинд адилхан ажилладаг. Өөрөөр хэлбэл, үйл явдлын дүрслэл нь түүнийг ажиглаж буй хүнээс үргэлж хамаардаг бол энэ нь байгалийн хуульд хамаарахгүй. Шинжлэх ухааны хэлээр ихэвчлэн илэрхийлэгддэг шиг тэдгээр нь өөрчлөгддөггүй. Энэ бол харьцангуйн онолын зарчим юм.
Эйнштейний хоёр онол
Энэ зарчмыг бусад таамаглалын нэгэн адил эхлээд бидний бодит байдалд ажиллаж буй байгалийн үзэгдлүүдтэй уялдуулах замаар шалгах шаардлагатай байв. Эйнштейн харьцангуйн зарчмаас хоёр онолыг гаргаж авсан. Хэдийгээр холбоотой боловч тэдгээрийг тусдаа гэж үздэг.
Тусгай буюу тусгай харьцангуйн онол (SRT) нь хурд нь тогтмол байдаг бүх төрлийн лавлагааны системийн хувьд байгалийн хуулиуд ижил хэвээр байна гэсэн санал дээр суурилдаг. Харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) нь энэ зарчмыг аливаа лавлагааны системд, тэр дундаа хурдатгалтай хөдөлдөг хүмүүст өргөнөөр ашигладаг. 1905 онд А.Эйнштейн анхны онолыг нийтлэв. Математикийн аппаратын хувьд илүү төвөгтэй хоёр дахь нь 1916 он гэхэд дууссан. Харьцангуйн онолыг STR ба GTR хоёуланг нь бий болгосон нь физикийн хөгжлийн чухал үе шат болсон. Тэд тус бүрийг нарийвчлан авч үзье.
Харьцангуйн тусгай онол
Энэ юу вэ, түүний мөн чанар юу вэ? Энэ асуултад хариулъя. Чухамхүү энэ онол нь дэлхий хэрхэн ажилладаг тухай бидний зөн совингийн санаатай зөрчилддөг олон гаж нөлөөг урьдчилан таамаглаж байна. Хөдөлгөөний хурд нь гэрлийн хурдтай ойртох үед ажиглагддаг эффектүүдийн талаар бид ярьж байна. Тэдний дунд хамгийн алдартай нь цаг хугацааны тэлэлтийн нөлөө (цагны хөдөлгөөн) юм. Ажиглагчтай харьцуулахад хөдөлдөг цаг нь түүний гарт байгаа цагтай харьцуулахад удаан ажилладаг.
Координатын системд гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай хөдөлж байх үед ажиглагчтай харьцуулахад цаг хугацааг сунгаж, объектын уртыг (орон зайн хэмжээ) эсрэгээр энэ хөдөлгөөний чиглэлийн тэнхлэгийн дагуу шахдаг. . Эрдэмтэд энэ нөлөөг Лоренц-Фицжералд агшилт гэж нэрлэдэг. 1889 онд Италийн физикч Жорж Фицжералд үүнийг дүрсэлсэн байдаг. 1892 онд Голландын иргэн Хендрик Лоренц үүнийг өргөжүүлжээ. Энэ нөлөө нь Михельсон-Морлигийн туршилтын сөрөг үр дүнг тайлбарлаж байгаа бөгөөд манай гаригийн сансар огторгуй дахь хурдыг "эфирийн салхи" хэмжиж тодорхойлдог. Эдгээр нь харьцангуйн онолын үндсэн постулатууд юм (тусгай). Эйнштейн эдгээр массын хувиргалтыг аналогиар нэмж оруулсан. Үүний дагуу биеийн хурд гэрлийн хурдад ойртох тусам биеийн масс нэмэгддэг. Жишээлбэл, хэрэв хурд нь 260 мянган км/с бол гэрлийн хурдны 87% нь амарч буй лавлагааны системд байгаа ажиглагчийн үүднээс авч үзвэл объектын масс хоёр дахин нэмэгдэх болно.
Үйлчилгээний станцын баталгаажуулалт
Эдгээр бүх заалтууд нь эрүүл ухаанаас үл хамааран Эйнштейний үеэс хойш олон туршилтаар шууд бөгөөд бүрэн батлагдсан. Тэдний нэгийг Мичиганы их сургуулийн эрдэмтэд явуулсан. Энэхүү сониуч туршилт нь физикийн харьцангуйн онолыг баталж байна. Судлаачид Атлантын далайгаар тогтмол нислэг хийдэг онгоцонд хэт нарийвчлалтай бугуйн цагийг байрлуулсан байна. Онгоцны цаг нь удирдлагын цагийн араас улам бүр унаж байсан нь тогтоогджээ. Мэдээжийн хэрэг, бид зөвхөн өчүүхэн тоо, секундын бутархайн тухай л ярьж байсан, гэхдээ энэ нь өөрөө маш их үзүүлэлт юм.
Сүүлийн хагас зууны турш судлаачид хурдасгуур буюу асар том техник хангамжийн цогцолбор ашиглан энгийн бөөмсийг судалж байна. Тэдгээрийн дотор электрон эсвэл протоны цацраг, өөрөөр хэлбэл цэнэглэгдсэн цацрагууд нь хурд нь гэрлийн хурдтай ойртох хүртэл хурдасдаг. Үүний дараа тэд цөмийн объект руу галладаг. Эдгээр туршилтуудад бөөмийн масс нэмэгдэж байгааг харгалзан үзэх шаардлагатай бөгөөд эс тэгвээс туршилтын үр дүнг тайлбарлах боломжгүй юм. Үүнтэй холбогдуулан SRT нь зүгээр нэг таамаглалын онол байхаа больсон. Энэ нь Ньютоны механикийн хуулиудын хамт хэрэглээний инженерчлэлд хэрэглэгддэг хэрэгслүүдийн нэг болсон. Харьцангуйн онолын зарчмууд өнөөдөр маш их практик хэрэглээг олсон.
SRT ба Ньютоны хуулиуд
Дашрамд хэлэхэд (энэ эрдэмтний хөргийг дээр дурдсан) тухай ярихад, тэдэнтэй зөрчилдөж буй харьцангуйн тусгай онол нь Ньютоны хуулиудын тэгшитгэлийг бие махбодийг дүрслэхэд ашигладаг бол бараг л хуулбарладаг гэж хэлэх хэрэгтэй. хөдөлгөөний хурд нь гэрлийн хурдаас хамаагүй бага юм. Өөрөөр хэлбэл, харьцангуйн онолын тусгай онол хэрэглэгдэх юм бол Ньютоны физикийг огт орхихгүй. Энэ онол нь эсрэгээрээ түүнийг нөхөж, өргөжүүлдэг.
Гэрлийн хурд нь бүх нийтийн тогтмол хэмжээ юм
Харьцангуйн зарчмыг ашигласнаар дэлхийн бүтцийн энэхүү загварт яагаад өөр зүйл биш харин гэрлийн хурд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг ойлгох боломжтой. Энэ асуултыг физиктэй дөнгөж танилцаж буй хүмүүс асуудаг. Гэрлийн хурд нь байгалийн шинжлэх ухааны хуулиар ийм байдлаар тодорхойлогддог тул бүх нийтийн тогтмол хэмжигдэхүүн юм (Та Максвеллийн тэгшитгэлийг судлах замаар энэ талаар илүү ихийг мэдэж болно). Харьцангуйн зарчмын дагуу вакуум дахь гэрлийн хурд нь дурын хүрээний хувьд ижил байдаг. Та үүнийг эсрэг тэсрэг зүйл гэж бодож магадгүй юм. Ажиглагч нэгэн зэрэг гэрлийг хөдөлгөөнгүй болон хөдөлгөөнт эх үүсвэрээс (хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран) хүлээн авдаг. Гэсэн хэдий ч тийм биш юм. Гэрлийн хурд нь онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг тул харьцангуйн тусгай онолд төдийгүй харьцангуйн ерөнхий онолд гол байр эзэлдэг. Түүний тухай бас ярилцъя.
Харьцангуйн ерөнхий онол
Үүнийг бид аль хэдийн хэлсэнчлэн хөдөлгөөний хурд нь тогтмол байх албагүй бүх лавлах системд ашигладаг. Математикийн хувьд энэ онол нь тусгай онолоос хамаагүй илүү төвөгтэй харагдаж байна. Энэ нь тэдний нийтлэлийн хооронд 11 жил өнгөрснийг тайлбарлаж байна. Харьцангуйн ерөнхий онол нь тусгай тохиолдлыг багтаадаг. Тиймээс Ньютоны хуулиуд ч үүнд багтсан болно. Гэсэн хэдий ч харьцангуйн ерөнхий онол нь өмнөхөөсөө хамаагүй илүү юм. Жишээлбэл, таталцлын хүчийг шинэ аргаар тайлбарладаг.
Дөрөв дэх хэмжээс
Харьцангуй ерөнхий онолын ачаар дэлхий дөрвөн хэмжээст болж хувирдаг: цаг хугацаа орон зайн гурван хэмжээс дээр нэмэгддэг. Эдгээр нь бүгд салшгүй холбоотой тул бид хоёр объектын хоорондох гурван хэмжээст ертөнцөд орших орон зайн зайны талаар ярих шаардлагагүй болсон. Одоо бид янз бүрийн үйл явдлуудын хоорондох орон зайн цаг хугацааны интервалын тухай ярьж байна, тэдгээрийн бие биенээсээ орон зайн болон цаг хугацааны зайг хослуулсан. Өөрөөр хэлбэл харьцангуйн онолд цаг хугацаа, орон зайг нэг төрлийн дөрвөн хэмжээст үргэлжлэл гэж үздэг. Үүнийг орон зай-цаг гэж тодорхойлж болно. Энэ үргэлжлэлд бие биетэйгээ харьцангуй хөдөлж буй тэдгээр ажиглагчид хоёр үйл явдал зэрэг болсон эсэх, эсвэл тэдгээрийн аль нэг нь нөгөөгөөсөө түрүүлж байсан эсэх талаар өөр өөр бодолтой байх болно. Гэсэн хэдий ч шалтгаан, үр дагаврын холбоо зөрчигддөггүй. Өөрөөр хэлбэл, хоёр үйл явдал нэгэн зэрэг биш өөр өөр дарааллаар явагддаг ийм координатын систем байхыг харьцангуй ерөнхий онол ч зөвшөөрдөггүй.
Харьцангуйн ерөнхий онол ба бүх нийтийн таталцлын хууль
Ньютоны нээсэн бүх нийтийн таталцлын хуулиар аливаа хоёр биетийн хооронд харилцан таталцлын хүч оршдог. Энэ байрлалаас Дэлхий Нарыг тойрон эргэдэг, учир нь тэдгээрийн хооронд харилцан таталцлын хүч байдаг. Гэсэн хэдий ч харьцангуйн ерөнхий онол нь биднийг энэ үзэгдлийг өөр өнцгөөс харахыг шаарддаг. Энэхүү онолын дагуу таталцал нь массын нөлөөн дор ажиглагддаг орон зай-цаг хугацааны "муруйлт" (деформацийн) үр дагавар юм. Бие (бидний жишээнд Нар) хэдий чинээ хүнд байна, төдий чинээ орон зай-цаг хугацаа түүний доор "нугардаг". Үүний дагуу түүний таталцлын орон илүү хүчтэй байдаг.
Харьцангуйн онолын мөн чанарыг илүү сайн ойлгохын тулд харьцуулалт руу орцгооё. Харьцангуйн ерөнхий онолын дагуу дэлхий Нарыг тойрон эргэлддэг бөгөөд нарны "орон зай-цаг хугацааг шахах" үр дүнд үүссэн юүлүүрийн конусыг тойрон эргэлддэг. Мөн таталцлын хүчийг бидний үзэж заншсан зүйл бол Ньютоны ойлголтоор хүч биш харин энэхүү муруйлтын гадаад илрэл юм. Өнөөдрийг хүртэл таталцлын үзэгдлийн талаар харьцангуйн ерөнхий онолд санал болгосноос илүү сайн тайлбар олдсонгүй.
GTR шалгах аргууд
Лабораторийн нөхцөлд түүний үр дүн нь бүх нийтийн таталцлын хуультай бараг нийцэж байгаа тул харьцангуйн ерөнхий онолыг батлахад амаргүй гэдгийг анхаарна уу. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд хэд хэдэн чухал туршилт хийсэн хэвээр байна. Тэдний үр дүн Эйнштейний онолыг баталсан гэж дүгнэх боломжийг бидэнд олгож байна. Үүнээс гадна харьцангуйн ерөнхий онол нь сансар огторгуйд ажиглагдсан янз бүрийн үзэгдлийг тайлбарлахад тусалдаг. Эдгээр нь жишээлбэл, мөнгөн усны хөдөлгөөнгүй тойрог замаас бага зэрэг хазайлт юм. Ньютоны сонгодог механикийн үүднээс тэдгээрийг тайлбарлах боломжгүй юм. Ийм учраас алс холын одноос ирж буй цахилгаан соронзон цацраг наранд ойртох үед нугалж байдаг.
Харьцангуй ерөнхий онолын таамагласан үр дүн нь зөвхөн хэт хүчтэй таталцлын талбар байгаа үед л Ньютоны хуулиас (түүний хөргийг дээр үзүүлэв) өгөгдсөн үр дүнгээс ихээхэн ялгаатай байдаг. Тиймээс харьцангуйн ерөнхий онолыг бүрэн шалгахын тулд асар их масстай объект эсвэл хар нүхийг маш нарийн хэмжих шаардлагатай, учир нь бидний ердийн ойлголтууд тэдэнд хамаарахгүй. Тиймээс энэхүү онолыг шалгах туршилтын аргуудыг боловсруулах нь орчин үеийн туршилтын физикийн үндсэн зорилтуудын нэг юм.
Олон эрдэмтдийн, тэр байтугай шинжлэх ухаанаас хол хүмүүсийн оюун санааг Эйнштейний бүтээсэн харьцангуйн онол эзэлдэг. Энэ нь юу болохыг бид товч тайлбарлав. Энэхүү онол нь ертөнцийн талаарх бидний ердийн санаа бодлыг үгүйсгэдэг тул түүний сонирхол одоо хүртэл арилдаггүй.
О Үндсэн ойлголтууд
Галилейгийн харьцангуйн онолын зарчим
Харьцангуйн зарчим (Эйнштейний анхны постулат): байгалийн хуулиуд нь жишиг хүрээн дэх өөрчлөлтийн хувьд өөрчлөгддөггүй.
Гэрлийн хурдны өөрчлөгдөөгүй байдал (Эйнштейний хоёр дахь постулат)
Эйнштейний постулатууд нь орон зай, цаг хугацааны тэгш хэмийн илрэл юм
Үндсэн харьцангуй нөлөө (Эйнштейний постулатын үр дагавар).
STR ба сонгодог механикийн хоорондох захидал харилцаа: тэдгээрийн таамаглал нь хөдөлгөөний бага хурдтай давхцдаг (гэрлийн хурдаас хамаагүй бага)
& Дүгнэлт
Харьцангуйн онолын зарчим- физикийн үндсэн зарчим. Үүнд:
Сонгодог механикийн харьцангуйн зарчим-Г.Галилейгийн постулат, үүний дагуу дурын инерцийн лавлагааны системд бүх механик үзэгдлүүд ижил нөхцөлд ижил аргаар явагддаг. Механикийн хуулиуд бүх инерциал тооллын системд ижил байдаг.
Харьцангуй механикийн харьцангуйн зарчим - А.Эйнштейний постулат, үүний дагуу аливаа инерцийн лавлагааны системд бүх физик үзэгдлүүд ижил замаар явагддаг. Тэдгээр. Бүх инерциал тооллын системд байгалийн бүх хууль ижил байна.
Инерцийн лавлах хүрээ(ISO) - инерцийн хууль хүчинтэй байдаг жишиг систем: гадны хүчний нөлөөлөлд өртөөгүй бие нь тайван буюу жигд шугаман хөдөлгөөнд байдаг.
ISO-тай харьцуулахад жигд, шулуун шугамаар хөдөлж буй аливаа лавлах систем нь ISO юм. Харьцангуйн зарчмын дагуу бүх ISO нь тэнцүү бөгөөд тэдгээрт физикийн бүх хууль адил үйлчилдэг.
Изотроп орон зайд дор хаяж хоёр ISO байдаг гэсэн таамаглал нь тогтмол хурдтайгаар бие биентэйгээ харьцуулахад ийм системүүд хязгааргүй олон байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүргэдэг.
Хэрэв ISO-ийн харьцангуй хөдөлгөөний хурд нь ямар ч утгыг авах боломжтой бол өөр өөр ISO дахь аливаа "үйл явдлын" координат ба моментуудын хоорондын холболтыг Галилейн хувиргалтаар гүйцэтгэдэг.
Хэрэв ISO-ийн харьцангуй хөдөлгөөний хурд нь тодорхой эцсийн хурд "c"-ээс хэтэрч чадахгүй бол янз бүрийн ISO дахь аливаа "үйл явдлын" координат ба моментуудын хоорондын холболтыг Лоренцын хувиргалтаар гүйцэтгэдэг. Эдгээр хувиргалтын шугаман байдлыг үндэслэн бид бүх инерцийн лавлагааны систем дэх "c" хурдны тогтмол байдлыг олж авдаг.
Харьцангуйн зарчмын эцэг гэж үздэг Галилео ГалилейХаалттай физик системд байгаа тул энэ систем амарч байна уу эсвэл жигд хөдөлж байна уу гэдгийг тодорхойлох боломжгүй гэдгийг онцлон тэмдэглэжээ. Галилеогийн үед хүмүүс голчлон цэвэр механик үзэгдлүүдийг авч үздэг байв. Галилеогийн санааг Ньютоны механикт боловсруулсан. Гэсэн хэдий ч электродинамик хөгжихийн хэрээр цахилгаан соронзон хуулиуд ба механикийн хуулиуд (ялангуяа харьцангуйн зарчмын механик томъёолол) хоорондоо таарч тохирохгүй байна. Эдгээр зөрчилдөөн нь Эйнштейнийг харьцангуйн тусгай онолыг бий болгоход хүргэсэн. Үүний дараа харьцангуйн ерөнхий зарчмыг "Эйнштейний харьцангуйн зарчим", түүний механик томъёолол нь "Галилейгийн харьцангуйн зарчим" гэж нэрлэж эхлэв.
А.ЭйнштейнОлон зуун жилийн турш маргаангүй байсан орон зай, цаг хугацааны үндсэн ойлголтуудыг эрс шинэчилж чадвал харьцангуйн зарчим хадгалагдах боломжтойг харуулсан. Эйнштейний ажил нь 1920-иод онд өссөн шинэ үеийн гайхалтай физикчдийн боловсролын нэг хэсэг болсон. Дараагийн жилүүдэд харьцангуйн хэсэгчилсэн онолын сул талыг илрүүлээгүй.
Гэсэн хэдий ч хурдатгал нэвтрүүлсэн тохиолдолд хөдөлгөөний харьцангуйн онол бүхэлдээ нурж унана гэж Ньютоны өмнө нь тэмдэглэсэн баримт Эйнштейнийг гайхшруулж байв; Энэ тохиолдолд жигд ба шулуун хөдөлгөөнд байхгүй инерцийн хүчүүд гарч ирнэ. Харьцангуйн тусгай онолыг бүтээснээс хойш 10 жилийн дараа Эйнштейн муруй орон зайн таамаглал гол үүрэг гүйцэтгэдэг, инерцийн болон таталцлын үзэгдлийн нэгдмэл дүр зургийг харуулсан шинэ, маш анхны онолыг санал болгов. Энэ онолд харьцангуйн зарчмыг хадгалсан боловч илүү ерөнхий хэлбэрээр танилцуулсан бөгөөд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолдоо Ньютоны таталцлын онолын ихэнх хэсгийг бага зэрэг өөрчилснөөр нэгтгэсэн болохыг харуулж чадсан. Мөнгөн усны хөдөлгөөний гажиг.
Физикт харьцангуйн ерөнхий онол гарч ирснээс хойш 50 гаруй жилийн хугацаанд түүнд нэг их ач холбогдол өгөөгүй. Баримт нь харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн дээр хийсэн тооцоолол нь Ньютоны онолын хүрээнд хийсэн тооцоололтой бараг ижил хариулт өгдөг бөгөөд харьцангуйн ерөнхий онолын математик аппарат нь илүү төвөгтэй байдаг. Зөвхөн урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй өндөр эрчимтэй таталцлын талбарт байж болох үзэгдлүүдийг ойлгохын тулд урт удаан, хөдөлмөр их шаардсан тооцоолол хийх нь зүйтэй байв. Гэвч 1960-аад онд сансарт нисч эхэлснээр одон орон судлаачид Орчлон ертөнц анх бодож байснаас хамаагүй олон янз байдгийг, мөн нейтрон од, хар нүх зэрэг авсаархан, өндөр нягтралтай биетүүд байж болохыг ойлгож эхэлсэн. ер бусын өндөр эрчимтэй хүрдэг. Үүний зэрэгцээ компьютерийн технологийн хөгжил нь эрдэмтний нуруунаас уйтгартай тооцооллын ачааг хэсэгчлэн чөлөөлсөн. Үүний үр дүнд харьцангуйн ерөнхий онол олон тооны судлаачдын анхаарлыг татаж эхэлсэн бөгөөд энэ салбарт хурдацтай дэвшил гарч эхэлсэн. Эйнштейний тэгшитгэлийн шинэ шийдлүүдийг олж, тэдний ер бусын шинж чанарыг тайлбарлах шинэ аргуудыг олсон. Хар нүхний онолыг илүү нарийвчлан боловсруулсан. Гайхамшигтай, энэ онолын хэрэглээ нь бидний Орчлон ертөнцийн топологи нь бидний бодож байгаагаас хамаагүй илүү төвөгтэй бөгөөд бидний орчлон ертөнцөөс асар их зайд байрладаг бөгөөд тэдгээртэй муруй сансрын нарийн гүүрээр холбогдсон бусад ертөнцүүд байж болохыг харуулж байна. Мэдээжийн хэрэг, энэ таамаглал буруу болж магадгүй, гэхдээ нэг зүйл тодорхой байна: таталцлын онол, үзэгдэл зүй бол бидний судалж эхлээгүй байгаа математик, физикийн гайхамшиг юм.
SRT-ийн хоёр үндсэн зарчим:
Эйнштейний анхны постулат(харьцангуйн зарчим): жишиг системийн өөрчлөлтийн хувьд байгалийн хуулиуд өөрчлөгддөггүй (бие биенээсээ шулуун, жигд хөдөлж буй бүх координатын системд байгалийн бүх хуулиуд ижил байна. Өөрөөр хэлбэл, ямар ч туршилт хөдөлгөөнт лавлагааны системийг ялгаж чадахгүй. суурин машинаас жишээлбэл, уулзвар дээр зогссон машинд байгаа хүний мэдрэх мэдрэмж, түүнд хамгийн ойр байгаа машин аажмаар холдож эхлэхэд хүн машин нь буцаж эргэлдэж байна гэсэн хуурмаг мэдрэмж төрүүлдэг.)
Эйнштейний хоёр дахь постулат:гэрлийн хурдны өөрчлөлтгүй байдал(гэрлийн тогтмол хурдны зарчим: вакуум дахь гэрлийн хурд нь бие биенээсээ шулуун ба жигд хөдөлж буй бүх жишиг системд ижил байна (c=const=3 10 8 м/с). Вакуум дахь гэрлийн хурд нь гэрлийн эх үүсвэрийн хөдөлгөөн эсвэл үлдсэн байдлаас хамаардаггүй. Гэрлийн хурд нь материаллаг объектын тархалтын хамгийн дээд хурд юм).
SRT ба сонгодог механикийн хоорондын захидал харилцаа: тэдний таамаглал бага хурдтай давхцдаг (гэрлийн хурдаас хамаагүй бага).
Эйнштейн орон зай, цаг хугацааны Ньютоны үзэл баримтлалыг орхисон.
Цэвэр савны хувьд материгүй орон зай гэж байдаггүй бөгөөд ертөнцийн геометр (муруй) болон цаг хугацааны урсгалын удаашрал нь материйн тархалт, хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог.
Үндсэн харьцангуй нөлөө(Эйнштейний постулатын үр дагавар):
цагхарьцангуй, өөрөөр хэлбэл цагны хурд нь ажиглагчтай харьцуулахад цагны хурдаар тодорхойлогддог.
орон зай харьцангуй юм, өөрөөр хэлбэл орон зайн цэгүүдийн хоорондох зай нь ажиглагчийн хурдаас хамаарна.
нэгэн зэрэг байдлын харьцангуйн байдал (хэрэв хөдөлгөөнгүй ажиглагчийн хувьд хоёр үйл явдал нэгэн зэрэг байгаа бол хөдөлж буй ажиглагчийн хувьд энэ нь тийм биш юм)
зайны харьцангуй байдал ( харьцангуй уртын агшилт: хөдөлж буй лавлагааны хүрээнд орон зайн масштабыг хөдөлгөөний чиглэлийн дагуу богиносгодог)
хугацааны интервалын харьцангуй байдал ( харьцангуй цаг хугацааны тэлэлт: хөдөлж буй лавлагааны хүрээнд цаг хугацаа удаан хөдөлдөг). Энэ нөлөө нь жишээлбэл, дэлхийн хиймэл дагуулын цагийг тохируулах хэрэгцээгээр илэрдэг.
үйл явдлуудын хоорондох орон зай-цаг хугацааны интервалын өөрчлөгдөөгүй байдал (хоёр үйл явдлын хоорондын интервал нь нэг лавлагааны хүрээнд нөгөөтэй ижил утгатай байна)
шалтгаан-үр дагаврын харилцан хамааралгүй байдал
орон зай-цаг хугацааны нэгдэл (орон зай, цаг хугацаа нь нэг дөрвөн хэмжээст бодит байдлыг илэрхийлдэг - бид ертөнцийг үргэлж цаг хугацааны орон зай гэж хардаг.)
масс ба энергийн эквивалент
Тиймээс ,Эйнштейний онолд орон зай, цаг хугацаа харьцангуй юм- урт ба цагийг хэмжих үр дүн нь ажиглагч хөдөлж байгаа эсэхээс хамаарна.
Үүний практик хэрэглээ ба гол зүйлүүд. Одоо бид Харьцангуйн тусгай онолын үндсэн постулат, дүгнэлтүүдийн талаар ярилцаж, түүний үндэс суурь, үр дагаврыг ойлгох болно.
Хэсэгчилсэн харьцангуйн онол гэж нэрлэгддэг SRT нь 1905 онд Нобелийн шагналт Альберт Эйнштейний бүтээсэн механик, хөдөлгөөн, орон зай-цаг хугацааны харилцааны хуулиудыг тайлбарлах боловсронгуй загвар юм.
Харьцангуйн тусгай онол нь харьцангуйн ерөнхий онолын нэг хэсэг юм. Үүний үндсэн үр дагаврыг энгийн хэлээр олж мэдэхийг хичээцгээе.
1. Цаг хугацааг сунгах
Нэг өдөр та болон таны найз хоёр сансрын хөлгийн эзэн болсон гэж төсөөлөөд үз дээ. Та бие биентэйгээ ойролцоо хурдтай нисч байна. Тиймээс хөгжилтэй байхын тулд та найзынхаа нүдэн дээр лазер заагчийг гэрэлтүүлэхээр шийдсэн.
Дараа нь таны бодлоор гэрлийн хурдыг гэрлийн импульсийн дамжин өнгөрөх хугацаанд үржүүлбэл хөлөг онгоцнуудынхаа хоорондох зайг олж авна.
Гэхдээ хөдөлгөөнгүй ажиглагчийн үүднээс гэрэл налуу замаар хөдөлж, илүү их зайг хамарсан. Хамгийн чухал нь: гэрэл ижил хурдтай хөдөлсөн. Энэ нь түүнд илүү их хугацаа зарцуулсан гэсэн үг юм.
Үүний үр дүнд тэгш өнцөгт гурвалжин гарч ирдэг бөгөөд бид хуучин Пифагорын теоремыг ашиглаж болно гэдгийг анхаарна уу. Үүссэн томъёо нь цагийн харьцааг илэрхийлнэ.
Хөдөлгөөнтэй объектуудын үүднээс авч үзвэл ижил үйлдэл нь хөдөлгөөнгүй зүйлээс бага хугацаа шаарддаг нь харагдаж байна. Биднийг хөдөлж байх үед цаг хугацаа удааширч, хурдан хөдлөх тусам энэ нөлөө улам хүчтэй болдог.
Гэрлийн хурдыг тогтмол гэж үзвэл, зөвхөн Пифагорын теоремыг ашиглан бид 100 жилийн өмнө манай гаригийн шилдэг физикчдийн оюуныг зүгээр л "үлээж" байсныг нотолсон!
Мэдээжийн хэрэг, бага хурдтай үед цаг хугацааны тэлэлтийн нөлөө бага зэрэг сул гэдгийг мартаж болохгүй. Гэсэн хэдий ч атомын цаг дэлхийг хэдэн өдрийн турш тойрон нисдэг маш нарийн туршилтууд (Hafele-Keatinga, 1971) энэ нөлөөг баталж байна.
2. Уртааш агшилт
Таныг хөдөлж байх үед объектууд хэмжээ нь багасч, цаг хугацаа удаашрахтай ижил тооны удаад багасдаг.
Жишээлбэл, хүн 280,000 км/с хурдтай хөдөлж байвал хэвийн хэмжээнээс 3 дахин туранхай болно. Тиймээс охидод зөвлөгөө: илүү хурдан гүйж, илүү туранхай болно!
3. Зэрэгцээ байдал
Хөдөлгөөнтэй ажиглагчийн үүднээс нэгэн зэрэг явагдах үйл явдлууд нь хөдөлгөөнгүй ажиглагчийн цаг хугацааны өөр өөр мөчүүдэд тохиолдох болно.
Үнэхээр сансрын хөлгийг дахин төсөөлөөд үз дээ, урд болон ард нь хажуугийн гэрэл нь хөлөг онгоцны төвөөс илгээсэн гэрлийн дохиог хүлээн авахад асдаг.
Сансрын хөлөгтэй харьцуулахад гэрлийн чийдэн нэгэн зэрэг асна, харин хөдөлгөөнгүй ажиглагчтай харьцуулахад гэрлийн дохио нь ижил хурдтайгаар зүүн, баруун тийш хөдөлдөг бөгөөд энэ нь хойд гэрлийн чийдэн нь урд талынхаас хурдан асна гэсэн үг юм.
Тиймээс нэгэн зэрэг гэдэг нь бас харьцангуй ойлголт юм.
4. Масс ба энерги
Харьцангуйн онолын дагуу хөдөлж байх үед биеийн масс нэмэгдэж, гэрлийн ойролцоо хурдтайгаар хязгааргүй хүртэл өсдөг!
Тиймээс энэ зорилгод хүрэх хангалттай эрчим хүчний нөөц байхгүй тул асар том биетийг гэрлийн хурд хүртэл хурдасгах боломжгүй юм.
Зөвхөн массгүй бөөмс, тухайлбал фотон эсвэл .
Эрчим хүчний хувьд харьцангуйн онол үүнийг кинетик ба потенциал гэж хуваадаггүй. Тусгай томъёогоор тооцоолсон нийт биеийн энерги гэж нэрлэгддэг.
Хэрэв бие амарч байвал энэ томьёо нь Эйнштейний харьцангуйн онолын бэлгэдэл болох амрах энерги (E=mc^2) болж хувирдаг. Энэ нь бүх биед, бүр таны биед байдаг. Та үүнийг тооцоолж, үр дүнг нийтлэлийн сэтгэгдэлд бичиж болно.
Амрах энерги гаргаж авах нь нэлээд хэцүү байдаг, учир нь үүний тулд масс хаа нэгтээ алга болох ёстой. Гэхдээ цөмийн урвалд яг ийм зүйл тохиолддог.
Тэнд урвалын бүтээгдэхүүний масс нь анхны урвалжуудын массаас арай бага байна (64 кг VS 63,9994 кг). Энэ массын алдагдал нь асар их энерги болж хувирдаг: ойролцоогоор 0.0006 кг-аас 54*10^12 Ж.
Ийнхүү гайхалтай Альберт Эйнштейн харьцангуйн онолоороо ямар гайхалтай нээлтүүдийг бидэнд өгсөнийг бид тодорхой харлаа. Дашрамд хэлэхэд саяхан нэгэн сенсаацтай нээлтээр үүнийг нотолсон юм. Хэрэв та шинжлэх ухаанд дуртай бол WikiScience-ийг уншаарай!
