Жижигхэн шуудангийн ажилтан солигдоно гэж хэн санах билээтухайн үеийн шинжлэх ухааны үндэс суурь? Гэхдээ ийм зүйл болсон! Эйнштейний харьцангуйн онол биднийг орчлон ертөнцийн бүтцийн талаарх ердийн үзлийг эргэн харахыг шаардаж, шинжлэх ухааны мэдлэгийн шинэ салбаруудыг нээж өгсөн.
Шинжлэх ухааны ихэнх нээлтийг туршилтаар хийдэг: эрдэмтэд үр дүндээ итгэлтэй байхын тулд туршилтаа олон удаа давтдаг. Энэ ажлыг ихэвчлэн их дээд сургууль эсвэл томоохон компаниудын судалгааны лабораторид хийдэг байв.
Альберт Эйнштейн нэг ч практик туршилт хийлгүйгээр дэлхийн шинжлэх ухааны дүр төрхийг бүрэн өөрчилсөн. Түүний цорын ганц хэрэгсэл нь цаас, үзэг байсан бөгөөд тэрээр бүх туршилтаа толгойдоо хийдэг байв.
хөдөлгөөнт гэрэл
(1879-1955) бүх дүгнэлтээ "бодлын туршилт"-ын үр дүнд үндэслэсэн. Эдгээр туршилтыг зөвхөн төсөөлөлд хийж болно.
Бүх хөдөлгөөнт биеийн хурд харьцангуй юм. Энэ нь бусад объекттой харьцуулахад бүх объект хөдөлж эсвэл хөдөлгөөнгүй хэвээр байна гэсэн үг юм. Жишээлбэл, дэлхийтэй харьцуулахад хөдөлгөөнгүй хүн дэлхийтэй нэгэн зэрэг Нарыг тойрон эргэдэг. Эсвэл хүн хөдөлж буй галт тэрэгний тэргэнд 3 км/цагийн хурдтай явж байна гэж бодъё. Галт тэрэг 60 км/цагийн хурдтай хөдөлдөг. Газар дээрх хөдөлгөөнгүй ажиглагчтай харьцуулахад тухайн хүний хурд нь 63 км/цаг буюу тухайн хүний хурдыг галт тэрэгний хурдыг нэмсэнээр тооцно. Хэрэв тэр замын хөдөлгөөний эсрэг явж байсан бол хөдөлгөөнгүй ажиглагчтай харьцуулахад түүний хурд 57 км / цаг байх болно.
Эйнштейн гэрлийн хурдыг ингэж ярих боломжгүй гэж үзсэн. Гэрлийн хурд үргэлж тогтмол байдаг, гэрлийн эх үүсвэр танд ойртож байгаа эсэх, чамаас холдох, зогсох эсэхээс үл хамааран.
Илүү хурдан байх тусмаа бага
Эйнштейн анхнаасаа л гайхмаар таамаг дэвшүүлсэн. Хэрэв объектын хурд гэрлийн хурдад ойртох юм бол түүний хэмжээ буурч, масс нь эсрэгээрээ нэмэгддэг гэж тэр нотолсон. Ямар ч биеийг гэрлийн хурдтай тэнцүү эсвэл түүнээс их хурдтай болгож чадахгүй.
Түүний гаргасан өөр дүгнэлт нь бүр ч гайхмаар бөгөөд эрүүл ухаантай зөрчилдсөн мэт санагдав. Хоёр ихрийн нэг нь дэлхий дээр үлдэж, нөгөө нь гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтайгаар сансар огторгуйд аялсан гэж төсөөлөөд үз дээ. Дэлхий дээр үүссэнээс хойш 70 жил өнгөрчээ. Эйнштейний онолоор бол хөлөг онгоцон дээр цаг хугацаа илүү удаан урсдаг ба тухайлбал тэнд аравхан жил өнгөрчээ. Дэлхий дээр үлдсэн ихрүүдийн нэг нь хоёр дахьөөсөө жаран насаар ах болсон нь тогтоогджээ. Энэ нөлөөг " ихэр парадокс" Энэ нь үнэхээр гайхалтай сонсогдож байгаа ч гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай цаг хугацааны тэлэлт үнэхээр байдгийг лабораторийн туршилтууд баталжээ.
Харгис дүгнэлт
Эйнштейний онолд мөн алдартай томьёо багтдаг E=mc 2, үүнд E нь энерги, m нь масс, c нь гэрлийн хурд юм. Эйнштейн массыг цэвэр энерги болгон хувиргах боломжтой гэж үзсэн. Энэхүү нээлтийг практик амьдралд хэрэгжүүлсний үр дүнд атомын энерги, цөмийн бөмбөг гарч ирэв.
Эйнштейн бол онолч байсан. Тэрээр өөрийн онолын үнэн зөвийг нотлох ёстой туршилтуудаа бусдад үлдээжээ. Эдгээр туршилтуудын ихэнхийг хангалттай нарийвчлалтай хэмжих хэрэгслүүд бэлэн болтол хийх боломжгүй байв.
Баримт, үйл явдал
- Дараах туршилтыг хийсэн: маш нарийвчлалтай цаг суурилуулсан онгоц хөөрч, дэлхийг өндөр хурдтайгаар тойрон нисч, яг тэр цэг дээр газарджээ. Онгоцон дээрх цагнууд дэлхий дээрх цагуудаас секундын өчүүхэн төдий л хоцорчээ.
- Хэрэв та чөлөөт уналтын хурдатгалтайгаар унасан бөмбөгийг лифтэнд унагавал бөмбөг унахгүй, харин агаарт өлгөгдсөн мэт болно. Бөмбөг болон цахилгаан шат нь ижил хурдтай унадаг тул энэ нь тохиолддог.
- Эйнштейн таталцал нь орон зай-цаг хугацааны геометрийн шинж чанарт нөлөөлж, улмаар энэ орон зай дахь биеийн хөдөлгөөнд нөлөөлдөг болохыг нотолсон. Ийнхүү бие биетэйгээ зэрэгцэн хөдөлж эхэлсэн хоёр бие эцэст нь нэг цэгт уулзана.
Хугацаа ба орон зай
Арван жилийн дараа 1915-1916 онд Эйнштейн таталцлын шинэ онолыг боловсруулж, түүнийгээ харьцангуйн ерөнхий онол. Тэрээр хурдатгал (хурдны өөрчлөлт) нь таталцлын хүчний нэгэн адил биед үйлчилдэг гэж үзсэн. Сансрын нисгэгч өөрийн мэдрэмжээр том гараг өөрийг нь татаж байна уу, эсвэл пуужин удааширч эхлэв үү гэдгийг тодорхойлж чадахгүй.
Хэрэв сансрын хөлөг гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай болвол цаг нь удааширдаг. Усан онгоц хурдан хөдлөх тусам цаг удааширна.
Түүний Ньютоны таталцлын онолоос ялгаатай нь гариг, од гэх мэт асар их масстай сансрын биетүүдийг судлах үед гарч ирдэг. Туршилтууд нь их масстай биетүүдийн ойролцоо өнгөрч буй гэрлийн туяа гулзайлгах нь батлагдсан. Зарчмын хувьд таталцлын орон маш хүчтэй байх тул гэрэл түүнээс цааш гарч чадахгүй байх боломжтой. Энэ үзэгдлийг " хар нүх" Зарим оддын системээс "хар нүх" илэрсэн бололтой.
Ньютон нарны эргэн тойрон дахь гаригуудын тойрог зам нь тогтмол байдаг гэж нотолсон. Эйнштейний онол нь нарны таталцлын оронтой холбоотой гаригуудын тойрог замын нэмэлт удаан эргэлтийг урьдчилан таамаглаж байна. Урьдчилан таамаглал туршилтаар батлагдсан. Энэ бол үнэхээр эрин үеийг харуулсан нээлт байлаа. Сэр Исаак Ньютоны дэлхийн таталцлын хуульд нэмэлт өөрчлөлт оруулсан.
Зэвсгийн уралдааны эхлэл
Эйнштейний бүтээл байгалийн олон нууцын түлхүүрийг өгсөн. Тэд физикийн олон салбарыг хөгжүүлэхэд нөлөөлсөн бөгөөд энгийн бөөмийн физикээс одон орон судлал - Орчлон ертөнцийн бүтцийн шинжлэх ухаан хүртэл.
Эйнштейн амьдралынхаа туршид зөвхөн онолын талаар санаа зовж байсангүй. 1914 онд тэрээр Берлин дэх Физикийн хүрээлэнгийн захирал болжээ. 1933 онд Германд нацистууд засгийн эрхэнд гарахад тэрээр еврей хүний хувьд энэ улсыг орхих шаардлагатай болсон. Тэр АНУ руу нүүсэн.
1939 онд тэрээр дайныг эсэргүүцэж байсан ч Эйнштейн Ерөнхийлөгч Рузвельтэд захидал бичиж, асар их хор хөнөөлтэй бөмбөг хийж болно, нацист Герман ийм бөмбөг бүтээж эхэлчихсэн байсныг сануулжээ. Ерөнхийлөгч ажлаа эхлүүлэх үүрэг өгсөн. Энэ нь зэвсгийн уралдааныг эхлүүлсэн.
Харьцангуйн ерөнхий онол нь бүх лавлагааны системд хамаатай (зөвхөн бие биенээсээ тогтмол хурдтайгаар хөдөлдөг системд биш) бөгөөд математикийн хувьд тусгай системээс хамаагүй илүү төвөгтэй харагддаг (энэ нь тэдний хэвлэлтийн хоорондох арван нэгэн жилийн зөрүүг тайлбарладаг). Үүнд харьцангуйн тусгай онолыг (тиймээс Ньютоны хуулиудыг) онцгой тохиолдол болгон оруулсан болно. Үүний зэрэгцээ харьцангуйн ерөнхий онол нь өмнөх бүх онолуудаас хамаагүй илүү юм. Ялангуяа энэ нь таталцлын шинэ тайлбарыг өгдөг.
Харьцангуйн ерөнхий онол нь ертөнцийг дөрвөн хэмжээст болгодог: орон зайн гурван хэмжээс дээр цаг хугацаа нэмэгддэг. Дөрвөн хэмжээс бүгд салшгүй, тиймээс бид гурван хэмжээст ертөнцөд байдаг шиг хоёр объектын хоорондох орон зайн тухай ярихаа больсон, харин үйл явдлуудын хоорондын зай-цаг хугацааны интервалуудын тухай ярих нь бие биенээсээ хол зайд байх болно. цаг хугацаа ба орон зайд. Өөрөөр хэлбэл орон зай, цаг хугацааг дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй буюу энгийнээр хэлбэл орон-цаг гэж үздэг. Энэ үргэлжлэлд бие биетэйгээ харьцангуй хөдөлж буй ажиглагчид хоёр үйл явдал нэгэн зэрэг болсон эсэх, эсвэл нэг нь нөгөөгөөсөө түрүүлж байсан эсэх талаар санал нийлэхгүй байж болно. Бидний хөөрхий оюун ухаан аз болоход энэ нь шалтгаан-үр дагаврын холбоог зөрчих хэмжээнд хүрээгүй - өөрөөр хэлбэл харьцангуйн ерөнхий онол хүртэл хоёр үйл явдал зэрэг, өөр өөр байдлаар тохиолддоггүй координатын систем оршин тогтнохыг зөвшөөрдөггүй. дараалал.
Сонгодог физик нь таталцлыг байгалийн олон хүчний (цахилгаан, соронзон гэх мэт) ердийн хүч гэж үздэг. Таталцлыг "алсын зайн үйл ажиллагаа" ("хоосон" нэвтрэлт) ба янз бүрийн масстай биед ижил хурдатгал өгөх гайхалтай чадварыг тодорхойлсон.
Ньютоны бүх нийтийн таталцлын хууль нь орчлон ертөнцийн аль ч биетийн хооронд харилцан таталцлын хүч байдаг гэдгийг бидэнд хэлдэг. Энэ үүднээс авч үзвэл дэлхий нарыг тойрон эргэдэг, учир нь тэдгээрийн хооронд харилцан таталцлын хүч үйлчилдэг.
Гэхдээ харьцангуйн ерөнхий онол нь биднийг энэ үзэгдлийг өөрөөр харахыг албаддаг. Энэхүү онолын дагуу таталцал нь массын нөлөөн дор орон зай-цаг хугацааны уян хатан даавууны хэв гажилтын ("муруйлт") үр дагавар юм (биеийн жин, жишээлбэл, нарны хувьд илүү их орон зайн "нугалах") энэ ба үүний дагуу таталцлын хүчний талбар илүү хүчтэй байх болно). Маш том бөмбөг байрлуулсан нягт сунгасан зотон даавууг (нэг төрлийн трамплин) төсөөлөөд үз дээ. Бөмбөлөгний жингийн дор зотон хэв гажсан бөгөөд түүний эргэн тойронд юүлүүр хэлбэртэй хотгор үүсдэг. Харьцангуйн ерөнхий онолоор бол дэлхий нь нарны эргэн тойронд эргэдэг бөгөөд хүнд бөмбөлөг болох нар орон зай-цаг хугацааг "түлхсэний" үр дүнд үүссэн юүлүүрийн конусыг тойрон эргэлддэг. Мөн таталцлын хүч гэж бидэнд санагдаж байгаа зүйл нь үнэндээ бол огторгуйн цаг хугацааны муруйлтын гадаад илрэл болохоос Ньютоны ойлголтод огтхон ч хүч биш юм. Өнөөдрийг хүртэл таталцлын мөн чанарыг харьцангуйн ерөнхий онолоос илүү сайн тайлбарлаж чадаагүй байна.
Нэгдүгээрт, янз бүрийн масстай биетүүдийн таталцлын хурдатгалын тэгш байдлын талаар ярилцана (их хэмжээний түлхүүр ба хөнгөн шүдэнз нь ширээнээс шалан дээр адилхан хурдан унадаг). Эйнштейний тэмдэглэснээр энэ өвөрмөц шинж чанар нь таталцлыг инерцитэй маш төстэй болгодог.
Үнэн хэрэгтээ түлхүүр, шүдэнз жингүйдэлд инерцээр хөдөлж байгаа мэт аашилж, өрөөний шал нь тэдэн рүү хурдатгалтай хөдөлж байв. Түлхүүр болон тоглолтонд хүрч, шал нь тэдний нөлөөлөл, дараа нь дарамтыг мэдрэх болно, учир нь Түлхүүр ба шүдэнзний инерци нь шалыг цаашид хурдасгахад нөлөөлнө.
Энэ даралтыг (сансрын нисэгчид "хэт ачаалал" гэж хэлдэг) инерцийн хүч гэж нэрлэдэг. Ийм хүчийг хурдасгасан жишиг хүрээн дэх биед үргэлж хэрэглэнэ.
Хэрэв пуужин дэлхийн гадаргуу дээрх таталцлын хурдатгалтай (9.81 м / сек) хурдатгалтай нисч байвал инерцийн хүч нь түлхүүр ба тохирох жингийн үүрэг гүйцэтгэнэ. Тэдний "хиймэл" таталцал нь дэлхийн гадаргуу дээрх байгалийнхтай яг ижил байх болно. Энэ нь жишиг хүрээний хурдатгал нь таталцлын хүчтэй төстэй үзэгдэл гэсэн үг юм.
Эсрэгээр, чөлөөтэй унаж буй цахилгаан шатанд байгалийн таталцлыг бүхээгийн лавлах системийн хурдасгасан хөдөлгөөнөөр "хөөцөлдөж" арилгадаг. Мэдээжийн хэрэг, сонгодог физик эдгээр жишээн дээр таталцлын жинхэнэ үүсч, алга болсныг олж хардаггүй. Таталцлыг зөвхөн хурдатгалаар дуурайдаг эсвэл нөхдөг. Гэхдээ харьцангуйн онолын хувьд инерци ба таталцлын хоорондох ижил төстэй байдал нь илүү гүнзгий байдаг.
Эйнштейн орон нутгийн инерци ба таталцлын эквивалент зарчмыг дэвшүүлж, хангалттай бага хэмжээний зай, үргэлжлэх хугацаанд нэг үзэгдлийг нөгөөгөөс нь ямар ч туршилтаар ялгаж салгах боломжгүй гэж мэдэгджээ. Ийнхүү Харьцангуй ерөнхий онол ертөнцийг шинжлэх ухааны ойлголтыг бүр ч гүнзгий өөрчилсөн. Ньютоны динамикийн анхны хууль нь түгээмэл байдлаа алдсан - инерцийн хөдөлгөөн нь муруй, хурдассан байж болох нь тогтоогдсон. Хүнд жингийн тухай ойлголт хэрэггүй болсон. Орчлон ертөнцийн геометр өөрчлөгдөв: шулуун Евклидийн орон зай, жигд цаг хугацааны оронд муруй орон-цаг, муруй ертөнц гарч ирэв. Шинжлэх ухааны түүхэнд орчлон ертөнцийн физик үндсүүдийн талаархи үзэл бодлын ийм эрс өөрчлөгдсөнийг хэзээ ч харж байгаагүй.
Ердийн лабораторийн нөхцөлд түүний үр дүн Ньютоны таталцлын хуулийн таамаглаж буйтай бараг яг ижил байдаг тул харьцангуй ерөнхий онолын туршилт хийх нь хэцүү байдаг. Гэсэн хэдий ч хэд хэдэн чухал туршилтууд хийгдсэн бөгөөд тэдгээрийн үр дүн нь онолыг батлагдсан гэж үзэх боломжийг бидэнд олгодог. Нэмж дурдахад харьцангуйн ерөнхий онол нь бидний сансар огторгуйд ажиглаж буй үзэгдлүүдийг тайлбарлахад тусалдаг бөгөөд үүний нэг жишээ бол нарны ойролцоо өнгөрч буй гэрлийн туяа юм. Ньютоны механик ба харьцангуйн ерөнхий онол хоёулаа нар руу (намар) хазайх ёстойг хүлээн зөвшөөрдөг. Гэсэн хэдий ч харьцангуйн ерөнхий онол нь цацрагийн шилжилтийг хоёр дахин ихэсгэдэг. Нарны хиртэлтийн үеийн ажиглалтууд Эйнштейний таамаг зөв болохыг баталсан. Өөр нэг жишээ. Нартай хамгийн ойр орших Буд гараг нь суурин тойрог замаасаа бага зэрэг хазайсан байдаг нь Ньютоны сонгодог механикийн үүднээс тайлбарлахын аргагүй юм. Гэхдээ энэ нь харьцангуйн ерөнхий томъёог ашиглан тооцоолсноор яг ийм тойрог зам юм. Хүчтэй таталцлын талбар дахь цаг хугацааны тэлэлт нь цагаан одой - маш өндөр нягтралтай оддын цацрагийн гэрлийн хэлбэлзлийн давтамж буурч байгааг тайлбарладаг. Мөн сүүлийн жилүүдэд энэ нөлөө лабораторийн нөхцөлд бүртгэгдсэн. Эцэст нь, харьцангуйн ерөнхий онолын үүрэг орчин үеийн сансар судлал - бүх ертөнцийн бүтэц, түүхийн шинжлэх ухаанд маш их үүрэг гүйцэтгэдэг. Мэдлэгийн энэ чиглэлээр Эйнштейний таталцлын онолын олон нотолгоо олдсон. Үнэн хэрэгтээ харьцангуйн ерөнхий онолын таамагласан үр дүн нь зөвхөн хэт хүчтэй таталцлын орон байгаа нөхцөлд Ньютоны хуулиудаар таамагласан үр дүнгээс эрс ялгаатай байдаг. Энэ нь харьцангуйн ерөнхий онолыг бүрэн шалгахын тулд бидэнд маш том биетүүдийн хэт нарийн хэмжилт, эсвэл бидний ердийн зөн совингийн санаанууд хэрэгжих боломжгүй хар нүхнүүд хэрэгтэй гэсэн үг юм. Тиймээс харьцангуйн онолыг шалгах шинэ туршилтын аргуудыг боловсруулах нь туршилтын физикийн хамгийн чухал зорилтуудын нэг хэвээр байна.
19-р зууны төгсгөлд ч гэсэн ихэнх эрдэмтэд дэлхийн физик дүр төрх үндсэндээ баригдсан 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 онол- орон зай-цаг хугацааны физик онол, өөрөөр хэлбэл физик үйл явцын бүх нийтийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанарыг тодорхойлсон онол. Харьцангуйн зарчмын үүргийг онцлон тэмдэглэхийн тулд энэ нэр томъёог 1906 онд Макс Планк нэвтрүүлсэн.
тусгай харьцангуйн онолоор (мөн дараа нь харьцангуйн ерөнхий онол).
Явцуу утгаараа харьцангуйн онолд тусгай болон ерөнхий харьцангуйн онол багтдаг. Харьцангуйн тусгай онол(цаашид - SRT) нь таталцлын талбарыг үл тоомсорлож болох судалгаанд хамаарах үйл явцыг хэлнэ; харьцангуйн ерөнхий онол(цаашид GTR гэх) нь Ньютоны онолыг нэгтгэсэн таталцлын онол юм.
Онцгой, эсвэл харьцангуйн тусгай онол
нь орон зай-цаг хугацааны бүтцийн онол юм. Үүнийг 1905 онд Альберт Эйнштейн "Хөдөлгөөнт биетүүдийн электродинамикийн тухай" бүтээлдээ анх танилцуулсан. Энэ онол нь хөдөлгөөн, механикийн хуулиуд, түүнчлэн тэдгээрийг тодорхойлдог орон зай-цаг хугацааны хамаарлыг хөдөлгөөний ямар ч хурдаар тайлбарладаг.
түүний дотор гэрлийн хурдтай ойролцоо байдаг. Ньютоны сонгодог механик
SRT-ийн хүрээнд энэ нь бага хурдны ойролцоо үзүүлэлт юм.
Альберт Эйнштейний амжилтын нэг шалтгаан нь онолын өгөгдлөөс илүү туршилтын өгөгдлийг эрхэмлэдэг байсан явдал юм. Олон тооны туршилтууд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн онолтой зөрчилдсөн үр дүнг илрүүлэхэд олон физикчид эдгээр туршилтыг буруу гэж үзсэн.
Альберт Эйнштейн бол туршилтын шинэ өгөгдөл дээр үндэслэн шинэ онолыг бүтээхээр шийдсэн анхны хүмүүсийн нэг юм.
19-р зууны төгсгөлд физикчид нууцлаг эфирийг хайж байсан - нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн таамаглалын дагуу гэрлийн долгион нь акустик долгион шиг тархах ёстой бөгөөд тархалт нь агаар шаарддаг өөр орчин буюу хатуу, шингэн эсвэл хий. Эфир байдаг гэдэгт итгэх итгэл нь гэрлийн хурд нь эфиртэй харьцуулахад ажиглагчийн хурдаас хамаарч өөр өөр байх ёстой гэсэн итгэл үнэмшилд хүргэсэн. Альберт Эйнштейн эфирийн тухай ойлголтыг орхиж, бүх физик хуулиуд, түүний дотор гэрлийн хурд нь ажиглагчийн хурдаас үл хамааран өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна гэж туршилтаас харж болно.
SRT нь өөр өөр инерцийн лавлагааны системүүдийн хоорондох хөдөлгөөнийг хэрхэн тайлбарлахыг тайлбарлав - энгийнээр хэлбэл бие биенээсээ тогтмол хурдтайгаар хөдөлдөг объектууд. Эйнштейн хоёр биет тогтмол хурдтай хөдөлж байх үед тэдгээрийн аль нэгийг нь үнэмлэхүй сануулга болгон авахын оронд тэдгээрийн хөдөлгөөнийг бие биенээсээ харьцангуйгаар авч үзэх хэрэгтэй гэж тайлбарлав. Тиймээс хэрэв хоёр сансрын нисгэгч хоёр сансрын хөлөг дээр нисч байгаа бөгөөд ажиглалтаа харьцуулахыг хүсч байвал тэдний мэдэх ёстой цорын ганц зүйл бол бие биентэйгээ харьцуулахад хурд юм.
Харьцангуйн тусгай онол нь хөдөлгөөн нь шулуун, жигд байх үед зөвхөн нэг онцгой тохиолдлыг (иймээс нэр нь) авч үздэг.
Альберт Эйнштейн үнэмлэхүй хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжгүйд үндэслэн бүх инерцийн лавлагааны системүүд тэнцүү гэж дүгнэсэн. 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 зарчмын ерөнхий ойлголт байсан (байгалийн бүх хуулиудад ижил зүйл заасан боловч зөвхөн сонгодог механикийн хуулиудад хамаарах бөгөөд харьцангуйн зарчмыг оптик ба электродинамикийн үйл ажиллагаанд ашиглах эсэх асуудлыг нээлттэй үлдээсэн) ямар ч физикийн хувьд. 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 замаар хөдөлж байгаа эсэхийг тодорхойлох боломжгүй гэсэн үг юм. Тиймээс бүх СТО-ууд 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 байдлын зарчим- вакуум дахь гэрлийн хурд тогтмол бөгөөд гэрлийн эх үүсвэр ба хүлээн авагчийн хөдөлгөөнөөс хамаардаггүй.. Энэ нь бүх чиглэлд, бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байна. Вакуум дахь гэрлийн хурд нь байгаль дээрх хязгаарлагдмал хурд юм.Энэ бол дэлхийн тогтмол гэж нэрлэгддэг хамгийн чухал физик тогтмолуудын нэг юм.
SRT-ийн хамгийн чухал үр дагавар нь алдартай байсан Эйнштейний томъёо масс ба энергийн харилцааны тухай E=mc 2 (Үүнд C нь гэрлийн хурд) бөгөөд энэ нь орон зай, цаг хугацааны нэгдмэл байдлыг харуулсан бөгөөд массын концентраци, хөдөлгөөнөөс хамааран тэдгээрийн шинж чанарын хамтарсан өөрчлөлтөөр илэрхийлэгдэж, орчин үеийн физикийн мэдээллээр батлагдсан. Цаг хугацаа, орон зайг бие биенээсээ хамааралгүй авч үзэхээ больж, орон зай-цаг хугацааны дөрвөн хэмжээст тасралтгүй байдлын тухай санаа гарч ирэв.
Агуу физикчийн онолоор бол материаллаг биеийн хурд нэмэгдэж, гэрлийн хурд руу ойртох тусам масс нь мөн нэмэгддэг. Тэдгээр. Объект хурдан хөдлөх тусам хүнд болно. Хэрэв гэрлийн хурдад хүрвэл биеийн масс, түүнчлэн түүний энерги нь хязгааргүй болно. Биеийн жин их байх тусам түүний хурдыг нэмэгдүүлэх нь илүү хэцүү байдаг; Хязгааргүй масстай биеийг хурдасгахад хязгааргүй их энерги шаардагддаг тул материаллаг биетүүд гэрлийн хурдад хүрэх боломжгүй юм.
Харьцангуйн онолд "масс хадгалагдах ба энерги хадгалагдах хууль гэсэн хоёр хууль бие даасан хүчинтэй байдлаа алдаж, энерги буюу массын хадгалалтын хууль гэж нэрлэж болохуйц нэг хууль болгон нэгтгэсэн." Эдгээр хоёр ойлголтын үндсэн холболтын ачаар бодисыг энерги болгон хувиргаж, харин эсрэгээр энерги нь бодис болж хувирдаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол- Эйнштейний 1916 онд нийтэлсэн таталцлын онол 10 жил ажилласан. Энэ нь харьцангуйн тусгай онолын цаашдын хөгжил юм. Хэрэв материаллаг бие хурдасч эсвэл хажуу тийшээ эргэх юм бол STR-ийн хууль үйлчлэхээ болино. Дараа нь GTR хүчин төгөлдөр болох бөгөөд энэ нь ерөнхий тохиолдолд материаллаг биеийн хөдөлгөөнийг тайлбарладаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлын нөлөө нь бие ба талбайн хүчний харилцан үйлчлэлээс биш, харин тэдгээрийн байрлаж буй орон зай-цаг хугацааны хэв гажилтаас үүсдэг гэж үздэг. Энэ хэв гажилт нь зарим талаараа масс энерги байгаатай холбоотой юм.
Харьцангуй ерөнхий онол нь одоогоор хамгийн амжилттай таталцлын онол бөгөөд ажиглалтаар сайн нотлогдсон. GR нь SR-ийг хурдасгасан, өөрөөр хэлбэл. инерцийн бус систем. Харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн зарчмууд нь дараах байдалтай байна.
- таталцлын хүчийг үл тоомсорлож болох бүс нутагт гэрлийн хурдыг тогтмол байлгах зарчмыг хэрэглэх боломжийг хязгаарлах(таталцал ихтэй газар гэрлийн хурд удааширдаг);
- бүх хөдөлгөөнт системд харьцангуйн зарчмыг өргөтгөх(зөвхөн инерцийн биш).
GTR буюу таталцлын онолд энэ нь мөн инерцийн болон таталцлын массын эквивалент, эсвэл инерцийн болон таталцлын талбайн эквивалент байдлын туршилтын баримтаас үндэслэдэг.
Шинжлэх ухаанд эквивалентийн зарчим чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Инерцийн хүчний аливаа физик системд үзүүлэх нөлөөг бид үргэлж шууд тооцоолж чаддаг бөгөөд энэ нь таталцлын талбайн нөлөөг түүний гетероген байдлаас хийсвэрлэн мэдэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ихэвчлэн маш бага байдаг.
Харьцангуйн ерөнхий онолоос хэд хэдэн чухал дүгнэлт гарсан.
1. Орон зай-цаг хугацааны шинж чанар нь хөдөлж буй бодисоос хамаардаг.
2. Инерцтэй, тиймээс таталцлын масстай гэрлийн цацраг нь таталцлын талбарт нугалж байх ёстой.
3. Таталцлын талбайн нөлөөн дор гэрлийн давтамж бага утгууд руу шилжих ёстой.
Удаан хугацааны туршид харьцангуйн ерөнхий онолын туршилтын нотолгоо бага байсан. Онол ба туршилтын хоорондын тохиролцоо нэлээд сайн боловч туршилтын цэвэр байдал нь янз бүрийн нарийн төвөгтэй гаж нөлөөгөөр зөрчигддөг. Гэсэн хэдий ч орон зайн муруйлтын нөлөөг дунд зэргийн таталцлын талбайд ч илрүүлж болно. Жишээлбэл, маш мэдрэмтгий цагнууд нь дэлхийн гадаргуу дээрх цаг хугацааны тэлэлтийг илрүүлж чаддаг. Харьцангуйн ерөнхий онолын туршилтын баазыг өргөжүүлэхийн тулд 20-р зууны хоёрдугаар хагаст шинэ туршилтууд хийгдсэн: инерцийн болон таталцлын массын эквивалентийг туршсан (үүнд сарны лазерын цацрагийн тусламжтайгаар);
радар ашиглан мөнгөн усны перигелийн хөдөлгөөнийг тодруулсан; нарны радио долгионы таталцлын хазайлтыг хэмжиж, нарны аймгийн гаригууд дээр радар хийсэн; нарны аймгийн алслагдсан гаригууд руу илгээсэн сансрын хөлөгтэй радио холбоо барихад нарны таталцлын талбайн нөлөөллийг үнэлэв. Тэд бүгд харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн дээр олж авсан таамаглалыг ямар нэг байдлаар баталжээ.
Тиймээс харьцангуйн тусгай онол нь бүх физик систем дэх гэрлийн хурд, байгалийн ижил хуулиудын тогтмол байдлын талаархи постулатууд дээр суурилдаг бөгөөд үүний үндсэн үр дүн нь: орон зайн шинж чанарын харьцангуй байдал юм. - цаг хугацаа; масс ба энергийн харьцангуй байдал; хүнд ба идэвхгүй массын эквивалент.
Философийн үүднээс харьцангуйн ерөнхий онолын хамгийн чухал үр дүн бол таталцлын массын байршил, хөдөлгөөнөөс хүрээлэн буй ертөнцийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанараас хамааралтай болохыг тогтоох явдал юм. Энэ нь бие махбодийн нөлөөний ачаар юм
Их хэмжээний масстай бол гэрлийн цацрагийн замууд нугалж байна. Иймээс ийм биетүүдийн үүсгэсэн таталцлын орон нь эцсийн эцэст дэлхийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанарыг тодорхойлдог.
Харьцангуйн тусгай онол нь таталцлын талбайн үйлдлээс хийсвэрлэдэг тул түүний дүгнэлтийг зөвхөн орон зай-цаг хугацааны жижиг хэсгүүдэд ашиглах боломжтой. Харьцангуйн ерөнхий онол ба түүний өмнөх физикийн үндсэн онолуудын хоорондох үндсэн ялгаа нь хэд хэдэн хуучин ойлголтыг үгүйсгэж, шинэ ойлголтыг томъёолсон явдал юм. Харьцангуйн ерөнхий онол сансар судлалд жинхэнэ хувьсгал хийсэн гэдгийг хэлэх нь зүйтэй болов уу. Үүний үндсэн дээр орчлон ертөнцийн янз бүрийн загварууд гарч ирэв.
SRT, TOE - эдгээр товчлолууд нь бараг бүх хүмүүст танил болсон "харьцангуйн онол" гэсэн нэр томъёог нуудаг. Энгийн хэлээр бол бүх зүйлийг, тэр байтугай суут ухаантны хэлсэн үгийг ч тайлбарлаж болох тул сургуулийнхаа физикийн хичээлийг санахгүй байгаа бол цөхрөл бүү зов, учир нь үнэндээ бүх зүйл санагдсанаас хамаагүй хялбар юм.
Онолын гарал үүсэл
За ингээд "Даммигийн харьцангуйн онол" хичээлийг эхлүүлцгээе. Альберт Эйнштейн 1905 онд бүтээлээ хэвлүүлсэн нь эрдэмтдийн дунд шуугиан тарьсан юм. Энэ онол нь өнгөрсөн зууны физикийн олон цоорхой, үл нийцэлийг бараг бүрэн хамарсан боловч бусад бүхнээс гадна орон зай, цаг хугацааны үзэл санааг өөрчилсөн юм. Эйнштейний олон мэдэгдэлд түүний үеийнхэн итгэхэд бэрх байсан ч туршилт, судалгаа нь зөвхөн агуу эрдэмтний хэлсэн үгийг баталжээ.
Эйнштейний харьцангуйн онол нь хүмүүс олон зууны турш юутай тэмцэж байсныг энгийн үгээр тайлбарласан. Үүнийг орчин үеийн бүх физикийн үндэс гэж нэрлэж болно. Гэсэн хэдий ч харьцангуйн онолын тухай яриагаа үргэлжлүүлэхийн өмнө нэр томьёоны асуудлыг тодруулах хэрэгтэй. Шинжлэх ухааны алдартай нийтлэлүүдийг уншиж байхдаа олон хүн SRT ба GTO гэсэн хоёр товчлолтой таарсан нь лавтай. Үнэндээ тэд арай өөр ойлголтыг агуулдаг. Эхнийх нь харьцангуйн тусгай онол, хоёр дахь нь "харьцангуй ерөнхий онол" гэсэн утгатай.
Зүгээр л төвөгтэй зүйл
STR бол хожим GTR-ийн нэг хэсэг болсон хуучин онол юм. Энэ нь зөвхөн жигд хурдтай хөдөлж буй объектуудын физик процессыг авч үзэх боломжтой. Ерөнхий онол нь биетүүдийг хурдасгахад юу тохиолдохыг тайлбарлахаас гадна таталцлын бөөмс, таталцал яагаад байдгийг тайлбарлаж болно.
Хэрэв та гэрлийн хурд руу ойртох үед хөдөлгөөн, мөн орон зай, цаг хугацааны хамаарлыг тайлбарлах шаардлагатай бол харьцангуйн тусгай онол үүнийг хийж чадна. Энгийн үгээр үүнийг дараах байдлаар тайлбарлаж болно: жишээлбэл, ирээдүйн найзууд танд өндөр хурдтай нисдэг сансрын хөлөг бэлэглэсэн. Сансрын хөлгийн хамар дээр урд ирж буй бүх зүйл рүү фотон буудах чадвартай их буу байдаг.
Буудсан үед хөлөг онгоцтой харьцуулахад эдгээр хэсгүүд гэрлийн хурдаар нисдэг боловч логикийн хувьд суурин ажиглагч хоёр хурдны нийлбэрийг (фотонууд болон хөлөг онгоц) харах ёстой. Гэхдээ тийм зүйл байхгүй. Ажиглагч хөлгийн хурд тэг байсан юм шиг 300,000 м/с хурдтай фотонууд хөдөлж байгааг харах болно.
Гол нь объект хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран түүний гэрлийн хурд нь тогтмол утга юм.
Энэ мэдэгдэл нь тухайн объектын масс, хурдаас хамааран цаг хугацааг удаашруулж, гуйвуулах зэрэг гайхалтай логик дүгнэлтүүдийн үндэс юм. Олон шинжлэх ухааны уран зөгнөлт кино, олон ангит киноны өрнөл үүн дээр тулгуурладаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол
Харьцангуй ерөнхий онолыг энгийн хэлээр тайлбарлаж болно. Эхлэхийн тулд бидний орон зай дөрвөн хэмжээст гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Цаг хугацаа, орон зай "орон зай-цаг хугацааны үргэлжлэл" гэх мэт "субъект"-д нэгдсэн байдаг. Манай орон зайд x, y, z, t гэсэн дөрвөн координатын тэнхлэг байдаг.
Гэхдээ хоёр хэмжээст ертөнцөд амьдардаг хавтгай хүн дээшээ харж чаддаггүйтэй адил хүмүүс дөрвөн хэмжээсийг шууд мэдэрч чадахгүй. Үнэн хэрэгтээ манай ертөнц бол дөрвөн хэмжээст орон зайг гурван хэмжээст орон зайд төсөөлөх төдий юм.
Сонирхолтой баримт бол харьцангуйн ерөнхий онолын дагуу бие хөдөлж байхдаа өөрчлөгддөггүй. Дөрвөн хэмжээст ертөнцийн объектууд үнэн хэрэгтээ үргэлж өөрчлөгддөггүй бөгөөд хөдөлж байх үед зөвхөн тэдний төсөөлөл өөрчлөгддөг бөгөөд үүнийг бид цаг хугацааны гажуудал, хэмжээ багасах, ихсэх гэх мэтээр ойлгодог.
Лифтийн туршилт
Харьцангуйн онолыг бодлын жижиг туршилт ашиглан энгийн үгээр тайлбарлаж болно. Та лифтэнд сууж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Бүхээг хөдөлж эхлэхэд та жингүйдлээ. Юу болсон бэ? Хоёр шалтгаан байж болно: лифт нь сансарт байрладаг, эсвэл гаригийн таталцлын нөлөөн дор чөлөөтэй уналтанд ордог. Хамгийн сонирхолтой нь лифтний вагоноос гадагш харах боломжгүй бол жингүйдлийн шалтгааныг олж мэдэх боломжгүй, өөрөөр хэлбэл хоёр үйл явц адилхан харагдаж байна.
Магадгүй ижил төстэй сэтгэхүйн туршилт хийсний дараа Альберт Эйнштейн хэрэв эдгээр хоёр нөхцөл байдал нь бие биенээсээ ялгагдахгүй бол үнэн хэрэгтээ таталцлын нөлөөн дор бие нь хурдасдаггүй, энэ нь нөлөөн дор муруйсан жигд хөдөлгөөн юм гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн байх. асар том биетийн (энэ тохиолдолд гариг). Иймээс түргэвчилсэн хөдөлгөөн нь зөвхөн гурван хэмжээст орон зайд жигд хөдөлгөөний төсөөлөл юм.
Сайн жишээ
"Даммигийн харьцангуйн онол" сэдвээр өөр нэг сайн жишээ. Энэ нь бүхэлдээ зөв биш боловч маш энгийн бөгөөд ойлгомжтой юм. Хэрэв та сунгасан даавуун дээр ямар нэгэн зүйл хийвэл түүний доор "газайлт" эсвэл "юүлүүр" үүсдэг. Бүх жижиг биетүүд огторгуйн шинэ гулзайлтын дагуу замналаа гажуудуулахаас өөр аргагүй болох бөгөөд хэрэв бие нь бага энергитэй бол энэ юүлүүрийг огт даван туулахгүй байж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч хөдөлж буй объектын үүднээс авч үзвэл зам нь шулуун хэвээр байна, тэд орон зайн гулзайлтыг мэдрэхгүй болно.
Таталцлыг "бууруулсан"
Харьцангуйн ерөнхий онол гарч ирснээр таталцал хүч байхаа больж, одоо цаг хугацаа, орон зайн муруйлтаас үүссэн энгийн үр дагаварт сэтгэл хангалуун байна. Харьцангуй ерөнхий онол нь гайхалтай мэт санагдаж болох ч энэ нь ажиллаж байгаа хувилбар бөгөөд туршилтаар батлагдсан.
Харьцангуйн онол нь манай дэлхий дээрх гайхалтай мэт санагдах олон зүйлийг тайлбарлаж чадна. Энгийнээр хэлбэл, ийм зүйлийг ерөнхий харьцангуйн онолын үр дагавар гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, асар том биетүүдийн ойролцоо нисч буй гэрлийн цацрагууд нугалж байна. Түүгээр ч барахгүй сансар огторгуйн олон объектууд бие биенийхээ ард нуугдаж байдаг боловч гэрлийн туяа бусад биеийг тойрон нугалж байдаг тул үл үзэгдэх мэт санагдах объектууд бидний нүдэнд (илүү нарийвчлалтай, дурангаар) хүрдэг. Энэ нь хана дундуур харж байгаа мэт.
Таталцал их байх тусам объектын гадаргуу дээр цаг хугацаа бага урсдаг. Энэ нь зөвхөн нейтрон од, хар нүх гэх мэт асар том биетүүдэд хамаарахгүй. Цаг хугацааны тэлэлтийн үр нөлөөг дэлхий дээр ч ажиглаж болно. Жишээлбэл, хиймэл дагуулын навигацийн төхөөрөмжүүд нь өндөр нарийвчлалтай атомын цагнуудаар тоноглогдсон байдаг. Тэд манай гаригийн тойрог замд байдаг бөгөөд тэнд цаг хугацаа арай хурдан байдаг. Өдөрт хэдэн зуун секунд нийлвэл дэлхий дээрх маршрутын тооцоололд 10 км хүртэлх алдаа гарах болно. Харьцангуйн онол нь энэ алдааг тооцоолох боломжийг бидэнд олгодог.
Энгийнээр хэлбэл, харьцангуйн ерөнхий онол орчин үеийн олон технологийн үндэс суурь болж, Эйнштейний ачаар бид танихгүй газраас пицца, номын сан зэргийг хялбархан олж чадна.
