Бүх зүйл харьцангуй гэдгийг тогтоосон эрдэмтэн. Тархсан хөдөлгөөний хууль ба харьцангуйн зарчим

Зуун жилийн өмнө буюу 1915 онд тухайн үед физикт хувьсгалт нээлт хийж байсан Швейцарийн залуу эрдэмтэн таталцлын тухай цоо шинэ ойлголтыг санал болгожээ.

1915 онд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онолыг нийтэлсэн бөгөөд таталцлыг орон зайн цаг хугацааны үндсэн шинж чанар гэж тодорхойлдог. Тэрээр сансрын цаг хугацааны муруйлт нь материйн энерги, хөдөлгөөн, түүн доторх цацрагт үзүүлэх нөлөөг тодорхойлсон цуврал тэгшитгэлийг танилцуулав.

Зуун жилийн дараа харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) нь орчин үеийн шинжлэх ухааныг бий болгох үндэс суурь болж, эрдэмтдийн довтолж байсан бүх сорилтыг даван туулсан.

Гэвч саяхан болтол онолын тогтвортой байдлыг шалгахын тулд эрс тэс нөхцөлд туршилт хийх боломжгүй байв.

Харьцангуйн онол 100 жилийн хугацаанд ямар хүчтэй болох нь үнэхээр гайхалтай. Бид Эйнштейний бичсэн зүйлийг ашигладаг хэвээр байна!

Клиффорд Вилл, Флоридагийн их сургуулийн онолын физикч

Эрдэмтэд одоо харьцангуй ерөнхий онолоос гадна физикийг хайх технологитой болсон.

Таталцлын шинэ харц

Харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлыг хүч (Ньютоны физикт гардаг шиг) биш харин объектын массаас шалтгаалсан орон зай-цаг хугацааны муруйлт гэж тодорхойлдог. Дэлхий нарыг тойрон эргэдэг нь од түүнийг татдаг учраас биш, харин нар орон зай-цаг хугацааг гажуудуулдаг. Хэрэв та хүнд боулингийн бөмбөгийг сунгасан хөнжил дээр тавьбал хөнжил хэлбэрээ өөрчилнө - таталцал нь орон зайд бараг ижил байдлаар нөлөөлдөг.

Эйнштейний онол зарим галзуу нээлтүүдийг урьдчилан таамаглаж байсан. Жишээлбэл, доторхоос юу ч, тэр байтугай гэрэл ч зугтаж чадахгүй болтлоо орон зай-цаг хугацааг нугалж буй хар нүхнүүд оршин тогтнох боломж. Онолын үндсэн дээр орчлон ертөнц тэлж, хурдасч байна гэсэн өнөөдөр нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн үзэл бодлын нотолгоо олдсон.

Харьцангуйн ерөнхий онол нь олон тооны ажиглалтаар батлагдсан. Эйнштейн өөрөө харьцангуйн ерөнхий онолын тусламжтайгаар хөдөлгөөнийг Ньютоны хуулиар дүрслэх боломжгүй Мөнгөн усны тойрог замыг тооцоолжээ. Эйнштейн гэрлийг нугалахад маш том биетүүд байдаг гэж таамаглаж байсан. Энэ бол одон орон судлаачдад байнга тулгардаг таталцлын линз үүсгэх үзэгдэл юм. Жишээлбэл, экзопланетуудыг хайх нь гаригийг тойрон эргэдэг оддын таталцлын талбарт нугалж буй цацрагийн нарийн өөрчлөлтийн нөлөөнд тулгуурладаг.

Эйнштейний онолыг шалгах

Харьцангуй ерөнхий онол нь ердийн таталцлын хувьд сайн ажилладаг бөгөөд үүнийг дэлхий дээр хийсэн туршилтууд болон нарны аймгийн гаригуудын ажиглалтаас харж болно. Гэхдээ энэ нь физикийн зааг дээр байрлах орон зайд маш хүчтэй талбайн нөхцөлд хэзээ ч туршиж байгаагүй.

Ийм нөхцөлд онолыг шалгах хамгийн ирээдүйтэй арга бол таталцлын долгион гэж нэрлэгддэг орон зайн цаг хугацааны өөрчлөлтийг ажиглах явдал юм. Тэд том үйл явдлууд, хар нүхнүүд, ялангуяа нягт объектууд болох нейтрон од зэрэг хоёр том биетүүдийн нэгдлийн үр дүнд гарч ирдэг.

Ийм хэмжээний сансрын салют буудуулах нь зөвхөн орон зай-цаг хугацааны хамгийн жижиг долгионыг тусгах болно. Жишээлбэл, хэрэв манай Галактикийн хаа нэгтээ хоёр хар нүх мөргөлдөж, нийлсэн бол таталцлын долгион нь дэлхий дээр нэг метрийн зайд байрладаг биетүүдийн хоорондох зайг атомын цөмийн диаметрийн мянгаас нэгээр сунгаж, шахаж чаддаг.

Ийм үйл явдлаас болж орон зай-цаг хугацааны өөрчлөлтийг бүртгэх туршилтууд гарч ирэв.

Ойрын хоёр жилд таталцлын долгионыг илрүүлэх бүрэн боломж бий.

Клиффорд Вилл

Вашингтоны Ричланд, Луизиана муж улсын Ливингстон хотуудын ойролцоох ажиглалтын төвүүдтэй Лазер интерферометрийн таталцлын долгионы ажиглалтын төв (LIGO) нь хос L хэлбэрийн илрүүлэгчийн жижиг гажуудлыг лазераар илрүүлдэг. Орон зайн долгион нь мэдрэгчээр дамжин өнгөрөхдөө орон зайг сунгаж, шахаж, детекторын хэмжээсийг өөрчлөхөд хүргэдэг. Мөн LIGO тэдгээрийг хэмжих боломжтой.

LIGO нь 2002 онд хэд хэдэн нээлтээ хийж эхэлсэн ч үр дүнд хүрч чадаагүй юм. 2010 онд сайжруулалт хийгдсэн бөгөөд тус байгууллагын залгамжлагч Advanced LIGO энэ жил дахин ашиглалтад орох ёстой. Төлөвлөсөн туршилтуудын ихэнх нь таталцлын долгионыг хайхад чиглэгддэг.

Харьцангуйн онолыг шалгах өөр нэг арга бол таталцлын долгионы шинж чанарыг судлах явдал юм. Жишээлбэл, тэдгээр нь туйлширсан шилээр дамждаг гэрэл шиг туйлширч болно. Харьцангуйн онол нь ийм нөлөөллийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглаж байгаа бөгөөд тооцооллоос ямар нэгэн хазайлт нь онолыг эргэлзэх шалтгаан болж магадгүй юм.

Нэгдсэн онол

Клиффорд Уилл таталцлын долгионыг нээсэн нь Эйнштейний онолыг улам бэхжүүлнэ гэж үзэж байна.

Энэ нь зөв гэдэгт итгэлтэй байхын тулд харьцангуйн ерөнхий онолын нотолгоог үргэлжлүүлэн хайх ёстой гэж би бодож байна.

Эдгээр туршилтууд яагаад хэрэгтэй байна вэ?

Орчин үеийн физикийн хамгийн чухал бөгөөд баригдашгүй ажлуудын нэг бол Эйнштейний судалгаа, өөрөөр хэлбэл макро ертөнцийн шинжлэх ухаан, хамгийн жижиг биетүүдийн бодит байдал болох квант механикийг хооронд нь холбох онолыг хайх явдал юм.

Энэ чиглэлийн дэвшил, квант таталцлын хувьд харьцангуйн ерөнхий онолд өөрчлөлт оруулах шаардлагатай байж магадгүй юм. Квантын таталцлын туршилт хийхэд маш их энерги шаардагдах тул үүнийг хийх боломжгүй байж магадгүй юм. "Гэхдээ хэн мэдлээ" гэж Вилл хэлэв, "Магадгүй квант ертөнцөд ач холбогдолгүй боловч хайх боломжтой нөлөө байдаг."

Тэд энэ онолыг дэлхий дээр ердөө гуравхан хүн ойлгодог гэж хэлсэн бөгөөд математикчид түүнээс гарах зүйлийг тоогоор илэрхийлэхийг оролдоход зохиолч өөрөө Альберт Эйнштейн одоо ч үүнийг ойлгохоо больсон гэж хошигножээ.

Харьцангуйн тусгай болон ерөнхий онолууд нь дэлхийн бүтцийн талаархи орчин үеийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлалд үндэслэсэн сургаалын салшгүй хэсэг юм.

"Гайхамшгийн жил"

1905 онд Германы шинжлэх ухааны тэргүүлэх хэвлэл "Annalen der Physik" ("Физикийн тэмдэглэлүүд") Холбооны патентын 3-р зэрэглэлийн шинжээчээр ажиллаж байсан 26 настай Альберт Эйнштейний дөрвөн нийтлэлийг дараалан нийтлэв. Берн дэх оффис. Тэрээр өмнө нь тус сэтгүүлтэй хамтран ажиллаж байсан ч нэг жилийн дотор ийм олон бүтээл хэвлүүлсэн нь ер бусын үйл явдал байв. Тэр болгонд агуулагдаж буй санааны үнэ цэнийг тодорхой болгосноор бүр ч гайхалтай болсон.

Өгүүллийн эхний хэсэгт гэрлийн квант шинж чанарын тухай бодол санааг илэрхийлж, цахилгаан соронзон цацрагийг шингээх, ялгаруулах үйл явцыг авч үзсэн. Үүний үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийг анх тайлбарлав - гэрлийн фотоноор тасарсан бодисоор электрон ялгаруулж, энэ тохиолдолд ялгарах энергийн хэмжээг тооцоолох томъёог санал болгов. Харьцангуйн онолын постулатуудын төлөө бус харин квант механикийн эхлэл болсон фотоэлектрик эффектийн онолын боловсруулалтын төлөө л Эйнштейн 1922 онд физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртэх байсан юм.

Өөр нэг өгүүлэл нь шингэнд түдгэлзсэн жижиг хэсгүүдийн Брауны хөдөлгөөнийг судалсны үндсэн дээр физик статистикийн хэрэглээний чиглэлүүдийн үндэс суурийг тавьсан юм. Эйнштейн хэлбэлзлийн хэв маягийг хайх аргуудыг санал болгосон - физик хэмжигдэхүүнүүдийн хамгийн боломжит утгуудаас эмх замбараагүй, санамсаргүй хазайлт.

Эцэст нь "Хөдөлгөөнт биеийн электродинамикийн тухай", "Биеийн инерци нь түүний энергийн агууламжаас хамаардаг уу?" Физикийн түүхэнд Альберт Эйнштейний харьцангуйн онол, эс тэгвээс түүний эхний хэсэг болох харьцангуйн тусгай онол гэж нэрлэгдэх үр хөврөлийг агуулсан.

Эх сурвалж ба өмнөх эх сурвалжууд

19-р зууны төгсгөлд олон физикчдэд сансар огторгуйн дэлхийн ихэнх асуудлууд шийдэгдэж, гол нээлтүүд хийгдэж, хүн төрөлхтөн зөвхөн хуримтлуулсан мэдлэгээ ашиглан техникийн дэвшлийг эрчимтэй хурдасгахад л хангалттай мэт санагдаж байв. Онолын цөөн хэдэн зөрчилдөөн нь Ньютоны өөрчлөгдөөгүй хуулиудын дагуу амьдардаг, эфирээр дүүрсэн Орчлон ертөнцийн эв нэгдэлтэй дүр зургийг сүйтгэсэн.

Максвеллийн онолын судалгаагаар эв найрамдал алдагдсан. Түүний цахилгаан соронзон орны харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон тэгшитгэлүүд нь сонгодог механикийн нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн хуулиудтай зөрчилдөж байв. Энэ нь Галилейгийн харьцангуйн зарчим ажиллахаа болих үед динамик лавлагааны систем дэх гэрлийн хурдыг хэмжихтэй холбоотой байв - гэрлийн хурдаар хөдөлж байх үед ийм системүүдийн харилцан үйлчлэлийн математик загвар нь цахилгаан соронзон долгион алга болоход хүргэсэн.

Үүнээс гадна бөөмс ба долгион, макро болон бичил ертөнцийн нэгэн зэрэг оршихуйг эвлэрүүлэх ёстой байсан эфирийг илрүүлэх боломжгүй байв. 1887 онд Альберт Мишельсон, Эдвард Морли нарын хийсэн туршилт нь "эфирийн салхи" -ыг илрүүлэх зорилготой байсан бөгөөд үүнийг зайлшгүй өвөрмөц төхөөрөмж - интерферометрээр бүртгэх шаардлагатай байв. Туршилт бүтэн жил үргэлжилсэн - Дэлхий Нарыг бүрэн тойрон эргэх үе. Уг гараг зургаан сарын турш эфирийн урсгалын эсрэг хөдөлж, эфир нь зургаан сарын турш дэлхийн "дарвуулт онгоцонд үлээх" ёстой байсан боловч үр дүн нь тэг байв: эфирийн нөлөөн дор гэрлийн долгионы шилжилт хөдөлгөөн ... илрээгүй нь эфирийн оршин тогтнох үнэнд эргэлзээ төрүүлж байна.

Лоренц, Пуанкаре нар

Физикчид эфир илрүүлэх туршилтын үр дүнгийн тайлбарыг олохыг оролдсон. Хендрик Лоренц (1853-1928) математик загвараа санал болгосон. Энэ нь орон зайг эфирээр дүүргэх үйл явцыг сэргээсэн боловч зөвхөн эфирээр хөдөлж байх үед объектууд хөдөлгөөний чиглэлд агшиж болно гэсэн маш болзолт бөгөөд зохиомол таамаглалын дор л байсан. Энэ загварыг агуу Анри Пуанкаре (1854-1912) өөрчилсөн.

Эдгээр хоёр эрдэмтний бүтээлүүдэд харьцангуйн онолын үндсэн постулатуудыг бүрдүүлсэн ойлголтууд анх удаа гарч ирсэн бөгөөд энэ нь Эйнштейний хулгайн тухай буруутгахыг зогсоох боломжийг олгодоггүй. Эдгээрт нэгэн зэрэг байх тухай ойлголтын уламжлалт байдал, гэрлийн тогтмол хурдны таамаглал орно. Пуанкаре өндөр хурдтай үед Ньютоны механикийн хуулиудыг дахин боловсруулах шаардлагатайг хүлээн зөвшөөрч, хөдөлгөөн бол харьцангуйн онол боловч эфирийн онолд нийцсэн гэж дүгнэсэн.

Харьцангуйн тусгай онол - SRT

Цахилгаан соронзон үйл явцыг зөв тайлбарлахтай холбоотой асуудлууд нь онолын хөгжлийн сэдвийг сонгох сэдэл болсон бөгөөд Эйнштейний 1905 онд хэвлэгдсэн нийтлэлүүд нь нэгэн төрлийн ба шулуун хөдөлгөөн гэсэн онцгой тохиолдлын тайлбарыг агуулсан байв. 1915 он гэхэд таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарласан харьцангуйн ерөнхий онол үүссэн боловч анхны онолыг тусгай гэж нэрлэжээ.

Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолыг хоёр үндсэн постулат хэлбэрээр товч хэлж болно. Эхнийх нь Галилейгийн харьцангуйн зарчмын үйлчлэлийг зөвхөн механик процесст бус бүх физик үзэгдлүүдэд хамардаг. Илүү ерөнхий хэлбэрээр энэ нь: Бүх физик хуулиуд нь бүх инерцийн (шулуун шугамаар жигд хөдөлж байгаа эсвэл тайван байдалд байгаа) жишиг хүрээний хувьд ижил байна.

Харьцангуйн тусгай онолыг агуулсан хоёр дахь мэдэгдэл: вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурд нь бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байна. Дараа нь илүү олон нийтийн дүгнэлтийг хийж байна: гэрлийн хурд нь байгаль дахь харилцан үйлчлэлийн хурдны хамгийн дээд утга юм.

STR-ийн математик тооцоололд E=mc² томьёог өгсөн бөгөөд энэ нь өмнө нь физик хэвлэлд гарч байсан боловч Эйнштейний ачаар шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн алдартай, алдартай болсон юм. Масс ба энергийн тэнцүү байдлын талаархи дүгнэлт нь харьцангуйн онолын хамгийн хувьсгалт томьёо юм. Масстай аливаа объект нь асар их энерги агуулдаг гэсэн ойлголт нь цөмийн энергийг ашиглах хөгжлийн үндэс суурь болж, юуны түрүүнд атомын бөмбөг гарч ирэхэд хүргэсэн.

Тусгай харьцангуйн онолын үр нөлөө

Харьцангуй нөлөө гэж нэрлэгддэг STR-ээс хэд хэдэн үр дагавар гарч ирдэг. Цаг хугацааг сунгах нь хамгийн гайхалтай зүйл юм. Үүний мөн чанар нь хөдөлж буй лавлагааны хүрээнд цаг хугацаа удаан хөдөлдөгт оршино. Тооцооллоос харахад Альфа Центаврын одны систем рүү 0.95 c (c нь гэрлийн хурд) хурдтай таамагласан нислэг хийж буй сансрын хөлөг дээр 7.3 жил, Дэлхий дээр 12 жил өнгөрөх болно. Даммигийн харьцангуйн онол, мөн түүнтэй холбоотой ихэр парадоксыг тайлбарлахдаа ийм жишээг ихэвчлэн иш татдаг.

Өөр нэг нөлөө нь шугаман хэмжээсийг багасгах явдал юм, өөрөөр хэлбэл ажиглагчийн үүднээс c-тэй ойролцоо хурдтай хөдөлж буй объектууд хөдөлгөөний чиглэлд өөрийн уртаас бага шугаман хэмжээстэй байх болно. Харьцангуй физикийн таамагласан энэхүү нөлөөг Лоренцын агшилт гэж нэрлэдэг.

Харьцангуй кинематикийн хуулиудын дагуу хөдөлж буй биетийн масс нь түүний тайван массаас их байдаг. Энэ нөлөө нь анхан шатны бөөмсийг судлах хэрэгсэл боловсруулахад онцгой ач холбогдолтой болдог - үүнийг тооцохгүйгээр LHC (Том Адрон Коллайдер) -ийн ажиллагааг төсөөлөхөд хэцүү байдаг.

Орон зайн цаг

SRT-ийн хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг нь альберт Эйнштейний шавийн математикийн багшаар ажиллаж байсан Германы математикч Херман Минковскигийн санал болгосон нэгдмэл орон зай-цаг хугацааны тусгай ойлголт болох харьцангуй кинематикийн график дүрслэл юм. .

Минковскийн загварын мөн чанар нь харилцан үйлчилж буй объектуудын байрлалыг тодорхойлох цоо шинэ хандлага юм. Харьцангуйн тусгай онол цаг хугацааны асуудалд онцгой анхаарал хандуулдаг. Цаг хугацаа нь сонгодог гурван хэмжээст координатын системийн дөрөв дэх координат биш, харин конус хэлбэрээр графикаар илэрхийлэгдсэн орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй хэлбэрийг авдаг орон зайн салшгүй шинж чанар юм; үүнд бүх харилцан үйлчлэл тохиолддог.

Харьцангуйн онолын ийм орон зай нь илүү ерөнхий шинж чанартай болж хөгжсөн нь хожим муруйлтад өртсөн бөгөөд энэ нь таталцлын харилцан үйлчлэлийг дүрслэхэд тохиромжтой загварыг бий болгосон.

Онолын цаашдын хөгжил

SRT нь физикчдийн дунд шууд ойлголцол олж чадаагүй боловч аажмаар энэ нь ертөнцийг, ялангуяа энгийн бөөмсийн ертөнцийг дүрслэх гол хэрэгсэл болж, физикийн шинжлэх ухааны судалгааны гол сэдэв болжээ. Гэхдээ таталцлын хүчний тайлбар бүхий SRT-ийг нөхөх ажил маш яаралтай байсан бөгөөд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онол - GTR-ийн зарчмуудыг сайжруулж, ажлаа зогсоосонгүй. Эдгээр зарчмуудыг математикийн боловсруулалт хийхэд нэлээд урт хугацаа буюу 11 жил орчим үргэлжилсэн бөгөөд үүнд физиктэй холбоотой нарийн шинжлэх ухааны салбарын мэргэжилтнүүд оролцов.

Ийнхүү тухайн үеийн тэргүүлэх математикч Дэвид Хилберт (1862-1943) асар их хувь нэмэр оруулсан бөгөөд тэрээр таталцлын талбайн тэгшитгэлийн хамтран зохиогчдын нэг болсон юм. Тэд харьцангуйн ерөнхий онол буюу GTR гэсэн нэрийг авсан үзэсгэлэнтэй барилгыг барих сүүлчийн чулуу байв.

Харьцангуйн ерөнхий онол - Харьцангуйн ерөнхий онол

Таталцлын талбайн орчин үеийн онол, "орон зай-цаг" бүтцийн онол, "орон зай-цаг хугацааны" геометр, тайлангийн инерциал бус систем дэх физик харилцан үйлчлэлийн хууль - эдгээр нь бүгд Альберт Эйнштейний өөр өөр нэрс юм. харьцангуйн ерөнхий онол.

Таталцлын тухай физикийн шинжлэх ухаан, янз бүрийн хэмжээтэй объект, талбайн харилцан үйлчлэлийн талаархи үзэл бодлыг удаан хугацаанд тодорхойлсон бүх нийтийн таталцлын онол. Хачирхалтай нь, түүний гол дутагдал нь түүний мөн чанарын биет бус, хуурмаг, математик шинж чанар байв. Од ба гаригуудын хооронд хоосон зай байсан бөгөөд селестиел биетүүдийн хоорондох таталцлыг тодорхой хүчнүүд, мөн агшин зуурын үйлчлэлээр тайлбарлав. Альберт Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлыг физик агуулгаар дүүргэж, түүнийг янз бүрийн материаллаг биетүүдийн шууд холбоо гэж танилцуулсан.

Таталцлын геометр

Эйнштейн таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарласан гол санаа нь маш энгийн. Тэрээр орон зай-цаг хугацааг таталцлын хүчний физик илэрхийлэл гэж тунхаглаж, эргэн тойронд ийм муруйлт үүссэн объектын массаас хамаардаг хэмжигдэхүүн ба хэв гажилт зэрэг мэдэгдэхүйц шинж тэмдгүүдээр хангагдсан байдаг. Нэгэн цагт Эйнштейн орчлон ертөнцийн онолд эфирийн тухай ойлголтыг орон зайг дүүргэдэг уян материаллаг орчин болгон буцаахыг уриалж байсан. Тэрээр ваум гэж хэлж болох олон шинж чанартай бодисыг нэрлэхэд хэцүү гэж тайлбарлав.

Тиймээс таталцал нь SRT-д муруй бус гэж тодорхойлсон дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны геометрийн шинж чанаруудын илрэл боловч илүү ерөнхий тохиолдолд энэ нь муруйлтаар хангагдсан байдаг бөгөөд энэ нь материаллаг объектуудын хөдөлгөөнийг тодорхойлдог бөгөөд тэдгээр нь ижил утгатай байдаг. Эйнштейний тунхагласан эквивалент зарчмын дагуу хурдатгал.

Харьцангуйн онолын энэхүү үндсэн зарчим нь Ньютоны бүх нийтийн таталцлын онолын олон "саг хүзүү"-ийг тайлбарладаг: зарим одон орны үзэгдлийн үед асар том сансрын биетүүдийн дэргэдүүр өнгөрөхөд ажиглагдсан гэрлийн гулзайлтын шинж тэмдэг, эртний хүмүүсийн тэмдэглэснээр уналтын хурдатгал. биеийн массаас үл хамааран.

Орон зайн муруйлтыг загварчлах

Даммигийн харьцангуйн ерөнхий онолыг тайлбарлахад ашигладаг нийтлэг жишээ бол орон зай-цаг хугацааг трамплин хэлбэрээр дүрслэх явдал юм - харилцан үйлчлэлцдэг объектуудыг дуурайлган объектуудыг (ихэнхдээ бөмбөг) байрлуулсан уян нимгэн мембран юм. Хүнд бөмбөг нь мембраныг нугалж, эргэн тойронд юүлүүр үүсгэдэг. Гадаргуугаар хөөрсөн жижиг бөмбөг таталцлын хуулийн дагуу бүрэн хөдөлж, илүү их биетүүдээс үүссэн хотгор руу аажмаар эргэлддэг.

Гэхдээ ийм жишээ нь нэлээд уламжлалт юм. Бодит орон зай-цаг хугацаа нь олон хэмжээст, түүний муруйлт нь тийм ч энгийн харагддаггүй боловч таталцлын харилцан үйлчлэлийн үүсэх зарчим, харьцангуйн онолын мөн чанар тодорхой болно. Ямар ч байсан таталцлын онолыг илүү логик, уялдаатай тайлбарлах таамаглал хараахан гараагүй байна.

Үнэний нотолгоо

Харьцангуйн ерөнхий онол нь орчин үеийн физикийг бий болгох хүчирхэг үндэс суурь гэж хурдан ойлгогдож эхлэв. Харьцангуйн онол анхнаасаа зохицол, зохицолоороо мэргэжилтнүүдийг гайхшруулаад зогсохгүй гарч ирснийхээ дараа удалгүй ажиглалтаар батлагдаж эхэлсэн.

Мөнгөн усны тойрог замын наранд хамгийн ойр байрлах цэг нь 19-р зууны дунд үед нээгдсэн Нарны аймгийн бусад гаригуудын тойрог замтай харьцуулахад аажмаар шилжиж байна. Энэхүү хөдөлгөөн - прецесс - Ньютоны бүх нийтийн таталцлын онолын хүрээнд үндэслэлтэй тайлбарыг олж чадаагүй боловч харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн дээр үнэн зөв тооцоолсон.

1919 онд болсон нар хиртэлт харьцангуйн ерөнхий онолын өөр нэг нотлох боломжийг олгосон. Харьцангуйн онолын үндсийг ойлгодог гурвын хоёр дахь хүн гэж хошигнож өөрийгөө нэрлэсэн Артур Эддингтон одны ойролцоо гэрлийн фотонууд өнгөрөх үед Эйнштейний таамагласан хазайлтыг баталжээ: хиртэх мөчид харагдах байдал өөрчлөгдсөн. Зарим оддын байрлал мэдэгдэхүйц болсон.

Цагийн удаашрал эсвэл таталцлын улаан шилжилтийг илрүүлэх туршилтыг харьцангуйн ерөнхий онолын бусад нотолгооны дунд Эйнштейн өөрөө санал болгосон. Олон жилийн дараа л шаардлагатай туршилтын тоног төхөөрөмжийг бэлтгэж, энэ туршилтыг хийх боломжтой болсон. Өндөр ялгаруулагч ба хүлээн авагчаас цацрагийн давтамжийн таталцлын шилжилт нь харьцангуйн ерөнхий онолын таамагласан хязгаарт багтаж байсан бөгөөд энэ туршилтыг хийсэн Харвардын физикч Роберт Паунд, Глен Ребка нар дараа нь зөвхөн нарийвчлалыг нэмэгдүүлсэн. хэмжилт хийж, харьцангуйн онолын томъёо дахин зөв болсон.

Эйнштейний харьцангуйн онол сансар судлалын хамгийн чухал төслүүдийг зөвтгөхөд үргэлж байдаг. Товчхондоо, энэ нь мэргэжилтнүүд, ялангуяа хиймэл дагуулын навигацийн системүүд - GPS, ГЛОНАСС гэх мэт ажилладаг хүмүүст зориулсан инженерийн хэрэгсэл болсон гэж хэлж болно. Харьцангуй ерөнхий онолоор урьдчилан таамагласан дохионы удаашралыг тооцохгүйгээр харьцангуй жижиг орон зайд ч гэсэн объектын координатыг шаардлагатай нарийвчлалтайгаар тооцоолох боломжгүй юм. Ялангуяа бид сансар огторгуйн зайнаас хол зайд байрладаг объектуудын тухай ярьж байгаа үед навигацийн алдаа асар их байж болно.

Харьцангуйн онолыг бүтээгч

Альберт Эйнштейн харьцангуйн онолын зарчмуудыг нийтлэхдээ залуу байсан. Дараа нь түүний дутагдал, үл нийцэл нь түүнд тодорхой болсон. Ялангуяа харьцангуйн ерөнхий онолын хамгийн чухал асуудал бол таталцлын харилцан үйлчлэлийн тодорхойлолтод бие биенээсээ эрс ялгаатай зарчмуудыг ашигладаг тул квант механикт нэгтгэх боломжгүй байсан явдал байв. Квантын механик нь нэг орон зай-цаг хугацааны объектуудын харилцан үйлчлэлийг авч үздэг бөгөөд Эйнштейний хувьд энэ орон зай өөрөө таталцлыг бүрдүүлдэг.

"Байгаа бүхний томъёо" - ерөнхий харьцангуйн ба квант физикийн зөрчилдөөнийг арилгах нэг талбарын онолыг бичих нь Эйнштейний олон жилийн турш энэ онол дээр сүүлийн нэг цаг хүртэл ажилласан боловч амжилтанд хүрч чадаагүй; Харьцангуйн ерөнхий онолын асуудлууд нь олон онолчдын хувьд дэлхийн илүү дэвшилтэт загваруудыг хайх хөшүүрэг болсон. Утасны онол, давталтын квант таталцал болон бусад олон зүйл ингэж гарч ирсэн.

Харьцангуйн ерөнхий онолын зохиогчийн хувийн шинж чанар нь түүхэнд харьцангуйн онолын шинжлэх ухаанд чухал ач холбогдолтой ул мөр үлдээжээ. Тэр хэнийг ч хайхрамжгүй орхидоггүй хэвээр байна. Эйнштейн өөрөө яагаад физиктэй ямар ч холбоогүй хүмүүс өөрт нь болон түүний ажилд маш их анхаарал хандуулдагийг гайхаж байв. Түүний хувийн чанар, алдартай ухаан, улс төрийн идэвхтэй байр суурь, тэр ч байтугай илэрхий дүр төрхийн ачаар Эйнштейн дэлхийн хамгийн алдартай физикч, олон ном, кино, компьютер тоглоомын баатар болжээ.

Түүний амьдралын төгсгөлийг олон хүн эрс дүрсэлдэг: тэр ганцаардаж, дэлхий дээрх бүх амьдралд аюул заналхийлсэн хамгийн аймшигт зэвсэг гарч ирсэнд өөрийгөө хариуцлагатай гэж үздэг байсан, түүний нэгдсэн хээрийн онол нь бодит бус мөрөөдөл хэвээр үлдсэн боловч хамгийн шилдэг нь Үүний үр дүнд Эйнштейний дэлхий дээрх даалгавраа дуусгасан тухай нас барахынхаа өмнөхөн хэлсэн үг гэж үзэж болно. Үүнтэй маргахад хэцүү байна.

Лорд Келвин 1900 оны 4-р сарын 27-нд Их Британийн Хатан хааны институт дээр хэлсэн үгэндээ: "Онолын физик бол эв нэгдэлтэй, бүрэн дүүрэн барилга юм. Физикийн цэлмэг тэнгэрт зөвхөн хоёр жижиг үүл байдаг - гэрлийн хурдны тогтмол байдал ба долгионы уртаас хамааран цацрагийн эрчмийн муруй. Эдгээр хоёр тодорхой асуулт удахгүй шийдэгдэж, 20-р зууны физикчдэд хийх зүйл үлдэхгүй гэж би бодож байна." Лорд Келвин физикийн судалгааны гол чиглэлүүдийг зааж өгсөн нь туйлын зөв байсан боловч тэдгээрийн ач холбогдлыг зөв үнэлээгүй: харьцангуйн онол ба квант онол нь шинжлэх ухааны оюун ухааныг эзэмдсэн төгсгөлгүй судалгааны талбарууд болж хувирав. зуу гаруй жил.

Энэ нь таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарлаагүй тул Эйнштейн энэ онолынхоо ерөнхий хувилбарыг боловсруулж эхэлсэн бөгөөд түүнийг бүтээхэд 1907-1915 оныг зарцуулжээ. Энэ онол нь энгийн бөгөөд байгалийн үзэгдлүүдтэй нийцсэн байдлаараа үзэсгэлэнтэй байсан бөгөөд зөвхөн нэг зүйлийг эс тооцвол: Эйнштейн онолыг эмхэтгэсэн тэр үед орчлон ертөнцийн тэлэлт, тэр ч байтугай бусад галактикуудын оршин тогтнох нь хараахан мэдэгдээгүй байсан тул тухайн үеийн эрдэмтэд энэ онол гэж үздэг байв. Орчлон ертөнц хязгааргүй оршин тогтнож, хөдөлгөөнгүй байв. Үүний зэрэгцээ Ньютоны бүх нийтийн таталцлын хуулиас үзэхэд тогтсон оддыг хэзээ нэгэн цагт зүгээр л нэг цэгт татах ёстой гэж үзсэн.

Энэ үзэгдлийн талаар илүү сайн тайлбар олж чадаагүй Эйнштейн тэгшитгэлдээ оруулсан бөгөөд энэ нь тоогоор нөхөж, физикийн хуулийг зөрчихгүйгээр хөдөлгөөнгүй ертөнц оршин тогтнох боломжийг олгосон юм. Дараа нь Эйнштейн сансар судлалын тогтмолыг өөрийн тэгшитгэлдээ оруулах нь онолын хувьд шаардлагагүй байсан бөгөөд тухайн үед хөдөлгөөнгүй мэт санагдахаас өөр зүйлээр батлагдаагүй байсан тул түүний хамгийн том алдаа гэж үзэж эхлэв. Мөн 1965 онд сансрын бичил долгионы арын цацрагийг нээсэн бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнц эхлэлтэй бөгөөд Эйнштейний тэгшитгэлийн тогтмол утга нь огт хэрэггүй болсон гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч сансар судлалын тогтмолыг 1998 онд олсон: Хаббл телескопоос олж авсан мэдээллээс үзэхэд алс холын галактикууд таталцлын нөлөөгөөр тэлэлтээ удаашруулаагүй, тэр ч байтугай тэлэлтээ хурдасгасан.

Үндсэн онол

Харьцангуйн тусгай онолын үндсэн постулатуудаас гадна энд нэг шинэ зүйл нэмэгдсэн: Ньютоны механик материаллаг биетүүдийн таталцлын харилцан үйлчлэлийн тоон тооцоог өгсөн боловч энэ үйл явцын физикийг тайлбарлаагүй байна. Эйнштейн үүнийг асар том биетээр 4 хэмжээст орон зай-цаг хугацааны муруйлтаар дүрсэлж чадсан: бие нь эргэн тойрондоо эвдрэл үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд хүрээлэн буй биетүүд геодезийн шугамын дагуу хөдөлж эхэлдэг (ийм шугамын жишээ нь: дэлхийн өргөрөг, уртраг, дотоод ажиглагчийн хувьд шулуун шугам мэт санагддаг боловч бодит байдал дээр тэдгээр нь бага зэрэг муруй байдаг). Гэрлийн туяа ч мөн адил тонгойдог бөгөөд энэ нь асар том биетийн ард харагдах зургийг гажуудуулдаг. Объектуудын байрлал, массын амжилттай давхцах нь (орон зай-цаг хугацааны муруйлт нь асар том линз болж, алс холын гэрлийн эх үүсвэрийг илүү тод болгоход) хүргэдэг. Хэрэв параметрүүд нь төгс тохирохгүй бол энэ нь алс холын биетүүдийн одон орны зураг дээр "Эйнштейний загалмай" эсвэл "Эйнштейний тойрог" үүсэхэд хүргэдэг.

Онолын таамаглалуудын дунд таталцлын цаг хугацааны тэлэлт (их том биет рүү ойртох үед энэ нь хурдатгалын улмаас цаг хугацааны тэлэлттэй адил биед үйлчилдэг), таталцлын (их хэмжээний биетээс ялгарах гэрлийн туяа явах үед) байв. "Таталцлын худаг"-аас гарах ажлын энергийг алдсаны үр дүнд спектрийн улаан хэсэг рүү, түүнчлэн таталцлын долгион (хөдөлгөөний явцад масстай аливаа биетээс үүсдэг орон зай-цаг хугацааны хямрал) .

Онолын байдал

Харьцангуйн ерөнхий онолын анхны баталгааг 1915 онд хэвлэгдэн гарахдаа Эйнштейн өөрөө олж авсан: урьд өмнө Ньютоны механик ашиглан тайлбарлах боломжгүй байсан Мөнгөн усны перигелийн шилжилтийг туйлын нарийвчлалтай тодорхойлсон онол. Түүнээс хойш онолоор урьдчилан таамаглаж байсан бусад олон үзэгдлүүд илэрсэн боловч түүнийг нийтлэх үед илрүүлэхэд хэтэрхий сул байсан. Өнөөдрийг хүртэл хамгийн сүүлийн үеийн ийм нээлт бол 2015 оны 9-р сарын 14-нд таталцлын долгионыг нээсэн явдал юм.

Харьцангуйн онолыг 20-р зууны эхээр Альберт Эйнштейн нэвтрүүлсэн. Түүний мөн чанар юу вэ? Гол санааг авч үзээд TOE-ийг ойлгомжтой хэлээр тайлбарлая.

Харьцангуйн онол нь 20-р зууны физикийн үл нийцэх байдал, зөрчилдөөнийг бараг арилгаж, орон зай-цаг хугацааны бүтцийн үзэл баримтлалыг эрс өөрчлөхөд хүргэсэн бөгөөд олон тооны туршилт, судалгаагаар туршилтаар батлагдсан.

Ийнхүү TOE нь орчин үеийн бүх суурь физик онолын үндэс болсон. Үнэндээ энэ бол орчин үеийн физикийн эх юм!

Эхлэхийн тулд харьцангуйн 2 онол байдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

• Харьцангуйн тусгай онол (STR) - жигд хөдөлж буй объектуудын физик процессуудыг авч үздэг.
• Харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) - хурдасч буй объектуудыг дүрсэлж, таталцал, оршихуй зэрэг үзэгдлийн гарал үүслийг тайлбарладаг.

STR нь өмнө нь гарч ирсэн бөгөөд үндсэндээ GTR-ийн нэг хэсэг болох нь тодорхой байна. Эхлээд түүний тухай ярилцъя.

Энгийн үгээр бол СТО

Энэ онол нь харьцангуйн онолын зарчим дээр суурилдаг бөгөөд үүний дагуу хөдөлгөөнгүй, тогтмол хурдтай хөдөлж буй биетүүдийн хувьд байгалийн аливаа хууль ижил байдаг. Ийм энгийн мэт бодлуудаас харахад гэрлийн хурд (вакуум дахь 300,000 м/с) бүх биед ижил байдаг.

Жишээлбэл, танд алс холын ирээдүйгээс асар хурдтай нисдэг сансрын хөлөг өгсөн гэж төсөөлөөд үз дээ. Урагш чиглэсэн фотоныг буудах чадвартай лазерын их бууг хөлөг онгоцны нум дээр суурилуулсан.

Усан онгоцтой харьцуулахад ийм хэсгүүд гэрлийн хурдаар нисдэг боловч хөдөлгөөнгүй ажиглагчтай харьцуулахад хоёр хурдыг нэгтгэсэн тул илүү хурдан нисэх ёстой юм шиг санагддаг.

Гэсэн хэдий ч бодит байдал дээр ийм зүйл болохгүй! Гадны ажиглагч фотонууд 300,000 м/с хурдтай явж байгааг харж байгаа нь сансрын хөлгийн хурдыг нэмээгүй юм шиг.

Та санаж байх хэрэгтэй: аливаа биетэй харьцуулахад гэрлийн хурд нь хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран тогтмол утгатай байх болно.

Эндээс цаг хугацааны тэлэлт, уртааш агшилт, биеийн жин хурдаас хамаарах зэрэг гайхалтай дүгнэлтүүдийг гаргана. Харьцангуйн тусгай онолын хамгийн сонирхолтой үр дагаврын талаар доорх линкээс нийтлэлээс уншина уу.

Харьцангуйн ерөнхий онолын мөн чанар (GR)

Үүнийг илүү сайн ойлгохын тулд бид хоёр баримтыг дахин нэгтгэх хэрэгтэй.

• Бид дөрвөн хэмжээст орон зайд амьдардаг

Орон зай, цаг хугацаа нь "орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй" гэж нэрлэгддэг нэг зүйлийн илрэл юм. Энэ нь x, y, z, t координат тэнхлэгүүдтэй 4 хэмжээст орон зай цаг хугацаа юм.

Хүмүүс бид 4 хэмжигдэхүүнийг адилхан хүлээн авч чаддаггүй. Үндсэндээ бид бодит дөрвөн хэмжээст объектын орон зай, цаг хугацааны проекцийг л хардаг.

Сонирхолтой нь харьцангуйн онолд биетүүд хөдөлж байх үед өөрчлөгддөг гэж байдаггүй. 4 хэмжээст объектууд үргэлж өөрчлөгддөггүй боловч харьцангуй хөдөлгөөнөөр тэдний төсөөлөл өөрчлөгдөж болно. Үүнийг бид цаг хугацаа удаашрах, хэмжээг багасгах гэх мэтээр ойлгодог.

• Бүх бие тогтмол хурдтайгаар унаж хурдасдаггүй

Аймшигтай бодлын туршилт хийцгээе. Та лифтний битүү кабинд сууж, жингүйдэлтэй байна гэж төсөөлөөд үз дээ.

Энэ нөхцөл байдал нь зөвхөн хоёр шалтгааны улмаас үүсч болно: та сансарт байгаа эсвэл дэлхийн таталцлын нөлөөн дор бүхээгийн хамт чөлөөтэй унаж байна.

Лангуунаас харалгүйгээр эдгээр хоёр тохиолдлыг ялгах нь туйлын боломжгүй юм. Зүгээр л нэг тохиолдолд та жигд нисдэг, нөгөө тохиолдолд хурдатгалтай байдаг. Та таамаглах хэрэгтэй болно!

Магадгүй Альберт Эйнштейн өөрөө хиймэл цахилгаан шатны тухай бодож байсан бөгөөд түүнд нэг гайхалтай бодол төрж байсан: хэрэв эдгээр хоёр тохиолдлыг ялгах боломжгүй бол таталцлын улмаас унах нь бас нэгэн жигд хөдөлгөөн юм. Хөдөлгөөн нь дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны хувьд зүгээр л жигд байдаг, харин их биетүүд (жишээлбэл,) байгаа тохиолдолд муруй бөгөөд жигд хөдөлгөөн нь бидний ердийн гурван хэмжээст орон зайд түргэвчилсэн хөдөлгөөн хэлбэрээр тусдаг.

Хоёр хэмжээст орон зайн муруйлтын өөр нэг энгийн боловч бүрэн зөв биш жишээг авч үзье.

Аливаа том бие нь түүний доор ямар нэгэн хэлбэрийн юүлүүр үүсгэдэг гэж та төсөөлж болно. Дараа нь өнгөрч буй бусад биетүүд шулуун шугамаар хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлэх боломжгүй бөгөөд муруй орон зайн гулзайлтын дагуу замаа өөрчлөх болно.

Дашрамд хэлэхэд, хэрэв бие нь тийм ч их энергигүй бол хөдөлгөөн нь хаалттай болж магадгүй юм.

Хөдөлгөөнтэй биетүүдийн үүднээс авч үзвэл тэднийг эргүүлэх ямар нэг зүйлийг мэдэрдэггүй тул шулуун шугамаар хөдөлсөөр байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тэд зүгээр л муруй орон зайд орчихсон бөгөөд өөрөө ч мэдэлгүй шугаман бус замналтай болжээ.

Цагийг оруулаад 4 хэмжээс нь нугалж байгаа тул энэ зүйрлэлд болгоомжтой хандах хэрэгтэй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Тиймээс харьцангуйн ерөнхий онолд таталцал нь огтхон ч хүч биш, зөвхөн орон зай-цаг хугацааны муруйлтаас үүдэлтэй үр дагавар юм. Одоогийн байдлаар энэ онол нь таталцлын гарал үүслийн бодит хувилбар бөгөөд туршилтуудтай маш сайн тохирч байна.

Харьцангуй ерөнхий онолын гайхалтай үр дагавар

Их биетэй ойролцоо нисэх үед гэрлийн туяа нугалж болно. Үнэхээр ч сансар огторгуйд бусдын ард "нуугдсан" биетүүд олдсон ч гэрлийн туяа эргэн тойронд нь бөхийж, үүний ачаар гэрэл бидэнд хүрдэг.

Альберт Эйнштейний ачаар та номын сан эсвэл дэлгүүр хаана байгааг ойлгох боломжтой болсон.

Эцэст нь харьцангуйн ерөнхий онол нь эргэн тойронд таталцал маш хүчтэй байдаг тул цаг хугацаа зүгээр л зогсоход хар нүх байгааг урьдчилан таамаглаж байна. Тиймээс хар нүхэнд унасан гэрэл түүнийг орхиж чадахгүй (тусгал).

Хар нүхний төвд асар их таталцлын шахалтын улмаас хязгааргүй өндөр нягтралтай биет үүсдэг бөгөөд энэ нь оршин тогтнох боломжгүй юм шиг санагддаг.

Тиймээс харьцангуйн ерөнхий онол нь -ээс ялгаатай нь маш зөрчилтэй дүгнэлтэд хүргэж болзошгүй тул ихэнх физикчид үүнийг бүрэн хүлээн зөвшөөрөөгүй бөгөөд өөр хувилбар хайж байв.

Гэвч тэрээр олон зүйлийг амжилттай таамаглаж чадаж байна, тухайлбал, саяхан нэгэн шуугиан тарьсан нээлт харьцангуйн онолыг баталж, агуу эрдэмтнийг хэлээ унжуулан дахин дурсахад хүргэв. Хэрэв та шинжлэх ухаанд дуртай бол WikiScience-ийг уншаарай.