Teoria e përgjithshme dhe speciale e relativitetit. Intervalet kohore, distancat dhe uniformiteti i tyre

Teoria e përgjithshme e relativitetit, së bashku me teorinë speciale të relativitetit, është vepra e shkëlqyer e Albert Ajnshtajnit, i cili në fillim të shekullit të 20-të ndryshoi mënyrën se si fizikanët e shikonin botën. Njëqind vjet më vonë, relativiteti i përgjithshëm është teoria themelore dhe më e rëndësishme e fizikës në botë, dhe së bashku me mekanikën kuantike pretendon të jetë një nga dy gurët e themelit të "teorisë së gjithçkaje". Teoria e përgjithshme e relativitetit e përshkruan gravitetin si pasojë e lakimit të hapësirë-kohës (të bashkuar në relativitetin e përgjithshëm në një tërësi) nën ndikimin e masës. Falë relativitetit të përgjithshëm, shkencëtarët kanë nxjerrë shumë konstante, kanë testuar një sërë fenomenesh të pashpjegueshme dhe kanë dalë me gjëra të tilla si vrimat e zeza, materia e errët dhe energjia e errët, zgjerimi i Universit, Big Bengu dhe shumë më tepër. GTR gjithashtu vuri veton për tejkalimin e shpejtësisë së dritës, duke na futur fjalë për fjalë në rrethinën tonë (Sistemi Diellor), por la një zbrazëti në formën e vrimave të krimbit - shtigje të shkurtra të mundshme nëpër hapësirë-kohë.

Një punonjës i Universitetit RUDN dhe kolegët e tij brazilianë vunë në pikëpyetje konceptin e përdorimit të vrimave të qëndrueshme të krimbave si portale në pika të ndryshme në hapësirë-kohë. Rezultatet e hulumtimit të tyre u botuan në Physical Review D. - një klishe mjaft e çuditshme në fantashkencë. Një vrimë krimbi, ose "vrimë krimbi", është një lloj tuneli që lidh pika të largëta në hapësirë, apo edhe dy universe, përmes lakimit të hapësirë-kohës.

Ata thonë se Albert Ajnshtajni pati një epifani në një çast. Shkencëtari dyshohet se po ngiste një tramvaj në Bernë (Zvicër), shikoi orën e rrugës dhe papritmas kuptoi se nëse tramvaji tani do të përshpejtohej në shpejtësinë e dritës, atëherë sipas perceptimit të tij kjo orë do të ndalonte - dhe nuk do të kishte kohë përreth. Kjo e shtyu atë të formulonte një nga postulatet qendrore të relativitetit - që vëzhgues të ndryshëm e perceptojnë realitetin ndryshe, duke përfshirë sasi të tilla themelore si distanca dhe koha.

Nga pikëpamja shkencore, në atë ditë Ajnshtajni kuptoi se përshkrimi i çdo ngjarjeje apo fenomeni fizik varet nga sistemet e referencës, në të cilën ndodhet vëzhguesi. Nëse një pasagjere të tramvajit, për shembull, i lëshon syzet, atëherë për të ato do të bien vertikalisht poshtë, dhe për një këmbësor që qëndron në rrugë, syzet do të bien në një parabolë, pasi tramvaji lëviz ndërsa gotat po bien. Secili ka kornizën e tij të referencës.

Por edhe pse përshkrimet e ngjarjeve ndryshojnë kur lëvizin nga një kornizë referimi në tjetrën, ka edhe gjëra universale që mbeten të pandryshuara. Nëse, në vend që të përshkruajmë rënien e syzeve, bëjmë një pyetje në lidhje me ligjin e natyrës që shkakton rënien e tyre, atëherë përgjigja për të do të jetë e njëjtë për një vëzhgues në një sistem koordinativ të palëvizshëm dhe për një vëzhgues në një koordinatë në lëvizje. sistemi. Ligji i lëvizjes së shpërndarë zbatohet në mënyrë të barabartë në rrugë dhe në tramvaj. Me fjalë të tjera, ndërsa përshkrimi i ngjarjeve varet nga vëzhguesi, ligjet e natyrës nuk varen prej tij, domethënë, siç thuhet zakonisht në gjuhën shkencore, ato janë e pandryshueshme. Kjo është ajo për të cilën bëhet fjalë parimi i relativitetit.

Si çdo hipotezë, parimi i relativitetit duhej të testohej duke e lidhur atë me fenomene reale natyrore. Nga parimi i relativitetit, Ajnshtajni nxori dy teori të veçanta (megjithëse të lidhura). Teoria speciale ose e veçantë e relativitetit vjen nga pozicioni se ligjet e natyrës janë të njëjta për të gjitha sistemet referente që lëvizin me shpejtësi konstante. Teoria e përgjithshme e relativitetit e shtrin këtë parim në çdo kornizë referimi, duke përfshirë ato që lëvizin me nxitim. Teoria speciale e relativitetit u botua në vitin 1905, dhe teoria e përgjithshme më komplekse matematikisht e relativitetit u përfundua nga Ajnshtajni në vitin 1916.

Teoria speciale e relativitetit

Shumica e efekteve paradoksale dhe kundërintuitive që ndodhin kur lëvizni me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës parashikohen nga teoria speciale e relativitetit. Më i famshmi prej tyre është efekti i ngadalësimit të orës, ose efekti i zgjerimit të kohës. Një orë që lëviz në lidhje me një vëzhgues shkon më ngadalë për të sesa e njëjta orë në duart e tij.

Koha në një sistem koordinativ që lëviz me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës në lidhje me vëzhguesin shtrihet, dhe shtrirja (gjatësia) hapësinore e objekteve përgjatë boshtit të drejtimit të lëvizjes, përkundrazi, është e ngjeshur. Ky efekt, i njohur si Kontraksioni Lorentz-Fitzgerald, u përshkrua në 1889 nga fizikani irlandez George Fitzgerald (1851-1901) dhe u zgjerua në 1892 nga holandezi Hendrick Lorentz (1853-1928). Reduktimi Lorentz-Fitzgerald shpjegon pse eksperimenti Michelson-Morley për të përcaktuar shpejtësinë e lëvizjes së Tokës në hapësirën e jashtme duke matur "erën eterike" dha një rezultat negativ. Më vonë, Ajnshtajni i përfshiu këto ekuacione në teorinë speciale të relativitetit dhe i plotësoi me një formulë të ngjashme konvertimi për masën, sipas së cilës masa e një trupi gjithashtu rritet kur shpejtësia e trupit i afrohet shpejtësisë së dritës. Kështu, me një shpejtësi prej 260,000 km/s (87% e shpejtësisë së dritës), masa e objektit nga pikëpamja e një vëzhguesi të vendosur në një kornizë referimi në pushim do të dyfishohet.

Që nga koha e Ajnshtajnit, të gjitha këto parashikime, sado të kundërta me sensin e përbashkët mund të duken, kanë gjetur konfirmim të plotë dhe të drejtpërdrejtë eksperimental. Në një nga eksperimentet më zbuluese, shkencëtarët në Universitetin e Miçiganit vendosën orë atomike ultra të sakta në bordin e një avioni që kryente fluturime të rregullta transatlantike dhe pas çdo kthimi në aeroportin e tij të shtëpisë, ata krahasuan leximet e tyre me orën e kontrollit. Doli që ora në aeroplan gradualisht ngeli prapa orës së kontrollit gjithnjë e më shumë (si të thuash, kur flasim për fraksione të sekondës). Për gjysmë shekullin e fundit, shkencëtarët kanë studiuar grimcat elementare duke përdorur komplekse të mëdha harduerike të quajtura përshpejtues. Në to, rrezet e grimcave nënatomike të ngarkuara (të tilla si protonet dhe elektronet) përshpejtohen në shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, pastaj qëllohen në objektiva të ndryshëm bërthamorë. Në eksperimente të tilla në përshpejtuesit, është e nevojshme të merret parasysh rritja e masës së grimcave të përshpejtuara - përndryshe rezultatet e eksperimentit thjesht nuk do të jenë të përshtatshme për interpretim të arsyeshëm. Dhe në këtë kuptim, teoria speciale e relativitetit ka kaluar prej kohësh nga kategoria e teorive hipotetike në fushën e mjeteve inxhinierike të aplikuara, ku përdoret në të njëjtin nivel me ligjet e mekanikës së Njutonit.

Duke iu rikthyer ligjeve të Njutonit, do të doja të theksoja veçanërisht se teoria speciale e relativitetit, megjithëse nga jashtë bie në kundërshtim me ligjet e mekanikës klasike të Njutonit, në fakt pothuajse saktësisht riprodhon të gjitha ekuacionet e zakonshme të ligjeve të Njutonit, nëse zbatohet për të përshkruar trupat që lëvizin. me shpejtësi dukshëm më të vogël se shpejtësia e dritës. Kjo do të thotë, teoria speciale e relativitetit nuk e anulon fizikën Njutoniane, por e zgjeron dhe e plotëson atë.

Parimi i relativitetit gjithashtu ndihmon për të kuptuar pse është shpejtësia e dritës, dhe jo ndonjë tjetër, ajo që luan një rol kaq të rëndësishëm në këtë model të strukturës së botës - kjo është një pyetje e bërë nga shumë prej atyre që takuan për herë të parë teoria e relativitetit. Shpejtësia e dritës bie në sy dhe luan një rol të veçantë si një konstante universale, sepse përcaktohet nga një ligj i shkencës natyrore. Për shkak të parimit të relativitetit, shpejtësia e dritës në vakum cështë i njëjtë në çdo sistem referimi. Kjo do të duket se bie në kundërshtim me sensin e përbashkët, pasi rezulton se drita nga një burim lëvizës (pa marrë parasysh sa shpejt lëviz) dhe nga një burim i palëvizshëm arrin te vëzhguesi në të njëjtën kohë. Megjithatë, kjo është e vërtetë.

Për shkak të rolit të saj të veçantë në ligjet e natyrës, shpejtësia e dritës zë një vend qendror në teorinë e përgjithshme të relativitetit.

Teoria e përgjithshme e relativitetit

Teoria e përgjithshme e relativitetit zbatohet për të gjitha sistemet e referencës (dhe jo vetëm për ato që lëvizin me një shpejtësi konstante në raport me njëri-tjetrin) dhe duket matematikisht shumë më e ndërlikuar se ajo speciale (që shpjegon hendekun njëmbëdhjetëvjeçar midis botimit të tyre). Ai përfshin si një rast të veçantë teorinë speciale të relativitetit (dhe për rrjedhojë ligjet e Njutonit). Në të njëjtën kohë, teoria e përgjithshme e relativitetit shkon shumë më larg se të gjithë paraardhësit e saj. Në veçanti, ai jep një interpretim të ri të gravitetit.

Teoria e përgjithshme e relativitetit e bën botën katërdimensionale: koha i shtohet tre dimensioneve hapësinore. Të katër dimensionet janë të pandashme, kështu që nuk po flasim më për distancën hapësinore midis dy objekteve, siç është rasti në botën tredimensionale, por për intervalet hapësinore-kohore ndërmjet ngjarjeve, të cilat kombinojnë distancën e tyre nga njëra-tjetra - të dyja. në kohë dhe në hapësirë. Kjo do të thotë, hapësira dhe koha konsiderohen si një vazhdimësi hapësinor-kohë katërdimensionale ose, thjesht, hapësirë-kohë. Në këtë vazhdimësi, vëzhguesit që lëvizin në lidhje me njëri-tjetrin madje mund të mos pajtohen nëse dy ngjarje kanë ndodhur njëkohësisht ose nëse njëra i paraprin tjetrës. Fatmirësisht për mendjen tonë të varfër, nuk arrin deri në pikën e shkeljes së marrëdhënieve shkak-pasojë - domethënë, edhe teoria e përgjithshme e relativitetit nuk lejon ekzistencën e sistemeve të koordinatave në të cilat dy ngjarje nuk ndodhin njëkohësisht dhe në të ndryshme. sekuencat.

Ligji i gravitetit universal i Njutonit na tregon se midis çdo dy trupash në Univers ka një forcë tërheqëse reciproke. Nga ky këndvështrim, Toka rrotullohet rreth Diellit, pasi forcat e ndërsjella të tërheqjes veprojnë midis tyre. Megjithatë, relativiteti i përgjithshëm na detyron ta shikojmë këtë fenomen ndryshe. Sipas kësaj teorie, graviteti është pasojë e deformimit ("lakimit") të strukturës elastike të hapësirë-kohës nën ndikimin e masës (sa më i rëndë trupi, për shembull Dielli, aq më shumë hapësirë-koha "përkulet" nën ndikimin e masës. dhe, në përputhje me rrethanat, aq më e fortë është fusha e forcës gravitacionale). Imagjinoni një kanavacë të shtrirë fort (një lloj trampoline) mbi të cilën është vendosur një top masiv. Kanavacja deformohet nën peshën e topit dhe rreth saj formohet një depresion në formë hinke. Sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, Toka rrotullohet rreth Diellit si një top i vogël i nisur për t'u rrotulluar rreth konit të një hinke të formuar si rezultat i "shtytjes" së hapësirës-kohës nga një top i rëndë - Dielli. Dhe ajo që na duket si forca e gravitetit është, në fakt, në thelb një manifestim thjesht i jashtëm i lakimit të hapësirës-kohës, dhe aspak një forcë në kuptimin Njutonian. Deri më sot, nuk ka shpjegim më të mirë të natyrës së gravitetit sesa teoria e përgjithshme e relativitetit.

Testimi i relativitetit të përgjithshëm është i vështirë sepse, në kushte normale laboratorike, rezultatet e tij janë pothuajse saktësisht të njëjta me atë që parashikon ligji i gravitetit të Njutonit. Sidoqoftë, u kryen disa eksperimente të rëndësishme dhe rezultatet e tyre na lejojnë ta konsiderojmë teorinë të konfirmuar. Për më tepër, relativiteti i përgjithshëm ndihmon në shpjegimin e fenomeneve që ne vëzhgojmë në hapësirë, të tilla si devijimet e vogla të Mërkurit nga orbita e tij stacionare që janë të pashpjegueshme nga pikëpamja e mekanikës klasike të Njutonit, ose përkulja e rrezatimit elektromagnetik nga yjet e largët kur kalon në afërsi me Diellin.

Në fakt, rezultatet e parashikuara nga relativiteti i përgjithshëm ndryshojnë dukshëm nga ato të parashikuara nga ligjet e Njutonit vetëm në prani të fushave gravitacionale super të forta. Kjo do të thotë se për të testuar plotësisht teorinë e përgjithshme të relativitetit, na duhen ose matje ultra të sakta të objekteve shumë masive, ose vrima të zeza, për të cilat asnjë nga idetë tona intuitive të zakonshme nuk është e zbatueshme. Pra, zhvillimi i metodave të reja eksperimentale për testimin e teorisë së relativitetit mbetet një nga detyrat më të rëndësishme të fizikës eksperimentale.

GTO dhe RTG: disa thekse

1. Në libra të panumërt - monografi, tekste shkollore dhe botime shkencore popullore, si dhe në lloje të ndryshme artikujsh - lexuesit janë mësuar të shohin referenca për teorinë e përgjithshme të relativitetit (GTR) si një nga arritjet më të mëdha të shekullit tonë, një e mrekullueshme. teoria, një mjet i domosdoshëm i fizikës dhe astronomisë moderne. Ndërkohë, nga artikulli i A. A. Logunov mësojnë se, sipas tij, GTR duhet të braktiset, se është e keqe, jokonsistente dhe kontradiktore. Prandaj, GTR kërkon zëvendësimin nga një teori tjetër dhe, veçanërisht, nga teoria relativiste e gravitetit (RTG) e ndërtuar nga A. A. Logunov dhe bashkëpunëtorët e tij.

A është e mundur një situatë e tillë kur shumë njerëz gabojnë në vlerësimin e tyre për GTR, i cili ka ekzistuar dhe studiuar për më shumë se 70 vjet, dhe vetëm disa njerëz, të udhëhequr nga A. A. Logunov, e kuptuan me të vërtetë që GTR duhet të hidhet poshtë? Shumica e lexuesve me siguri presin përgjigjen: kjo është e pamundur. Në fakt, unë mund të përgjigjem vetëm në mënyrë krejtësisht të kundërt: "kjo" është e mundur në parim, sepse ne nuk po flasim për fenë, por për shkencën.

Themeluesit dhe profetët e feve dhe besimeve të ndryshme krijuan dhe po krijojnë "librat e tyre të shenjtë", përmbajtja e të cilëve deklarohet të jetë e vërteta përfundimtare. Nëse dikush dyshon, aq më keq për të, ai bëhet heretik me pasojat që pasojnë, shpesh edhe të përgjakshme. Është më mirë të mos mendosh fare, por të besosh, duke ndjekur formulën e njohur të njërit prej drejtuesve të kishës: "Besoj, sepse është absurde". Botëkuptimi shkencor është thelbësisht i kundërt: ai kërkon të mos marrësh asgjë si të mirëqenë, të lejon të dyshosh gjithçka dhe të mos njohësh dogmat. Nën ndikimin e fakteve dhe konsideratave të reja, jo vetëm që është e mundur, por edhe e nevojshme, nëse justifikohet, të ndryshoni këndvështrimin tuaj, të zëvendësoni një teori të papërsosur me një më të përsosur ose, të themi, të përgjithësoni disi një teori të vjetër. Situata është e ngjashme me individët. Themeluesit e doktrinave fetare konsiderohen të pagabueshëm, dhe, për shembull, midis katolikëve, edhe një person i gjallë - Papa "mbretërues" - shpallet i pagabueshëm. Shkenca nuk njeh njerëz të pagabueshëm. Respekti i madh, ndonjëherë edhe i jashtëzakonshëm që kanë fizikanët (për qartësi do të flas për fizikantët) për përfaqësuesit e mëdhenj të profesionit të tyre, veçanërisht për titanë të tillë si Isak Njutoni dhe Albert Ajnshtajni, nuk ka të bëjë fare me kanonizimin e shenjtorëve. hyjnizimi. Dhe fizikanët e mëdhenj janë njerëz, dhe të gjithë njerëzit kanë dobësitë e tyre. Nëse flasim për shkencën, e cila na intereson vetëm këtu, atëherë fizikantët më të mëdhenj nuk kishin gjithmonë të drejtë në çdo gjë dhe njohja e meritave të tyre nuk bazohet në pagabueshmërinë, por në faktin se ata arritën ta pasurojnë shkencën me arritje të jashtëzakonshme; , për të parë më tej dhe më thellë se bashkëkohësit e tyre.

2. Tani është e nevojshme të ndalemi në kërkesat për teoritë themelore fizike. Së pari, një teori e tillë duhet të jetë e plotë në fushën e zbatueshmërisë së saj, ose, siç do të them për shkurt, duhet të jetë konsistente. Së dyti, një teori fizike duhet të jetë adekuate me realitetin fizik, ose, thënë më thjesht, në përputhje me eksperimentet dhe vëzhgimet. Mund të përmenden edhe kërkesa të tjera, në radhë të parë respektimi i ligjeve dhe rregullave të matematikës, por e gjithë kjo nënkuptohet.

Le të shpjegojmë atë që është thënë duke përdorur shembullin e mekanikës klasike, jo-relativiste - mekanika njutoniane e aplikuar në problemin më të thjeshtë në parim të lëvizjes së ndonjë grimce "pikë". Siç dihet, roli i një grimce të tillë në problemet e mekanikës qiellore mund të luhet nga një planet i tërë ose sateliti i tij. Lëreni në këtë moment t 0 grimca është në një pikë A me koordinata x iA(t 0) dhe ka shpejtësi v iA(t 0) (Këtu i= l, 2, 3, sepse pozicioni i një pike në hapësirë ​​karakterizohet nga tre koordinata, dhe shpejtësia është një vektor). Atëherë, nëse dihen të gjitha forcat që veprojnë në grimcë, ligjet e mekanikës na lejojnë të përcaktojmë pozicionin B dhe shpejtësia e grimcave v i në çdo moment të mëpasshëm t, domethënë, gjeni vlera të përcaktuara mirë xiB(t) dhe v iB(t). Çfarë do të ndodhte nëse ligjet e mekanikës së përdorur nuk do të jepnin një përgjigje të qartë dhe, të themi, në shembullin tonë ata parashikuan që grimca për momentin t mund të vendoset ose në pikë B, ose në një pikë krejtësisht të ndryshme C? Është e qartë se një teori e tillë klasike (jo kuantike) do të ishte e paplotë, ose, në terminologjinë e përmendur, jokonsistente. Ai ose do të duhej të plotësohej, duke e bërë të paqartë, ose të hidhej fare. Mekanika e Njutonit, siç u tha, është konsistente - jep përgjigje të paqarta dhe të përcaktuara mirë për pyetjet brenda fushës së tij të kompetencës dhe zbatueshmërisë. Mekanika njutoniane plotëson gjithashtu kërkesën e dytë të përmendur - rezultatet e marra në bazë të saj (dhe, veçanërisht, vlerat e koordinatave x i(t) dhe shpejtësia v i (t)) janë në përputhje me vëzhgimet dhe eksperimentet. Kjo është arsyeja pse e gjithë mekanika qiellore - përshkrimi i lëvizjes së planetëve dhe satelitëve të tyre - për momentin bazohej tërësisht, dhe me sukses të plotë, në mekanikën Njutoniane.

3. Por në 1859, Le Verrier zbuloi se lëvizja e planetit më afër Diellit, Mërkuri, ishte disi e ndryshme nga ajo e parashikuar nga mekanika Njutoniane. Në mënyrë të veçantë, rezultoi se periheli - pika e orbitës eliptike të planetit më afër Diellit - rrotullohet me një shpejtësi këndore prej 43 sekondash hark në shekull, ndryshe nga ajo që do të pritej kur merren parasysh të gjitha shqetësimet e njohura nga planetët e tjerë dhe satelitët e tyre. Edhe më herët, Le Verrier dhe Adams hasën në një situatë thelbësisht të ngjashme kur analizuan lëvizjen e Uranit, planetit më të largët nga Dielli i njohur në atë kohë. Dhe ata gjetën një shpjegim për mospërputhjen midis llogaritjeve dhe vëzhgimeve, duke sugjeruar se lëvizja e Uranit ndikohet nga një planet edhe më i largët, i quajtur Neptuni. Në 1846, Neptuni u zbulua në të vërtetë në vendndodhjen e tij të parashikuar, dhe kjo ngjarje konsiderohet me të drejtë një triumf i mekanikës Njutoniane. Në mënyrë krejt të natyrshme, Le Verrier u përpoq të shpjegonte anomalinë e përmendur në lëvizjen e Mërkurit me ekzistencën e një planeti ende të panjohur - në këtë rast, një planet të caktuar Vulcan, duke lëvizur edhe më afër Diellit. Por herën e dytë "mashtrimi dështoi" - nuk ekziston asnjë Vulcan. Pastaj ata filluan të përpiqen të ndryshojnë ligjin e Njutonit të gravitetit universal, sipas të cilit forca gravitacionale, kur zbatohet në sistemin e planetit Diell, ndryshon sipas ligjit.

ku ε është një vlerë e vogël. Nga rruga, një teknikë e ngjashme përdoret (megjithëse pa sukses) në ditët tona për të shpjeguar disa pyetje të paqarta të astronomisë (po flasim për problemin e masës së fshehur; shih, për shembull, librin e autorit "Mbi fizikën dhe astrofizikën" të cituar më poshtë, f. 148). Por në mënyrë që një hipotezë të zhvillohet në një teori, është e nevojshme të vazhdohet nga disa parime, të tregohet vlera e parametrit ε dhe të ndërtohet një skemë teorike konsistente. Askush nuk pati sukses dhe çështja e rrotullimit të perihelionit të Mërkurit mbeti e hapur deri në vitin 1915. Pikërisht atëherë, në mes të Luftës së Parë Botërore, kur kaq pak ishin të interesuar për problemet abstrakte të fizikës dhe astronomisë, Ajnshtajni përfundoi (pas rreth 8 vitesh përpjekje intensive) krijimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit. Kjo fazë e fundit në ndërtimin e themelit të GTR u mbulua në tre artikuj të shkurtër të raportuar dhe shkruar në nëntor 1915. Në të dytën prej tyre, të raportuar më 11 nëntor, Ajnshtajni, në bazë të relativitetit të përgjithshëm, llogariti rrotullimin shtesë të perihelionit të Mërkurit në krahasim me atë Njutonian, i cili doli të ishte i barabartë (në radianë për rrotullim të planetit rreth dielli)

Dhe c= 3·10 10 cm s –1 – shpejtësia e dritës. Kur kaluam në shprehjen e fundit (1), u përdor ligji i tretë i Keplerit

Ku T- periudha e revolucionit të planetit. Nëse zëvendësojmë vlerat më të njohura aktualisht të të gjitha sasive në formulën (1), dhe gjithashtu bëjmë një konvertim elementar nga radianët për rrotullim në rrotullim në sekonda hark (shenjë ″) në shekull, atëherë arrijmë në vlerën Ψ = 42 ″.98 / shek. Vëzhgimet pajtohen me këtë rezultat me saktësinë e arritur aktualisht prej rreth ± 0.1 / shekull (Ajnshtajni në veprën e tij të parë përdori të dhëna më pak të sakta, por brenda kufijve të gabimit ai mori një marrëveshje të plotë midis teorisë dhe vëzhgimeve). Formula (1) është dhënë më sipër, së pari, për të bërë të qartë thjeshtësinë e saj, e cila aq shpesh mungon në teoritë fizike komplekse matematikisht, duke përfshirë në shumë raste në Relativitetin e Përgjithshëm. Së dyti, dhe kjo është gjëja kryesore, është e qartë nga (1) se rrotullimi i perihelionit vjen nga relativiteti i përgjithshëm pa pasur nevojë të përfshijë ndonjë konstante ose parametra të panjohur të ri. Prandaj, rezultati i marrë nga Ajnshtajni u bë një triumf i vërtetë i relativitetit të përgjithshëm.

Në biografinë më të mirë të Ajnshtajnit që njoh, shprehet dhe justifikohet mendimi se shpjegimi i rrotullimit të perihelionit të Mërkurit ishte "ngjarja emocionale më e fuqishme në të gjithë jetën shkencore të Ajnshtajnit dhe ndoshta në të gjithë jetën e tij". Po, kjo ishte ora më e mirë e Ajnshtajnit. Por vetëm për vete. Për një sërë arsyesh (mjafton të përmendim luftën) për vetë GR, që si kjo teori ashtu edhe krijuesi i saj të hyjnë në skenën botërore, "ora më e mirë" ishte një ngjarje tjetër që ndodhi 4 vjet më vonë - në 1919. Fakti është se në të njëjtën punë në të cilën u përftua formula (1), Ajnshtajni bëri një parashikim të rëndësishëm: rrezet e dritës që kalojnë pranë Diellit duhet të përkulen dhe devijimi i tyre duhet të jetë

Ku rështë distanca më e afërt ndërmjet rrezes dhe qendrës së Diellit, dhe r☼ = 6,96·10 10 cm – rrezja e Diellit (më saktë, rrezja e fotosferës diellore); pra devijimi maksimal që mund të vërehet është 1,75 sekonda harkore. Pavarësisht se sa i vogël është një kënd i tillë (përafërsisht në këtë kënd një i rritur është i dukshëm nga një distancë prej 200 km), ai tashmë mund të matej në atë kohë me metodën optike duke fotografuar yjet në qiell në afërsi të Diellit. Ishin këto vëzhgime që u bënë nga dy ekspedita angleze gjatë eklipsit total diellor të 29 majit 1919. Efekti i devijimit të rrezeve në fushën e Diellit u vërtetua me siguri dhe është në përputhje me formulën (2), megjithëse saktësia e matjeve për shkak të vogëlësisë së efektit ishte e ulët. Megjithatë, u përjashtua një devijim sa gjysma e asaj (2), d.m.th., 0″.87. Kjo e fundit është shumë e rëndësishme, sepse devijimi është 0″.87 (me r = r☼) tashmë mund të merret nga teoria e Njutonit (vetë mundësia e devijimit të dritës në një fushë gravitacionale është vërejtur nga Njutoni, dhe shprehja për këndin e devijimit, gjysma e asaj sipas formulës (2), është marrë në 1801; një gjë tjetër është se ky parashikim ishte harruar dhe Ajnshtajni nuk dinte për të). Më 6 nëntor 1919, rezultatet e ekspeditave u raportuan në Londër në një takim të përbashkët të Shoqërisë Mbretërore dhe Shoqërisë Mbretërore Astronomike. Çfarë përshtypjeje ata lanë është e qartë nga ajo që tha kryetari, J. J. Thomson, në këtë takim: “Ky është rezultati më i rëndësishëm i marrë në lidhje me teorinë e gravitetit që nga Njutoni... Ai përfaqëson një nga arritjet më të mëdha të mendimit njerëzor. .

Efektet e relativitetit të përgjithshëm në sistemin diellor, siç e kemi parë, janë shumë të vogla. Kjo shpjegohet me faktin se fusha gravitacionale e Diellit (për të mos përmendur planetët) është e dobët. Kjo e fundit do të thotë se potenciali gravitacional Njutonian i Diellit

Le të kujtojmë tani rezultatin e njohur nga kursi i fizikës shkollore: për orbitat rrethore të planetëve |φ ☼ | = v 2, ku v është shpejtësia e planetit. Prandaj, dobësia e fushës gravitacionale mund të karakterizohet nga një parametër më vizual v 2 / c 2, që për sistemin diellor, siç e pamë, nuk e kalon vlerën 2.12·10 – 6. Në orbitën e Tokës v = 3 10 6 cm s – 1 dhe v 2 / c 2 = 10 – 8, për satelitët e afërt të Tokës v ~ 8 10 5 cm s – 1 dhe v 2 / c 2 ~ 7 · 10 - 10 . Rrjedhimisht, testimi i efekteve të përmendura të relativitetit të përgjithshëm edhe me saktësinë e arritur aktualisht prej 0,1%, pra me një gabim që nuk kalon 10 – 3 të vlerës së matur (të themi, devijimi i rrezeve të dritës në fushën e Diellit), nuk na lejon ende të testojmë në mënyrë gjithëpërfshirëse relativitetin e përgjithshëm me një saktësi të kushteve të rendit

Ne vetëm mund të ëndërrojmë të matim, të themi, devijimin e rrezeve brenda Sistemit Diellor me saktësinë e kërkuar. Megjithatë, projektet për eksperimente përkatëse tashmë janë duke u diskutuar. Në lidhje me sa më sipër, fizikanët thonë se relativiteti i përgjithshëm është testuar kryesisht vetëm për një fushë të dobët gravitacionale. Por ne (unë, në çdo rast) disi as që vumë re një rrethanë të rëndësishme për një kohë mjaft të gjatë. Pikërisht pas lëshimit të satelitit të parë të Tokës më 4 tetor 1957, lundrimi në hapësirë ​​filloi të zhvillohej me shpejtësi. Për instrumentet e uljes në Mars dhe Venus, kur fluturoni pranë Phobos, etj., nevojiten llogaritjet me saktësi deri në metra (në distanca nga Toka të rendit prej njëqind miliardë metrash), kur efektet e relativitetit të përgjithshëm janë mjaft domethënëse. Prandaj, llogaritjet kryhen tani në bazë të skemave llogaritëse që marrin parasysh organikisht relativitetin e përgjithshëm. Mbaj mend se si disa vjet më parë një folës - një specialist në lundrimin në hapësirë ​​- nuk i kuptoi as pyetjet e mia në lidhje me saktësinë e testit të relativitetit të përgjithshëm. Ai u përgjigj: ne marrim parasysh relativitetin e përgjithshëm në llogaritjet tona inxhinierike, nuk mund të punojmë ndryshe, gjithçka rezulton si duhet, çfarë mund të dëshironi më shumë? Sigurisht, ju mund të dëshironi shumë, por nuk duhet të harroni se GTR nuk është më një teori abstrakte, por përdoret në "llogaritjet inxhinierike".

4. Në dritën e të gjitha sa më sipër, kritika e A. A. Logunov ndaj GTR duket veçanërisht befasuese. Por në përputhje me atë që u tha në fillim të këtij shkrimi, është e pamundur të hidhet poshtë kjo kritikë pa analizë. Në një masë edhe më të madhe, është e pamundur pa një analizë të hollësishme të bëhet një gjykim në lidhje me RTG-në e propozuar nga A. A. Logunov - teoria relativiste e gravitetit.

Fatkeqësisht, është plotësisht e pamundur të kryhet një analizë e tillë në faqet e botimeve të shkencës popullore. Në artikullin e tij, A. A. Logunov, në fakt, vetëm deklaron dhe komenton pozicionin e tij. As këtu nuk mund të bëj asgjë tjetër.

Pra, ne besojmë se GTR është një teori fizike konsistente - për të gjitha pyetjet e parashtruara saktë dhe qartë që janë të lejueshme në fushën e zbatueshmërisë së tij, GTR jep një përgjigje të paqartë (kjo e fundit vlen, në veçanti, për kohën e vonesës së sinjaleve kur lokalizohen planetët). Nuk vuan nga relativiteti i përgjithshëm ose ndonjë defekt i natyrës matematikore ose logjike. Sidoqoftë, është e nevojshme të sqarohet se çfarë nënkuptohet më lart kur përdoret përemri "ne". "Ne" jam, natyrisht, unë, por edhe të gjithë ata fizikantë sovjetikë dhe të huaj me të cilët më duhej të diskutoja mbi relativitetin e përgjithshëm, dhe në disa raste, kritikën e tij nga A. A. Logunov. I madhi Galileo ka thënë katër shekuj më parë: në çështjet e shkencës, mendimi i njërit është më i vlefshëm se mendimi i një mijë. Me fjalë të tjera, mosmarrëveshjet shkencore nuk vendosen me shumicë votash. Por, nga ana tjetër, është fare e qartë se mendimi i shumë fizikantëve, në përgjithësi, është shumë më bindës, ose, më mirë thënë, më i besueshëm dhe me peshë, sesa mendimi i një fizikani. Prandaj, kalimi nga "unë" në "ne" është i rëndësishëm këtu.

Do të jetë e dobishme dhe e përshtatshme, shpresoj, të bëj disa komente të tjera.

Pse A. A. Logunov nuk i pëlqen aq shumë GTR? Arsyeja kryesore është se në relativitetin e përgjithshëm nuk ka asnjë koncept të energjisë dhe momentit në formën e njohur për ne nga elektrodinamika dhe, sipas fjalëve të tij, ekziston një refuzim "për të përfaqësuar fushën gravitacionale si një fushë klasike të tipit Faraday-Maxwell. , e cila ka një densitet energji-moment të mirëpërcaktuar”. Po, kjo e fundit është e vërtetë në një farë kuptimi, por shpjegohet me faktin se “në gjeometrinë Riemanniane, në rastin e përgjithshëm, nuk ka simetri të nevojshme në lidhje me zhvendosjet dhe rrotullimet, domethënë nuk ka një grup... e lëvizjes së hapësirë-kohës.” Gjeometria e hapësirë-kohës sipas relativitetit të përgjithshëm është gjeometria Riemanniane. Kjo është arsyeja pse, veçanërisht, rrezet e dritës devijojnë nga një vijë e drejtë kur kalojnë pranë Diellit.

Një nga arritjet më të mëdha të matematikës të shekullit të kaluar ishte krijimi dhe zhvillimi i gjeometrisë jo-Euklidiane nga Lobachevsky, Bolyai, Gauss, Riemann dhe pasuesit e tyre. Atëherë lindi pyetja: cila është në të vërtetë gjeometria e hapësirës-kohës fizike në të cilën jetojmë? Siç u tha, sipas GTR, kjo gjeometri është jo-Euklidiane, Riemanniane dhe jo gjeometria pseudo-Euklidiane e Minkowskit (kjo gjeometri përshkruhet më në detaje në artikullin e A. A. Logunov). Kjo gjeometri Minkowski ishte, mund të thuhet, një produkt i teorisë speciale të relativitetit (STR) dhe zëvendësoi kohën dhe hapësirën absolute të Njutonit. Menjëherë para krijimit të SRT në 1905, ata u përpoqën ta identifikonin këtë të fundit me eterin e palëvizshëm të Lorencit. Por eteri Lorentz, si një medium mekanik absolutisht i palëvizshëm, u braktis sepse të gjitha përpjekjet për të vënë re praninë e këtij mediumi ishin të pasuksesshme (dua të them eksperimentin e Michelson dhe disa eksperimente të tjera). Hipoteza se hapësirë-koha fizike është domosdoshmërisht pikërisht hapësira Minkowski, të cilën A. A. Logunov e pranon si themelore, është shumë e gjerë. Është në një farë kuptimi i ngjashëm me hipotezat për hapësirën absolute dhe eterin mekanik dhe, siç na duket, mbetet dhe do të mbetet plotësisht i pabazuar derisa të tregohet në favor të tij ndonjë argument i bazuar në vëzhgime dhe eksperimente. Dhe argumente të tilla, të paktën aktualisht, mungojnë plotësisht. Referencat për analogjinë me elektrodinamikën dhe idealet e fizikantëve të shquar të shekullit të kaluar, Faraday dhe Maxwell, nuk janë bindëse në këtë drejtim.

5. Nëse flasim për dallimin ndërmjet fushës elektromagnetike dhe, rrjedhimisht, elektrodinamikës dhe fushës gravitacionale (GR është pikërisht teoria e një fushe të tillë), atëherë duhet theksuar sa vijon. Duke zgjedhur një sistem referimi, është e pamundur të shkatërrohet (zvogëlohet në zero) edhe në nivel lokal (në një zonë të vogël) e gjithë fusha elektromagnetike. Prandaj, nëse dendësia e energjisë e fushës elektromagnetike

(E Dhe H– forca e fushave elektrike dhe magnetike, përkatësisht) është e ndryshme nga zero në ndonjë sistem referimi, atëherë do të jetë ndryshe nga zero në çdo sistem tjetër referimi. Fusha gravitacionale, përafërsisht, varet shumë më fort nga zgjedhja e sistemit të referencës. Kështu, një fushë gravitacionale uniforme dhe konstante (d.m.th., një fushë gravitacionale që shkakton nxitim g grimcat e vendosura në të, pavarësisht nga koordinatat dhe koha) mund të "shkatërrohen" plotësisht (reduktohen në zero) duke kaluar në një kornizë referimi të përshpejtuar në mënyrë uniforme. Kjo rrethanë, e cila përbën përmbajtjen kryesore fizike të "parimit të ekuivalencës", u vërejt për herë të parë nga Ajnshtajni në një artikull të botuar në 1907 dhe ishte e para në rrugën drejt krijimit të Relativitetit të Përgjithshëm.

Nëse nuk ka fushë gravitacionale (në veçanti, nxitimi që shkakton gështë e barabartë me zero), atëherë dendësia e energjisë që i përgjigjet është gjithashtu e barabartë me zero. Nga këtu është e qartë se në çështjen e densitetit të energjisë (dhe momentit), teoria e fushës gravitacionale duhet të ndryshojë rrënjësisht nga teoria e fushës elektromagnetike. Kjo deklaratë nuk ndryshon për faktin se në rastin e përgjithshëm fusha gravitacionale nuk mund të "shkatërrohet" nga zgjedhja e kornizës së referencës.

Ajnshtajni e kuptoi këtë edhe para vitit 1915, kur ai përfundoi krijimin e Relativitetit të Përgjithshëm. Kështu, në vitin 1911 ai shkroi: "Sigurisht, është e pamundur të zëvendësohet çdo fushë gravitacionale me gjendjen e lëvizjes së një sistemi pa një fushë gravitacionale, ashtu siç është e pamundur të transformohen të gjitha pikat e një mediumi që lëviz në mënyrë arbitrare për të pushuar përmes një transformimi relativist.” Dhe këtu është një fragment nga një artikull i vitit 1914: “Së pari, le të bëjmë edhe një vërejtje për të eliminuar keqkuptimin që lind. Një mbështetës i teorisë së zakonshme moderne të relativitetit (po flasim për SRT - V.L.G.) me një të drejtë të caktuar e quan shpejtësinë e një pike materiale "të dukshme". Domethënë, ai mund të zgjedhë një sistem referimi në mënyrë që pika materiale në momentin në shqyrtim të ketë një shpejtësi të barabartë me zero. Nëse ekziston një sistem pikash materiale që kanë shpejtësi të ndryshme, atëherë ai nuk mund të prezantojë më një sistem të tillë referimi në mënyrë që shpejtësitë e të gjitha pikave materiale në lidhje me këtë sistem të bëhen zero. Në mënyrë të ngjashme, një fizikant që merr këndvështrimin tonë mund ta quajë fushën gravitacionale "të dukshme", pasi me zgjedhjen e duhur të nxitimit të kornizës së referencës ai mund të arrijë që në një pikë të caktuar në hapësirë-kohë fusha gravitacionale të bëhet zero. Megjithatë, vlen të përmendet se zhdukja e fushës gravitacionale përmes një transformimi në rastin e përgjithshëm nuk mund të arrihet për fushat e zgjeruara gravitacionale. Për shembull, fusha gravitacionale e Tokës nuk mund të bëhet e barabartë me zero duke zgjedhur një kornizë të përshtatshme referimi." Së fundi, tashmë në vitin 1916, duke iu përgjigjur kritikave të relativitetit të përgjithshëm, Ajnshtajni theksoi edhe një herë të njëjtën gjë: "Nuk është në asnjë mënyrë e mundur të pohohet se fusha gravitacionale shpjegohet në asnjë masë thjesht kinematikisht: "një kuptim kinematik, jodinamik. e gravitetit” është e pamundur. Ne nuk mund të marrim asnjë fushë gravitacionale thjesht duke përshpejtuar një sistem koordinativ të Galilesë në raport me një tjetër, pasi në këtë mënyrë është e mundur të përftohen vetëm fusha të një strukture të caktuar, të cilat, megjithatë, duhet t'u binden të njëjtave ligje si të gjitha fushat e tjera gravitacionale. Ky është një formulim tjetër i parimit të ekuivalencës (veçanërisht për zbatimin e këtij parimi në gravitetin).

Pamundësia e një "kuptimi kinematik" të gravitetit, e kombinuar me parimin e ekuivalencës, përcakton kalimin në relativitetin e përgjithshëm nga gjeometria pseudo-Euklidiane e Minkowskit në gjeometrinë Riemanniane (në këtë gjeometri, hapësirë-koha ka, në përgjithësi, një jo -Prania e një lakimi zero është ajo që e dallon fushën gravitacionale "të vërtetë" nga "kinematike"). Karakteristikat fizike të fushës gravitacionale përcaktojnë, le ta përsërisim këtë, një ndryshim rrënjësor në rolin e energjisë dhe momentit në relativitetin e përgjithshëm në krahasim me elektrodinamikën. Në të njëjtën kohë, si përdorimi i gjeometrisë Riemanniane ashtu edhe pamundësia për të aplikuar konceptet e energjisë të njohura nga elektrodinamika nuk parandalojnë, siç u theksua tashmë më lart, faktin që nga GTR rrjedh dhe mund të llogariten vlera mjaft të paqarta për të gjitha sasitë e vëzhgueshme. (këndi i devijimit të rrezeve të dritës, ndryshimet në elementet orbitale për planetët dhe pulsarët e dyfishtë, etj., etj.).

Ndoshta do të ishte e dobishme të theksohet fakti që relativiteti i përgjithshëm mund të formulohet gjithashtu në formën e njohur nga elektrodinamika duke përdorur konceptin e densitetit energji-moment (për këtë shih artikullin e cituar nga Ya. B. Zeldovich dhe L. P. Grishchuk. Megjithatë, çfarë është paraqitur në Në këtë rast, hapësira Minkowski është thjesht fiktive (e pavëzhgueshme), dhe ne po flasim vetëm për të njëjtin relativitet të përgjithshëm, të shkruar në një formë jo standarde Ndërkohë, le ta përsërisim këtë, A. A. Logunov e konsideron hapësirën Minkowski ai përdor në teorinë relativiste të gravitetit (RTG) për të qenë hapësirë ​​reale fizike, dhe për këtë arsye e vëzhgueshme.

6. Në këtë drejtim, e dyta nga pyetjet që shfaqen në titullin e këtij artikulli është veçanërisht e rëndësishme: a korrespondon GTR me realitetin fizik? Me fjalë të tjera, çfarë thotë përvoja - gjykatësi suprem në vendosjen e fatit të çdo teorie fizike? Artikuj dhe libra të shumtë i kushtohen këtij problemi - verifikimit eksperimental të relativitetit të përgjithshëm. Përfundimi është mjaft i përcaktuar - të gjitha të dhënat e disponueshme eksperimentale ose vëzhguese ose konfirmojnë relativitetin e përgjithshëm ose nuk e kundërshtojnë atë. Megjithatë, siç kemi treguar tashmë, verifikimi i relativitetit të përgjithshëm është kryer dhe ndodh kryesisht vetëm në një fushë të dobët gravitacionale. Për më tepër, çdo eksperiment ka saktësi të kufizuar. Në fushat e forta gravitacionale (përafërsisht, në rastin kur raporti |φ| / c 2 nuk mjafton; shih më lart) Relativiteti i Përgjithshëm ende nuk është verifikuar mjaftueshëm. Për këtë qëllim, tani është e mundur që praktikisht të përdoren vetëm metoda astronomike që lidhen me hapësirën shumë të largët: studimi i yjeve neutron, pulsarëve të dyfishtë, "vrimave të zeza", zgjerimit dhe strukturës së Universit, siç thonë ata, "në hapësirën e madhe. ” - në hapësira të mëdha të matura në miliona e miliarda vite dritë. Shumë është bërë dhe po bëhet tashmë në këtë drejtim. Mjafton të përmendim studimet e pulsarit të dyfishtë PSR 1913+16, për të cilin (si në përgjithësi për yjet neutronike) parametri |φ| / c 2 është tashmë rreth 0.1. Përveç kësaj, në këtë rast ishte e mundur të identifikohej efekti i rendit (v / c) 5 lidhur me emetimin e valëve gravitacionale. Në dekadat e ardhshme, do të hapen edhe më shumë mundësi për studimin e proceseve në fusha të forta gravitacionale.

Ylli udhëzues në këtë hulumtim të lë pa frymë është kryesisht relativiteti i përgjithshëm. Në të njëjtën kohë, natyrisht, diskutohen edhe disa mundësi të tjera - të tjera, siç thonë ndonjëherë, teori alternative të gravitetit. Për shembull, në relativitetin e përgjithshëm, si në teorinë e Njutonit të gravitetit universal, konstanta gravitacionale G konsiderohet me të vërtetë një konstante. Një nga teoritë më të famshme të gravitetit, gjeneralizimi (ose, më saktë, zgjerimi) i Relativitetit të Përgjithshëm, është një teori në të cilën "konstantja" gravitacionale konsiderohet një funksion i ri skalar - një sasi në varësi të koordinatave dhe kohës. Vëzhgimet dhe matjet tregojnë, megjithatë, se ndryshimet e mundshme relative G me kalimin e kohës, shumë i vogël - me sa duket arrin në jo më shumë se njëqind miliardë në vit, domethënë | dG / dt| / G < 10 – 11 год – 1 . Но когда-то в прошлом изменения G mund të luajë një rol. Vini re se edhe pavarësisht nga çështja e mospërputhjes G supozimi i ekzistencës në hapësirë-kohë reale, përveç fushës gravitacionale g ik, gjithashtu një fushë skalare ψ është drejtimi kryesor në fizikën dhe kozmologjinë moderne. Në teoritë e tjera alternative të gravitetit (rreth tyre, shih librin e K. Will të përmendur më lart në shënimin 8), GTR ndryshohet ose përgjithësohet në një mënyrë tjetër. Natyrisht, nuk mund të kundërshtohet analiza përkatëse, sepse GTR nuk është një dogmë, por një teori fizike. Për më tepër, ne e dimë se Relativiteti i Përgjithshëm, i cili është një teori jo-kuantike, padyshim duhet të përgjithësohet në rajonin kuantik, i cili nuk është ende i arritshëm për eksperimentet e njohura gravitacionale. Natyrisht, këtu nuk mund të na thoni më shumë për të gjitha këto.

7. A. A. Logunov, duke u nisur nga kritika ndaj GTR, ka ndërtuar një teori alternative të gravitetit për më shumë se 10 vjet, të ndryshme nga GTR. Në të njëjtën kohë, ka ndryshuar shumë gjatë rrjedhës së punës, dhe versioni i pranuar tashmë i teorisë (kjo është RTG) është paraqitur në detaje në një artikull që zë rreth 150 faqe dhe përmban vetëm rreth 700 formula të numëruara. Natyrisht, një analizë e detajuar e RTG është e mundur vetëm në faqet e revistave shkencore. Vetëm pas një analize të tillë do të jetë e mundur të thuhet nëse RTG është konsistente, nëse nuk përmban kontradikta matematikore, etj. Me sa kam mundur të kuptoj, RTG ndryshon nga GTR në zgjedhjen e vetëm një pjese të zgjidhjeve të GTR - të gjitha zgjidhjet e ekuacioneve diferenciale RTG plotësojnë ekuacionet e GTR, por si thonë autorët e RTG, jo anasjelltas. Në të njëjtën kohë, konkludohet se në lidhje me çështjet globale (zgjidhjet për të gjithë hapësirën-kohën ose rajonet e saj të mëdha, topologjia, etj.), dallimet midis RTG dhe GTR janë, në përgjithësi, radikale. Sa për të gjitha eksperimentet dhe vëzhgimet e kryera brenda Sistemit Diellor, me sa kuptoj unë, RTG nuk mund të bie ndesh me Relativitetin e Përgjithshëm. Nëse është kështu, atëherë është e pamundur të preferohet RTG (krahasuar me GTR) në bazë të eksperimenteve të njohura në Sistemin Diellor. Sa i përket “vrimave të zeza” dhe Universit, autorët e RTG pohojnë se përfundimet e tyre janë dukshëm të ndryshme nga përfundimet e Relativitetit të Përgjithshëm, por ne nuk jemi në dijeni të ndonjë të dhënë specifike vëzhgimi që dëshmon në favor të RTG. Në një situatë të tillë, RTG nga A. A. Logunov (nëse RTG ndryshon vërtet nga GTR në thelb, dhe jo vetëm në mënyrën e paraqitjes dhe zgjedhjes së njërës prej klasave të mundshme të kushteve të koordinatave; shih artikullin e Ya. B. Zeldovich dhe L. P. Grishchuk) mund të konsiderohet vetëm si një nga teoritë e pranueshme, në parim, alternative të gravitetit.

Disa lexues mund të jenë të kujdesshëm ndaj klauzolave ​​të tilla si: "nëse është kështu", "nëse RTG ndryshon vërtet nga GTR". A po përpiqem të mbrohem nga gabimet në këtë mënyrë? Jo, nuk kam frikë të bëj një gabim thjesht për shkak të bindjes se ka vetëm një garanci të pagabueshmërisë - të mos punosh fare, dhe në këtë rast të mos diskutosh çështje shkencore. Një gjë tjetër është se respekti për shkencën, njohja me karakterin dhe historinë e saj inkurajojnë kujdes. Deklaratat kategorike jo gjithmonë tregojnë praninë e qartësisë së vërtetë dhe, në përgjithësi, nuk kontribuojnë në vërtetimin e së vërtetës. RTG e A. A. Logunov në formën e tij moderne u formulua mjaft kohët e fundit dhe ende nuk është diskutuar në detaje në literaturën shkencore. Prandaj, natyrisht, nuk kam një mendim përfundimtar për të. Përveç kësaj, është e pamundur, madje edhe e papërshtatshme, të diskutohen një sërë çështjesh në zhvillim në një revistë shkencore popullore. Në të njëjtën kohë, natyrisht, për shkak të interesit të madh të lexuesve për teorinë e gravitetit, mbulimi në një nivel të arritshëm i kësaj varg çështjesh, përfshirë ato të diskutueshme, në faqet e Shkencës dhe Jetës duket i justifikuar.

Pra, e udhëhequr nga "parimi i urtë i kombit më të favorizuar", RTG tani duhet të konsiderohet një teori alternative e gravitetit që ka nevojë për analizë dhe diskutim të duhur. Për ata që e pëlqejnë këtë teori (RTG), të cilët janë të interesuar për të, askush nuk shqetësohet (dhe, natyrisht, nuk duhet të ndërhyjë) në zhvillimin e saj, duke sugjeruar mënyra të mundshme të verifikimit eksperimental.

Në të njëjtën kohë, nuk ka asnjë arsye për të thënë se GTR aktualisht është në ndonjë mënyrë të tronditur. Për më tepër, diapazoni i zbatueshmërisë së relativitetit të përgjithshëm duket të jetë shumë i gjerë dhe saktësia e tij është shumë e lartë. Ky, për mendimin tonë, është një vlerësim objektiv i gjendjes aktuale të punëve. Nëse flasim për shijet dhe qëndrimet intuitive, dhe shijet dhe intuita luajnë një rol të rëndësishëm në shkencë, megjithëse ato nuk mund të paraqiten si provë, atëherë këtu do të duhet të kalojmë nga "ne" në "unë". Pra, sa më shumë që kam pasur dhe ende duhet të merrem me teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe kritikën e saj, aq më forcohet përshtypja ime për thellësinë dhe bukurinë e saj të jashtëzakonshme.

Në të vërtetë, siç tregohet në gjurmë, tirazhi i revistës "Shkenca dhe jeta" nr. 4, 1987 ishte 3 milion e 475 mijë kopje. Vitet e fundit, tirazhi ishte vetëm disa dhjetëra mijëra kopje, duke kaluar 40 mijë vetëm në 2002. (shënim – A. M. Krainev).

Meqë ra fjala, viti 1987 shënon 300 vjetorin e botimit të parë të librit të madh të Njutonit "Parimet Matematikore të Filozofisë Natyrore". Njohja me historikun e krijimit të kësaj vepre, për të mos përmendur vetë veprën, është shumë mësimore. Megjithatë, e njëjta gjë vlen për të gjitha aktivitetet e Njutonit, me të cilat nuk janë aq të lehta për t'u njohur nga jo-specialistët. Për këtë mund të rekomandoj librin shumë të mirë të S.I. Vavilov “Isaac Newton” të ribotohet. Më lejoni të përmend edhe artikullin tim të shkruar me rastin e përvjetorit të Njutonit, botuar në revistën “Uspekhi Fizicheskikh Nauk”, v. 151, nr. 1, 1987, f. 119.

Madhësia e kthesës jepet sipas matjeve moderne (Le Verrier kishte një kthesë prej 38 sekondash). Le të kujtojmë për qartësi se Dielli dhe Hëna janë të dukshme nga Toka në një kënd prej rreth 0,5 gradë hark - 1800 sekonda hark.

A. Miqtë "Delikate është Zoti..." Shkenca dhe jeta e Albert Ajnshtajnit. Universiteti i Oksfordit. Press, 1982. Do të ishte e këshillueshme që të botohej një përkthim rusisht i këtij libri.

Kjo e fundit është e mundur gjatë eklipseve totale diellore; Duke fotografuar të njëjtën pjesë të qiellit, le të themi, gjashtë muaj më vonë, kur Dielli ka lëvizur në sferën qiellore, marrim për krahasim një pamje që nuk është e shtrembëruar si rezultat i devijimit të rrezeve nën ndikimin e fushës gravitacionale. të Diellit.

Për detaje, më duhet t'i referohem artikullit të Ya B. Zeldovich dhe L. P. Grishchuk, të botuar së fundmi në Uspekhi Fizicheskikh Nauk (vëll. 149, f. 695, 1986), si dhe literaturës së cituar atje, veçanërisht në artikull nga L. D. Faddeev (“Avances in Physical Sciences”, vëll. 136, f. 435, 1982).

Shih shënimin 5.

Shih K. Will. "Teoria dhe eksperimenti në fizikën gravitacionale." M., Energoiedat, 1985; shih gjithashtu V. L. Ginzburg. Rreth fizikës dhe astrofizikës. M., Nauka, 1985, dhe literatura e treguar aty.

A. A. Logunov dhe M. A. Mestvirishvili. "Bazat e teorisë relativiste të gravitetit." Revista "Fizika e grimcave elementare dhe bërthama atomike", vëll 17, numri 1, 1986.

Në veprat e A. A. Logunov ka deklarata të tjera dhe konkretisht besohet se për kohën e vonesës së sinjalit kur gjendet, të themi, Mërkuri nga Toka, një vlerë e marrë nga RTG është e ndryshme nga sa vijon nga GTR. Më saktësisht, argumentohet se Relativiteti i Përgjithshëm nuk jep aspak një parashikim të qartë të kohëve të vonesës së sinjalit, domethënë, Relativiteti i Përgjithshëm është i paqëndrueshëm (shih më lart). Sidoqoftë, një përfundim i tillë, siç na duket, është fryt i një keqkuptimi (kjo tregohet, për shembull, në artikullin e cituar nga Ya. B. Zeldovich dhe L. P. Grishchuk, shih shënimin 5): rezultate të ndryshme në relativitetin e përgjithshëm kur përdoren sisteme të ndryshme koordinative përftohen vetëm për shkak se , i cili krahason planetët e vendosur të vendosur në orbita të ndryshme, dhe për këtë arsye kanë periudha të ndryshme revolucioni rreth Diellit. Kohët e vonesës së sinjaleve të vëzhguara nga Toka kur vendoset një planet i caktuar, sipas relativitetit të përgjithshëm dhe RTG, përkojnë.

Shih shënimin 5.

Detaje për kuriozët

Devijimi i dritës dhe valëve të radios në fushën gravitacionale të Diellit. Zakonisht, një top statik sferik simetrik me rreze merret si një model i idealizuar i Diellit R☼ ~ 6,96·10 10 cm, masa diellore M☼ ~ 1,99·10 30 kg (332958 herë masa e Tokës). Devijimi i dritës është maksimal për rrezet që mezi prekin Diellin, domethënë kur R ~ R☼ , dhe e barabartë me: φ ≈ 1″.75 (sekonda harkore). Ky kënd është shumë i vogël - afërsisht në këtë kënd një i rritur është i dukshëm nga një distancë prej 200 km, dhe për këtë arsye saktësia e matjes së lakimit gravitacional të rrezeve ishte e ulët deri vonë. Matjet e fundit optike të marra gjatë eklipsit diellor të 30 qershorit 1973 kishin një gabim prej afërsisht 10%. Sot, falë ardhjes së interferometrave radio "me një bazë ultra të gjatë" (më shumë se 1000 km), saktësia e matjes së këndeve është rritur ndjeshëm. Interferometrat e radios bëjnë të mundur matjen e besueshme të distancave këndore dhe ndryshimet në kënde në rendin prej 10 – 4 sekonda harkore (~ 1 nanoradian).

Figura tregon devijimin e vetëm njërës prej rrezeve që vijnë nga një burim i largët. Në realitet, të dyja rrezet janë të përkulura.

POTENCIALI I GRAVITETIT

Në 1687, u shfaq vepra themelore e Njutonit "Parimet Matematikore të Filozofisë Natyrore" (shih "Shkenca dhe Jeta" Nr. 1, 1987), në të cilën u formulua ligji i gravitetit universal. Ky ligj thotë se forca e tërheqjes ndërmjet çdo dy grimcash materiale është drejtpërdrejt proporcionale me masat e tyre M Dhe m dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës r mes tyre:

Faktori i proporcionalitetit G filloi të quhet konstante gravitacionale, është e nevojshme të pajtohen dimensionet në anën e djathtë dhe të majtë të formulës së Njutonit. Vetë Njutoni e tregoi me saktësi shumë të lartë për kohën e tij G– sasia është konstante dhe, për rrjedhojë, ligji i gravitetit i zbuluar prej tij është universal.

Dy masa tërheqëse pikash M Dhe m shfaqen në mënyrë të barabartë në formulën e Njutonit. Me fjalë të tjera, mund të konsiderojmë se të dyja shërbejnë si burime të fushës gravitacionale. Megjithatë, në probleme specifike, veçanërisht në mekanikën qiellore, njëra nga dy masat është shpesh shumë e vogël në krahasim me tjetrën. Për shembull, masa e Tokës M 3 ≈ 6 · 10 24 kg është shumë më pak se masa e Diellit M☼ ≈ 2 · 10 30 kg ose, të themi, masa e satelitit m≈ 10 3 kg nuk mund të krahasohet me masën e Tokës dhe për këtë arsye praktikisht nuk ka asnjë efekt në lëvizjen e Tokës. Një masë e tillë, e cila në vetvete nuk shqetëson fushën gravitacionale, por shërben si sondë mbi të cilën vepron kjo fushë, quhet masë testuese. (Në të njëjtën mënyrë, në elektrodinamikë ekziston koncepti i një "ngarkese provë", domethënë ajo që ndihmon në zbulimin e një fushe elektromagnetike.) Meqenëse masa e provës (ose ngarkesa e provës) jep një kontribut të papërfillshëm në fushë, për një masë e tillë fusha bëhet "e jashtme" dhe mund të karakterizohet nga një sasi e quajtur tension. Në thelb, nxitimi për shkak të gravitetit gështë intensiteti i fushës gravitacionale të tokës. Ligji i dytë i mekanikës së Njutonit jep më pas ekuacionet e lëvizjes së masës testuese të pikës m. Për shembull, kështu zgjidhen problemet në balistikë dhe mekanikë qiellore. Vini re se për shumicën e këtyre problemeve, teoria e gravitetit të Njutonit edhe sot ka saktësi mjaft të mjaftueshme.

Tensioni, si forca, është një sasi vektoriale, domethënë, në hapësirën tredimensionale përcaktohet nga tre numra - komponentë përgjatë boshteve reciproke pingule karteziane. X, në, z. Kur ndryshoni sistemin e koordinatave - dhe operacione të tilla nuk janë të rralla në problemet fizike dhe astronomike - koordinatat karteziane të vektorit transformohen në një mënyrë, megjithëse jo komplekse, por shpesh të rëndë. Prandaj, në vend të forcës së fushës vektoriale, do të ishte e përshtatshme të përdorej sasia skalare përkatëse, nga e cila do të fitohej forca karakteristike e fushës - forca - duke përdorur një recetë të thjeshtë. Dhe një sasi e tillë skalare ekziston - quhet potencial, dhe kalimi në tension kryhet me diferencim të thjeshtë. Nga kjo rrjedh se potenciali gravitacional Njutonian i krijuar nga masa M, është e barabartë

pra barazia |φ| = v 2 .

Në matematikë, teoria e gravitetit të Njutonit nganjëherë quhet "teoria e potencialit". Në një kohë, teoria e potencialit Njutonian shërbeu si një model për teorinë e elektricitetit, dhe më pas idetë për fushën fizike, të formuara në elektrodinamikën e Maksuellit, nga ana tjetër, stimuluan shfaqjen e teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit. Kalimi nga teoria relativiste e gravitetit të Ajnshtajnit në rastin e veçantë të teorisë së gravitetit të Njutonit korrespondon saktësisht me rajonin e vlerave të vogla të parametrit pa dimension |φ| / c 2 .

Teoria e përgjithshme e relativitetit(GTR) është një teori gjeometrike e gravitetit të botuar nga Albert Einstein në 1915-1916. Në kuadrin e kësaj teorie, e cila është një zhvillim i mëtejshëm i teorisë speciale të relativitetit, supozohet se efektet gravitacionale nuk shkaktohen nga bashkëveprimi i forcës së trupave dhe fushave të vendosura në hapësirë-kohë, por nga deformimi i hapësirë-kohës. vetë, e cila shoqërohet, në veçanti, me praninë e energjisë në masë. Kështu, në relativitetin e përgjithshëm, si në teoritë e tjera metrike, graviteti nuk është një ndërveprim i forcës. Relativiteti i përgjithshëm ndryshon nga teoritë e tjera metrike të gravitetit duke përdorur ekuacionet e Ajnshtajnit për të lidhur lakimin e hapësirë-kohës me lëndën e pranishme në hapësirë.

Relativiteti i përgjithshëm është aktualisht teoria më e suksesshme gravitacionale, e mbështetur mirë nga vëzhgimet. Suksesi i parë i relativitetit të përgjithshëm ishte të shpjegonte precesionin anormal të perihelionit të Mërkurit. Më pas, në vitin 1919, Arthur Eddington raportoi vëzhgimin e dritës që përkulej pranë Diellit gjatë një eklipsi total, duke konfirmuar parashikimet e relativitetit të përgjithshëm.

Që atëherë, shumë vëzhgime dhe eksperimente të tjera kanë konfirmuar një numër të konsiderueshëm të parashikimeve të teorisë, duke përfshirë zgjerimin e kohës gravitacionale, zhvendosjen gravitacionale të kuqe, vonesën e sinjalit në fushën gravitacionale dhe, deri më tani vetëm në mënyrë indirekte, rrezatimin gravitacional. Për më tepër, vëzhgime të shumta interpretohen si konfirmim i një prej parashikimeve më misterioze dhe ekzotike të teorisë së përgjithshme të relativitetit - ekzistenca e vrimave të zeza.

Megjithë suksesin mahnitës të teorisë së përgjithshme të relativitetit, ekziston një shqetësim në komunitetin shkencor për faktin se ajo nuk mund të riformulohet si kufiri klasik i teorisë kuantike për shkak të shfaqjes së divergjencave të pazgjidhshme matematikore kur merren parasysh vrimat e zeza dhe hapësirë-koha. singularitetet në përgjithësi. Një sërë teorish alternative janë propozuar për të zgjidhur këtë problem. Të dhënat eksperimentale moderne tregojnë se çdo lloj devijimi nga relativiteti i përgjithshëm duhet të jetë shumë i vogël, nëse ekziston fare.

Parimet themelore të relativitetit të përgjithshëm

Teoria e gravitetit të Njutonit bazohet në konceptin e gravitetit, i cili është një forcë me rreze të gjatë: ajo vepron menjëherë në çdo distancë. Kjo natyrë e menjëhershme e veprimit është e papajtueshme me paradigmën e fushës së fizikës moderne dhe, në veçanti, me teorinë speciale të relativitetit, e krijuar në vitin 1905 nga Ajnshtajni, frymëzuar nga vepra e Poincaré dhe Lorentz. Në teorinë e Ajnshtajnit, asnjë informacion nuk mund të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës në vakum.

Matematikisht, forca gravitacionale e Njutonit rrjedh nga energjia potenciale e një trupi në një fushë gravitacionale. Potenciali gravitacional që korrespondon me këtë energji potenciale i bindet ekuacionit Poisson, i cili nuk është i pandryshueshëm në transformimet e Lorencit. Arsyeja për mosndryshueshmërinë është se energjia në teorinë speciale të relativitetit nuk është një sasi skalare, por shkon në komponentin kohor të 4-vektorit. Teoria vektoriale e gravitetit rezulton të jetë e ngjashme me teorinë e Maxwell-it të fushës elektromagnetike dhe çon në energji negative të valëve gravitacionale, e cila lidhet me natyrën e ndërveprimit: si ngarkesat (masa) në gravitet tërheqin dhe nuk zmbrapsen, si në elektromagnetizëm. Kështu, teoria e gravitetit të Njutonit është e papajtueshme me parimin themelor të teorisë speciale të relativitetit - pandryshueshmëria e ligjeve të natyrës në çdo kornizë inerciale të referencës dhe përgjithësimi i drejtpërdrejtë vektorial i teorisë së Njutonit, i propozuar për herë të parë nga Poincaré në 1905 në Puna "Mbi Dinamikën e Elektronit", çon në rezultate fizikisht të pakënaqshme.

Ajnshtajni filloi të kërkonte për një teori të gravitetit që do të ishte në përputhje me parimin e pandryshueshmërisë së ligjeve të natyrës në lidhje me çdo kornizë referimi. Rezultati i këtij kërkimi ishte teoria e përgjithshme e relativitetit, e bazuar në parimin e identitetit të masës gravitacionale dhe inerciale.

Parimi i barazisë së masave gravitacionale dhe inerciale

Në mekanikën klasike të Njutonit, ekzistojnë dy koncepte të masës: i pari i referohet ligjit të dytë të Njutonit dhe i dyti ligjit të gravitetit universal. Masa e parë - inerciale (ose inerciale) - është raporti i forcës jo gravitacionale që vepron në trup me nxitimin e tij. Masa e dytë - gravitacionale (ose, siç quhet nganjëherë, e rëndë) - përcakton forcën e tërheqjes së një trupi nga trupat e tjerë dhe forcën e tij tërheqëse. Në përgjithësi, këto dy masa maten, siç shihet nga përshkrimi, në eksperimente të ndryshme, dhe për këtë arsye nuk duhet të jenë aspak proporcionale me njëra-tjetrën. Proporcionaliteti i tyre i rreptë na lejon të flasim për një masë të vetme trupore si në ndërveprimet jo gravitacionale ashtu edhe në ato gravitacionale. Me një zgjedhje të përshtatshme të njësive këto masa mund të bëhen të barabarta me njëra-tjetrën. Vetë parimi u parashtrua nga Isak Njutoni dhe barazia e masave u verifikua prej tij eksperimentalisht me një saktësi relative prej 10?3. Në fund të shekullit të 19-të, Eötvös kreu eksperimente më delikate, duke e çuar saktësinë e testimit të parimit në 10?9. Gjatë shekullit të 20-të, teknologjia eksperimentale bëri të mundur konfirmimin e barazisë së masave me një saktësi relative prej 10?12-10?13 (Braginsky, Dicke, etj.). Ndonjëherë parimi i barazisë së masave gravitacionale dhe inerciale quhet parimi i ekuivalencës së dobët. Albert Einstein e bazoi atë në teorinë e përgjithshme të relativitetit.

Parimi i lëvizjes përgjatë vijave gjeodezike

Nëse masa gravitacionale është saktësisht e barabartë me masën inerciale, atëherë në shprehjen për nxitimin e një trupi mbi të cilin veprojnë vetëm forcat gravitacionale, të dyja masat anulohen. Prandaj, nxitimi i një trupi dhe rrjedhimisht trajektorja e tij nuk varet nga masa dhe struktura e brendshme e trupit. Nëse të gjithë trupat në të njëjtën pikë në hapësirë ​​marrin të njëjtin nxitim, atëherë ky nxitim mund të lidhet jo me vetitë e trupave, por me vetitë e vetë hapësirës në këtë pikë.

Kështu, përshkrimi i ndërveprimit gravitacional ndërmjet trupave mund të reduktohet në një përshkrim të hapësirës-kohës në të cilën lëvizin trupat. Është e natyrshme të supozohet, siç bëri Ajnshtajni, se trupat lëvizin me inerci, domethënë në një mënyrë të tillë që nxitimi i tyre në kuadrin e tyre të referencës është zero. Trajektoret e trupave do të jenë më pas linja gjeodezike, teoria e të cilave u zhvillua nga matematikanët në shekullin e 19-të.

Vetë linjat gjeodezike mund të gjenden duke specifikuar në hapësirë-kohë një analog të distancës midis dy ngjarjeve, të quajtur tradicionalisht një interval ose një funksion botëror. Një interval në hapësirën tredimensionale dhe kohën njëdimensionale (me fjalë të tjera, në hapësirë-kohë katërdimensionale) jepet nga 10 përbërës të pavarur të tenzorit metrikë. Këta 10 numra formojnë metrikën e hapësirës. Ai përcakton "distancën" midis dy pikave pafundësisht të afërta në hapësirë-kohë në drejtime të ndryshme. Linjat gjeodezike që korrespondojnë me linjat botërore të trupave fizikë, shpejtësia e të cilëve është më e vogël se shpejtësia e dritës, rezultojnë të jenë linja të kohës më të madhe të duhur, domethënë koha e matur nga një orë e lidhur fort me trupin që ndjek këtë trajektore. Eksperimentet moderne konfirmojnë lëvizjen e trupave përgjatë vijave gjeodezike me të njëjtën saktësi si barazia e masave gravitacionale dhe inerciale.

Lakim i hapësirë-kohës

Nëse lëshoni dy trupa paralel me njëri-tjetrin nga dy pika të afërta, atëherë në fushën gravitacionale ata gradualisht do të fillojnë ose të afrohen ose të largohen nga njëri-tjetri. Ky efekt quhet devijimi i vijës gjeodezike. Një efekt i ngjashëm mund të vërehet drejtpërdrejt nëse dy topa lëshohen paralelisht me njëri-tjetrin përgjatë një membrane gome mbi të cilën është vendosur një objekt masiv në qendër. Topat do të shpërndahen: ai që ishte më afër objektit që shtynte përmes membranës do të priret drejt qendrës më fort se topi më i largët. Kjo mospërputhje (devijim) është për shkak të lakimit të membranës. Në mënyrë të ngjashme, në hapësirë-kohë, devijimi i gjeodezisë (divergjenca e trajektoreve të trupave) shoqërohet me lakimin e saj. Lakimi i hapësirë-kohës përcaktohet në mënyrë unike nga metrika e saj - tensori metrikë. Dallimi midis teorisë së përgjithshme të relativitetit dhe teorive alternative të gravitetit përcaktohet në shumicën e rasteve pikërisht në metodën e lidhjes midis materies (trupave dhe fushave të natyrës jo gravitacionale që krijojnë fushën gravitacionale) dhe vetive metrike të hapësirë-kohës.

Relativiteti i përgjithshëm hapësirë-kohë dhe parimi i ekuivalencës së fortë

Shpesh besohet gabimisht se baza e teorisë së përgjithshme të relativitetit është parimi i ekuivalencës së fushave gravitacionale dhe inerciale, i cili mund të formulohet si më poshtë:
Një sistem fizik lokal, me përmasa mjaft të vogla, i vendosur në një fushë gravitacionale, është i padallueshëm në sjellje nga i njëjti sistem i vendosur në një sistem referimi të përshpejtuar (në lidhje me kornizën e referencës inerciale), i zhytur në hapësirën-kohë të sheshtë të teorisë speciale. të relativitetit.

Ndonjëherë i njëjti parim postulohet si "vlefshmëria lokale e relativitetit special" ose quhet "parimi i ekuivalencës së fortë".

Historikisht, ky parim luajti me të vërtetë një rol të madh në zhvillimin e teorisë së përgjithshme të relativitetit dhe u përdor nga Ajnshtajni në zhvillimin e saj. Megjithatë, në formën më përfundimtare të teorisë, ajo, në fakt, nuk është e përmbajtur, pasi hapësirë-koha, si në kornizën e përshpejtuar ashtu edhe në kuadrin origjinal të referencës në teorinë speciale të relativitetit, është e palakuar - e sheshtë dhe në teoria e përgjithshme e relativitetit është e lakuar nga çdo trup dhe pikërisht lakimi i tij shkakton tërheqjen gravitacionale të trupave.

Është e rëndësishme të theksohet se ndryshimi kryesor midis hapësirë-kohës së teorisë së përgjithshme të relativitetit dhe hapësirë-kohës së teorisë speciale të relativitetit është lakimi i tij, i cili shprehet me një sasi tensori - tensori i lakimit. Në hapësirën-kohën e relativitetit special, ky tensor është identikisht i barabartë me zero dhe hapësirë-koha është e sheshtë.

Për këtë arsye, emri "teoria e përgjithshme e relativitetit" nuk është plotësisht i saktë. Kjo teori është vetëm një nga një sërë teorish të gravitetit që po shqyrtohen aktualisht nga fizikanët, ndërsa teoria speciale e relativitetit (më saktë, parimi i saj i metricitetit të hapësirë-kohës) përgjithësisht pranohet nga komuniteti shkencor dhe përbën gurin e themelit të baza e fizikës moderne. Duhet të theksohet, megjithatë, se asnjë nga teoritë e tjera të zhvilluara të gravitetit, përveç Relativitetit të Përgjithshëm, nuk i ka qëndruar provës së kohës dhe eksperimentit.

Pasojat kryesore të relativitetit të përgjithshëm

Sipas parimit të korrespondencës, në fushat e dobëta gravitacionale, parashikimet e relativitetit të përgjithshëm përkojnë me rezultatet e zbatimit të ligjit të Njutonit të gravitetit universal me korrigjime të vogla që rriten me rritjen e fuqisë së fushës.

Pasojat e para të parashikuara dhe të testuara eksperimentalisht të relativitetit të përgjithshëm ishin tre efekte klasike, të renditura më poshtë në rendin kronologjik të testimit të tyre të parë:
1. Zhvendosje shtesë në perihelionin e orbitës së Mërkurit në krahasim me parashikimet e mekanikës Njutoniane.
2. Devijimi i një rreze drite në fushën gravitacionale të Diellit.
3. Zhvendosja gravitacionale e kuqe, ose zgjerimi i kohës në një fushë gravitacionale.

Ka një sërë efektesh të tjera që mund të verifikohen eksperimentalisht. Midis tyre mund të përmendim devijimin dhe vonesën (efektin Shapiro) të valëve elektromagnetike në fushën gravitacionale të Diellit dhe Jupiterit, efektin Lense-Thirring (precesioni i një xhiroskopi pranë një trupi rrotullues), dëshmi astrofizike për ekzistencën e vrimave të zeza. , dëshmi e emetimit të valëve gravitacionale nga sistemet e afërta të yjeve të dyfishtë dhe zgjerimi i Universit.

Deri më tani, nuk është gjetur asnjë provë e besueshme eksperimentale që hedh poshtë relativitetin e përgjithshëm. Devijimet e madhësive të efekteve të matura nga ato të parashikuara nga relativiteti i përgjithshëm nuk kalojnë 0.1% (për tre fenomenet klasike të mësipërme). Pavarësisht kësaj, për arsye të ndryshme, teoricienët kanë zhvilluar të paktën 30 teori alternative të gravitetit, dhe disa prej tyre bëjnë të mundur marrjen e rezultateve në mënyrë arbitrare afër relativitetit të përgjithshëm me vlerat e duhura të parametrave të përfshirë në teori.

SRT, TOE - këto shkurtesa fshehin termin e njohur "teoria e relativitetit", e cila është e njohur për pothuajse të gjithë. Me një gjuhë të thjeshtë, gjithçka mund të shpjegohet, madje edhe deklarata e një gjeniu, ndaj mos u dëshpëroni nëse nuk e mbani mend kursin e fizikës së shkollës, sepse në fakt, gjithçka është shumë më e thjeshtë nga sa duket.

Origjina e teorisë

Pra, le të fillojmë kursin "Teoria e Relativitetit për Dummies". Albert Ajnshtajni botoi veprën e tij në vitin 1905 dhe kjo shkaktoi një bujë midis shkencëtarëve. Kjo teori mbuloi pothuajse plotësisht shumë nga boshllëqet dhe mospërputhjet në fizikën e shekullit të kaluar, por, mbi gjithçka tjetër, ajo revolucionarizoi idenë e hapësirës dhe kohës. Shumë nga deklaratat e Ajnshtajnit ishin të vështira për t'u besuar për bashkëkohësit e tij, por eksperimentet dhe kërkimet vetëm konfirmuan fjalët e shkencëtarit të madh.

Teoria e relativitetit të Ajnshtajnit shpjegoi me fjalë të thjeshta atë me të cilën njerëzit kishin luftuar për shekuj. Mund të quhet baza e të gjithë fizikës moderne. Megjithatë, përpara se të vazhdohet biseda për teorinë e relativitetit, duhet sqaruar çështja e termave. Me siguri shumë, duke lexuar artikuj shkencorë popullorë, kanë hasur në dy shkurtesa: STO dhe GTO. Në fakt, ato nënkuptojnë koncepte paksa të ndryshme. E para është teoria speciale e relativitetit dhe e dyta qëndron për "relativitetin e përgjithshëm".

Thjesht diçka e komplikuar

STR është një teori më e vjetër, e cila më vonë u bë pjesë e GTR. Mund të marrë parasysh vetëm proceset fizike për objektet që lëvizin me shpejtësi uniforme. Teoria e përgjithshme mund të përshkruajë se çfarë ndodh me objektet përshpejtuese, dhe gjithashtu të shpjegojë pse ekzistojnë grimcat e gravitonit dhe graviteti.

Nëse ju duhet të përshkruani lëvizjen dhe gjithashtu marrëdhënien e hapësirës dhe kohës kur i afroheni shpejtësisë së dritës, teoria speciale e relativitetit mund ta bëjë këtë. Me fjalë të thjeshta mund të shpjegohet si më poshtë: për shembull, miqtë nga e ardhmja ju dhanë një anije kozmike që mund të fluturojë me shpejtësi të madhe. Në hundën e anijes kozmike ka një top të aftë për të gjuajtur fotone në gjithçka që del përpara.

Kur gjuhet një e shtënë, në lidhje me anijen, këto grimca fluturojnë me shpejtësinë e dritës, por, logjikisht, një vëzhgues i palëvizshëm duhet të shohë shumën e dy shpejtësive (vetë fotonet dhe anija). Por asgjë si kjo. Vëzhguesi do të shohë fotone që lëvizin me një shpejtësi prej 300,000 m/s, sikur shpejtësia e anijes të ishte zero.

Puna është se pa marrë parasysh sa shpejt lëviz një objekt, shpejtësia e dritës për të është një vlerë konstante.

Kjo deklaratë është baza e përfundimeve të mahnitshme logjike si ngadalësimi dhe shtrembërimi i kohës, në varësi të masës dhe shpejtësisë së objektit. Komplotet e shumë filmave fantastiko-shkencor dhe serialeve televizive bazohen në këtë.

Teoria e përgjithshme e relativitetit

Me një gjuhë të thjeshtë mund të shpjegohet relativiteti i përgjithshëm më voluminoz. Për të filluar, duhet të kemi parasysh faktin se hapësira jonë është katërdimensionale. Koha dhe hapësira janë të bashkuara në një "subjekt" të tillë si "vazhdimësia hapësirë-kohë". Në hapësirën tonë ekzistojnë katër boshte koordinative: x, y, z dhe t.

Por njerëzit nuk mund të perceptojnë drejtpërdrejt katër dimensione, ashtu si një person hipotetik i sheshtë që jeton në një botë dydimensionale nuk mund të shikojë lart. Në fakt, bota jonë është vetëm një projeksion i hapësirës katër-dimensionale në hapësirë ​​tre-dimensionale.

Një fakt interesant është se, sipas teorisë së përgjithshme të relativitetit, trupat nuk ndryshojnë kur lëvizin. Objektet e botës katërdimensionale janë në fakt gjithmonë të pandryshuara dhe kur lëvizin, ndryshojnë vetëm projeksionet e tyre, të cilat ne i perceptojmë si një shtrembërim i kohës, një zvogëlim ose rritje në madhësi, etj.

Eksperiment me ashensor

Teoria e relativitetit mund të shpjegohet me terma të thjeshtë duke përdorur një eksperiment të vogël mendimi. Imagjinoni që jeni në një ashensor. Kabina filloi të lëvizte dhe ju e gjetët veten në një gjendje pa peshë. Cfare ndodhi? Mund të ketë dy arsye: ose ashensori është në hapësirë, ose është në rënie të lirë nën ndikimin e gravitetit të planetit. Gjëja më interesante është se është e pamundur të zbulohet shkaku i mungesës së peshës nëse nuk është e mundur të shikosh nga kabina e ashensorit, domethënë të dy proceset duken njësoj.

Ndoshta pas kryerjes së një eksperimenti të ngjashëm mendimi, Albert Ajnshtajni doli në përfundimin se nëse këto dy situata janë të padallueshme nga njëra-tjetra, atëherë në fakt trupi nën ndikimin e gravitetit nuk përshpejtohet, është një lëvizje uniforme e lakuar nën ndikimin. të një trupi masiv (në këtë rast një planeti). Kështu, lëvizja e përshpejtuar është vetëm një projeksion i lëvizjes uniforme në hapësirën tredimensionale.

Një shembull i mirë

Një shembull tjetër i mirë në temën "Relativiteti për Dummies". Nuk është plotësisht e saktë, por është shumë e thjeshtë dhe e qartë. Nëse vendosni ndonjë objekt në një pëlhurë të shtrirë, ai formon një "devijim" ose një "gyp" poshtë tij. Të gjithë trupat më të vegjël do të detyrohen të shtrembërojnë trajektoren e tyre sipas kthesës së re të hapësirës dhe nëse trupi ka pak energji, mund të mos e kapërcejë fare këtë gyp. Megjithatë, nga pikëpamja e vetë objektit në lëvizje, trajektorja mbetet e drejtë;

Forca e gravitetit është "zbritur"

Me ardhjen e teorisë së përgjithshme të relativitetit, graviteti ka pushuar së qeni një forcë dhe tani është i kënaqur të jetë një pasojë e thjeshtë e lakimit të kohës dhe hapësirës. Relativiteti i përgjithshëm mund të duket fantastik, por është një version funksional dhe konfirmohet nga eksperimentet.

Teoria e relativitetit mund të shpjegojë shumë gjëra në dukje të pabesueshme në botën tonë. Me fjalë të thjeshta, gjëra të tilla quhen pasoja të relativitetit të përgjithshëm. Për shembull, rrezet e dritës që fluturojnë pranë trupave masivë janë të përkulura. Për më tepër, shumë objekte nga hapësira e thellë janë të fshehura pas njëri-tjetrit, por për shkak të faktit se rrezet e dritës përkulen rreth trupave të tjerë, objektet në dukje të padukshme janë të arritshme për sytë tanë (më saktë, për sytë e një teleskopi). Është si të shikosh nëpër mure.

Sa më i madh të jetë graviteti, aq më ngadalë rrjedh koha në sipërfaqen e një objekti. Kjo nuk vlen vetëm për trupat masivë si yjet neutron ose vrimat e zeza. Efekti i zgjerimit të kohës mund të vërehet edhe në Tokë. Për shembull, pajisjet e navigimit satelitor janë të pajisura me orë atomike shumë të sakta. Ata janë në orbitën e planetit tonë dhe koha kalon pak më shpejt atje. Të qindtat e sekondës në ditë do të shtohen në një shifër që do të japë deri në 10 km gabim në llogaritjet e rrugës në Tokë. Është teoria e relativitetit që na lejon të llogarisim këtë gabim.

Me fjalë të thjeshta, mund ta themi kështu: relativiteti i përgjithshëm qëndron në themel të shumë teknologjive moderne, dhe falë Ajnshtajnit, ne mund të gjejmë lehtësisht një piceri dhe një bibliotekë në një zonë të panjohur.

Kush do ta kishte menduar se një punonjës i vogël postar do të ndryshontethemelet e shkencës së kohës së tij? Por kjo ndodhi! Teoria e relativitetit e Ajnshtajnit na detyroi të rishqyrtojmë pikëpamjen e zakonshme të strukturës së Universit dhe hapi fusha të reja të njohurive shkencore.

Shumica e zbulimeve shkencore bëhen përmes eksperimenteve: shkencëtarët i përsërisin eksperimentet e tyre shumë herë për të qenë të sigurt për rezultatet e tyre. Puna kryhej zakonisht në universitete ose laboratorë kërkimore të kompanive të mëdha.

Albert Einstein ndryshoi plotësisht pamjen shkencore të botës pa kryer një eksperiment të vetëm praktik. Mjetet e tij të vetme ishin letra dhe stilolapsi dhe ai i kreu të gjitha eksperimentet e tij në kokën e tij.

dritë lëvizëse

(1879-1955) i bazoi të gjitha përfundimet e tij në rezultatet e një "eksperimenti të mendimit". Këto eksperimente mund të bëheshin vetëm në imagjinatë.

Shpejtësia e të gjithë trupave në lëvizje janë relative. Kjo do të thotë që të gjitha objektet lëvizin ose mbeten të palëvizshme vetëm në raport me ndonjë objekt tjetër. Për shembull, një person, i palëvizshëm në lidhje me Tokën, në të njëjtën kohë rrotullohet me Tokën rreth Diellit. Ose le të themi se një person po ecën përgjatë karrocës së një treni në lëvizje në drejtim të lëvizjes me një shpejtësi prej 3 km/h. Treni lëviz me një shpejtësi prej 60 km/h. Në lidhje me një vëzhgues të palëvizshëm në tokë, shpejtësia e personit do të jetë 63 km/h - shpejtësia e personit plus shpejtësia e trenit. Nëse ai do të ecte kundër trafikut, atëherë shpejtësia e tij në krahasim me një vëzhgues të palëvizshëm do të ishte 57 km/h.

Ajnshtajni argumentoi se shpejtësia e dritës nuk mund të diskutohet në këtë mënyrë. Shpejtësia e dritës është gjithmonë konstante, pavarësisht nëse burimi i dritës po ju afrohet, po largohet prej jush ose po qëndron ende.

Sa më shpejt, aq më pak

Që në fillim, Ajnshtajni bëri disa supozime befasuese. Ai argumentoi se nëse shpejtësia e një objekti i afrohet shpejtësisë së dritës, madhësia e tij zvogëlohet dhe masa e tij, përkundrazi, rritet. Asnjë trup nuk mund të përshpejtohet në një shpejtësi të barabartë ose më të madhe se shpejtësia e dritës.

Përfundimi tjetër i tij ishte edhe më befasues dhe dukej se binte në kundërshtim me sensin e shëndoshë. Imagjinoni që nga dy binjakë, njëri mbeti në Tokë, ndërsa tjetri udhëtoi nëpër hapësirë ​​me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Kanë kaluar 70 vjet nga fillimi në Tokë. Sipas teorisë së Ajnshtajnit, koha rrjedh më ngadalë në bordin e një anijeje dhe, për shembull, atje kanë kaluar vetëm dhjetë vjet. Rezulton se një nga binjakët që mbeti në Tokë u bë gjashtëdhjetë vjet më i vjetër se i dyti. Ky efekt quhet " paradoksi binjak" Tingëllon thjesht e pabesueshme, por eksperimentet laboratorike kanë konfirmuar se zgjerimi i kohës me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës ekziston në të vërtetë.

Përfundim i pamëshirshëm

Teoria e Ajnshtajnit përfshin edhe formulën e famshme E=mc 2, në të cilën E është energji, m është masë dhe c është shpejtësia e dritës. Ajnshtajni argumentoi se masa mund të shndërrohet në energji të pastër. Si rezultat i aplikimit të këtij zbulimi në jetën praktike, u shfaq energjia atomike dhe bomba bërthamore.

Ajnshtajni ishte një teoricien. Ai ua la të tjerëve eksperimentet që supozohej të vërtetonin korrektësinë e teorisë së tij. Shumë nga këto eksperimente nuk mund të kryheshin derisa instrumentet matëse mjaftueshëm të sakta të bëheshin të disponueshme.

Fakte dhe ngjarje

• U krye eksperimenti i mëposhtëm: një aeroplan, në të cilin ishte instaluar një orë shumë e saktë, u ngrit dhe, duke fluturuar rreth Tokës me shpejtësi të madhe, u ul në të njëjtën pikë. Orët në bordin e avionit ishin një pjesë e vogël e sekondës pas orës në Tokë.
• Nëse hidhni një top në një ashensor që bie me përshpejtimin e rënies së lirë, topi nuk do të bjerë, por do të duket se varet në ajër. Kjo ndodh sepse topi dhe ashensori bien me të njëjtën shpejtësi.
• Ajnshtajni vërtetoi se graviteti ndikon në vetitë gjeometrike të hapësirë-kohës, e cila nga ana tjetër ndikon në lëvizjen e trupave në këtë hapësirë. Kështu, dy trupa që fillojnë të lëvizin paralel me njëri-tjetrin do të takohen përfundimisht në një pikë.

Përkulja e kohës dhe hapësirës

Dhjetë vjet më vonë, në 1915-1916, Ajnshtajni zhvilloi një teori të re të gravitetit, të cilën ai e quajti relativiteti i përgjithshëm. Ai argumentoi se nxitimi (ndryshimi i shpejtësisë) vepron mbi trupat në të njëjtën mënyrë si forca e gravitetit. Një astronaut nuk mund të përcaktojë nga ndjenjat e tij nëse një planet i madh po e tërheq atë, apo nëse raketa ka filluar të ngadalësohet.

Nëse një anije kozmike përshpejtohet në një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, atëherë ora në të ngadalësohet. Sa më shpejt të lëvizë anija, aq më ngadalë shkon ora.

Dallimet e tij nga teoria e gravitacionit të Njutonit shfaqen kur studiohen objekte kozmike me masë të madhe, si planetët ose yjet. Eksperimentet kanë konfirmuar përkuljen e rrezeve të dritës që kalojnë pranë trupave me masa të mëdha. Në parim, është e mundur që një fushë gravitacionale të jetë aq e fortë sa drita nuk mund të ikë përtej saj. Ky fenomen quhet " vrimë e zezë" "Vrimat e zeza" me sa duket janë zbuluar brenda disa sistemeve yjore.

Njutoni argumentoi se orbitat e planetëve rreth diellit janë të fiksuara. Teoria e Ajnshtajnit parashikon një rrotullim shtesë të ngadaltë të orbitave të planetëve, i lidhur me praninë e fushës gravitacionale të Diellit. Parashikimi u konfirmua eksperimentalisht. Ky ishte vërtet një zbulim epokal. Ligji i gravitetit universal i Sir Isak Njutonit u ndryshua.

Fillimi i garës së armatimeve

Puna e Ajnshtajnit dha çelësin e shumë sekreteve të natyrës. Ata ndikuan në zhvillimin e shumë degëve të fizikës, nga fizika e grimcave elementare te astronomia - shkenca e strukturës së Universit.

Ajnshtajni nuk ishte i shqetësuar vetëm me teorinë në jetën e tij. Më 1914 u bë drejtor i Institutit të Fizikës në Berlin. Në vitin 1933, kur nazistët erdhën në pushtet në Gjermani, ai, si hebre, duhej të largohej nga ky vend. Ai u transferua në SHBA.

Në vitin 1939, megjithëse e kundërshtoi luftën, Ajnshtajni i shkroi një letër presidentit Roosevelt duke e paralajmëruar atë se mund të bëhej një bombë që do të kishte fuqi të madhe shkatërruese dhe se Gjermania naziste tashmë kishte filluar të zhvillonte një bombë të tillë. Presidenti dha urdhër për fillimin e punës. Kjo nisi një garë armësh.