Küçük bir posta işçisinin değişeceğini kim düşünebilirdi?zamanının biliminin temelleri? Ama bu oldu! Einstein'ın görelilik teorisi bizi Evrenin yapısına ilişkin olağan görüşü yeniden düşünmeye zorladı ve yeni bilimsel bilgi alanları açtı.
Bilimsel keşiflerin çoğu deneyler yoluyla yapılır: Bilim adamları, sonuçlarından emin olmak için deneylerini birçok kez tekrarlarlar. Çalışmalar genellikle üniversitelerde veya büyük şirketlerin araştırma laboratuvarlarında gerçekleştirildi.
Albert Einstein, tek bir pratik deney yapmadan dünyanın bilimsel resmini tamamen değiştirdi. Tek aracı kağıt ve kalemdi ve tüm deneylerini kafasında gerçekleştirdi.
hareketli ışık
(1879-1955) tüm sonuçlarını bir “düşünce deneyinin” sonuçlarına dayandırdı. Bu deneyler ancak hayal gücüyle yapılabilirdi.
Hareket eden tüm cisimlerin hızları görecelidir. Bu, tüm nesnelerin yalnızca başka bir nesneye göre hareket ettiği veya sabit kaldığı anlamına gelir. Örneğin, Dünya'ya göre hareketsiz olan bir kişi, aynı zamanda Dünya ile birlikte Güneş'in etrafında döner. Ya da bir kişinin hareket halindeki bir trenin vagonu boyunca hareket yönünde 3 km/saat hızla yürüdüğünü varsayalım. Tren saatte 60 km hızla hareket ediyor. Yerdeki sabit bir gözlemciye göre kişinin hızı 63 km/saat olacaktır; yani kişinin hızı artı trenin hızı. Trafiğe karşı yürüyor olsaydı, sabit bir gözlemciye göre hızı 57 km/saat olurdu.
Einstein ışık hızının bu şekilde tartışılamayacağını savundu. Işığın hızı her zaman sabittir Işık kaynağının size yaklaşması, uzaklaşması veya hareketsiz durması fark etmez.
Ne kadar hızlı olursa o kadar az
En başından beri Einstein bazı şaşırtıcı varsayımlarda bulundu. Bir cismin hızı ışık hızına yaklaşırsa boyutunun küçüleceğini, aksine kütlesinin artacağını savundu. Hiçbir cisim ışık hızına eşit veya ondan daha yüksek bir hıza hızlandırılamaz.
Diğer sonucu daha da şaşırtıcıydı ve sağduyuyla çelişiyor gibi görünüyordu. İki ikizden birinin Dünya'da kaldığını, diğerinin ise uzayda ışık hızına yakın bir hızla yolculuk yaptığını düşünün. Dünya'nın başlangıcından bu yana 70 yıl geçti. Einstein'ın teorisine göre gemide zaman daha yavaş akıyor ve örneğin orada yalnızca on yıl geçti. Dünya'da kalan ikizlerden birinin ikincisinden altmış yaş daha yaşlı olduğu ortaya çıktı. Bu etkiye "" denir. ikiz paradoksu" Kulağa inanılmaz geliyor ama laboratuvar deneyleri, ışık hızına yakın hızlarda zaman genişlemesinin gerçekten var olduğunu doğruladı.
Acımasız sonuç
Einstein'ın teorisi aynı zamanda ünlü formülü de içeriyor E=mc2 Burada E enerji, m kütle ve c ışık hızıdır. Einstein kütlenin saf enerjiye dönüştürülebileceğini savundu. Bu keşfin pratik hayata uygulanması sonucunda atom enerjisi ve nükleer bomba ortaya çıktı.
Einstein bir teorisyendi. Teorisinin doğruluğunu kanıtlaması gereken deneyleri başkalarına bıraktı. Bu deneylerin çoğu, yeterince doğru ölçüm cihazları elde edilene kadar yapılamadı.
Gerçekler ve olaylar
- Şu deney gerçekleştirildi: Üzerine çok hassas bir saatin takıldığı bir uçak havalandı ve Dünya'nın etrafında yüksek hızda uçarak aynı noktaya indi. Uçaktaki saatler Dünya'daki saatlerin saniyenin çok küçük bir kısmı kadar gerisindeydi.
- Serbest düşüş ivmesiyle düşen bir asansöre bir top bırakırsanız, top düşmeyecek, havada asılı kalmış gibi görünecektir. Bunun nedeni top ve asansörün aynı hızla düşmesidir.
- Einstein, yerçekiminin uzay-zamanın geometrik özelliklerini etkilediğini, bunun da bu uzaydaki cisimlerin hareketini etkilediğini kanıtladı. Böylece birbirine paralel hareket etmeye başlayan iki cisim eninde sonunda bir noktada buluşacaktır.
Zamanı ve mekanı bükmek
On yıl sonra, 1915-1916'da Einstein yeni bir yerçekimi teorisi geliştirdi. Genel görelilik. Hızlanmanın (hızdaki değişimin) cisimler üzerinde yerçekimi kuvvetiyle aynı şekilde etki ettiğini savundu. Bir astronot, büyük bir gezegenin kendisini mi çektiğini yoksa roketin yavaşlamaya mı başladığını duygularından anlayamaz.
Bir uzay gemisi ışık hızına yakın bir hıza çıkarsa üzerindeki saat yavaşlar. Gemi ne kadar hızlı hareket ederse saat o kadar yavaşlar.
Newton'un yerçekimi teorisinden farklılıkları, gezegenler veya yıldızlar gibi çok büyük kütleye sahip kozmik nesneler incelenirken ortaya çıkar. Deneyler, büyük kütleli cisimlerin yanından geçen ışık ışınlarının büküldüğünü doğruladı. Prensip olarak, bir kütleçekim alanının ışığın onun ötesine kaçamayacağı kadar güçlü olması mümkündür. Bu fenomene " denir Kara delik" Görünüşe göre bazı yıldız sistemlerinde "kara delikler" keşfedildi.
Newton, gezegenlerin Güneş etrafındaki yörüngelerinin sabit olduğunu savundu. Einstein'ın teorisi, Güneş'in çekim alanının varlığıyla bağlantılı olarak gezegenlerin yörüngelerinin yavaş bir ek dönüşünü öngörüyor. Tahmin deneysel olarak doğrulandı. Bu gerçekten çığır açan bir keşifti. Sir Isaac Newton'un evrensel çekim yasası değiştirildi.
Silahlanma yarışının başlangıcı
Einstein'ın çalışması doğanın birçok sırrının anahtarını sağladı. Temel parçacık fiziğinden evrenin yapısının bilimi olan astronomiye kadar birçok fizik dalının gelişimini etkilediler.
Einstein hayatında sadece teoriyle ilgilenmedi. 1914'te Berlin Fizik Enstitüsü'nün müdürü oldu. 1933'te Almanya'da Naziler iktidara geldiğinde bir Yahudi olarak bu ülkeyi terk etmek zorunda kaldı. O Amerika'ya taşındı.
Einstein, 1939'da savaşa karşı olmasına rağmen Başkan Roosevelt'e, muazzam yıkıcı güce sahip bir bomba yapılabileceği ve Nazi Almanya'sının böyle bir bomba geliştirmeye çoktan başladığı konusunda onu uyaran bir mektup yazdı. Başkan çalışmalara başlama emrini verdi. Bu bir silahlanma yarışını başlattı.
Genel görelilik teorisi tüm referans sistemleri için geçerlidir (sadece birbirlerine göre sabit hızda hareket edenler için değil) ve matematiksel olarak özel olandan (yayınları arasındaki on bir yıllık boşluğu açıklayan) çok daha karmaşık görünmektedir. Özel bir durum olarak özel görelilik teorisini (ve dolayısıyla Newton yasalarını) içerir. Aynı zamanda genel görelilik teorisi öncekilerden çok daha ileri gidiyor. Özellikle yerçekimine yeni bir yorum getiriyor.
Genel görelilik teorisi dünyayı dört boyutlu hale getirir: üç uzamsal boyuta zaman da eklenir. Dört boyutun tümü birbirinden ayrılamaz, dolayısıyla artık üç boyutlu dünyada olduğu gibi iki nesne arasındaki uzaysal mesafeden değil, olayların arasındaki, birbirlerine olan mesafeleri birleştiren uzay-zaman aralıklarından bahsediyoruz - her ikisi de. zamanda ve uzayda. Yani uzay ve zaman, dört boyutlu bir uzay-zaman sürekliliği veya basitçe uzay-zaman olarak kabul edilir. Bu süreklilik içinde birbirlerine göre hareket eden gözlemciler, iki olayın aynı anda mı meydana geldiği veya birinin diğerinden önce mi gerçekleştiği konusunda bile anlaşamayabilirler. Neyse ki zavallı aklımız, neden-sonuç ilişkilerini ihlal etme noktasına gelmiyor - yani genel görelilik teorisi bile, iki olayın aynı anda ve farklı şekillerde gerçekleşmediği koordinat sistemlerinin varlığına izin vermiyor. diziler.
Klasik fizik, yerçekiminin birçok doğal kuvvet (elektrik, manyetik vb.) arasında sıradan bir kuvvet olduğunu düşünüyordu. Yerçekimine "uzun menzilli eylem" ("boşluktan nüfuz etme") ve farklı kütlelerdeki cisimlere eşit ivme kazandırma konusundaki şaşırtıcı yetenek reçete edildi.
Newton'un evrensel çekim yasası bize Evrendeki herhangi iki cisim arasında karşılıklı çekim kuvveti olduğunu söyler. Bu açıdan bakıldığında, aralarında karşılıklı çekim kuvvetleri etkili olduğundan, Dünya Güneş'in etrafında dönmektedir.
Ancak genel görelilik bizi bu olaya farklı bakmaya zorluyor. Bu teoriye göre yerçekimi, uzay-zamanın elastik dokusunun kütlenin etkisi altında deformasyonunun (“eğriliği”) bir sonucudur (örneğin Güneş gibi cisim ne kadar ağırsa, uzay-zaman o kadar fazla “bükülür”. ve buna bağlı olarak yerçekimi kuvveti alanı da o kadar güçlü olur). Üzerine devasa bir topun yerleştirildiği, sıkı bir şekilde gerilmiş bir tuval (bir tür trambolin) hayal edin. Kanvas topun ağırlığı altında deforme olur ve çevresinde huni şeklinde bir çöküntü oluşur. Genel görelilik teorisine göre, Dünya, ağır bir topun (Güneş) uzay-zamanı "itmesi" sonucu oluşan bir huninin konisi etrafında dönmek üzere fırlatılan küçük bir top gibi Güneş'in etrafında döner. Ve bize yerçekimi kuvveti gibi görünen şey aslında uzay-zamanın eğriliğinin tamamen dışsal bir tezahürüdür ve Newton'un anlayışına göre kesinlikle bir kuvvet değildir. Bugüne kadar yerçekiminin doğası hakkında genel görelilik teorisinin bize sunduğundan daha iyi bir açıklama yoktur.
İlk olarak, farklı kütlelerdeki cisimler için yerçekimsel ivmelerin eşitliği tartışılmaktadır (büyük bir anahtar ile hafif bir kibritin masadan yere eşit hızla düşmesi gerçeği). Einstein'ın belirttiği gibi, bu eşsiz özellik, yerçekimini eylemsizliğe çok benzer hale getiriyor.
Aslında anahtar ve kibrit sanki ataletle ağırlıksız bir şekilde hareket ediyormuş ve odanın zemini ivmeyle onlara doğru hareket ediyormuş gibi davranıyor. Anahtara ve kibrite ulaşıldığında zemin önce darbeyi, sonra da baskıyı deneyimleyecektir, çünkü Anahtarın ve kibritin ataleti zeminin daha da hızlanması üzerinde etkili olacaktır.
Bu basınca (kozmonotlar “aşırı yük” diyor) eylemsizlik kuvveti denir. Böyle bir kuvvet, hızlandırılmış referans çerçevelerindeki cisimlere her zaman uygulanır.
Eğer bir roket dünya yüzeyindeki yerçekimi ivmesine eşit bir ivmeyle (9,81 m/sn) uçarsa, o zaman eylemsizlik kuvveti anahtarın ve kibritin ağırlığının rolünü oynayacaktır. Onların "yapay" yerçekimi, Dünya yüzeyindeki doğal yerçekimiyle tamamen aynı olacaktır. Bu, referans çerçevesinin ivmesinin yerçekimine oldukça benzer bir olgu olduğu anlamına gelir.
Aksine, serbestçe düşen bir asansörde, kabinin referans sisteminin anahtarın ve kibritin "peşinde" hızlandırılmış hareketi ile doğal yer çekimi ortadan kaldırılır. Elbette klasik fizik, kütle çekiminin gerçek ortaya çıkışını ve yok oluşunu bu örneklerde göremiyor. Yerçekimi yalnızca hızlanma ile taklit edilir veya telafi edilir. Ancak genel görelilikte atalet ile yerçekimi arasındaki benzerliğin çok daha derin olduğu kabul edilmektedir.
Einstein, yeterince küçük mesafe ve süre ölçeklerinde, bir olgunun herhangi bir deneyle diğerinden ayırt edilemeyeceğini belirterek, eylemsizlik ve yerçekiminin yerel eşitliği ilkesini öne sürdü. Böylece Genel Görelilik, dünyanın bilimsel anlayışını daha da derinden değiştirdi. Newton dinamiğinin birinci yasası evrenselliğini yitirdi; atalet yoluyla hareketin eğrisel ve ivmeli olabileceği ortaya çıktı. Artık ağır kütle kavramına gerek kalmamıştı. Evrenin geometrisi değişti: Düz Öklid uzayı ve tekdüze zaman yerine, kavisli uzay-zaman, kavisli bir dünya ortaya çıktı. Bilim tarihi, evrenin fiziksel temellerine ilişkin görüşlerin bu kadar dramatik bir şekilde yeniden yapılandırıldığını hiç görmemişti.
Genel göreliliği test etmek zordur çünkü normal laboratuvar koşullarında sonuçları Newton'un yerçekimi yasasının öngördüğü sonuçlarla neredeyse tamamen aynıdır. Bununla birlikte, birkaç önemli deney gerçekleştirildi ve bunların sonuçları, teorinin doğrulandığını düşünmemize izin veriyor. Ek olarak, genel görelilik teorisi, uzayda gözlemlediğimiz olayları açıklamaya yardımcı olur; bunun bir örneği, Güneş'in yakınından geçen bir ışık ışınıdır. Hem Newton mekaniği hem de genel görelilik onun Güneş'e doğru sapması (düşmesi) gerektiğini kabul ediyor. Ancak genel görelilik ışının yer değiştirmesinin iki katını öngörüyor. Güneş tutulmaları sırasında yapılan gözlemler, Einstein'ın öngörüsünün doğru olduğunu kanıtladı. Başka bir örnek. Güneş'e en yakın olan Merkür gezegeninin sabit yörüngesinden klasik Newton mekaniği açısından açıklanamayan hafif sapmaları vardır. Ancak bu tam olarak genel görelilik formülleri kullanılarak yapılan hesaplamanın verdiği yörüngedir. Güçlü bir yerçekimi alanındaki zaman genişlemesi, çok yüksek yoğunluklu yıldızlar olan beyaz cücelerin radyasyonundaki ışık salınımlarının frekansındaki azalmayı açıklar. Ve son yıllarda bu etki laboratuvar koşullarında kaydedildi. Son olarak, modern kozmolojide - tüm Evrenin yapısı ve tarihinin bilimi - genel göreliliğin rolü çok büyüktür. Bu bilgi alanında Einstein'ın yerçekimi teorisinin birçok kanıtı da bulunmuştur. Aslına bakılırsa, genel göreliliğin öngördüğü sonuçlar, yalnızca süper güçlü kütleçekim alanlarının varlığında Newton yasalarının öngördüğü sonuçlardan önemli ölçüde farklıdır. Bu, genel görelilik teorisini tam olarak test etmek için ya çok büyük nesnelerin ya da alışılagelmiş sezgisel fikirlerimizin hiçbirinin uygulanamayacağı kara deliklerin ultra hassas ölçümlerine ihtiyacımız olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla görelilik teorisini test etmek için yeni deneysel yöntemlerin geliştirilmesi deneysel fiziğin en önemli görevlerinden biri olmaya devam ediyor.
19. yüzyılın sonlarında bile çoğu bilim adamı, dünyanın fiziksel resminin temel olarak inşa edildiği ve gelecekte de sarsılmaz kalacağı görüşündeydi; yalnızca ayrıntıların açıklığa kavuşturulması kaldı. Ancak yirminci yüzyılın ilk on yıllarında fiziksel görüşler kökten değişti. Bu, 19. yüzyılın son yıllarını ve 20. yüzyılın ilk on yıllarını kapsayan, son derece kısa bir tarihsel dönemde yapılan ve çoğu sıradan insan deneyimi anlayışıyla tamamen tutarsız olan bilimsel keşiflerin "kademesinin" sonucuydu. Çarpıcı bir örnek, Albert Einstein (1879-1955) tarafından oluşturulan görelilik teorisidir.
Görecelilik teorisi- uzay-zamanın fiziksel teorisi, yani fiziksel süreçlerin evrensel uzay-zaman özelliklerini tanımlayan bir teori. Terim, 1906'da Max Planck tarafından görelilik ilkesinin rolünü vurgulamak için tanıtıldı.
özel görelilikte (ve daha sonra genel görelilikte).
Dar anlamda görelilik teorisi, özel ve genel göreliliği içerir. Özel görelilik teorisi(bundan böyle - SRT), çalışmadaki yerçekimi alanlarının ihmal edilebileceği süreçleri ifade eder; genel görelilik teorisi(bundan sonra GTR olarak anılacaktır) Newton'un teorisini genelleştiren bir yerçekimi teorisidir.
Özel, veya özel görelilik teorisi
uzay-zamanın yapısına ilişkin bir teoridir. İlk kez 1905 yılında Albert Einstein'ın "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" adlı eserinde ortaya atılmıştır. Teori, hareketi, mekaniğin yasalarını ve bunları belirleyen uzay-zaman ilişkilerini herhangi bir hareket hızında açıklar.
ışık hızına yakın olanlar da dahil. Klasik Newton mekaniği
SRT çerçevesinde düşük hızlar için bir yaklaşımdır.
Albert Einstein'ın başarısının nedenlerinden biri, deneysel verilere teorik verilerden daha fazla değer vermesidir. Bir dizi deney genel kabul görmüş teoriyle çelişen sonuçlar ortaya çıkardığında, birçok fizikçi bu deneylerin yanlış olduğuna karar verdi.
Albert Einstein, yeni deneysel verilere dayalı yeni bir teori oluşturmaya karar veren ilk kişilerden biriydi.
19. yüzyılın sonunda fizikçiler, genel kabul görmüş varsayımlara göre, yayılması hava gerektiren akustik dalgalar gibi ışık dalgalarının yayılması gereken veya başka bir ortam olan katı olan gizemli eteri arıyorlardı. sıvı veya gaz halinde. Eterin varlığına olan inanç, ışığın hızının gözlemcinin etere göre hızına bağlı olarak değişmesi gerektiği inancına yol açtı. Albert Einstein eter kavramını terk etti ve deneylerin gösterdiği gibi, ışığın hızı da dahil olmak üzere tüm fiziksel yasaların gözlemcinin hızından bağımsız olarak değişmeden kaldığını varsaydı.
SRT, farklı eylemsiz referans çerçeveleri (basitçe söylemek gerekirse, birbirlerine göre sabit bir hızda hareket eden nesneler) arasındaki hareketlerin nasıl yorumlanacağını açıkladı. Einstein, iki nesne sabit hızla hareket ederken, bunlardan birinin mutlak bir referans çerçevesi olarak alınması yerine, bunların birbirine göre hareketinin dikkate alınması gerektiğini açıkladı. Yani iki astronot iki uzay aracında uçuyorsa ve gözlemlerini karşılaştırmak isterse bilmeleri gereken tek şey birbirlerine göre hızdır.
Özel görelilik teorisi, hareketin doğrusal ve tekdüze olduğu yalnızca bir özel durumu (dolayısıyla adı) dikkate alır.
Mutlak hareketi tespit etmenin imkansızlığına dayanarak Albert Einstein, tüm eylemsiz referans sistemlerinin eşit olduğu sonucuna vardı. Özel Görelilik Teorisi (STR) adı verilen yeni bir uzay ve zaman teorisinin temelini oluşturan en önemli iki varsayımı formüle etti:
1. Einstein'ın görelilik ilkesi - bu ilke Galileo'nun görelilik ilkesinin bir genellemesiydi (aynı şeyi belirtir, ancak tüm doğa yasaları için değil, yalnızca klasik mekaniğin yasaları için, görelilik ilkesinin optik ve elektrodinamiğe uygulanabilirliği sorusunu açık bırakıyor) herhangi bir fiziksel olana. Şöyle yazıyor: Ataletsel referans sistemlerinde (IRS) aynı koşullar altında tüm fiziksel süreçler aynı şekilde ilerlemektedir.. Bu, kapalı bir ISO içinde yapılan hiçbir fiziksel deneyin, onun hareketsiz mi yoksa düzgün ve doğrusal olarak mı hareket ettiğini belirleyemeyeceği anlamına gelir. Bu nedenle, tüm IFR'ler tamamen eşittir ve fiziksel yasalar, IFR'lerin seçimine göre değişmezdir (yani, bu yasaları ifade eden denklemler, tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynı forma sahiptir).
2. Işık hızının sabitliği ilkesi- Işığın boşluktaki hızı sabittir ve ışık kaynağının ve alıcısının hareketine bağlı değildir.. Bu, tüm yönlerde ve tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynıdır. Işığın boşluktaki hızı doğadaki sınırlayıcı hızdır. bu, dünya sabitleri olarak adlandırılan en önemli fiziksel sabitlerden biridir.
SRT'nin en önemli sonucu ünlü oldu Einstein'ın formülü kütle ve enerji arasındaki ilişki hakkında E=mc2 (burada C, ışık hızıdır), uzay ve zamanın birliğini gösteren, kütlelerin konsantrasyonuna ve hareketlerine bağlı olarak özelliklerinde ortak bir değişiklikle ifade edilen ve modern fizik verileriyle doğrulanan. Zaman ve uzayın birbirinden bağımsız düşünülmesi sona erdi ve uzay-zamanın dört boyutlu bir sürekliliği fikri ortaya çıktı.
Büyük fizikçinin teorisine göre, maddi bir cismin hızı artıp ışık hızına yaklaştığında kütlesi de artar. Onlar. Bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse o kadar ağırlaşır. Işık hızına ulaşıldığında cismin kütlesi ve enerjisi sonsuz hale gelir. Vücut ne kadar ağırsa hızını artırmak da o kadar zor olur; Sonsuz kütleli bir cismi hızlandırmak sonsuz miktarda enerji gerektirir, dolayısıyla maddi nesnelerin ışık hızına ulaşması imkansızdır.
Görelilik teorisinde "iki yasa -kütlenin korunumu yasası ve enerjinin korunumu yasası- bağımsız geçerliliğini kaybetmiş ve kendilerini enerjinin veya kütlenin korunumu yasası olarak adlandırılabilecek tek bir yasada birleşmiş halde bulmuşlardır." Bu iki kavram arasındaki temel bağlantı sayesinde madde enerjiye, enerji de maddeye dönüştürülebilir.
Genel görelilik teorisi- Einstein'ın 1916'da yayınladığı ve üzerinde 10 yıl çalıştığı yer çekimi teorisi. Özel görelilik teorisinin daha da geliştirilmiş halidir. Maddi bir cisim hızlanırsa veya yana dönerse STR yasaları artık geçerli olmaz. Daha sonra genel durumda maddi cisimlerin hareketlerini açıklayan GTR yürürlüğe girer.
Genel görelilik teorisi, yerçekimi etkilerinin cisimler ve alanlar arasındaki kuvvet etkileşiminden değil, içinde bulundukları uzay-zamanın deformasyonundan kaynaklandığını varsayar. Bu deformasyon kısmen kütle enerjisinin varlığıyla ilgilidir.
Genel görelilik şu anda gözlemlerle desteklenen en başarılı yerçekimi teorisidir. GR, SR'yi hızlandırılmış olanlara genelleştirdi, yani. eylemsiz sistemler. Genel göreliliğin temel ilkeleri şu şekilde özetlenebilir:
- Işık hızının sabitliği ilkesinin uygulanabilirliğinin yerçekimi kuvvetlerinin ihmal edilebileceği bölgelere sınırlandırılması(yerçekiminin yüksek olduğu yerde ışığın hızı yavaşlar);
- Görelilik ilkesinin tüm hareketli sistemlere genişletilmesi(ve sadece eylemsiz olanlar değil).
GTR'de veya yerçekimi teorisinde, aynı zamanda eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin eşdeğerliği veya eylemsizlik ve yerçekimi alanlarının eşdeğerliği deneysel gerçeğinden de kaynaklanır.
Denklik ilkesi bilimde önemli bir rol oynar. Atalet kuvvetlerinin herhangi bir fiziksel sistem üzerindeki etkisini her zaman doğrudan hesaplayabiliriz ve bu bize, genellikle çok önemsiz olan heterojenliğinden soyutlayarak, yerçekimi alanının etkisini bilme fırsatı verir.
Genel görelilikten bir dizi önemli sonuç elde edildi:
1. Uzay-zamanın özellikleri hareketli maddeye bağlıdır.
2. Hareketsiz ve dolayısıyla yerçekimi kütlesine sahip bir ışık ışınının, yerçekimi alanında bükülmesi gerekir.
3. Yerçekimi alanının etkisi altındaki ışığın frekansı daha düşük değerlere doğru kaymalıdır.
Uzun bir süre boyunca genel göreliliğin deneysel kanıtı çok azdı. Teori ve deney arasındaki uyum oldukça iyidir, ancak deneylerin saflığı çeşitli karmaşık yan etkiler nedeniyle ihlal edilmektedir. Ancak uzay-zaman eğriliğinin etkileri orta dereceli kütleçekim alanlarında bile tespit edilebilmektedir. Örneğin çok hassas saatler, Dünya yüzeyindeki zaman genişlemesini tespit edebilir. Genel göreliliğin deneysel tabanını genişletmek için 20. yüzyılın ikinci yarısında yeni deneyler yapıldı: eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin denkliği test edildi (Ay'ın lazerle menzili dahil);
radar kullanılarak Merkür'ün günberi hareketi netleştirildi; radyo dalgalarının Güneş tarafından yerçekimi sapması ölçüldü ve Güneş Sisteminin gezegenleri üzerinde radar gerçekleştirildi; Güneş'in çekim alanının, güneş sisteminin uzak gezegenlerine gönderilen uzay aracıyla radyo iletişimi üzerindeki etkisi değerlendirildi, vb. Hepsi, öyle ya da böyle, genel görelilik temelinde elde edilen tahminleri doğruladı.
Dolayısıyla, özel görelilik teorisi, ışık hızının sabitliği varsayımlarına ve tüm fiziksel sistemlerde aynı doğa kanunlarına dayanmaktadır ve geldiği ana sonuçlar şunlardır: uzayın özelliklerinin göreliliği -zaman; kütle ve enerjinin göreliliği; Ağır ve inert kütlelerin eşdeğerliği.
Genel görelilik teorisinin felsefi açıdan en önemli sonucu, çevredeki dünyanın uzay-zaman özelliklerinin çekim yapan kütlelerin konumu ve hareketine bağlı olduğunun belirlenmesidir. Bedenlerin etkisi sayesinde
Büyük kütlelerde ışık ışınlarının yolları bükülür. Sonuç olarak, bu tür cisimlerin yarattığı çekim alanı, sonuçta dünyanın uzay-zaman özelliklerini belirler.
Özel görelilik teorisi, yerçekimi alanlarının eyleminden soyutlanır ve bu nedenle sonuçları yalnızca uzay-zamanın küçük alanlarına uygulanabilir. Genel görelilik teorisi ile ondan önceki temel fiziksel teoriler arasındaki temel fark, bazı eski kavramların reddedilmesi ve yenilerinin formüle edilmesidir. Genel görelilik teorisinin kozmolojide gerçek bir devrim yaptığını söylemekte fayda var. Temelinde, Evrenin çeşitli modelleri ortaya çıktı.
SRT, TOE - bu kısaltmalar, hemen hemen herkesin bildiği tanıdık "görelilik teorisi" terimini gizler. Basit bir dille her şey açıklanabilir, hatta bir dahinin ifadesi bile, bu nedenle okuldaki fizik dersinizi hatırlamıyorsanız umutsuzluğa kapılmayın, çünkü aslında her şey göründüğünden çok daha basittir.
Teorinin kökeni
Öyleyse "Aptallar İçin Görelilik Teorisi" kursuna başlayalım. Albert Einstein, çalışmasını 1905'te yayınladı ve bu, bilim adamları arasında heyecan yarattı. Bu teori, geçen yüzyılın fiziğindeki birçok boşluğu ve tutarsızlığı neredeyse tamamen kapsıyordu, ancak her şeyin ötesinde, uzay ve zaman fikrinde devrim yarattı. Einstein'ın açıklamalarının çoğuna çağdaşları inanmakta güçlük çekiyordu, ancak deneyler ve araştırmalar yalnızca büyük bilim adamının sözlerini doğruladı.
Einstein'ın görelilik teorisi, insanların yüzyıllardır uğraştığı şeyi basit terimlerle açıklıyordu. Tüm modern fiziğin temeli denilebilir. Ancak görelilik teorisiyle ilgili konuşmaya devam etmeden önce terimler konusunu açıklığa kavuşturmak gerekiyor. Elbette popüler bilim makalelerini okuyan pek çok kişi iki kısaltmayla karşılaştı: STO ve GTO. Aslında biraz farklı kavramları ima ediyorlar. Birincisi özel görelilik teorisi, ikincisi ise "genel görelilik" anlamına geliyor.
Sadece karmaşık bir şey
STR daha sonra GTR'nin bir parçası haline gelen daha eski bir teoridir. Yalnızca sabit hızla hareket eden nesneler için fiziksel süreçleri dikkate alabilir. Genel teori, hızlanan nesnelere ne olduğunu açıklayabilir ve ayrıca graviton parçacıklarının ve yerçekiminin neden var olduğunu da açıklayabilir.
Işık hızına yaklaşırken hem hareketi hem de uzay-zaman ilişkisini anlatmak gerekiyorsa bunu özel görelilik teorisi yapabilir. Basit bir ifadeyle şu şekilde açıklanabilir: Mesela gelecekten gelen arkadaşlar size yüksek hızda uçabilen bir uzay gemisi verdi. Uzay gemisinin burnunda, önüne gelen her şeye foton atabilen bir top bulunmaktadır.
Bir atış yapıldığında, bu parçacıklar gemiye göre ışık hızında uçarlar, ancak mantıksal olarak sabit bir gözlemci iki hızın (fotonların kendisi ve gemi) toplamını görmelidir. Ama öyle bir şey yok. Gözlemci, sanki geminin hızı sıfırmış gibi, fotonların 300.000 m/s hızla hareket ettiğini görecektir.
Mesele şu ki, bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse etsin, onun için ışığın hızı sabit bir değerdir.
Bu ifade, cismin kütlesine ve hızına bağlı olarak zamanın yavaşlaması, çarpıtılması gibi şaşırtıcı mantıksal çıkarımların temelini oluşturmaktadır. Pek çok bilim kurgu filminin ve dizisinin konusu buna dayanıyor.
Genel görelilik teorisi
Basit bir dille daha geniş kapsamlı genel görelilik açıklanabilir. Öncelikle uzayımızın dört boyutlu olduğu gerçeğini hesaba katmalıyız. Zaman ve mekan, "uzay-zaman sürekliliği" gibi bir "konuda" birleştirilmiştir. Uzayımızda dört koordinat ekseni vardır: x, y, z ve t.
Ancak iki boyutlu bir dünyada yaşayan varsayımsal düz bir insanın yukarıya bakamaması gibi, insanlar da dört boyutu doğrudan algılayamazlar. Aslında dünyamız yalnızca dört boyutlu uzayın üç boyutlu uzaya yansıtılmasından ibarettir.
İlginç bir gerçek şu ki, genel görelilik teorisine göre cisimler hareket ederken değişmezler. Dört boyutlu dünyanın nesneleri aslında her zaman değişmez ve hareket ettiklerinde yalnızca projeksiyonları değişir; biz bunu zamanın çarpıtılması, boyutun küçülmesi veya artması vb. olarak algılarız.
Asansör deneyi
Görelilik teorisi, küçük bir düşünce deneyi kullanılarak basit terimlerle açıklanabilir. Bir asansörde olduğunuzu hayal edin. Kabin hareket etmeye başladı ve kendinizi ağırlıksız bir durumda buldunuz. Ne oldu? Bunun iki nedeni olabilir: Ya asansör uzaydadır ya da gezegenin yerçekiminin etkisi altında serbest düşüştedir. En ilginç olanı, asansör kabininden dışarı bakmak mümkün değilse, yani her iki süreç de aynı görünüyorsa, ağırlıksızlığın nedenini bulmanın da imkansız olmasıdır.
Belki de benzer bir düşünce deneyi yaptıktan sonra Albert Einstein, eğer bu iki durum birbirinden ayırt edilemezse, o zaman aslında yerçekiminin etkisi altındaki cisim ivmelenmez, etki altında eğrilen düzgün bir harekettir sonucuna varmıştır. devasa bir cismin (bu durumda bir gezegen) Dolayısıyla hızlandırılmış hareket, yalnızca düzgün hareketin üç boyutlu uzaya yansıtılmasıdır.
İyi bir örnek
"Aptallar için Görelilik" konusuyla ilgili bir başka güzel örnek. Tamamen doğru değil ama çok basit ve net. Gerilmiş bir kumaşın üzerine herhangi bir nesne koyarsanız, altında bir “sapma” veya “huni” oluşur. Tüm küçük cisimler uzayın yeni kıvrımına göre yörüngelerini bozmak zorunda kalacak ve eğer bedenin enerjisi azsa bu huniyi hiç aşamayabilir. Bununla birlikte, hareket eden nesnenin bakış açısından bakıldığında yörünge düz kalır; uzayın bükülmesini hissetmezler.
Yerçekimi "seviyesi düşürüldü"
Genel görelilik teorisinin ortaya çıkışıyla birlikte, yerçekimi bir kuvvet olmaktan çıktı ve artık zaman ve uzayın eğriliğinin basit bir sonucu olmakla yetindi. Genel görelilik fantastik görünebilir ancak çalışan bir versiyondur ve deneylerle doğrulanmıştır.
Görelilik teorisi dünyamızdaki inanılmaz görünen pek çok şeyi açıklayabilir. Basit bir ifadeyle bu tür şeylere genel göreliliğin sonuçları denir. Örneğin, büyük cisimlerin yakınında uçan ışık ışınları bükülür. Üstelik derin uzaydan gelen birçok nesne birbirinin arkasına gizlenmiştir, ancak ışık ışınlarının diğer cisimlerin etrafında bükülmesi nedeniyle, görünüşte görünmez nesnelere gözlerimiz (daha doğrusu bir teleskopun gözleri) tarafından erişilebilir. Duvarların arkasından bakmak gibi.
Yerçekimi ne kadar büyük olursa, bir nesnenin yüzeyinde zaman o kadar yavaş akar. Bu sadece nötron yıldızları veya kara delikler gibi devasa cisimler için geçerli değil. Zaman genişlemesinin etkisi Dünya'da bile gözlemlenebilmektedir. Örneğin uydu navigasyon cihazları son derece hassas atom saatleriyle donatılmıştır. Gezegenimizin yörüngesindeler ve orada zaman biraz daha hızlı akıyor. Bir gündeki saniyenin yüzde biri, Dünya'daki rota hesaplamalarında 10 km'ye varan hataya neden olacak bir rakama denk geliyor. Bu hatayı hesaplamamızı sağlayan görelilik teorisidir.
Basitçe şu şekilde ifade edebiliriz: Birçok modern teknolojinin temelinde genel görelilik vardır ve Einstein sayesinde yabancı bir alanda bir pizzacıyı ve bir kütüphaneyi kolaylıkla bulabiliriz.
