Teoria względności – co to jest? Postulaty teorii względności. Czas i przestrzeń w teorii względności

W początkach 20 wieku sformułowano teorię względności. Co to jest i kto jej twórca wie dziś każdy uczeń. To jest tak fascynujące, że nawet zainteresowanie ludzi, którzy są daleko od nauki. W tym artykule w przystępnym językiem opisuje teorię względności: co to jest, jakie są jego postulaty i wnioski.

Mówi się, że do Albertu Eynshteynu, twórcy, wgląd przyszedł migiem. Naukowiec rzekomo jechał tramwajem w Berno, Szwajcaria. Spojrzał na zegar ulicy i zorientował się, że zegar zatrzyma się, gdy tramwaj przyspieszy do prędkości światła. W tym przypadku nie byłby czas. w teorii względności odgrywa bardzo ważną rolę. Jednym z postulatów sformułowanych przez Einsteina – różne obserwatorzy postrzegają rzeczywistość inaczej. Odnosi się to w szczególności do czasu i odległości.

Rozliczanie pozycji obserwatora

W tym dniu, Albert sobie sprawę, że język nauki, opis jakiegokolwiek zjawiska fizycznego lub zdarzenia zależy od tego, czy obserwator jest w układzie odniesienia. Na przykład, jeśli tramwaj pasażerski spadnie punktów, wchodzą one w stosunku do niego prosto w dół. Jeśli spojrzymy z punktu widzenia stojących na deptaku, trajektoria upadku odpowiada paraboli, jak porusza się tramwaj podczas upadku okularów. Tak więc system odniesienia na wszystkich. Proponujemy przyjrzeć podstawowych założeń teorii względności.

Ukazuje prawo ruchu i zasada względności

Pomimo faktu, że po zmianie opisu wydarzeń licząc systemy różnią, istnieją uniwersalne rzeczy, które pozostają takie same. Aby to zrozumieć, trzeba się zastanawiać, nie upuść punktów, a prawo natury, co powoduje, że spadnie. Dla każdego obserwatora, niezależnie od kolejności w ruchomych lub stałych układu współrzędnych Jest to odpowiedź jest niezmieniona. Prawo to nazywa prawo dystrybucji ruchu. Równie ważne w tramwaju i na ulicy. Innymi słowy, jeśli opis wydarzeń zawsze zależy od tego, kto je ogląda, to nie stosuje się do praw natury. Są, jak to jest wyrażone w języku naukowym, niezmienna. Że jest to zasada względności.

Dwa z teorii Einsteina

Zasada ta, jak każda inna hipoteza, trzeba było najpierw sprawdzić, skorelowanie go z naturalnych zjawisk czynnej w naszej rzeczywistości. Einstein pochodzący 2 teorię względności. Chociaż są one związane, ale są traktowane oddzielnie.

Prywatne lub szczególna teoria względności teoria (SRT) opiera się na założeniu, że dla wszystkich rodzajów układów odniesienia, które mają stałą prędkość, prawa natury są takie same. Ogólna teoria względności (GR) Zasada ta odnosi się do dowolnego układu odniesienia, w tym te, które poruszają się z przyspieszeniem. W 1905 roku Albert Einstein opublikował pierwszą teorię. Drugi, bardziej skomplikowane pod względem aparatu matematycznego, ukończony w 1916 roku. Stworzenie teorii względności, SRT i BRT, było ważnym krokiem w rozwoju fizyki. Zatrzymajmy się na każdej z nich.

Szczególna teoria względności

Co to jest to, co jest jego istotą? Załóżmy odpowiedzieć na to pytanie. Jest to teoria przewiduje wiele skutków paradoksalne, które są sprzeczne z naszych intuicji o tym, jak działa świat. Są to efekty, które pojawiają się, gdy prędkość zbliża się do prędkości światła. Najbardziej znanym z nich jest efekt dylatacja czasu (zegar). Zegarki, które są ruchome względem obserwatora, są wolniejsze niż te, które są w jego rękach do niego.

W układzie współrzędnych, porusza się z prędkością bliską prędkości światła, rozciągnięte względem obserwatora, a długość od obiektów (zakres przestrzenny), w przeciwieństwie do tego, jest ściskana wzdłuż kierunku osi tego ruchu. Ten efekt naukowcy nazywają-Fitzgerald skurczu Lorentza. Jeszcze w 1889 roku opisał Dzhordzh Fitsdzherald, włoski fizyk. A w 1892 roku, Hendrik Lorentz, Holender dodał. Efekt ten tłumaczy wynik negatywny, co daje Doświadczenie Michelsona-Morleya, w którym prędkość planety w przestrzeni kosmicznej jest określona poprzez pomiar „Aether wiatr”. Są to podstawowe założenia teorii względności (specjalne). Einsteina uzupełnione te przekształcenia równania ciężarze cząsteczkowym odbywa się analogicznie. Zgodnie z nią, tak ciało prędkość zbliża się do prędkości światła, masa ciała wzrasta. Na przykład, gdy prędkość 260K. Km / s, to znaczy 87% z prędkością światła, z punktu widzenia obserwatora, który znajduje się w nieruchomej ramie odniesienia podwojenie masy obiektu.

potwierdzenie STO

Wszystkie te przepisy, co nie są one sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, aby czas Einsteina są bezpośrednio i w pełni potwierdzone w licznych eksperymentach. Jedna z nich odbyła University of Michigan badaczy. Ten nowoczesny eksperymentu potwierdziły teorii fizyki wzgl. Naukowcy umieszczone na pokładzie samolotu, który regularnie wykonane loty transatlantyckie, ultra-precyzyjnych zegarów atomowych. Za każdym razem po powrocie do zeznań tych godzinach były sprawdzane przy kontroli na lotnisku. Okazało się, że zegar na płaszczyźnie za każdym razem coraz bardziej w tyle za kontrole. Oczywiście, było tylko niewielkie liczby ułamki sekundy, ale fakt jest bardzo znaczący.

Przez ostatnie pół wieku naukowcy badają akcelerator cząstek elementarnych – ogromne kompleksy sprzętowych. W tych wiązek elektronów lub protonów, to pobierana cząstki elementarne przyspieszony, tak długo jak nie zbliżyć prędkość światła. Następnie oni bombardują cel nuklearnego. W tych badaniach, trzeba wziąć pod uwagę fakt, że masa cząstek wzrasta, w przeciwnym razie wyniki eksperymentu nie mogą być interpretowane. W tym względzie, SRT już dawno nie było tylko hipotetyczna teoria. Stało się jednym z narzędzi, które są wykorzystywane w inżynierii stosowanej wraz z prawami mechaniki Newtona. Zasady teorii względności znaleźć wielkie praktyczne zastosowanie dzisiaj.

Sto i Newtona w prawo

Mówiąc o prawami Newtona (portret naukowca przedstawiony powyżej), należy zauważyć, że szczególna teoria względności, która pozornie ich sprzeczności, faktycznie odtwarza równania prawami Newtona prawie dokładnie, jeśli jest on używany do opisania ciało, którego prędkość ruchu znacznie mniej niż prędkość światła. Innymi słowy, jeśli używasz szczególnej teorii względności, fizyka Newtona nie jest anulowane. Teoria ta, w przeciwieństwie do tego, uzupełnia i rozszerza je.

Prędkość światła – uniwersalna stała

Stosując zasadę względności, można zrozumieć dlaczego odgrywa ważną rolę jest prędkość światła, niż cokolwiek innego w tym modelu światowej struktury. To pytanie jest podniesione przez tych, którzy dopiero zaczynają znajomość fizyki. Prędkość światła jest uniwersalną stałą, ponieważ jest zdefiniowane jako takie przez prawo naturalne (więcej na ten temat można znaleźć studiując równania Maxwella). Prędkością światła w próżni, ze względu na zasady wzgl w każdej ramce odniesienia są takie same. Możesz myśleć, że jest to sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem. Wynika stąd, że dla obserwatora w tym samym czasie co światła pochodzi z nieruchomego źródła i od ruchu (niezależnie od tego, czy jest to porusza się z prędkością). Jednak tak nie jest. Prędkość światła, dzięki swojej szczególnej roli podano centralne miejsce nie tylko wyjątkowy, ale także w ogólnej teorii względności. I powiedzieć o tym.

Ogólnej teorii względności

Jest on stosowany, jak już powiedzieliśmy, na wszystkie ramki odniesienia niekoniecznie są tymi, których prędkość ruchu względem siebie jest stała. Matematycznie, teoria ta wygląda o wiele trudniejsze niż specjalny. Tłumaczy to fakt, że wśród swoich publikacji minęło 11 lat. GTR zawiera specjalny jako szczególny przypadek. Dlatego prawa Newtona są również częścią. Jednak ogólna teoria względności wykracza daleko poza jego poprzedników. Na przykład, opisano w nowym grawitacji.

czwarty wymiar

Dzięki świecie czterowymiarowej staje GRT: Czas dodane do trzech wymiarów przestrzennych. Wszystkie z nich są nierozłączne, dlatego konieczne jest, aby nie mówić o odległości w przestrzeni, która istnieje w świecie trójwymiarowym pomiędzy dwoma obiektami. Teraz idzie na odstępach przestrzenno-czasowych pomiędzy poszczególnymi wydarzeniami, jednocząc zarówno przestrzenną i czasową odległość ich od siebie. Innymi słowy, w czasie i przestrzeni w teorii względności są uważane za cztery kontinuum. To może być zdefiniowana jako czasoprzestrzeni. To kontinuum tych obserwatorów, którzy poruszają się względem siebie, mają różne opinie, nawet o dwóch dowolnych zdarzeń, lub jednego z nich, jeśli nie były poprzedzone innym. Jednakże związek przyczynowy nie jest naruszone. Innymi słowy, istnienie takiego układu współrzędnych, gdzie występują dwa zdarzenia w różnych sekwencjach, a jednocześnie nie pozwala nawet GR.

Ogólna teoria względności i prawo powszechnego ciążenia

Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia, odkryte przez Newtona, siła wzajemnego przyciągania istnieje we wszechświecie pomiędzy dowolnymi dwoma ciałami. Ziemia z tej pozycji krąży wokół Słońca, jak istnieją siły przyciągania między nimi. Niemniej jednak, ogólna teoria względności sprawia, że spojrzenie z drugiej strony na to zjawisko. Grawitacyjne, według tej teorii – w konsekwencji „krzywizna” (odkształcenia) przestrzenno-czasowego, które obserwuje się pod wpływem masy. Ciało jest cięższy (w naszym przykładzie, słońce), tym bardziej „flex” pod nim przestrzeń-czas. W związku z tym, jego pole grawitacyjne jest tak silne.

Aby lepiej zrozumieć istotę teorii względności, za porównanie. Ziemia, zgodnie z ogólną teorią względności, kręci się wokół Słońca, jak małe kulki, które toczy się wokół krateru stożka, utworzonej w wyniku „zmusza” czasoprzestrzeni słońcu. A fakt, że kiedyś wziąć siły grawitacji jest rzeczywiście zewnętrznym przejawem krzywizny, a nie siłą, w sensie Newtona. Lepsze wyjaśnienie tego zjawiska grawitacji niż proponowane w BRT, do tej pory nie został odnaleziony.

Metody testowania ogólnym wzgl

Zauważ, że GRT nie jest łatwe do sprawdzenia, gdyż prowadzi to do laboratorium niemal zgodne z prawem powszechnego ciążenia. Jednak naukowcy wciąż miał szereg ważnych eksperymentów. Ich wyniki wskazują, że teoria Einsteina jest potwierdzone. GRT pomaga również wyjaśnić różne zjawiska obserwowane w przestrzeni. To, na przykład, małe odchylenia rtęci z jego orbicie stacjonarnej. Z punktu widzenia newtonowskiej mechaniki klasycznej nie można ich wyjaśnić. Dlatego również promieniowanie elektromagnetyczne z odległych gwiazd jest wygięta jak przechodzi blisko słońca.

Wyniki przewidywane przez ogólnej teorii względności, w rzeczywistości różnią się znacznie od tych, które dają prawa Newtona (jego portret jest przedstawione powyżej) tylko wtedy, gdy istnieją supersilnych pola grawitacyjnego. W związku z tym, w celu zakończenia weryfikacji ogólnym wzgl wymaga albo bardzo dokładnych pomiarów rozległą masę przedmiotów lub czarną dziurę, ponieważ nawykowych reprezentacji w odniesieniu do ich zastosowania. W związku z tym rozwój metod eksperymentalnych Aby przetestować tę teorię, jest jednym z głównych zadań współczesnej fizyki doświadczalnej.

Umysły wielu naukowców i ludzi daleko od nauki trwa stworzony przez Einsteina teorii względności. Co to jest, że krótko przemówił. Teoria ta zamienia nasze znajome wyobrażenia o świecie, więc zainteresowanie nim nie został jeszcze ugaszony.