תורת היחסות - מה זה? עקרונות היסוד של תורת היחסות. זמן ומרחב של תורת היחסות

עוד במאה ה 20 המוקדמות גובשה תורת היחסות. מה זה ומי היוצר שלה יודע כל ילד היום. זה כל כך מרתק שהוא גם מתעניין באנשים שנמצאים רחוק המדע. במאמר זה בשפה נגישה מתאר את תורת היחסות: מה זה, מה הם עקרונות היסוד ושימושיה.

הוא אמר כי כדי Albertu Eynshteynu, היוצר, התובנה באה כהרף עין. מדען לכאורה רכבו חשמלי ב ברן, שוויץ. הוא הביט בשעון ברחוב והבין השעון יפסיק כאשר חשמלית להאיץ את מהירות אור. במקרה זה לא היה זמן. ב תורת היחסות זה ממלא תפקיד חשוב מאוד. אחת ההנחות שגיבש איינשטיין - משקיפים שונים תופסים את המציאות אחרת. זה חל בעיקר על הזמן והמרחק.

טיפול חשבונאי של עמדה משקיפה

ביום ההוא, אלברט הבין את השפה של מדע, תיאור של כל תופעה או אירוע פיזי תלויה אם הצופה נמצא מסגרת התייחסות. לדוגמא, אם חשמלית נוסע כל תרד נקודות, הם נופלים ביחס אליו ישר למטה. אם נסתכל מנקודת המבט של עמידה במדרחוב, המסלול של הנפילה מתאים פרבולה, כמו המהלכים החשמליים תוך משקפים נופלים. לפיכך, מערכת הייחוס על כולם. אנו מציעים מבט מקרוב על העקרונות הבסיסיים של תורת היחסות.

חוק תנועה מבוזרת ואת עיקרון היחסות

למרות העובדה כי כאשר אתה משנה את התיאור של אירועים לספור מערכות להשתנות, יש דברים אוניברסליים כי יישארו ללא שינוי. כדי להבין זאת, יש לתהות תפיל נקודות, ואת חוק טבע, אשר גורמת לו ליפול. עבור כל צופה, ללא קשר לסדר בתוך מרגש או מערכת קבועה של קואורדינטות זה, התשובה היא ללא שינוי. חוק זה נקרא חוק התפלגות התנועה. זה תקף באותה מידה בחשמלית, וברחוב. במילים אחרות, אם התיאור של האירועים תמיד תלוי מי צופה בהם, אז זה אינו חל על חוקי הטבע. הם, כפי שהוא בא לידי ביטוי בשפה מדעית, בלתי משתנה. זה זהו העיקרון של תורת היחסות.

שתיים התאוריה של איינשטיין

עיקרון זה, וכן כל השערה אחרת, היה צורך לבדוק תחילה, התאים אותו עם תופעות הטבע פעילות במציאות שלנו. איינשטיין נגזרת 2 תורת היחסות. למרות שהם קשורים, אך נחשבים נפרדים.

תורת יחסות פרטית או מיוחדת (SRT) מבוססת על ההנחה כי, לכל סוגי מערכות ייחוס, אשר במהירות קבועה, חוקי הטבע זהים. תורת היחסות הכללית (GR) עיקרון זה חל על כל מסגרת התייחסות, כולל אלה לעבור עם האצה. בשנת 1905, אלברט איינשטיין פרסם את התורה הראשונה. המתחם השני, יותר במונחים של המנגנון המתמטי, הושלם בשנת 1916. יצירה של תורת היחסות, SRT ו GRT, היה צעד חשוב בהתפתחות הפיסיקה. תנו לנו להתעכב על כל אחד מהם.

תורת היחסות הפרטית

מה זה, מה היא המהות שלה? בואו לענות על שאלה זו. זוהי תאוריה זו מנבאת תופעות פרדוקסלית רבות כי הם בניגוד לאינטואיציה שלנו על איך העולם עובד. אלו הן התופעות המתרחשות כאשר המהירות מתקרבת למהירות האור. המפורסם ביותר ביניהם הוא אפקט התרחבות הזמן (שעון). שעונים כי הם נעים ביחס לצופה, הם איטיים יותר מאלו שנמצאים בידיו בשבילו.

במערכת לתאם נעה במהירות קרובה למהירות האור, נמתח ביחס לצופה, ואת אורכו של החפצים (במידה מרחבית), לעומת זאת, נדחס יחד בכיוון של ציר תנועה זו. מדענים אפקט זה להתקשר-פיצג'רלד התכווצות לורנץ. אולם בשנת 1889 הוא תיאר Dzhordzh Fitsdzherald, פיזיקאי איטלקי. וגם 1892, הנדריק לורנץ, הולנדי, הוסיף. אפקט זה מסביר את התוצאה שלילית, אשר נותן ניסוי מייקלסון-מורלי, שבו המהירות של כדור הארץ בחלל החיצון נקבעת על ידי מדידת "משב האתר". אלו הם עקרונות היסוד של תורת היחסות (מיוחד). איינשטיין בתוספת המרת משקל נוסחא משוואות אלה שנעשה על ידי אנלוגיה. לדברים אותו, כל מהירות הגוף מתקרבת למהירות האור, משקל הגוף מגביר. לדוגמא, אם מהירות היא 260K. Km / s, דהיינו 87% ממהירות האור, מנקודת המבט של משקיף מי נמצא הייחוס הנייח, כדי להכפיל את המסה של האובייקט.

STO אישור

כל הפרשות האלה, מה הן בניגוד לשכל ישר, לעת של איינשטיין הן ישירות ואשרו באופן מלא בניסויים רבים. אחד מהם החזיק חוקרים מאוניברסיטת מישיגן. הניסוי סקרן זה אישר את תורת היחסות בפיזיקה. החוקרים להציב במטוס, מה שגרם טיסות טרנסאטלנטיות בקביעות, אולטרה-מדויקת שעונים אטומיים. בכל פעם לאחר שבתי עדותו של שעות אלה נבדקו באמצעות שלט התעופה. התברר כי השעון על המטוס בכל פעם יותר ויותר פיגרה שולטת. כמובן, זה היה רק דמויות קטין, חלקיקים שניים, אבל העובדה היא מאוד משמעותית.

החוקרים האחרונים בחצי המאה לומדים מאיץ חלקיקים יסודי - קומפלקסי חומרה ענקים. בשנת קורות או פרוטונים אלקטרונים אלה, דהיינו טעונים חלקיקים תת-אטומיים מואצים כל עוד הם אינם מתקרבים במהירות האור. לאחר מכן הם מפגיזים את היעד הגרעיני. בבדיקות אלה, אתה צריך לקחת בחשבון את העובדה כי המסה של עליות חלקיקים, אחרת התוצאות של הניסוי לא ניתן לפרש. מבחינה זו, SRT כבר מזמן לא רק תיאוריה היפותטית. זה הפך לאחד הכלים המשמשים בהנדסה יישומית, יחד עם חוקי המכאניקה של ניוטון. העקרונות של תורת יחסות נמצאים בשימוש מעשי נהדר היום.

החוקים של STO וניוטון

אם כבר מדברים על חוקי ניוטון (דיוקן של המדען שהוצגו לעיל), יש לציין כי תורת היחסות הפרטית, אשר סותר אותם לכאורה, למעשה משחזרת את משוואות של חוקי ניוטון כמעט בדיוק, אם הוא משמש כדי לתאר גוף מהירות אשר התנועה הרבה פחות ממהירות האור. במילים אחרות, אם אתה משתמש היחסות הפרטית, פיזיקה של ניוטון אינו מבוטל. תאוריה זו, לעומת זאת, משלימה ומרחיבה אותו.

מהירות האור - קבוע אוניברסלי

באמצעות עקרון היחסות, אפשר להבין למה זה ממלא תפקיד חשוב הוא מהירות האור, ולא שום דבר אחר מודל העולם הזה של המבנה. שאלה זו נשאלת על ידי מי בדיוק מתחילות היכרות עם פיסיקה. מהירות האור היא קבוע אוניברסלי משום שהוא מוגדר ככזה על ידי החוק הטבעי (עוד על כך ניתן למצוא על ידי בוחן את משוואות מקסוול). מהירות האור בריק, מכוח עקרון היחסות, בכל מסגרת ההתייחסות היא זהה. אולי אתם חושבים שזה בניגוד לשכל הישר. מכאן נובע כי לצופה בו זמנית כפי שהאור מגיע ממקור קבוע וממנו מרגש (ולא משנה אם זה נע עם מהירות). עם זאת, זה לא. מהירות האור, הודות התפקיד המיוחד ניתנת מקום מרכזי לא רק מיוחד, אלא גם בתורת היחסות הכללית. ויכול לספר לנו.

תורת היחסות הכללית

הוא משמש, כפי שאמרנו, לכל מסגרות ההתייחסות אינן בהכרח אלה מהירים אשר יחסית תנועה אחד לשני הוא קבוע. מבחינה מתמטית, תורה זה נראית הרבה יותר קשה ממה מיוחד. זה מסביר את העובדה כי בקרב הפרסומים שלהם חלפו 11 שנים. GTR כוללת מיוחדת כמקרה מיוחד. לכן, חוקי ניוטון הם גם חלק ממנה. עם זאת, תורת היחסות הכללית היא הרבה מעבר קודמיו. לדוגמא, זה מוסבר חמור יותר.

המימד הרביעי

תודה לעולם ארבעה-ממדי הופכת GRT: זמן הוספה לשלושת הממדים המרחביים. כולם אינם ניתנים להפרדה, ולכן, יש צורך לדבר לא על המרחק המרחבי הקיים בעולם התלת-ממדי בין שני אובייקטים. זה עתה ממשיך במרווחים במרחב ובזמן בין אירועים שונים, מתאחדים שני המרחק במרחב ובזמן אותם זה מזה. במילים אחרות, זמן ומרחב ב תורת היחסות נחשבים רצף ארבע-ממדי. זה יכול להיות מוגדר בתור המרחב-זמן. רצף זה של צופי נמצאים נעימים זה ביחס לזה, יצטרך דעות שונות, אפילו על כל שני אירועים, או אחד מהם, אם היו שניהם קדמו אחר. עם זאת, הקשר הסיבתי אינו מופר. במילים אחרות, את קיומה של מערכת כזו לתאם, שבו שני האירועים מתרחשים רצפים שונים בעת ובעונה אחת, אינו מאפשר אפילו GR.

תורת היחסות הכללית לבין חוק הגרביטציה

על פי חוק הגרביטציה, התגלה על ידי ניוטון, כוח משיכה הדדית קיים ביקום בין כל שני גופים. כדור הארץ מן העמדה הזו סובבת סביב השמש, שכן ישנם כוחות המשיכה ביניהם. עם זאת, תורת היחסות הכללית עושה את המראה בצד השני לתופעה זו. Gravity, על פי התיאוריה הזו - תוצאה של "עקמומיות" (דפורמציה) של המרחב-זמן, אשר נצפו תחת השפעת המסה. הגוף הוא כבד (בדוגמה שלנו, השמש), יותר "להגמיש" מתחתיו את המרחב-זמן. בהתאם לכך, שלה השדה הכבידה היא כל כך חזקה.

על מנת להבין טוב יותר את מהות תורת היחסות, לשקול את ההשוואה. הקרקע, לפי תורת היחסות הכללית, סובבת סביב השמש, כמו כדור קטן שמתגלגל סביב המכתש של קונוס, נוצר כתוצאה של "לאלץ" את השמש בחלל-זמן. והעובדה שאנחנו רגילים לקחת את כוח הכבידה היא למעשה הביטוי החיצוני של העקמומיות, ולא על ידי כוח, במובן של ניוטון. הסבר טוב יותר של התופעה הכביד מ מוצע GRT, עד כה לא נמצא.

שיטות יחסות כללית בדיקות

שים לב GRT לא קל לבדוק, שכן תוצאות במעבדה כמעט לציית לחוק הכבידה האוניברסלית. עם זאת, מדענים עדיין היו מספר ניסויים חשובים. התוצאות שלהם מראים כי התיאוריה של איינשטיין הוא אישר. GRT גם מסייע להסביר את התופעות השונות שנצפו בחלל. זו, למשל, סטיות קטנות של מרקורי מהמסלול הנייח שלה. מנקודת המבט של המכניקה הקלאסית של ניוטון לא יכול להסביר אותם. זו גם סיבת הקרינה אלקטרומגנטית מכוכבים רחוקים היא כפופה כשהוא עובר ליד השמש.

התוצאות שחוזה תורת היחסות הכללית, למעשה, להיות שונות מהותית מאלו שנותנים את חוקי ניוטון (דיוקן שלו מוצג לעיל) רק כאשר ישנם שדות כבידה superstrong. לכן, כדי להשלים את האימות של יחסות כללית דורשת גם מדידות מאוד מדויקות של הכמות העצומה של חפצים, או חור שחור, כי המצגים הרגילים שלנו ביחס אליהם מיותרות. לכן, פיתוח שיטות ניסיוניות כדי לבדוק תיאוריה זו היא אחת המשימות העיקריות של הפיזיקה הניסויית המודרנית.

המוחות של מדענים רבים, והאנשים רחוקים מדע לוקחים נוצרים על ידי תורת היחסות של איינשטיין. מה זה, דיברנו בקצרה. תאוריה זו הופכת רעיונות המוכרים שלנו על העולם, ולכן העניין זה טרם כבה.