Teoria relativității - ce este? Postulatele teoriei relativității. Timpul și spațiul în teoria relativității

Înapoi la inceputul secolului al 20-lea a fost formulat teoria relativității. Ce este și care creatorul său știe fiecare elev astăzi. Este atât de fascinant încât chiar interesat de oameni care sunt departe de știință. În acest articol într-un limbaj accesibil descrie teoria relativității: ce este, ce sunt postulate și aplicațiile sale.

Se spune că la Albertu Eynshteynu, creatorul, insight a venit într-o clipită. Om de știință ar fi mers un tramvai de la Berna, Elveția. Se uită la ceas stradă și a dat seama că ceasul se va opri atunci când un tramvai accelera la viteza luminii. În acest caz, nu ar fi fost timp. în teoria relativității joacă un rol foarte important. Unul dintre postulatele formulate de Einstein - observatori diferiți percep realitatea în mod diferit. Acest lucru se aplică în special la timpul și distanța.

Contabilizarea pozitia observatorului

În acea zi, Albert a dat seama că limbajul științei, o descriere a oricărui fenomen fizic sau eveniment depinde de faptul dacă observatorul este într-un cadru de referință. De exemplu, în cazul în care orice tramvai pentru pasageri va scadea puncte, acestea se încadrează în ceea ce-l drept în jos. Dacă privim din perspectiva de a sta pe o stradă pietonală, traiectoria căderii corespunde unei parabole, așa cum se mută de tramvai care se încadrează în timp ce ochelarii. Astfel, sistemul de referință la toată lumea. Va oferim o privire mai atentă la principiile de bază ale teoriei relativității.

legea traficului distribuit și principiul relativității

În ciuda faptului că, atunci când modificați descrierea evenimentelor de numărare sistemelor variază, există lucruri universale care rămân la fel. Pentru a înțelege acest lucru, trebuie să se întrebe nu picătură de puncte, iar legea naturii, care îl face să cadă. Pentru orice observator, indiferent de ordinea într-o mișcare sau un sistem fix de coordonate, este, răspunsul este neschimbat. Această lege se numește legea de distribuție a traficului. Este la fel de valabil în tramvai, și pe stradă. Cu alte cuvinte, în cazul în care descrierea evenimentelor depinde întotdeauna de cine este cu ochii pe ei, atunci acest lucru nu se aplică legile naturii. Ele sunt, așa cum este exprimat în limbaj științific, invariante. Că acesta este principiul relativității.

Doi dintre teoria lui Einstein

Acest principiu, precum și orice altă ipoteză, a fost necesar să verificați mai întâi, corelarea cu fenomenele naturale active în realitatea noastră. Einstein derivat 2 teoria relativității. Cu toate acestea sunt legate, dar sunt luate în considerare separat.

Teoria relativității private sau speciale (SRT), se bazează pe premisa că, pentru toate tipurile de sisteme de referință, care sunt o viteză constantă, legile naturii sunt aceleași. Relativitatea generală (GR) Acest principiu se aplică oricărui cadru de referință, inclusiv cele care se deplaseze cu accelerație. În 1905, Albert Einstein a publicat prima teorie. Al doilea mai complexe, în ceea ce privește aparatul matematic, finalizat în 1916. Crearea teoriei relativității, SRT și TRB, a fost un pas important în dezvoltarea fizicii. Să ne locui pe fiecare dintre ele.

Teoria specială a relativității

Ce este, ceea ce este esența ei? Să răspundă la această întrebare. Este această teorie prezice multe efecte paradoxale, care sunt în contradicție cu intuitiile noastre despre modul în care funcționează lumea. Acestea sunt efectele care apar atunci când viteza se apropie de viteza luminii. Cel mai renumit dintre ele este efectul dilatarea timpului (a ceasului). Ceasuri care se deplasează în raport cu observatorul, sunt mai lente decât cele care sunt în mâinile lui pentru el.

In sistemul de coordonate se deplasează la o viteză apropiată de viteza luminii, fiind întinsă în raport cu observatorul, iar lungimea obiectelor (extindere spațială), în contrast, este comprimat pe direcția axei acestei mișcări. Acest efect oamenii de știință numesc-Fitzgerald contracție Lorentz. Cu toate acestea, în 1889 el a descris Dzhordzh Fitsdzherald, un fizician italian. Și în 1892, Hendrik Lorentz, un olandez, a adăugat el. Acest efect se explică rezultatul negativ, care dă experimentul Michelson-Morley, în care viteza planetei în spațiul exterior se determină prin măsurarea „vântul Aether“. Acestea sunt principiile de bază ale teoriei relativității (speciale). Einstein suplimentat aceste conversie greutate ecuații formula făcută prin analogie. Potrivit acestuia, pentru ca viteza corpului se apropie de viteza luminii, greutatea corporală crește. De exemplu, în cazul în care viteza este 260K. Km / s, adică 87% din viteza luminii, din punctul de vedere al unui observator care se află în cadru de referință staționar, pentru a dubla masa obiectului.

STO confirmare

Toate aceste prevederi, oricare ar fi acestea sunt contrare bunului simț, în timpul lui Einstein sunt confirmate în mod direct și pe deplin în numeroase experimente. Unul dintre ei a avut loc la Universitatea din Michigan cercetatori. Acest experiment curios a confirmat teoria relativității în fizică. Cercetatorii plasat la bordul unei aeronave, care a făcut în mod regulat zboruri transatlantice, ultra-precise ceasuri atomice. De fiecare dată după întoarcerea sa la mărturia acestor ore au fost verificate cu comanda aeroportului. Sa dovedit că ceasul de pe planul de fiecare dată mai mult și mai rămas în urma controalelor. Desigur, a fost doar un figuri minore, fracțiuni de secundă, dar de fapt este foarte important.

Ultimii Cercetatorii jumatate de secol studiaza acceleratorul de particule elementare - un complexe hardware imens. In aceste fascicule de electroni sau protoni, adică particule încărcate subatomice accelerate atâta timp cât acestea nu se apropie de viteza luminii. După aceea, ei bombarda ținta nucleară. In aceste teste, trebuie să ia în considerare faptul că masa de particule crește, în caz contrar rezultatele experimentului nu poate fi interpretat. În acest sens, SRT nu a fost mult timp doar o teorie ipotetică. Acesta a devenit unul dintre instrumentele care sunt folosite în inginerie aplicată, împreună cu legile mecanicii lui Newton. Principiile teoriei relativității a găsit o mare utilitate practică astăzi.

Legile lui Newton și STO

Vorbind despre legile lui Newton (portretul savantului prezentat mai sus), trebuie remarcat faptul că teoria specială a relativității, care le contrazice aparent, de fapt , reproduce ecuațiile legilor lui Newton aproape exact, în cazul în care este folosit pentru a descrie un corp a cărui viteză de deplasare mult mai mică decât viteza luminii. Cu alte cuvinte, dacă utilizați relativității speciale, fizica lui Newton nu este anulat. Această teorie, în contrast, completează și extinde-l.

Viteza luminii - o constantă universală

Folosind principiul relativității, se poate înțelege de ce joacă un rol important este viteza luminii, mai degrabă decât orice altceva în acest model mondial al structurii. Această întrebare este ridicată de către cei care au început de familiarizare cu fizica. Viteza luminii este o constantă universală, deoarece este definit ca atare de lege naturală (mai mult pe acest lucru poate fi găsit prin studierea ecuațiile lui Maxwell). Viteza luminii în vid, în virtutea principiului relativității, în orice cadru de referință este același. Ați putea crede că este contrară bun simț. Rezultă că la observatorul în același timp, ca lumina provine dintr-o sursă fixă și dintr-o mișcare (indiferent dacă acesta se mișcă cu o viteză). Cu toate acestea, nu este. Viteza luminii, datorită rolului său deosebit este dat un loc central nu numai specială, dar, de asemenea, în teoria relativității generale. Și spune despre asta.

Teoria generală a relativității

Este folosit, așa cum am spus, pentru toate cadrele de referință nu sunt neapărat cei a căror viteză de mișcare în raport cu celălalt este constantă. Matematic, această teorie pare mult mai dificilă decât specială. Aceasta explică faptul că printre publicațiile lor au trecut 11 ani. GTR include un special ca un caz special. Prin urmare, legile lui Newton sunt, de asemenea, o parte din ea. Cu toate acestea, relativitatea generală depășește cu mult predecesorii săi. De exemplu, se explică într-o nouă gravitate.

a patra dimensiune

Datorită lumii patru dimensiuni devine GRT: Timp adăugat la cele trei dimensiuni spațiale. Toate acestea sunt inseparabile, de aceea, este necesar să vorbim nu despre distanța spațială care există în lumea tridimensională între două obiecte. Acum merge la intervale spatio-temporala între diferitele evenimente, unindu-le la distanță atât spațiale și temporale unul față de celălalt. Cu alte cuvinte, timp și spațiu în teoria relativității sunt considerate ca fiind un continuum de patru dimensiuni. Acesta poate fi definit ca spațiu-timp. Acest continuum de acei observatori care se deplasează în raport cu altele, vor avea opinii diferite, chiar și cu privire la oricare două evenimente, sau unul dintre ei dacă nu au fost atât precedata de o alta. Cu toate acestea, relația de cauzalitate nu este încălcat. Cu alte cuvinte, existența unui astfel de sistem de coordonate, în cazul în care două evenimente au loc în diferite secvențe și, în același timp, nu permite nici o GR.

relativității generale și legea atracției universale

În conformitate cu legea gravitației universale, descoperită de Newton, forța de atracție reciprocă există în univers între oricare două corpuri. Pământul din această poziție se învârte în jurul soarelui, deoarece există forțe de atracție între ele. Cu toate acestea, teoria generală a relativității face ca privirea de pe cealaltă parte a acestui fenomen. Gravity, potrivit acestei teorii - o consecință a „curbură“ (deformarea) de spațiu-timp, care este observată sub influența masei. Corpul este mai greu (în exemplul nostru, soarele), cu atât mai mult „flex“ sub el spațiu-timp. Prin urmare, sa câmp gravitațional este atât de puternic.

Pentru a înțelege mai bine esența teoriei relativității, ia în considerare comparația. Terenul, conform relativității generale, se învârte în jurul soarelui, ca o minge mica, care se rostogolește în jurul craterul conului, format ca rezultat al „forțând“ soarele spațiu-timp. Iar faptul că am folosit pentru a lua forța gravitațională este de fapt manifestarea exterioară a curburii, și nu prin forță, în sensul lui Newton. O mai bună explicație a fenomenului de greutate decât cea propusă în TRB, până în prezent nu a fost găsit.

Metode pentru testarea relativității generale

Rețineți că TRB nu este ușor de verificat, deoarece duce la laborator aproape respectă legea gravitației universale. Cu toate acestea, oamenii de știință au avut încă o serie de experimente importante. Rezultatele lor sugereaza ca teoria lui Einstein este confirmată. GRT, de asemenea, ajută la explicarea diferitelor fenomene observate în spațiu. Acest lucru, de exemplu, abateri mici de mercur de la orbita sa staționare. Din punct de vedere al mecanicii clasice newtoniene nu le pot explica. Acesta este și motivul pentru care radiația electromagnetică de la stele îndepărtate este îndoită pe măsură ce trece aproape de soare.

Rezultatele prezise de relativitatea generală, de fapt, diferă în mod substanțial de cele care dau legile lui Newton (portretul este prezentat mai sus), numai în cazul în care există câmpuri gravitaționale superputernici. Prin urmare, pentru a finaliza verificarea relativității generale necesită fie măsurători foarte precise ale masei mari de obiecte, sau o gaură neagră, pentru că reprezentările noastre obișnuite în raport cu acestea inaplicabile. Prin urmare, dezvoltarea de metode experimentale pentru a testa această teorie este una dintre principalele sarcini ale fizicii experimentale moderne.

Mintea multor oameni de știință și oameni de departe de știință ia creat de teoria relativității a lui Einstein. Ce este, am vorbit pe scurt. Această teorie se transformă ideile noastre familiare despre lume, astfel încât interesul pentru ea nu a fost încă stins.