Relativitetsteorien - hva er det? De postulater om relativitetsteorien. Tid og rom i relativitetsteorien

Tilbake i begynnelsen av 20. århundre ble formulert relativitetsteorien. Hva er det og som sin skaper kjenner hver skolebarn i dag. Det er så fascinerende at det også er interessert i folk som er langt fra vitenskap. I denne artikkelen på tilgjengelig språk beskriver relativitetsteorien: hva det er, hva er dens postulater og applikasjoner.

Det sies at for å Albertu Eynshteynu, skaperen, innsikt kom i en håndvending. Forsker angivelig kjørte en trikk på Bern, Sveits. Han så på gaten klokken og innså at klokken stopper når en trikk akselerere til lysets hastighet. I dette tilfellet ville det ikke ha vært tid. i relativitetsteorien spiller en svært viktig rolle. En av de postulater formulert av Einstein - ulike observatører oppfatter virkeligheten annerledes. Dette gjelder særlig i forhold til tid og avstand.

Regnskap for observatørens posisjon

På denne dagen, Albert innså at språket av vitenskap, en beskrivelse av noen fysisk fenomen eller hendelse avhenger av om observatøren er i en referanseramme. For eksempel, hvis noen passasjer trikk vil miste poeng, faller de i forhold til den rett ned. Hvis vi ser fra perspektivet til å stå på en gågate, banen til høsten tilsvarer en parabel, som trikken beveger seg mens fallende briller. Dermed referansesystemet på alle. Vi tilbyr en nærmere titt på de grunnleggende prinsippene i relativitetsteorien.

Distribuert trafikk lov og prinsippet om relativitets

Til tross for det faktum at når du endrer beskrivelsen av hendelser teller systemer variere, er det universelle ting som forblir den samme. For å forstå dette, må man undres ikke miste poeng, og loven om natur, noe som får den til å falle. For en hvilken som helst observatør, uavhengig av rekkefølgen i et bevegelig eller fast koordinatsystem er det, er svaret uforandret. Denne loven kalles loven om fordeling av trafikk. Det er like gyldig i trikken, og på gaten. Med andre ord, hvis beskrivelsen av hendelsene alltid an på hvem som ser dem, så dette gjelder ikke naturlovene. De er, som det uttrykkes i vitenskapelig språk, invariant. At dette er prinsippet om relativitetsteorien.

To av Einsteins teori

Dette prinsippet, så vel som alle andre hypotese, var det nødvendig å først sjekke, samkjøre den med den naturlige fenomener aktive i vår virkelighet. Einstein utledet 2 teorien. Selv om de er i slekt, men vurderes separat.

Privat eller spesielle relativitetsteorien (SRT) er basert på premisset om at, for alle typer referansesystemer, som er en konstant hastighet, naturlovene er de samme. Generelt relativitets (GR) Dette prinsippet gjelder for hvilken som helst ramme for referanse, inkludert de som beveger seg med akselerasjon. I 1905 publiserte Albert Einstein den første teorien. Den andre, mer komplekse i form av den matematiske apparat, gjennomført i 1916. Opprettelse av relativitetsteorien, SRT og GRT, var et viktig skritt i utviklingen av fysikk. La oss dvele ved hver av dem.

Spesielle relativitetsteori

Hva er det, hva er dens essens? La oss svare på dette spørsmålet. Det er denne teorien spår mange paradoksale effekter som er i strid med våre intuisjoner om hvordan verden fungerer. Dette er effekter som oppstår når hastigheten nærmer seg lysets hastighet. Den mest kjente blant dem er Tidsdilatasjon effekt (av klokken). Klokker som beveger seg i forhold til observatøren, er tregere enn de som er i hendene på ham.

I det koordinatsystem som beveger seg med en hastighet nær lysets hastighet, blir strukket i forhold til observatøren, og lengden av gjenstandene (utstrekningen), i motsetning til dette, komprimeres langs retningen av aksen for denne bevegelsen. Denne effekten forskerne kaller-Fitzgerald sammentrekning Lorentz. Men i 1889 beskrev han Dzhordzh Fitsdzherald, en italiensk fysiker. Og i 1892, Hendrik Lorentz, en nederlender, la han til. Denne effekt forklarer negativt resultat, noe som gir den Michelson-Morley eksperiment, hvor hastigheten av den planet i verdensrommet blir bestemt ved å måle "Eter vind". Dette er de grunnleggende prinsippene i relativitetsteorien (spesielle). Einstein supplert disse ligninger formel vekt omdannelse stilles analogt. I henhold til den, for så legemet hastigheten nærmer lysets hastighet, øker kroppsvekt. For eksempel, hvis hastighet er 260K. Km / s, dvs. 87% av lyshastigheten, fra synspunktet til en observatør som er i det stasjonært koordinatsystem, for å doble massen av gjenstanden.

bekreftelse STO

Alle disse bestemmelsene, uansett hva de er i strid med sunn fornuft, til Einsteins tid er direkte og fullt ut bekreftet i en rekke eksperimenter. En av dem holdt en University of Michigan forskere. Dette nysgjerrig forsøket bekreftet relativitetsteorien i fysikk. Forskere plassert om bord på fly, noe som ofte har gjort trans fly, ultra presise atomklokkene. Hver gang etter at han kom tilbake til vitnesbyrd om disse tidene ble sjekket med flyplassen kontroll. Det viste seg at klokken på flyet hver gang mer og mer lagged bak spakene. Selvfølgelig, det var bare noen små tall, brøkdeler av et sekund, men faktum er svært viktig.

De siste halve århundret forskere studerer elementær partikkelakselerator - en stor programvare komplekser. I disse elektronstråler eller protoner, det vil si belastet subatomære partikler akselereres så lenge som de ikke nærmer seg hastigheten av lys. Deretter ble de bombardere atom målet. I disse testene, må du vurdere det faktum at massen av partiklene øker, ellers resultatene av eksperimentet kan ikke tolkes. I denne forbindelse har SRT lenge vært ikke bare en hypotetisk teori. Det har blitt en av de verktøyene som brukes i anvendt engineering, sammen med Newtons lover mekanikk. Prinsippene for relativitetsteorien fant stor praktisk bruk i dag.

STO og Newtons lover

Snakker av Newtons lover (portrett av forskeren presenteres ovenfor), bør det bemerkes at den spesielle relativitetsteorien, som tilsynelatende motsier dem, faktisk gjengir ligninger av Newtons lover nesten nøyaktig, hvis det brukes til å beskrive et organ som har bevegelseshastigheten mye mindre enn lysets hastighet. Med andre ord, hvis du bruker spesielle relativitetsteori, Newtons fysikk er ikke kansellert. Denne teorien, i kontrast, utfyller og utvider den.

Lysets hastighet - en universell konstant

Ved hjelp av prinsippet om relativitetsteorien, kan man forstå hvorfor det spiller en viktig rolle er lysets hastighet, snarere enn noe annet i denne verden modell av strukturen. Dette spørsmålet er reist av de som er bare begynnelsen kjennskap til fysikk. Lysets hastighet er en universell konstant fordi den er definert slik av naturlige lov (mer om dette kan finnes ved å studere Maxwells ligninger). Lyshastigheten i vakuum, i kraft av prinsipp relativitets, i en hvilken som helst referanse ramme er den samme. Du tror kanskje at det er i strid med sunn fornuft. Det følger at for observatøren samtidig som lyset kommer fra en fast kilde og fra en bevegelig (uavhengig av om det beveger seg med en hastighet). Det er imidlertid ikke. Lysets hastighet, er takket være sin spesielle rolle gitt en sentral plass ikke bare spesielt, men også i den generelle relativitetsteorien. Og fortelle om det.

Generelle relativitetsteori

Den brukes, som sagt, for alle referanserammer er ikke nødvendigvis de som bevegelseshastighet i forhold til hverandre er konstant. Matematisk denne teorien ser mye vanskeligere enn spesiell. Dette forklarer det faktum at blant sine publikasjoner har passert 11 år. GTR inkluderer en spesiell som et spesialtilfelle. Derfor Newtons lover er også en del av det. Men går den generelle relativitetsteorien langt utover sine forgjengere. For eksempel er det beskrevet i en ny tyngdekraft.

fjerde dimensjon

Takket være fire-dimensjonale verden blir GRT: Tid lagt til de tre romlige dimensjoner. Alle av dem er uatskillelige, derfor er det nødvendig å snakke ikke om den romlige avstanden som eksisterer i den tredimensjonale verden mellom to objekter. Det går nå av rom-tid-intervall mellom forskjellige hendelser, forener både romlig og tidsmessig avstand dem fra hverandre. Med andre ord, tid og rom i relativitetsteorien er ansett som en fire-dimensjonale kontinuum. Det kan defineres som rom-tid. Dette kontinuum av de observatører som beveger seg i forhold til hverandre, vil ha ulike meninger, selv om noen to hendelsene, eller en av dem hvis det var både innledes med en annen. Imidlertid er årsakssammenheng ikke krenket. Med andre ord, eksistensen av et slikt koordinatsystem, der to hendelser skjer i ulike sekvenser og på samme tid, tillater ikke engang en GR.

Generelle relativitets og loven om universell gravitasjon

I henhold til loven om universell gravitasjon, oppdaget av Newton, eksisterer kraft gjensidig tiltrekning i universet mellom to kropper. Earth fra denne posisjonen går rundt solen, som det finnes krefter tiltrekning mellom dem. Likevel, den generelle relativitetsteorien gjør utseendet på den annen side til dette fenomenet. Tyngdekraften, i henhold til denne teorien - en konsekvens av "krumning" (deformasjon) av rom-tid, som er observert under påvirkning av massen. Kroppen er tyngre (i vårt eksempel, solen), jo mer "flex" under ham rom-tid. Følgelig dens er gravitasjonsfelt så sterk.

For bedre å forstå essensen av relativitetsteorien, vurdere sammenligning. Den jord, i henhold til generell relativitets, går rundt solen, som en liten kule som ruller rundt krateret av kjeglen, som dannes som et resultat av "tvinge" rom-tid-solen. Og det faktum at vi pleide å ta tyngdekraften er faktisk den ytre manifestasjon av kurvatur, og ikke med makt, i den forstand av Newton. Bedre forklaring av fenomenet gravitasjon enn foreslått i GRT, til dags dato ikke funnet.

Metoder for testing av generell relativitets

Merk at GRT er ikke lett å kontrollere, siden det resulterer i laboratoriet nesten i samsvar med lov om universell gravitasjon. Men forskerne hadde fortsatt en rekke viktige eksperimenter. Deres resultater tyder på at Einsteins teori er bekreftet. GRT bidrar også til å forklare ulike fenomener observert i verdensrommet. Dette, for eksempel, små avvik av kvikksølv fra dens stasjonær bane. Fra synspunkt av Newtons klassisk mekanikk kan ikke forklare dem. Dette er også grunnen til at den elektromagnetiske strålingen fra fjerne stjerner er bøyd når den passerer nær solen.

Resultatene spådd av generell relativitet, faktisk, skiller seg vesentlig fra de som gir lover Newton (hans portrett er presentert ovenfor) bare når det er supersterk gravitasjonsfelt. Derfor, for å fullføre bekreftelsen av den generelle relativitets krever enten meget nøyaktige målinger av den store massen til objekter, eller en svart hull, fordi vane representasjoner i forhold til dem uanvendelig. Derfor er utviklingen av eksperimentelle metoder for å teste denne teorien er en av de viktigste oppgavene for moderne eksperimentell fysikk.

Hodet av mange forskere og folk langt fra vitenskapen tar opprettet av Einsteins relativitetsteori. Hva er det, snakket vi kort. Denne teorien slår våre kjente ideer om verden, så interessen for det er ennå ikke slukket.