Einšteino reliatyvumo teorija man visada buvo kažkas abstraktaus ir nesuprantamo. Pabandykime paprastais žodžiais apibūdinti Einšteino reliatyvumo teoriją. Įsivaizduokite, kad esate lauke, lyjant stipriam lietui, o vėjas pučia jums į nugarą. Jei pradėsite bėgti greitai, lietaus lašai nenukris ant nugaros. Lašai bus lėtesni arba visai nepasieks nugaros, tai moksliškai įrodytas faktas, ir jūs patys galite tai patikrinti lyjant. Dabar įsivaizduokite, jei apsisuktumėte ir bėgtumėte prieš vėją lyjant, lašai smarkiau nukristų ant jūsų drabužių ir veido, nei jei tiesiog stovėtumėte.
Anksčiau mokslininkai manė, kad šviesa vėjuotomis dienomis veikia kaip lietus. Jie manė, kad jei Žemė juda aplink Saulę, o Saulė juda aplink galaktiką, tai galima išmatuoti jų judėjimo greitį erdvėje. Jų nuomone, jiems belieka išmatuoti šviesos greitį ir jo pokyčius dviejų kūnų atžvilgiu.
Mokslininkai tai padarė rado kažką labai keisto. Šviesos greitis buvo vienodas, nesvarbu, kaip judėjo kūnai ir kokia kryptimi atlikti matavimus.
Buvo labai keista. Jei imsime audros situaciją, tai normaliomis aplinkybėmis lietaus lašai jus paveiks daugiau ar mažiau, priklausomai nuo jūsų judesių. Sutikite, būtų labai keista, jei tiek bėgant, tiek sustojus liūtis į nugarą pūstų vienoda jėga.
Mokslininkai išsiaiškino, kad šviesa neturi tų pačių savybių kaip lietaus lašai ar bet kas kita visatoje. Nesvarbu, kaip greitai judate ir kuria kryptimi judate, šviesos greitis visada bus toks pat. Tai labai painu ir tik Albertas Einšteinas sugebėjo nušviesti šią neteisybę.
Einšteinas ir kitas mokslininkas Hendrikas Lorenzas išsiaiškino, kad yra tik vienas būdas paaiškinti, kaip visa tai gali būti. Tai įmanoma tik sulėtėjus laikui.
Įsivaizduokite, kas nutiktų, jei laikas jums sulėtėtų ir jūs nežinotumėte, kad judate lėčiau. Pajusite, kad visa kita vyksta greičiau., viskas aplinkui judės kaip greitame filme.
Taigi dabar apsimeskime, kad jus vėl užklupo liūtis. Kaip gali būti, kad lietus jus paveiks taip pat, net jei bėgate? Pasirodo, jei bandėte bėgti nuo lietaus, tada jūsų laikas sulėtėtų ir lietus paspartėtų. Lietaus lašai nukris ant nugaros tokiu pat greičiu. Mokslininkai tai vadina laiko išsiplėtimu. Kad ir kaip greitai judėtumėte, jūsų laikas sulėtėja, bent jau šviesos greičiui, ši išraiška yra teisinga.
Matavimų dvilypumas
Kitas dalykas, kurį Einšteinas ir Lorentzas išsiaiškino, yra tai, kad du žmonės skirtingomis aplinkybėmis gali gauti skirtingas apskaičiuotas vertes, o keisčiausia, kad jie abu bus teisūs. Tai dar vienas šalutinis poveikis, kad šviesa visada sklinda tuo pačiu greičiu.
Padarykime minties eksperimentą
Įsivaizduokite, kad stovite savo kambario centre ir pastatėte lempą tiesiai kambario viduryje. Dabar įsivaizduokite, kad šviesos greitis labai lėtas ir matote, kaip ji sklinda, įsivaizduokite, kad įjungėte lempą.
Kai tik įjungsite lempą, šviesa pradės skirtis ir švies. Kadangi abi sienos yra vienodu atstumu, šviesa abi sienas pasieks tuo pačiu metu.
Dabar įsivaizduokite, kad jūsų kambaryje yra didelis langas, o pro šalį važiuoja jūsų draugas. Jis pamatys ką nors kita. Jam atrodys, kad jūsų kambarys juda į dešinę, o kai įjungsite lempą, jis pamatys, kad kairioji siena juda šviesos link. o dešinioji siena nutolsta nuo šviesos. Jis pamatys, kad šviesa pirmiausia pataikė į kairę sieną, o paskui į dešinę. Jam atrodo, kad šviesa neapšvietė abiejų sienų vienu metu.
Pagal Einšteino reliatyvumo teoriją abu požiūriai būtų teisingi.. Jūsų požiūriu, šviesa patenka į abi sienas vienu metu. Žiūrint iš jūsų draugo požiūrio, taip nėra. Čia nėra nieko blogo.
Štai kodėl mokslininkai teigia, kad „vienalaikiškumas yra reliatyvus“. Jei matuojate du dalykus, kurie turėtų įvykti vienu metu, tai kažkas, judantis skirtingu greičiu ar kita kryptimi, negalės jų išmatuoti taip pat, kaip jūs.
Mums tai atrodo labai keista, nes šviesos greitis mums yra momentinis, o mes, palyginti su juo, judame labai lėtai. Kadangi šviesos greitis yra toks didelis, mes nepastebime šviesos greičio, nebent atliekame specialius eksperimentus.
Kuo greičiau objektas juda, tuo jis trumpesnis ir mažesnis
Kitas labai keistas šalutinis poveikis kad šviesos greitis nesikeičia. Šviesos greičiu judantys daiktai trumpėja.
Vėlgi, įsivaizduokime, kad šviesos greitis yra labai lėtas. Įsivaizduokite, kad esate traukinyje ir automobilio viduryje įtaisėte lempą. Dabar įsivaizduokite, kad įjungėte lempą, kaip ir kambaryje.
Šviesa pasklis ir vienu metu pasieks sienas priešais ir už automobilio. Tokiu būdu jūs netgi galite išmatuoti vagono ilgį, matuodami per kiek laiko šviesa pasiekė abi puses.
Atlikime skaičiavimus:
Įsivaizduokite, kad 10 metrų nuvažiuoti reikia 1 sekundės, o šviesa nuo lempos iki automobilio sienelės nukeliauja per 1 sekundę. Tai reiškia, kad lemputė yra 10 metrų atstumu nuo abiejų automobilio pusių. Kadangi 10 + 10 = 20, tai reiškia, kad automobilio ilgis yra 20 metrų.
Dabar įsivaizduokime, kad jūsų draugas yra gatvėje ir stebi traukinį. Atminkite, kad jis viską mato kitaip. Galinė automobilio sienelė juda lempos link, o priekinė sienelė tolsta nuo jos. Taigi jam šviesa vienu metu nelies priekinės ir galinės automobilio sienelės. Pirma, šviesa pasieks galą, o tada į priekį.
Taigi, jei jūs ir jūsų draugas išmatuosite šviesos sklidimo nuo lempos iki sienų greitį, gausite skirtingas vertes, o mokslo požiūriu abu skaičiavimai bus teisingi. Tik tau pagal ismatavimus vagono ilgis bus vienodo dydžio, o draugui vagono ilgis bus mažesnis.
Atminkite, kad viskas priklauso nuo to, kaip ir kokiomis sąlygomis matuojate. Jei būtumėte skraidančioje raketoje, kuri juda šviesos greičiu, nepajustumėte nieko neįprasto, kitaip nei žmonės ant žemės, matuojantys jūsų judėjimą. Jūs negalėtumėte pasakyti, kad laikas bėgo lėčiau arba kad laivo priekis ir galas staiga buvo arčiau vienas kito.
Tuo pačiu metu, jei skristumėte raketa, tada jums atrodytų, kad visos planetos ir žvaigždės praskrieja pro jus šviesos greičiu. Tokiu atveju, jei bandote išmatuoti jų laiką ir dydį, logiškai jiems laikas turėtų sulėtėti ir dydis mažėti, tiesa?
Visa tai buvo labai keista ir nesuprantama, bet Einšteinas pasiūlė sprendimą ir visus šiuos reiškinius sujungė į vieną reliatyvumo teoriją.
Revoliucinis fizikas pasitelkė savo vaizduotę, o ne sudėtingą matematiką, kad sukurtų savo garsiausią ir elegantiškiausią lygtį. Einšteinas yra žinomas dėl keistų, bet tikrų reiškinių, tokių kaip lėtesnis astronautų senėjimas erdvėje, palyginti su žmonėmis Žemėje, ir kietų objektų formos pasikeitimas dideliu greičiu.
Tačiau įdomu tai, kad paėmus originalų Einšteino 1905 m. dokumentą apie reliatyvumą, jį gana lengva išanalizuoti. Tekstas paprastas ir aiškus, o lygtys dažniausiai algebrinės – jas gali suprasti bet kuris gimnazistas.
Taip yra todėl, kad sudėtinga matematika niekada nebuvo Einšteino stiprybė. Jis mėgo mąstyti perkeltine prasme, vaizduotėje atlikti eksperimentus ir juos suvokti, kol fizinės idėjos ir principai tapo visiškai aiškūs.
Štai kaip Einšteino minties eksperimentai prasidėjo, kai jam buvo tik 16 metų, ir kaip jie galiausiai atvedė jį prie revoliucingiausios šiuolaikinės fizikos lygties.
Šiuo Einšteino gyvenimo momentu jo menkai slepiama panieka vokiškoms šaknims, autoritariniams mokymo metodams Vokietijoje jau suvaidino tam tikrą vaidmenį, todėl jis buvo išmestas iš vidurinės mokyklos, todėl persikėlė į Ciurichą, tikėdamasis įstoti į šveicarų mokyklą. Federalinis technologijos institutas (ETH).
Tačiau pirmiausia Einšteinas nusprendė metus treniruotis mokykloje netoliese esančiame Aarau mieste. Šiuo metu jis netrukus susimąstė, ką reiškia bėgioti šalia šviesos pluošto.
Einšteinas jau fizikos pamokoje išmoko, kas yra šviesos spindulys: daug svyruojančių elektrinių ir magnetinių laukų, judančių 300 000 kilometrų per sekundę greičiu, išmatuotas šviesos greitis. Einšteinas suprato, kad jei jis bėgtų arti tokiu greičiu, jis galėtų šalia savęs pamatyti daugybę svyruojančių elektrinių ir magnetinių laukų, tarsi sustingusį erdvėje.
Bet tai buvo neįmanoma. Pirma, stacionarūs laukai pažeistų Maksvelo lygtis – matematinius dėsnius, kuriuose yra viskas, ką fizikai žinojo apie elektrą, magnetizmą ir šviesą. Šie dėsniai buvo (ir tebėra) gana griežti: bet kokios bangos šiuose laukuose turi sklisti šviesos greičiu ir negali stovėti vietoje.
Dar blogiau, stacionarūs laukai neatitiko reliatyvumo principo, kuris buvo žinomas fizikams nuo Galilėjaus ir Niutono laikų XVII amžiuje. Iš esmės reliatyvumo principas sako, kad fizikos dėsniai negali priklausyti nuo to, kaip greitai judate: galite išmatuoti tik vieno objekto greitį kito atžvilgiu.
Tačiau kai Einšteinas pritaikė šį principą savo minties eksperimentui, iškilo prieštaravimas: reliatyvumo teorija padiktavo, kad viskas, ką jis gali matyti judant šalia šviesos pluošto, įskaitant nejudančius laukus, turi būti kažkas žemiško, ką fizikai galėjo sukurti laboratorijoje. Tačiau niekas to niekada nematė.
Ši problema kelia nerimą Einšteinui dar 10 metų per visą jo studijų ir darbo ETH kelionę ir persikėlimą į Šveicarijos sostinę Berną, kur jis taps egzaminuotoju Šveicarijos patentų biure. Būtent ten jis kartą ir visiems laikams išspręs paradoksą.
1904 m.: šviesos matavimas iš judančio traukinio
Tai nebuvo lengva. Einšteinas išbandė visus į galvą atėjusius sprendimus, bet niekas nepadėjo. Beveik apimtas nevilties, jis pradėjo svarstyti paprastą, bet radikalų sprendimą. Gal Maksvelo lygtys tinka viskam, pagalvojo jis, bet šviesos greitis visada buvo pastovus.
Kitaip tariant, kai matai pro šalį einantį šviesos spindulį, nesvarbu, ar jo šaltinis juda link tavęs, tolyn nuo tavęs, į šoną ar kur nors kitur, ir nesvarbu, kokiu greičiu yra jo šaltinis. juda. Jūsų matuojamas šviesos greitis visada bus 300 000 kilometrų per sekundę. Be kita ko, tai reiškė, kad Einšteinas niekada nematys stacionarių svyruojančių laukų, nes jis niekada negalės sugauti šviesos pluošto.
Tai buvo vienintelis būdas Einšteinui suderinti Maksvelo lygtis su reliatyvumo principu. Tačiau iš pirmo žvilgsnio šis sprendimas turėjo savo lemtingą ydą. Vėliau jis tai paaiškino kitu minties eksperimentu: įsivaizduokite, kaip geležinkelio pylimas palei pylimą paleidžiamas traukiniui, pro šalį važiuojant ta pačia kryptimi, tarkime, 3000 kilometrų per sekundę greičiu.
Kažkam, stovinčiam šalia pylimo, tektų išmatuoti šviesos spindulio greitį ir sugalvoti standartinį 300 000 kilometrų per sekundę skaičių. Tačiau kažkas traukinyje matys šviesą, judančią 297 000 kilometrų per sekundę greičiu. Jei šviesos greitis nėra pastovus, Maksvelo lygtis automobilio viduje turi atrodyti kitaip, padarė išvadą Einšteinas, ir tuomet bus pažeistas reliatyvumo principas.
Šis, regis, prieštaravimas Einšteiną privertė susimąstyti beveik metus. Tačiau vieną gražų 1905 m. gegužės rytą jis išėjo į darbą su savo geriausiu draugu Micheliu Besso, inžinieriumi, kurį pažinojo nuo studijų laikų Ciuriche. Abu vyrai, kaip visada, kalbėjo apie Einšteino dilemą. Ir staiga Einšteinas pamatė sprendimą. Jis dirbo visą naktį, o kai jie susitiko kitą rytą, Einšteinas pasakė Besso: „Ačiū. Aš visiškai išsprendžiau problemą“.
1905 m. gegužės mėn.: žaibas trenkia į judantį traukinį
Einšteinas atskleidė, kad santykinio judėjimo stebėtojai skirtingai suvokia laiką: visiškai įmanoma, kad du įvykiai įvyktų vienu metu vieno stebėtojo požiūriu, bet skirtingu laiku kito stebėtojo požiūriu. Ir abu stebėtojai bus teisūs.
Vėliau Einšteinas iliustravo savo mintį kitu minties eksperimentu. Įsivaizduokite, kad stebėtojas vėl stovi šalia geležinkelio, o traukinys lekia pro jį. Tuo metu, kai centrinis traukinio taškas pravažiuoja pro stebėtoją, žaibas trenkia kiekviename traukinio gale. Kadangi žaibas trenkia tokiu pat atstumu nuo stebėtojo, jų šviesa patenka į jo akis tuo pačiu metu. Teisinga sakyti, kad žaibas trenkia tuo pačiu metu.
Tuo tarpu kitas stebėtojas sėdi tiksliai traukinio centre. Jo požiūriu, dviejų žaibo smūgių šviesa nukeliauja tą patį atstumą ir šviesos greitis bus vienodas abiem kryptimis. Tačiau kadangi traukinys juda, šviesa, sklindanti iš užpakalinio žaibo, turi nukeliauti didesnį atstumą, todėl stebėtoją pasiekia keliomis akimirkomis vėliau nei šviesa nuo pat pradžių. Kadangi šviesos impulsai ateina skirtingu laiku, galima daryti išvadą, kad žaibas trenkia ne vienu metu – vienas įvyksta greičiau.
Einšteinas suprato, kad būtent šis vienalaikiškumas yra santykinis. Ir kai tai pripažįstate, keisti efektai, kuriuos dabar siejame su reliatyvumu, išsprendžiami naudojant paprastą algebrą.
Einšteinas karštligiškai rašė savo mintis ir pateikė savo darbą publikavimui. Pavadinimas buvo „Apie judančių kūnų elektrodinamiką“ ir atspindėjo Einšteino bandymą susieti Maksvelo lygtis su reliatyvumo principu. Bessas gavo ypatingą padėką.
1905 m. rugsėjis: masė ir energija
Tačiau šis pirmasis darbas netapo paskutiniu. Einšteinas buvo apsėstas reliatyvumo iki 1905 m. vasaros, o rugsėjį jis paskelbė antrąjį dokumentą, jau po to, atgaline data.
Jis buvo pagrįstas dar vienu minties eksperimentu. Įsivaizduokite ramybės būseną, sakė jis. Dabar įsivaizduokite, kad jis vienu metu skleidžia du vienodus šviesos impulsus priešingomis kryptimis. Objektas liks savo vietoje, bet kadangi kiekvienas impulsas neša tam tikrą energijos kiekį, objekte esanti energija sumažės.
Dabar, rašė Einšteinas, kaip šis procesas atrodytų judančiam stebėtojui? Jo požiūriu, objektas tiesiog ir toliau judės tiesia linija, kol du impulsai nuskrenda. Bet net jei abiejų impulsų greitis išliks toks pat – šviesos greitis – jų energijos skirsis. Impulsas, judantis į priekį važiavimo kryptimi, turės didesnę energiją nei judantis priešinga kryptimi.
Pridėjęs šiek tiek algebros, Einšteinas parodė, kad tam, kad visa tai būtų nuosekli, objektas, siųsdamas šviesos impulsus, turi ne tik prarasti energiją, bet ir masę. Arba masė ir energija turi būti keičiamos. Einšteinas užrašė lygtį, kuri juos jungia. Ir tapo žinomiausia lygtimi mokslo istorijoje: E = mc 2 .
Dar XIX amžiaus pabaigoje dauguma mokslininkų buvo linkę prie požiūrio, kad fizinis pasaulio paveikslas iš esmės buvo sukurtas ir išliks nepajudinamas – tereikia išsiaiškinti detales. Tačiau pirmaisiais dvidešimtojo amžiaus dešimtmečiais fizinės pažiūros radikaliai pasikeitė. Tai buvo „kaskados“ mokslinių atradimų, padarytų per itin trumpą istorinį laikotarpį, apimančio paskutiniuosius XIX amžiaus metus ir XX amžiaus pirmuosius dešimtmečius, rezultatas, kurių daugelis visiškai netilpo į paprasto žmogaus vaizdavimą. patirtį. Ryškus pavyzdys yra Alberto Einšteino (1879-1955) sukurta reliatyvumo teorija.
Reliatyvumo teorija- fizinė erdvės ir laiko teorija, tai yra teorija, apibūdinanti universalias fizinių procesų erdvės ir laiko savybes. Šį terminą 1906 m. įvedė Maxas Planckas, norėdamas pabrėžti reliatyvumo principo vaidmenį.
specialiojoje reliatyvumo teorijoje (o vėliau ir bendrojoje reliatyvumo teorijoje).
Siaurąja prasme reliatyvumo teorija apima specialiąją ir bendrąją reliatyvumo teoriją. Specialioji reliatyvumo teorija(toliau – SRT) reiškia procesus, kuriuos tiriant galima nepaisyti gravitacinių laukų; bendroji reliatyvumo teorija(toliau – GR) yra gravitacijos teorija, apibendrinanti Niutono teoriją.
Specialusis, arba privati reliatyvumo teorija
yra erdvės ir laiko sandaros teorija. Pirmą kartą jį 1905 m. pristatė Albertas Einšteinas savo darbe „Apie judančių kūnų elektrodinamiką“. Teorija aprašo judėjimą, mechanikos dėsnius, taip pat juos lemiančius erdvės ir laiko ryšius, esant bet kokiam judėjimo greičiui,
įskaitant tuos, kurie artimi šviesos greičiui. Klasikinė Niutono mechanika
SRT yra apytikslis mažo greičio rodiklis.
Viena iš Alberto Einšteino sėkmės priežasčių yra ta, kad eksperimentinius duomenis jis iškėlė aukščiau už teorinius duomenis. Kai daugybė eksperimentų parodė rezultatus, kurie prieštarauja visuotinai priimtai teorijai, daugelis fizikų nusprendė, kad šie eksperimentai buvo klaidingi.
Albertas Einšteinas buvo vienas pirmųjų, nusprendusių sukurti naują teoriją, pagrįstą naujais eksperimentiniais duomenimis.
XIX amžiaus pabaigoje fizikai ieškojo paslaptingo eterio – terpės, kurioje, remiantis visuotinai priimtomis prielaidomis, turėjo sklisti šviesos bangos, kaip ir akustinės bangos, kurių sklidimui reikalingas oras, arba kita terpė. - kietas, skystas arba dujinis. Tikėjimas eterio egzistavimu paskatino manyti, kad šviesos greitis turi skirtis priklausomai nuo stebėtojo greičio eterio atžvilgiu. Albertas Einšteinas atsisakė eterio sąvokos ir manė, kad visi fiziniai dėsniai, įskaitant šviesos greitį, išlieka nepakitę, nepaisant stebėtojo greičio – kaip parodė eksperimentai.
SRT paaiškino, kaip interpretuoti judesius tarp skirtingų inercinių atskaitos sistemų – paprasčiau tariant, objektų, kurie vienas kito atžvilgiu juda pastoviu greičiu. Einšteinas paaiškino, kad kai du objektai juda pastoviu greičiu, reikėtų atsižvelgti į jų judėjimą vienas kito atžvilgiu, o ne vieną iš jų laikyti absoliučia atskaitos sistema. Taigi, jei du astronautai skraido dviem erdvėlaiviais ir nori palyginti savo stebėjimus, vienintelis dalykas, kurį jie turi žinoti, yra jų greitis vienas kito atžvilgiu.
Specialusis reliatyvumas svarsto tik vieną ypatingą atvejį (taigi ir pavadinimas), kai judesys yra tiesus ir vienodas.
Remdamasis tuo, kad neįmanoma aptikti absoliutaus judėjimo, Albertas Einšteinas padarė išvadą, kad visos inercinės atskaitos sistemos yra vienodos. Jis suformulavo du svarbius postulatus, kurie sudarė naujos erdvės ir laiko teorijos, vadinamos Specialiąja reliatyvumo teorija (SRT), pagrindą:
1. Einšteino reliatyvumo principas - šis principas buvo Galilėjaus reliatyvumo principo apibendrinimas (teigia tą patį, bet ne visiems gamtos dėsniams, o tik klasikinės mechanikos dėsniams, paliekant atvirą klausimą dėl reliatyvumo principo pritaikymo optikai ir elektrodinamikai). bet koks fizinis. Tai sako: visi fiziniai procesai tomis pačiomis sąlygomis inercinėse atskaitos sistemose (ISF) vyksta taip pat. Tai reiškia, kad jokie fiziniai eksperimentai, atliekami uždarame IRF, negali nustatyti, ar jis yra ramybės būsenoje, ar juda tolygiai ir tiesiai. Taigi, visi IFR yra visiškai vienodi, o fiziniai dėsniai yra nekintami IFR pasirinkimo atžvilgiu (ty šiuos dėsnius išreiškiančios lygtys turi tą pačią formą visose inercinėse atskaitos sistemose).
2. Šviesos greičio pastovumo principas- šviesos greitis vakuume yra pastovus ir nepriklauso nuo šviesos šaltinio ir imtuvo judėjimo. Jis yra vienodas visomis kryptimis ir visose inercinėse atskaitos sistemose. Šviesos greitis vakuume – ribojantis greitis gamtoje – tai viena iš svarbiausių fizinių konstantų, vadinamųjų pasaulio konstantų.
Svarbiausia SRT pasekmė buvo garsioji Einšteino formulė apie masės ir energijos santykį E \u003d mc 2 (kur C – šviesos greitis), kuri parodė erdvės ir laiko vienovę, išreikštą bendru jų charakteristikų pokyčiu, priklausomai nuo masių koncentracijos ir jų judėjimo, ir patvirtinta šiuolaikinės fizikos duomenimis. Laikas ir erdvė nebebuvo laikomi nepriklausomai vienas nuo kito ir kilo erdvės ir laiko keturmačio kontinuumo idėja.
Pagal didžiojo fiziko teoriją, didėjant materialaus kūno greičiui, artėjant šviesos greičiui, didėja ir jo masė. Tie. kuo greičiau daiktas juda, tuo jis tampa sunkesnis. Pasiekus šviesos greitį, kūno masė, kaip ir jo energija, tampa begalinė. Kuo sunkesnis kūnas, tuo sunkiau padidinti jo greitį; Begalinės masės kūnui pagreitinti reikia be galo daug energijos, todėl materialiems objektams neįmanoma pasiekti šviesos greičio.
Reliatyvumo teorijoje „du dėsniai – masės tvermės dėsnis ir energijos tvermės dėsnis – prarado vienas nuo kito nepriklausomą galiojimą ir pasirodė sujungti į vieną dėsnį, kurį galima pavadinti energijos tvermės dėsniu arba masė“. Dėl esminio šių dviejų sąvokų ryšio materiją galima paversti energija, o atvirkščiai – energiją materija.
Bendroji reliatyvumo teorija– Einšteino 1916 metais paskelbta gravitacijos teorija, prie kurios jis dirbo 10 metų. Tai tolesnė specialiosios reliatyvumo teorijos plėtra. Jeigu materialus kūnas įsibėgėja arba pasisuka į šoną, SRT dėsniai nebegalioja. Tada įsigalioja GR, kuris paaiškina materialių kūnų judėjimą bendruoju atveju.
Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad gravitacinius efektus sukelia ne kūnų ir laukų jėgų sąveika, o pačios erdvės-laiko, kurioje jie yra, deformacija. Ši deformacija visų pirma susijusi su masės energijos buvimu.
Bendroji reliatyvumo teorija šiuo metu yra pati sėkmingiausia gravitacijos teorija, gerai paremta stebėjimais. Bendroji reliatyvumo teorija apibendrino SRT į pagreitintus, t.y. neinercinės sistemos. Pagrindiniai bendrojo reliatyvumo principai yra tokie:
- apriboti šviesos greičio pastovumo principo taikymą tose srityse, kuriose galima nepaisyti gravitacinių jėgų(kur stipri gravitacija, šviesos greitis sulėtėja);
- reliatyvumo principo išplėtimas visoms judančioms sistemoms(ir ne tik inercinių).
Bendrojoje reliatyvumo teorijoje arba gravitacijos teorijoje jis taip pat remiasi eksperimentiniu faktu apie inercinių ir gravitacinių masių arba inercinių ir gravitacinių laukų lygiavertiškumą.
Lygiavertiškumo principas moksle vaidina svarbų vaidmenį. Mes visada galime tiesiogiai apskaičiuoti inercijos jėgų poveikį bet kuriai fizinei sistemai, ir tai suteikia mums galimybę sužinoti gravitacinio lauko veikimą, abstrahuojantį nuo jo nehomogeniškumo, kuris dažnai yra labai nereikšmingas.
Iš GR buvo padaryta keletas svarbių išvadų:
1. Erdvės-laiko savybės priklauso nuo judančios medžiagos.
2. Šviesos spindulys, turintis inertinę, taigi ir gravitacinę masę, turi būti išlenktas gravitaciniame lauke.
3. Šviesos dažnis, veikiamas gravitacinio lauko, turėtų pasislinkti mažesnių verčių link.
Ilgą laiką eksperimentinių bendrosios reliatyvumo teorijos patvirtinimų buvo nedaug. Sutapimas tarp teorijos ir eksperimento yra gana geras, tačiau eksperimentų grynumą pažeidžia įvairūs sudėtingi šalutiniai poveikiai. Tačiau erdvės ir laiko kreivumo poveikį galima aptikti net vidutinio sunkumo gravitaciniuose laukuose. Pavyzdžiui, labai jautrūs laikrodžiai gali aptikti laiko išsiplėtimą Žemės paviršiuje. Siekiant išplėsti bendrosios reliatyvumo teorijos eksperimentinę bazę, XX amžiaus antroje pusėje buvo atlikti nauji eksperimentai: tikrintas inercinės ir gravitacinės masių ekvivalentiškumas (taip pat ir lazeriniu Mėnulio nuotoliu);
radaro pagalba buvo išaiškintas Merkurijaus perihelio judėjimas; buvo išmatuotas gravitacinis radijo bangų nukreipimas nuo Saulės, Saulės sistemos planetos nustatytos radaru; buvo įvertinta Saulės gravitacinio lauko įtaka radijo ryšiui su erdvėlaiviais, kurie buvo siunčiami į tolimas Saulės sistemos planetas ir kt. Visi jie vienaip ar kitaip patvirtino bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindu gautas prognozes.
Taigi specialioji reliatyvumo teorija remiasi šviesos greičio pastovumo postulatais ir gamtos dėsnių vienodumu visose fizinėse sistemose, o pagrindiniai jos rezultatai yra šie: savybių reliatyvumas. erdvės-laiko; masės ir energijos reliatyvumas; sunkiųjų ir inercinių masių ekvivalentiškumas.
Reikšmingiausias bendrosios reliatyvumo teorijos rezultatas filosofiniu požiūriu yra aplinkinio pasaulio erdvės ir laiko savybių priklausomybės nuo gravituojančių masių vietos ir judėjimo nustatymas. Taip yra dėl kūnų įtakos
su didelėmis masėmis yra šviesos spindulių judėjimo takų kreivumas. Vadinasi, tokių kūnų sukurtas gravitacinis laukas galiausiai lemia pasaulio erdvės ir laiko savybes.
Specialioji reliatyvumo teorija abstrahuojasi nuo gravitacinių laukų veikimo, todėl jos išvados taikytinos tik mažoms erdvės ir laiko sritims. Pagrindinis skirtumas tarp bendrosios reliatyvumo teorijos ir prieš ją buvusių pagrindinių fizinių teorijų yra daugelio senų sąvokų atmetimas ir naujų formulavimas. Verta pasakyti, kad bendroji reliatyvumo teorija padarė tikrą revoliuciją kosmologijoje. Jos pagrindu atsirado įvairūs Visatos modeliai.
Specialioji reliatyvumo teorija, kurią 1905 metais sukūrė A. Einšteinas, buvo klasikinės Galilėjaus – Niutono mechanikos ir Maksvelo – Lorenco elektrodinamikos apibendrinimo ir sintezės rezultatas. „Jame aprašomi visų fizikinių procesų dėsniai esant artimam šviesos greičiui, tačiau neatsižvelgiama į gravitacinį lauką. Sumažėjus judesio greičiui, jis sumažėja iki klasikinės mechanikos, todėl pasirodo, kad tai yra ypatingas atvejis. vienas
Šios teorijos išeities taškas buvo reliatyvumo principas. Klasikinį reliatyvumo principą suformulavo G. Galilėjus: „Jei mechanikos dėsniai galioja vienoje koordinačių sistemoje, tai jie galioja bet kurioje kitoje sistemoje, judančioje tiesia linija ir tolygiai pirmosios atžvilgiu. 2 Tokios sistemos vadinamos inercinėmis, nes judėjimas jose paklūsta inercijos dėsniui: „Kiekvienas kūnas išlaiko ramybės būseną arba tolygų tiesinį judėjimą, nebent jis būtų priverstas ją keisti veikiamas judančių jėgų“. 3
Iš reliatyvumo principo išplaukia, kad nėra esminio skirtumo tarp ramybės ir judėjimo – jei jis vienodas ir tiesus. Skirtumas yra tik požiūrio taške.
Taigi žodis „santykinai“ Galilėjaus principo pavadinime savyje neslepia nieko ypatingo. Tai neturi jokios kitos reikšmės, išskyrus tą, kurią mes pradedame judėti, kad judėjimas arba poilsis visada yra judėjimas arba poilsis, palyginti su tuo, kas mums tarnauja kaip atskaitos sistema. Tai, žinoma, nereiškia, kad nėra skirtumo tarp poilsio ir vienodo judėjimo. Tačiau poilsio ir judėjimo sąvokos įgyja prasmę tik tada, kai nurodomas atskaitos taškas.
Jei klasikinis reliatyvumo principas teigė mechanikos dėsnių nekintamumą visose inercinėse atskaitos sistemose, tai specialiojoje reliatyvumo teorijoje šis principas buvo išplėstas ir elektrodinamikos dėsniams, o bendroji reliatyvumo teorija teigė mechanikos dėsnių nekintamumą. gamtos dėsniai bet kokioje atskaitos sistemoje, tiek inercinėje, tiek neinercinėje. Vadinamos neinercinės atskaitos sistemos, judančios su lėtėjimu arba pagreičiu.
Pagal specialiąją reliatyvumo teoriją, sujungiančią erdvę ir laiką į vieną keturmatį erdvės ir laiko kontinuumą, kūnų erdvės ir laiko savybės priklauso nuo jų judėjimo greičio. Erdviniai matmenys mažėja judėjimo kryptimi, kai kūnų greitis artėja prie šviesos greičio vakuume (300 000 km/s), greitai judančiose sistemose sulėtėja laiko procesai, didėja kūno masė.
Būnant judančiame atskaitos rėmelyje, tai yra judant lygiagrečiai ir tuo pačiu atstumu nuo išmatuoto kadro, negalima pastebėti šių efektų, kurie vadinami reliatyvistiniais, nes visi matavimuose naudojami erdviniai masteliai ir dalys keisis lygiai taip pat. Pagal reliatyvumo principą visi procesai inercinėse atskaitos sistemose vyksta vienodai. Bet jei sistema neinercinė, tuomet galima pastebėti ir pakeisti reliatyvistinius efektus. Taigi, jei įsivaizduojamas reliatyvistinis laivas kaip fotonų raketa nukeliauja į tolimas žvaigždes, tai jam grįžus į Žemę, laikas laivo sistemoje prabėgs žymiai trumpiau nei Žemėje, ir šis skirtumas bus tuo didesnis, kuo toliau skrydis. pagamintas, o laivo greitis bus artimesnis šviesos greičiui. Skirtumas gali būti matuojamas net šimtais ir tūkstančiais metų, dėl ko laivo įgula bus nedelsiant nugabenta į artimą ar tolimą ateitį, aplenkiant tarpinį laiką, nes raketa kartu su įgula iškrito. vystymosi Žemėje eigos.
Panašūs laiko slinkimo lėtėjimo procesai, priklausantys nuo judėjimo greičio, dabar iš tikrųjų fiksuojami matuojant mezonų, susidarančių pirminės kosminės spinduliuotės dalelėms susidūrus su Žemės atomų branduoliais, kelio ilgį. Mezonai egzistuoja 10 -6 - 10 -15 s (priklausomai nuo dalelių tipo) ir po atsiradimo nedideliu atstumu nuo gimimo vietos suyra. Visa tai galima užregistruoti matavimo prietaisais ant dalelių bėgimo pėdsakų. Bet jei mezonas juda greičiu, artimu šviesos greičiui, tai laiko procesai jame sulėtėja, skilimo periodas pailgėja (tūkstančius ir dešimtis tūkstančių kartų), o kelio ilgis nuo gimimo iki irimo atitinkamai didėja.
Taigi specialioji reliatyvumo teorija remiasi Galilėjaus išplėstiniu reliatyvumo principu. Be to, jame naudojama dar viena nauja padėtis: šviesos sklidimo greitis (vakuume) yra vienodas visose inercinėse atskaitos sistemose.
Tačiau kodėl šis greitis toks svarbus, kad sprendimas dėl jo vertės prilyginamas reliatyvumo principui? Faktas yra tas, kad mes čia susiduriame su antrąja visuotine fizine konstanta. Šviesos greitis yra didžiausias iš visų greičių gamtoje, ribojantis fizinės sąveikos greitis. Šviesos judėjimas iš esmės skiriasi nuo visų kitų kūnų judėjimo, kurių greitis yra mažesnis už šviesos greitį. Šių kūnų greitis visada sutampa su kitais greičiais. Šia prasme greičiai yra santykiniai: jų dydis priklauso nuo požiūrio taško. Ir šviesos greitis nesutampa su kitais greičiais, jis yra absoliutus, visada tas pats, ir, kalbant apie tai, mums nereikia nurodyti atskaitos sistemos.
Šviesos greičio absoliutumas neprieštarauja reliatyvumo principui ir yra visiškai su juo suderinamas. Šio greičio pastovumas yra gamtos dėsnis, todėl – būtent pagal reliatyvumo principą – galioja visose inercinėse atskaitos sistemose.
Šviesos greitis yra viršutinė bet kokių kūnų judėjimo gamtoje greičio riba, bet kokių bangų, bet kokių signalų sklidimo greičiui. Tai maksimalus – tai absoliutus greičio rekordas.
„Visiems fizikiniams procesams šviesos greitis turi begalinio greičio savybę. Norint suteikti kūnui greitį, lygų šviesos greičiui, reikia be galo daug energijos, todėl jokiam kūnui fiziškai neįmanoma pasiekti tokio greičio. Šį rezultatą patvirtino matavimai, atlikti su elektronais. Taškinės masės kinetinė energija auga greičiau nei jos greičio kvadratas ir tampa begalinė, kai greitis lygus šviesos greičiui“ 1 . Todėl dažnai sakoma, kad šviesos greitis yra ribojantis informacijos perdavimo greitis. Ir didžiausias bet kokios fizinės sąveikos ir, tiesą sakant, visų įmanomų sąveikų pasaulyje greitis.
Su šviesos greičiu glaudžiai susijęs vienalaikiškumo problemos sprendimas, kuris taip pat yra santykinis, tai yra, priklauso nuo požiūrio taško. Klasikinėje mechanikoje, kuri laiką laikė absoliučiu, vienalaikiškumas taip pat yra absoliutus.
Bendrojoje reliatyvumo teorijoje atsiskleidė nauji erdvės ir laiko santykių priklausomybės nuo materialių procesų aspektai. Ši teorija apibendrino fizinius neeuklido geometrijų pagrindus ir susiejo erdvės kreivumą bei jos metrinės nuokrypį nuo euklido su kūnų masių sukurtų gravitacinių laukų veikimu. Bendroji reliatyvumo teorija remiasi inercinių ir gravitacinių masių lygiavertiškumo principu, kurio kiekybinė lygybė jau seniai buvo nustatyta klasikinėje fizikoje. Kinematinis poveikis, atsirandantis veikiant gravitacinėms jėgoms, yra lygiavertis poveikiui, atsirandančiam veikiant pagreičiui. Taigi, jei raketa pakils 2 g pagreičiu, raketos įgula jausis taip, lyg būtų dvigubai didesniame už Žemės gravitacijos lauką. Remiantis masių lygiavertiškumo principu, buvo apibendrintas reliatyvumo principas, kuris bendrojoje reliatyvumo teorijoje teigia gamtos dėsnių nekintamumą bet kokiose atskaitos sistemose, tiek inercinėse, tiek neinercinėse.
Kaip galima įsivaizduoti erdvės kreivumą, apie kurį kalba bendrasis reliatyvumas? Įsivaizduokime labai ploną gumos lakštą ir manysime, kad tai yra erdvės modelis. Ant šio lapo išdėliokime didelius ir mažus kamuoliukus – žvaigždžių modelius. Šie rutuliai kuo labiau sulenks guminį lakštą, tuo didesnė rutulio masė. Tai aiškiai parodo erdvės kreivumo priklausomybę nuo kūno masės ir taip pat parodo, kad įprasta euklido geometrija šiuo atveju neveikia (veikia Lobačevskio ir Riemanno geometrijos).
Reliatyvumo teorija nustatė ne tik erdvės kreivumą veikiant gravitaciniams laukams, bet ir laiko sulėtėjimą stipriuose gravitaciniuose laukuose. Netgi Saulės – kosminiais standartais gana mažos žvaigždės – gravitacija turi įtakos laiko greičiui, lėtindama jį šalia savęs. Todėl, jei mes siunčiame radijo signalą į kurį nors tašką, kurio kelias eina šalia Saulės, radijo signalo kelionė tokiu atveju užtruks ilgiau nei tada, kai šiam signalui niekas netrukdo. Lėtėjimas prie Saulės yra apie 0,0002 s.
Viena iš fantastiškiausių bendrosios reliatyvumo teorijos prognozių yra visiškas laiko sustojimas labai stipriame gravitaciniame lauke. Laiko sulėtėjimas yra didesnis, tuo stipresnė gravitacija. Laiko išsiplėtimas pasireiškia gravitaciniu šviesos raudonuoju poslinkiu: kuo stipresnė gravitacija, tuo labiau didėja bangos ilgis ir mažėja jos dažnis. Tam tikromis sąlygomis bangos ilgis gali siekti begalybę, o jo dažnis – iki nulio.
Su Saulės skleidžiama šviesa taip gali nutikti, jei mūsų žvaigždė staiga susispaustų ir pavirstų 3 km ar mažesnio spindulio kamuoliuku (Saulės spindulys – 700 000 km). Dėl šio suspaudimo gravitacinė jėga paviršiuje, iš kurio sklinda šviesa, tiek padidėja, kad gravitacinis raudonasis poslinkis pasirodo tikrai begalinis.
Su mūsų Saule tai niekada neįvyks. Tačiau kitos žvaigždės, kurių masė tris ar daugiau kartų viršija Saulės masę, savo gyvenimo pabaigoje iš tikrųjų patiria greitą katastrofišką susispaudimą veikiamos savo gravitacijos. Tai nuves juos į juodosios skylės būseną. Juodoji skylė yra fizinis kūnas, sukuriantis tokią stiprią gravitaciją, kad šalia jos skleidžiamos šviesos raudonasis poslinkis gali siekti begalybę.
Fizikai ir astronomai yra visiškai tikri, kad gamtoje egzistuoja juodosios skylės, nors iki šiol jos nebuvo aptiktos. Astronominių paieškų sunkumai yra susiję su pačia šių neįprastų objektų prigimtimi. Juk begalinis raudonasis poslinkis, dėl kurio dingsta gaunamos šviesos dažnis, daro juos tiesiog nematomus. Jie nešviečia, todėl visa to žodžio prasme yra juodi. Tik pagal daugybę netiesioginių ženklų galime tikėtis pastebėti juodąją skylę, pavyzdžiui, dvinarėje žvaigždžių sistemoje, kur paprasta žvaigždė būtų jos partnerė. Stebint matomos žvaigždės judėjimą bendrame tokios poros gravitaciniame lauke, būtų galima įvertinti nematomos žvaigždės masę, o jei ši vertė tris ar daugiau kartų viršys Saulės masę, galime tvirtinti, kad radome juodąją skylę.
Dabar yra keletas gerai ištirtų dvejetainių sistemų, kuriose nematomo partnerio masė yra 5 ar net 8 saulės masės. Greičiausiai tai yra juodosios skylės, tačiau astronomai mieliau vadina šiuos objektus kandidatais į juodąsias skyles, kol šie įvertinimai nebus patikslinti.
Gravitacinis laiko išsiplėtimas, kuris matuojamas ir įrodomas raudonuoju poslinkiu, yra labai reikšmingas šalia neutroninės žvaigždės, o šalia juodosios skylės, netoli jos gravitacinio spindulio, jis toks didelis, kad laikas ten tarsi užstingsta.
Kūnui, patenkančiam į juodosios skylės gravitacinį lauką, kurį sudaro masė lygi 3 Saulės masėms, kritimas iš 1 milijono km atstumo iki gravitacinio spindulio trunka tik apie valandą. Tačiau pagal laikrodį, kuris stovi toli nuo juodosios skylės, laisvas kūno kritimas jo lauke ištemps laike iki begalybės. Kuo arčiau krentantis kūnas yra gravitacinio spindulio, tuo lėtesnis šis skrydis atrodys tolimam stebėtojui. Iš toli stebimas kūnas neribotą laiką artės prie gravitacinio spindulio ir niekada jo nepasieks. Taip laikas sulėtėja prie juodosios skylės. Taigi materija įtakoja erdvės ir laiko savybes.
Einšteino reliatyvumo teorijoje suformuluotos erdvės ir laiko sąvokos yra pačios nuosekliausios. Tačiau jie yra makroskopiniai, nes pagrįsti makroskopinių objektų, didelių atstumų ir ilgų laiko intervalų tyrimo patirtimi. Kuriant teorijas, aprašančias mikrokosmoso reiškinius, šis klasikinis geometrinis paveikslas, darantis erdvės ir laiko tęstinumą (erdvės-laiko kontinuumą), be jokių pokyčių buvo perkeltas į naują sritį. Eksperimentinių duomenų, prieštaraujančių reliatyvumo teorijos taikymui mikrokosmose, nėra. Tačiau pačiam kvantinių teorijų vystymuisi gali prireikti peržiūrėti idėjas apie fizinę erdvę ir laiką. Išplėtota superstygų teorija, vaizduojanti elementariąsias daleles kaip harmonines šių stygų vibracijas ir jungianti fiziką su geometrija, kyla iš erdvės daugiamatiškumo. O tai reiškia, kad naujame mokslo raidos etape, naujame žinių lygmenyje grįžtame prie A. Einšteino prognozių 1930 m.: „Prieiname keistos išvados: dabar mums pradeda atrodyti, kad erdvė atlieka pagrindinį vaidmenį, o materija turi būti gaunama iš erdvės, taip sakant, kitame žingsnyje. Mes visada materiją laikėme pirmine, o erdvę – antrine. Kosmosas, vaizdžiai tariant, dabar keršija ir „valgo“ materiją“ 1 . Galbūt yra erdvės kvantas, pagrindinis ilgis L. Įvedę šią sąvoką galime išvengti daugelio šiuolaikinių kvantinių teorijų sunkumų. Jei jos egzistavimas bus patvirtintas, tada L taps trečiąja (be Planko konstantos ir šviesos greičio vakuume) pagrindine fizikos konstanta. Erdvės kvanto egzistavimas taip pat reiškia laiko kvanto egzistavimą (lygų L/c), kuris riboja laiko intervalų nustatymo tikslumą.
Prieš šimtą metų, 1915 m., jaunas šveicarų mokslininkas, tuo metu jau padaręs revoliucinius fizikos atradimus, pasiūlė iš esmės naują gravitacijos supratimą.
1915 m. Einšteinas paskelbė bendrąją reliatyvumo teoriją, kuri apibūdina gravitaciją kaip pagrindinę erdvėlaikio savybę. Jis pateikė eilę lygčių, apibūdinančių erdvėlaikio kreivumo poveikį joje esančios materijos ir spinduliuotės energijai ir judėjimui.
Po šimto metų bendroji reliatyvumo teorija (GR) tapo šiuolaikinio mokslo konstravimo pagrindu, ji atlaikė visus išbandymus, kuriais mokslininkai ją atakavo.
Tačiau dar visai neseniai nebuvo įmanoma atlikti eksperimentų ekstremaliomis sąlygomis, siekiant patikrinti teorijos stabilumą.
Nuostabu, kokia stipri reliatyvumo teorija pasitvirtino per 100 metų. Mes vis dar naudojame tai, ką parašė Einšteinas!
Clifford Will, teorinis fizikas, Floridos universitetas
Dabar mokslininkai turi technologiją, leidžiančią ieškoti fizikos už bendrosios reliatyvumo teorijos ribų.
Naujas žvilgsnis į gravitaciją
Bendroji reliatyvumo teorija gravitaciją apibūdina ne kaip jėgą (kaip ji atrodo Niutono fizikoje), o kaip erdvės-laiko kreivumą dėl objektų masės. Žemė sukasi aplink Saulę ne todėl, kad žvaigždė ją traukia, o todėl, kad Saulė deformuoja erdvėlaikį. Ant ištemptos antklodės uždėjus sunkų boulingo kamuoliuką, antklodė pakeis formą – gravitacija erdvę veikia beveik taip pat.
Einšteino teorija numatė kai kuriuos beprotiškus atradimus. Pavyzdžiui, juodųjų skylių egzistavimo galimybė, kurios taip išlenkia erdvėlaikį, kad niekas negali ištrūkti iš vidaus, net šviesa. Remiantis teorija, buvo rasta įrodymų, patvirtinančių šiandien visuotinai priimtą nuomonę, kad visata plečiasi ir greitėja.
Bendroji reliatyvumo teorija buvo patvirtinta daugybe stebėjimų. Pats Einšteinas naudojo bendrąjį reliatyvumą, kad apskaičiuotų Merkurijaus, kurio judėjimo negalima apibūdinti Niutono dėsniais, orbitą. Einšteinas numatė tokių masyvių objektų egzistavimą, kad jie lenkia šviesą. Tai gravitacinio lęšio reiškinys, su kuriuo astronomai dažnai susiduria. Pavyzdžiui, egzoplanetų paieška grindžiama subtilių spinduliuotės pokyčių, išlenktų žvaigždės, aplink kurią sukasi planeta, gravitacinio lauko poveikiu.
Einšteino teorijos išbandymas
Bendroji reliatyvumo teorija gerai veikia įprastai gravitacijai, kaip rodo eksperimentai Žemėje ir Saulės sistemos planetų stebėjimai. Tačiau jis niekada nebuvo išbandytas itin stiprios laukų įtakos erdvėse, esančiose ant fizikos ribos, sąlygomis.
Perspektyviausias būdas patikrinti teoriją tokiomis sąlygomis – stebėti erdvėlaikio pokyčius, kurie vadinami gravitacinėmis bangomis. Jie atsiranda dėl didelių įvykių, susiliejus dviems masyviems kūnams, pavyzdžiui, juodosioms skylėms, arba ypač tankiems objektams – neutroninėms žvaigždėms.
Tokio masto kosminis fejerverkas turėtų tik mažiausius erdvėlaikio bangavimus. Pavyzdžiui, jei dvi juodosios skylės susidurtų ir susijungtų kur nors mūsų galaktikoje, gravitacinės bangos galėtų ištempti ir suspausti atstumą tarp Žemės objektų metro atstumu vienas nuo kito viena tūkstantąja atomo branduolio skersmens.
Atsirado eksperimentų, kurie gali užfiksuoti erdvėlaikio pokyčius dėl tokių įvykių.
Per ateinančius dvejus metus yra didelė tikimybė sutvarkyti gravitacines bangas.
Cliffordas Willas
Lazerinė interferometrinė gravitacinių bangų observatorija (LIGO), kurios observatorijos yra netoli Ričlando, Vašingtono ir Livingstono, Luizianoje, naudoja lazerį, kad aptiktų nedidelius iškraipymus dvigubuose L formos detektoriuose. Kai erdvės ir laiko bangavimas praeina pro detektorius, jie ištempia ir suspaudžia erdvę, todėl detektoriaus matmenys keičiasi. Ir LIGO gali juos išmatuoti.
LIGO pradėjo seriją paleidimų 2002 m., bet nepasiekė tikslo. 2010 m. buvo atlikti patobulinimai, o organizacijos įpėdinė „Advanced LIGO Observatory“ turėtų pradėti veikti šiais metais. Daugelis planuojamų eksperimentų yra skirti gravitacinių bangų paieškai.
Kitas būdas patikrinti reliatyvumo teoriją – pažvelgti į gravitacinių bangų savybes. Pavyzdžiui, jie gali būti poliarizuoti, kaip šviesa, einanti pro poliarizuotus stiklus. Reliatyvumo teorija numato tokio poveikio ypatybes, o bet kokie nukrypimai nuo skaičiavimų gali tapti priežastimi abejoti teorija.
vieninga teorija
Cliffordas Willas mano, kad gravitacinių bangų atradimas tik sustiprins Einšteino teoriją:
Manau, kad turime nuolat ieškoti bendrojo reliatyvumo įrodymų, kad įsitikintume, jog tai teisinga.
Kam iš viso reikalingi šie eksperimentai?
Viena iš svarbiausių ir sunkiausių šiuolaikinės fizikos užduočių yra teorijos, kuri susietų Einšteino tyrimus, tai yra makrokosmoso mokslą, ir kvantinę mechaniką, mažiausių objektų tikrovę, paieška.
Dėl pažangos šia kryptimi, kvantinės gravitacijos, gali prireikti keisti bendrąją reliatyvumo teoriją. Gali būti, kad eksperimentams kvantinės gravitacijos srityje prireiks tiek energijos, kad jų bus neįmanoma atlikti. „Bet kas žino, – sako Vilas, – galbūt kvantinėje visatoje yra nereikšmingas, bet ieškomas poveikis.
