Umumiy nisbiylik nazariyasi maxsus nisbiylik nazariyasidan qanday farq qiladi?

Maxsus nisbiylik nazariyasi (STR) (particular theory of nisbiylik; relyativistik mexanika) — yorugʻlik tezligiga yaqin harakat tezligida harakatni, mexanika qonunlarini va fazo-vaqt munosabatlarini tavsiflovchi nazariya. Maxsus nisbiylik doirasida klassik Nyuton mexanikasi past tezlikli yaqinlashishdir. Gravitatsion maydonlar uchun STRning umumlashtirilishi umumiy nisbiylik deb ataladi.

Umumiy nisbiylik nazariyasi 1915-1916 yillarda Albert Eynshteyn tomonidan nashr etilgan maxsus nisbiylik nazariyasini (STR) rivojlantiruvchi tortishishning geometrik nazariyasidir. Umumiy nisbiylik nazariyasi doirasida, boshqa metrik nazariyalardagi kabi, tortishish effektlari fazoda joylashgan jismlar va maydonlarning o'zaro kuch ta'siridan emas, balki fazo-vaqtning o'zining deformatsiyasidan kelib chiqadi, deb taxmin qilinadi. Bu, xususan, massa-energiya mavjudligi bilan bog'liq. Umumiy nisbiylik nazariyasi boshqa metrik tortishish nazariyalaridan Eynshteyn tenglamalaridan fazo-vaqt egriligini undagi materiya bilan bog‘lash orqali farq qiladi.

Eynshteyn nazariyasining to‘g‘riligiga eksperimental dalillar keltiring.

Umumiy nisbiylik nazariyasining dalillari

Malumot kadrlarini tezlashtirish bilan bog'liq effektlar

Ushbu ta'sirlardan birinchisi tortishish vaqtining kengayishi bo'lib, buning natijasida har qanday soat tortishish teshigida qanchalik chuqurroq bo'lsa (gravitatsiyaviy jismga yaqinroq) sekinroq boradi. Bu ta'sir to'g'ridan-to'g'ri Xafele-Keating tajribasida, shuningdek Gravity Probe A tajribasida tasdiqlangan va doimiy ravishda GPSda tasdiqlangan.

To'g'ridan-to'g'ri bog'liq ta'sir yorug'likning gravitatsion qizil siljishidir. Bu ta'sir yorug'lik tortishish qudug'idan tashqariga (bir nuqtadan) tarqalayotganda mahalliy soatga nisbatan yorug'lik chastotasining pasayishi (mos ravishda spektr chiziqlarining mahalliy shkalaga nisbatan spektrning qizil uchiga siljishi) sifatida tushuniladi. tortishish potentsiali past bo'lgan maydon yuqori potentsialga ega bo'lgan hududga) /

Gravitatsion vaqtning kengayishi Shapiro effekti deb ataladigan boshqa ta'sirga olib keladi (shuningdek, tortishish signalining kechikishi deb ham ataladi). Ushbu ta'sir tufayli elektromagnit signallar tortishish maydonida bu maydon yo'qligiga qaraganda uzoqroq harakat qiladi. Bu hodisa Quyosh tizimidagi sayyoralar va Quyosh orqasidan oʻtayotgan kosmik kemalarning radar monitoringi, shuningdek, qoʻsh pulsarlarning signallarini kuzatish natijasida aniqlangan.

Umumiy nisbiylikning eng mashhur erta sinovi 1919 yildagi quyoshning toʻliq tutilishi natijasida amalga oshirildi. Artur Eddington yulduzning yorug'ligi Quyosh yaqinida umumiy nisbiylik nazariyasi bashorat qilganidek egilganligini ko'rsatdi.

Yorug'lik yo'lining egilishi har qanday tezlashtirilgan mos yozuvlar tizimida sodir bo'ladi. Kuzatilgan traektoriyaning batafsil ko'rinishi va tortishish linzalari effektlari fazoviy vaqtning egriligiga bog'liq. Eynshteyn bu ta'sir haqida 1911 yilda bilib oldi va u traektoriyalarning egrilik miqdorini evristik tarzda hisoblab chiqqach, bu yorug'lik tezligida harakatlanadigan zarralar uchun klassik mexanika tomonidan bashorat qilingani bilan bir xil bo'lib chiqdi. 1916 yilda Eynshteyn, aslida, umumiy nisbiylik nazariyasida yorug'likning tarqalish yo'nalishidagi burchak siljishi, oldingi fikrdan farqli o'laroq, Nyuton nazariyasiga qaraganda ikki baravar katta ekanligini aniqladi. Shunday qilib, bu bashorat umumiy nisbiylikni tekshirishning yana bir usuli bo'ldi.

1919 yildan beri bu hodisa quyosh tutilishi paytida yulduzlarning astronomik kuzatuvlari bilan tasdiqlangan, shuningdek, ekliptika bo'ylab yo'l davomida Quyosh yaqinidan o'tadigan kvazarlarning radio interferometrik kuzatuvlari bilan yuqori aniqlik bilan tasdiqlangan.

Nihoyat, har qanday yulduz oldidan ixcham, massiv ob'ekt o'tganda yorqinligini oshirishi mumkin. Bunday holda, yorug'likning tortishish og'ishi tufayli kattalashgan va buzilgan uzoq yulduzning tasvirlarini hal qilib bo'lmaydi (ular bir-biriga juda yaqin) va yulduz yorqinligining oshishi oddiygina kuzatiladi. Bu effekt mikrolinzalash deb ataladi va u hozirda yulduzlar yorug'ligini MASNO, EROS (inglizcha) va boshqalardan gravitatsion mikrolinzalash orqali Galaktikamizning ko'rinmas jismlarini o'rganish loyihalari doirasida muntazam ravishda kuzatilmoqda.

Orbital effektlar

Umumiy nisbiylik nazariyasi Nyutonning osmon mexanikasi nazariyasining gravitatsiyaviy bog'langan tizimlarning dinamikasiga oid bashoratlarini to'g'rilaydi: Quyosh tizimi, qo'sh yulduzlar va boshqalar.

Umumiy nisbiylik nazariyasining birinchi ta'siri shundan iboratki, barcha sayyoralar orbitalarining perigeliyasi oldinga siljiydi, chunki Nyutonning tortishish potentsiali kichik relyativistik qo'shimchaga ega bo'lib, ochiq orbitalarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu bashorat umumiy nisbiylik nazariyasining birinchi tasdig'i edi, chunki 1916 yilda Eynshteyn tomonidan olingan pretsessiya qiymati Merkuriy perigeliyasining anomal presessiyasi bilan to'liq mos keldi. Shunday qilib, o'sha paytda ma'lum bo'lgan osmon mexanikasi muammosi hal qilindi.

Keyinchalik, Venera, Yer, asteroid Ikar yaqinida va qo'sh pulsar tizimlarida kuchliroq ta'sir sifatida relyativistik perigeliya presessiyasi kuzatildi. 1974 yilda birinchi qo'sh pulsar PSR B1913+16 ni kashf qilish va tadqiq qilish uchun R. Xulse va D. Teylor 1993 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.

SRT isboti

Barcha zamonaviy fizika asosida maxsus nisbiylik nazariyasi yotadi. Shuning uchun, SRTni "isbotlaydigan" alohida tajriba yo'q. Yuqori energiya fizikasi, yadro fizikasi, spektroskopiya, astrofizika, elektrodinamika va fizikaning boshqa sohalaridagi eksperimental ma'lumotlarning butun majmuasi eksperimental aniqlik doirasida nisbiylik nazariyasiga mos keladi. Masalan, kvant elektrodinamikasida (STR, kvant nazariyasi va Maksvell tenglamalari birikmasi) elektronning anomal magnit momentining qiymati 10 nisbiy aniqlikdagi nazariy bashorat bilan mos keladi? 9.

Aslida, SRT muhandislik fanidir. Uning formulalari zarracha tezlatgichlarini hisoblashda qo'llaniladi. Elektromagnit maydonlarda relativistik tezlikda harakatlanuvchi zarrachalarning to'qnashuvi haqidagi juda katta hajmdagi ma'lumotlarni qayta ishlash relativistik dinamika qonunlariga asoslanadi, ulardan og'ishlar aniqlanmagan. SRT va GTR dan kelib chiqadigan tuzatishlar sun'iy yo'ldosh navigatsiya tizimlarida (GPS) qo'llaniladi. SRT - atom energiyasining asosi va boshqalar.

Yorug'lik tezligiga yaqin jismlarning tezligida o'zgartirilishi kerak. Bundan tashqari, tananing impuls va kinetik energiyasining ifodasi relativistik bo'lmagan holatga qaraganda tezlikka nisbatan murakkabroq bog'liqlikka ega.

Maxsus nisbiylik nazariyasi ko'plab eksperimental tasdiqlarni oldi va qo'llanilishi sohasida to'g'ri nazariyadir (qarang SRTning eksperimental asoslari). L. Peyjning to'g'ri ta'kidlashicha, "bizning elektr asrimizda har bir generator va har bir elektr motorining aylanuvchi armaturasi nisbiylik nazariyasining to'g'riligini tinimsiz e'lon qiladi - siz shunchaki tinglashingiz kerak".

Uning asosida qurilgan fizik nazariyalar uchun maxsus nisbiylik nazariyasining fundamental tabiati hozirgi vaqtda "maxsus nisbiylik nazariyasi" atamasining o'zi zamonaviy ilmiy maqolalarda deyarli qo'llanilmasligiga olib keldi, ular odatda faqat relativistik o'zgarmasligi haqida gapiradilar; alohida nazariya.

SRTning asosiy tushunchalari va postulatlari

Maxsus nisbiylik nazariyasi, boshqa har qanday fizik nazariya kabi, asosiy tushunchalar va postulatlar (aksiomalar) va uning jismoniy ob'ektlariga muvofiqlik qoidalari asosida shakllantirilishi mumkin.

Asosiy tushunchalar

Vaqtni sinxronlashtirish

STR berilgan inertial mos yozuvlar tizimi doirasida birlashgan vaqtni aniqlash imkoniyatini postulatlaydi. Buning uchun ISO ning turli nuqtalarida joylashgan ikkita soatni sinxronlashtirish tartibi joriy etiladi. Bir vaqtning o'zida birinchi soatdan ikkinchi soatga doimiy tezlikda signal yuborilsin (yorqin bo'lishi shart emas). Ikkinchi soatga yetgandan so'ng (vaqtdagi ko'rsatkichlarga ko'ra) signal bir xil doimiy tezlikda qaytariladi va bir vaqtning o'zida birinchi soatga etadi. Agar munosabat qanoatlansa, soatlar sinxronlangan hisoblanadi.

Berilgan inertial sanoq sistemasidagi bunday protsedura bir-biriga nisbatan harakatsiz bo'lgan har qanday soatlar uchun bajarilishi mumkin deb taxmin qilinadi, shuning uchun o'tish xususiyati haqiqiydir: agar soatlar A soat bilan sinxronlashtiriladi B, va soat B soat bilan sinxronlashtiriladi C, keyin soat A Va C ham sinxronlashtiriladi.

O'lchov birliklarini muvofiqlashtirish

Buning uchun S1, S2 va S3 uchta inertial tizimni ko'rib chiqish kerak. S2 sistemaning S1 sistemaga nisbatan tezligi mos ravishda ga, S3 sistemaning S2 ga nisbatan tezligi mos ravishda ga, S1 ga nisbatan esa ga teng bo lsin. O'zgartirishlar ketma-ketligini (S2, S1), (S3, S2) va (S3, S1) yozish orqali biz quyidagi tenglikni olishimiz mumkin:

Isbot

Transformatsiyalar (S2, S1) (S3, S2) quyidagi shaklga ega:

qayerda va boshqalar. Birinchi tizimdan ikkinchisiga almashtirish quyidagilarni beradi:

Ikkinchi tenglik - S3 va S1 tizimlari o'rtasidagi o'zgarishlar rekordi. Agar tizimning birinchi va ikkinchi tenglamasidagi koeffitsientlarni tenglashtirsak, u holda:

Bir tenglamani boshqasiga bo'lish orqali kerakli munosabatni olish oson.

Sanoat tizimlarining nisbiy tezliklari ixtiyoriy va mustaqil kattaliklar bo'lganligi sababli, bu tenglik faqat nisbat qandaydir doimiy ga teng bo'lsa, barcha inertial sanoq sistemalari uchun umumiy bo'lgan va demak, bajariladi.

To'g'ridan-to'g'ridan faqat nisbiy tezlik belgisini o'zgartirish orqali farq qiladigan ISO o'rtasidagi teskari o'zgarishlarning mavjudligi bizga funktsiyani topishga imkon beradi.

Isbot

Yorug'lik tezligining doimiyligi postulati

Tarixiy nuqtai nazardan, SRT qurilishida muhim rolni Eynshteynning ikkinchi postulati o'ynadi, unda yorug'lik tezligi manba tezligiga bog'liq emas va barcha inertial mos yozuvlar tizimlarida bir xil bo'ladi. Aynan shu postulat va nisbiylik printsipi yordamida Albert Eynshteyn 1905 yilda yorug'lik tezligini anglatuvchi asosiy konstantaga ega bo'lgan Lorentz o'zgarishini oldi. Yuqorida tavsiflangan SRTning aksiomatik qurilishi nuqtai nazaridan Eynshteynning ikkinchi postulati nazariyaning teoremasi bo'lib chiqadi va to'g'ridan-to'g'ri Lorents o'zgarishlaridan kelib chiqadi (qarang. Tezliklarning relativistik qo'shilishi). Biroq, tarixiy ahamiyatga ega bo'lganligi sababli, Lorentz transformatsiyasining bu hosilasi o'quv adabiyotlarida keng qo'llaniladi.

Shuni ta'kidlash kerakki, yorug'lik signallari, umuman olganda, SRTni oqlashda talab qilinmaydi. Maksvell tenglamalarining Galiley o'zgarishlariga nisbatan o'zgarmasligi STRni qurishga olib kelgan bo'lsa-da, ikkinchisi umumiy xarakterga ega va barcha turdagi o'zaro ta'sirlar va fizik jarayonlarga taalluqlidir. Lorents o'zgarishlarida paydo bo'ladigan asosiy konstanta moddiy jismlar harakatining maksimal tezligi ma'nosiga ega. Raqamli jihatdan u yorug'lik tezligiga to'g'ri keladi, ammo bu fakt elektromagnit maydonlarning massasizligi bilan bog'liq. Agar foton nol bo'lmagan massaga ega bo'lsa ham, Lorentz o'zgarishlari o'zgarmas edi. Shuning uchun asosiy tezlik va yorug'lik tezligini farqlash mantiqan. Birinchi konstanta fazo va vaqtning umumiy xossalarini aks ettirsa, ikkinchisi esa o'ziga xos o'zaro ta'sir xususiyatlari bilan bog'liq. Asosiy tezlikni o'lchash uchun elektrodinamik tajribalar o'tkazishning hojati yo'q. Asosiy tezlik qiymatini olish uchun, masalan, ikkita ISO ga nisbatan biron bir ob'ektning tezlik qiymatlariga asoslangan tezliklarni qo'shishning relativistik qoidasidan foydalanish kifoya.

Nisbiylik nazariyasining izchilligi

Nisbiylik nazariyasi mantiqiy izchil nazariyadir. Bu shuni anglatadiki, uning dastlabki qoidalaridan ma'lum bir bayonotni inkor qilish bilan bir vaqtda mantiqiy xulosa chiqarish mumkin emas. Shuning uchun, ko'plab paradokslar (masalan, egizak paradoks) aniq ko'rinadi. Ular STR ning mantiqiy nomuvofiqligi tufayli emas, balki nazariyani ma'lum muammolarga noto'g'ri qo'llash natijasida paydo bo'ladi.

Nisbiylik nazariyasining haqiqiyligi, boshqa fizikaviy nazariyalar singari, oxir-oqibat empirik tarzda tekshiriladi. Bundan tashqari, STR ning mantiqiy izchilligini aksiomatik tarzda isbotlash mumkin. Masalan, guruh yondashuvi doirasida klassik mexanika aksiomalarining kichik to'plami asosida Lorentz o'zgarishlarini olish mumkinligi ko'rsatilgan. Bu fakt SRT ning konsistensiya isbotini klassik mexanikaning izchilligi isbotiga qisqartiradi. Haqiqatan ham, agar aksiomalarning kengroq tizimidan kelib chiqadigan oqibatlar izchil bo'lsa, aksiomalarning faqat bir qismidan foydalanganda ular yanada izchil bo'ladi. Mantiqiy nuqtai nazardan qaraganda, mavjud aksiomalarga asl aksiomalarga mos kelmaydigan yangi aksioma qo'shilsa, qarama-qarshiliklar paydo bo'lishi mumkin. Yuqorida tavsiflangan STR ning aksiomatik qurilishida bu sodir bo'lmaydi, shuning uchun SRT izchil nazariyadir.

Geometrik yondashuv

Maxsus nisbiylik nazariyasini yaratishga boshqa yondashuvlar ham mumkin. Minkovski va Puankarening oldingi ishlaridan so'ng, 4 koordinatali yagona metrik to'rt o'lchovli fazo vaqti mavjudligini taxmin qilish mumkin. Yassi fazoning eng oddiy holatida ikkita cheksiz yaqin nuqta orasidagi masofani aniqlaydigan metrik Evklid yoki psevdo-Evklid bo'lishi mumkin (pastga qarang). Oxirgi holat maxsus nisbiylik nazariyasiga mos keladi. Bunday holda, Lorentz o'zgarishlari ikki nuqta orasidagi masofani o'zgarishsiz qoldiradigan shunday bo'shliqdagi aylanishlardir.

Tezlik fazosining geometrik tuzilishi postulatsiya qilingan boshqa yondashuv ham mumkin. Bunday fazoning har bir nuqtasi qandaydir inertial mos yozuvlar tizimiga mos keladi va ikki nuqta orasidagi masofa ISO o'rtasidagi nisbiy tezlik moduliga to'g'ri keladi. Nisbiylik printsipiga ko'ra, bunday fazoning barcha nuqtalari teng bo'lishi kerak va shuning uchun tezlik fazosi bir hil va izotropikdir. Agar uning xossalari Riman geometriyasi bilan berilgan bo'lsa, unda uchta va faqat uchta imkoniyat mavjud: tekis bo'shliq, doimiy musbat va manfiy egrilik fazosi. Birinchi holat tezliklarni qo'shishning klassik qoidasiga mos keladi. Doimiy manfiy egrilik fazosi (Lobachevskiy fazosi) tezliklarni qo'shishning relativistik qoidasiga va maxsus nisbiylik nazariyasiga mos keladi.

Lorentz transformatsiyasi uchun turli xil belgilar

Ikki S va S" inertial sanoq sistemalarining koordinata o'qlari bir-biriga parallel bo'lsin, (t, x,y, z) - S sistemaga nisbatan kuzatilgan ba'zi hodisaning vaqti va koordinatalari va (t",x" ,y”,z”) - vaqt va koordinatalar xuddi shu S" sistemaga nisbatan hodisalar. Agar S" sistemasi S ga nisbatan v tezlik bilan bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatlansa, u holda Lorents o'zgarishlari o'rinli bo'ladi:

yorug'lik tezligi qayerda. Yorug'lik tezligidan () ancha past tezlikda Lorentz o'zgarishlari Galiley o'zgarishlariga aylanadi:

Bunday chegaraga o'tish moslik printsipining aksidir, unga ko'ra umumiyroq nazariya (STR) o'zining cheklovchi holati sifatida kamroq umumiy nazariyaga ega (bu holda klassik mexanika).

Lorentz o'zgarishlarini vektor ko'rinishida yozish mumkin, agar mos yozuvlar tizimlarining tezligi o'zboshimchalik bilan yo'naltirilgan bo'lsa (o'q bo'ylab emas):

bu yerda Lorentz omili va S va S sistemalarga nisbatan hodisaning radius vektorlari.

Lorents o'zgarishlarining oqibatlari

Tezlikni qo'shish

Lorents o'zgarishlarining bevosita natijasi tezliklarni qo'shishning relativistik qoidasidir. Agar biron bir ob'ektda S tizimiga va - S ga nisbatan tezlik komponentlari bo'lsa, ular o'rtasida quyidagi bog'liqlik mavjud:

Bu munosabatlarda v sanoq sistemalari harakatining nisbiy tezligi x o'qi bo'ylab yo'naltiriladi. Tezliklarning nisbiy qo‘shilishi, Lorents transformatsiyasi kabi past tezliklarda () tezliklarni qo‘shishning klassik qonuniga aylanadi.

Agar ob'ekt S tizimga nisbatan x o'qi bo'ylab yorug'lik tezligida harakat qilsa, u S ga nisbatan bir xil tezlikka ega bo'ladi": Bu tezlik barcha ISOlarda o'zgarmas (bir xil) ekanligini anglatadi.

Vaqtning kengayishi

Agar soat tizimda statsionar bo'lsa, u holda ikkita ketma-ket hodisa uchun . Bunday soatlar qonunga muvofiq tizimga nisbatan harakat qiladi, shuning uchun vaqt oraliqlari quyidagicha bog'lanadi:

Ushbu formulada vaqt oralig'i o'lchanganligini tushunish muhimdir yolg'iz harakatlanuvchi soat. O'qishlar bilan taqqoslanadi bir nechta tizimda joylashgan turli xil, sinxron ishlaydigan soatlar, o'tgan soat harakat qiladi. Ushbu taqqoslash natijasida ma'lum bo'lishicha, harakatlanuvchi soatlar statsionar soatlarga qaraganda sekinroq ishlaydi. Egizak paradoks deb ataladigan bu ta'sir bilan bog'liq.

Agar soat inertial mos yozuvlar tizimiga nisbatan o'zgaruvchan tezlikda harakat qilsa, u holda bu soat tomonidan o'lchanadigan vaqt (to'g'ri vaqt deb ataladigan) tezlanishga bog'liq emas va uni quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

Bu erda integratsiyadan foydalangan holda, mahalliy inertial mos yozuvlar tizimlarida vaqt oraliqlari (bir zumda hamroh bo'lgan ISO deb ataladi) umumlashtiriladi.

Bir vaqtdalikning nisbiyligi

Agar ikkita fazoviy ajratilgan hodisa (masalan, yorug'lik chaqnashlari) harakatlanuvchi mos yozuvlar ramkasida bir vaqtning o'zida sodir bo'lsa, ular "statsionar" ramkaga nisbatan bir vaqtning o'zida bo'lmaydi. Qachon Lorentz o'zgarishlaridan kelib chiqadi

Agar , keyin va. Bu shuni anglatadiki, statsionar kuzatuvchi nuqtai nazaridan, chap hodisa o'ngdan oldin sodir bo'ladi. Bir vaqtning o'zida nisbiyligi kosmosda turli xil inertial mos yozuvlar tizimlarida soatlarni sinxronlashtirishning mumkin emasligiga olib keladi.

Tizim nuqtai nazaridan S

S tizimi nuqtai nazaridan"

Har bir tizimda sinxronlashtirilgan ikkita mos yozuvlar tizimida x o'qi bo'ylab joylashgan soatlar bo'lsin va hozirda "markaziy" soatlar bir-biriga to'g'ri keladi (quyidagi rasmda), ular bir xil vaqtni ko'rsatadi.

Chapdagi rasmda bu holat S ramkadagi kuzatuvchi nuqtai nazaridan qanday ko'rinishi ko'rsatilgan. Harakatlanuvchi kadrdagi soatlar turli vaqtlarni ko'rsatadi. Harakat yo'nalishi bo'yicha joylashgan soatlar orqada, harakat yo'nalishiga qarshi joylashganlar esa "markaziy" soatdan oldinda. S" dagi kuzatuvchilar uchun ham vaziyat xuddi shunday (o'ng rasm).

Chiziqli o'lchamlarni qisqartirish

Agar harakatlanuvchi ob'ektning uzunligi (shakli) uning sirtining koordinatalarini bir vaqtning o'zida aniqlash orqali aniqlansa, Lorentz o'zgarishlaridan kelib chiqadiki, bunday jismning "statsionar" mos yozuvlar tizimiga nisbatan chiziqli o'lchamlari kamayadi:

bu erda harakat yo'nalishi bo'ylab harakatsiz mos yozuvlar tizimiga nisbatan uzunlik va tana bilan bog'langan harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimidagi uzunlik (tananing to'g'ri uzunligi deb ataladi). Shu bilan birga, tananing uzunlamasına o'lchamlari kamayadi (ya'ni harakat yo'nalishi bo'yicha o'lchanadi). Transvers o'lchamlar o'zgarmaydi.

Ushbu o'lchamning qisqarishi Lorentz qisqarishi deb ham ataladi. Harakatlanuvchi jismlarni vizual kuzatishda, Lorents qisqarishidan tashqari, tananing yuzasidan yorug'lik signalining tarqalish vaqtini hisobga olish kerak. Natijada, tez harakatlanuvchi tana aylantirilgan ko'rinadi, lekin harakat yo'nalishi bo'yicha siqilmaydi.

Doppler effekti

v tezlik bilan harakatlanuvchi manba chastotali davriy signal chiqarsin. Bu chastota manba bilan bog'langan kuzatuvchi tomonidan o'lchanadi (tabiiy chastota deb ataladi). Agar xuddi shu signal "statsionar" kuzatuvchi tomonidan qayd etilsa, uning chastotasi tabiiy chastotasidan farq qiladi:

manbaga yo'nalish va uning tezligi o'rtasidagi burchak qaerda.

Uzunlamasına va ko'ndalang Doppler effektlari mavjud. Birinchi holda, ya'ni manba va qabul qiluvchi bir xil to'g'ri chiziqda. Agar manba qabul qilgichdan uzoqlashsa, uning chastotasi pasayadi (qizil siljish), agar u yaqinlashsa, chastotasi ortadi (ko'k siljish):

Ko'ndalang effekt , ya'ni manba tomon yo'nalish uning tezligiga perpendikulyar bo'lganda yuzaga keladi (masalan, manba qabul qilgich ustidan "uchib ketadi"). Bunday holda, vaqtni kengaytirishning ta'siri bevosita namoyon bo'ladi:

Klassik fizikada ko'ndalang effektning o'xshashi yo'q va bu sof relativistik effektdir. Bundan farqli o'laroq, uzunlamasına Doppler effekti ham klassik komponent, ham relativistik vaqtni kengaytirish effekti bilan bog'liq.

Aberatsiya

nisbiylik nazariyasida ham o'z kuchini saqlab qoladi. Biroq, vaqt hosilasi klassikdan emas, balki relativistik impulsdan olinadi. Bu kuch va tezlanish o'rtasidagi munosabat klassikdan sezilarli darajada farq qilishiga olib keladi:

Birinchi atama, agar kuch tezlikka perpendikulyar bo'lsa, kuchning tezlanishga nisbatiga teng "nisbiy massa" ni o'z ichiga oladi. Nisbiylik nazariyasi bo'yicha dastlabki ishlarda u "ko'ndalang massa" deb nomlangan. Aynan uning "o'sishi" magnit maydon tomonidan elektronlarning egilishi bo'yicha tajribalarda kuzatiladi. Ikkinchi atama "bo'ylama massa" ni o'z ichiga oladi, agar kuch tezlikka parallel bo'lsa, kuchning tezlanishga nisbatiga teng:

Yuqorida ta'kidlanganidek, bu tushunchalar eskirgan va Nyutonning klassik harakat tenglamasini saqlab qolishga urinish bilan bog'liq.

Energiyaning o'zgarish tezligi kuch va tananing tezligining skalyar mahsulotiga teng:

Bu klassik mexanikada bo'lgani kabi, zarracha tezligiga perpendikulyar kuch komponenti uning energiyasini o'zgartirmasligiga olib keladi (masalan, Lorents kuchidagi magnit komponent).

Energiya va impulsning konversiyalari

Vaqt va koordinatalar uchun Lorents o'zgarishlariga o'xshab, turli inertial mos yozuvlar tizimlariga nisbatan o'lchanadigan relativistik energiya va impuls ham ma'lum munosabatlar bilan bog'liq:

bunda impuls vektorining komponentlari ga teng. S, S” inertial sanoq sistemalarining nisbiy tezligi va orientatsiyasi xuddi Lorents transformatsiyalaridagi kabi aniqlanadi.

Kovariant formulasi

To'rt o'lchovli fazo-vaqt

Lorentz o'zgarishlari interval deb ataladigan quyidagi miqdorni o'zgarmas (o'zgarmas) qoldiradi:

bu yerda va boshqalar ikki hodisaning vaqtlari va koordinatalaridagi farqlar. Agar bo'lsa, u holda ular voqealar vaqtga o'xshash interval bilan ajratilganligini aytadilar; bo'lsa, fazoga o'xshaydi. Nihoyat, agar bo'lsa, unda bunday intervallar yorug'lik kabi deyiladi. Nurga o'xshash interval yorug'lik tezligida harakatlanadigan signal bilan bog'liq hodisalarga mos keladi. Intervalning o'zgarmasligi uning ikkita inertial mos yozuvlar tizimiga nisbatan bir xil qiymatga ega ekanligini anglatadi:

O'z shaklida interval Evklid fazosidagi masofaga o'xshaydi. Biroq, u hodisaning fazoviy va vaqtinchalik komponentlari uchun boshqa belgiga ega, shuning uchun ular interval psevdoevklid to'rt o'lchovli fazo-vaqtdagi masofani aniqlaydi, deyishadi. U Minkovskiy fazo vaqti deb ham ataladi. Lorents transformatsiyalari bunday fazoda aylanishlar rolini o'ynaydi. Bazaning to'rt o'lchovli fazo-vaqtdagi aylanishlari, 4-vektorning vaqt va fazoviy koordinatalarini aralashtirib, harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimiga o'tishga o'xshaydi va oddiy uch o'lchovli fazodagi aylanishlarga o'xshaydi. Bunday holda, ma'lum hodisalar orasidagi to'rt o'lchovli intervallarning mos yozuvlar tizimining vaqt va fazoviy o'qlariga proyeksiyalari tabiiy ravishda o'zgaradi, bu vaqt va fazoviy intervallar o'zgarishining relativistik ta'sirini keltirib chiqaradi. Aynan STR postulatlari bilan belgilangan bu fazoning invariant strukturasi bir inertial sanoq sistemasidan ikkinchisiga o‘tganda o‘zgarmaydi. Faqat ikkita fazoviy koordinatadan (x, y) foydalanib, to'rt o'lchovli fazoni koordinatalarda (t, x, y) ifodalash mumkin. Yorug'lik signali (yorug'likka o'xshash interval) bilan kelib chiqish hodisasi (t=0, x=y=0) bilan bog'liq hodisalar yorug'lik konusi deb ataladigan joyda yotadi (o'ngdagi rasmga qarang).

Metrik tensor

Ikki cheksiz yaqin hodisa orasidagi masofani metrik tenzor yordamida tenzor ko'rinishida yozish mumkin:

Bu yerda , va undan ortiq takrorlanuvchi indekslar 0 dan 3 gacha yig‘indini bildiradi. Dekart koordinatalari bo‘lgan inertial sanoq sistemalarida metrik tensor quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:

Qisqacha aytganda, bu diagonal matritsa quyidagicha belgilanadi: .

Dekart bo'lmagan koordinata tizimini tanlash (masalan, sferik koordinatalarga o'tish) yoki inertial bo'lmagan mos yozuvlar tizimlarini ko'rib chiqish metrik tensor komponentlari qiymatlarining o'zgarishiga olib keladi, ammo uning imzosi o'zgarishsiz qoladi. Maxsus nisbiylik doirasida har doim koordinatalar va vaqtning global o'zgarishi mavjud bo'lib, metrik tensorni komponentlar bilan diagonal qiladi. Bu fizik holat dekart koordinatalari bo'lgan inertial mos yozuvlar tizimiga o'tishga mos keladi. Boshqacha qilib aytganda, maxsus nisbiylikning to'rt o'lchovli fazo-vaqti tekis (psevdoevklid). Bundan farqli o'laroq, umumiy nisbiylik nazariyasi (GTR) egri bo'shliqlarni ko'rib chiqadi, bunda metrik tensorni har qanday koordinatani o'zgartirish orqali butun fazoda psevdoevklid ko'rinishiga keltirish mumkin emas, lekin tensorning imzosi bir xil bo'lib qoladi.

4-vektor

SRT munosabatlari to'rt komponentli vektorni kiritish orqali tenzor shaklida yozilishi mumkin (komponentning yuqori qismidagi raqam yoki indeks uning darajasi emas, balki uning raqamidir!). 4-vektorning nol komponenti vaqtinchalik, indekslari 1,2,3 bo'lgan komponentlar esa fazoviy deyiladi. Ular oddiy uch o'lchamli vektorning komponentlariga mos keladi, shuning uchun 4-vektor ham quyidagicha belgilanadi: .

Nisbiy tezlik bilan harakatlanuvchi ikkita inertial sanoq sistemasiga nisbatan o‘lchangan 4 vektorli komponentlar bir-biri bilan quyidagicha bog‘langan:

4-vektorlarga misollar: hodisani tavsiflovchi psevdoevklid fazo-vaqtidagi nuqta va energiya-momentum:

Metrik tensordan foydalanib, siz deb ataladigan narsani kiritishingiz mumkin kovektorlar, ular bir xil harf bilan belgilanadi, lekin pastki belgisi bilan:

Imzoli diagonal metrik tensor uchun kovektor 4 vektordan fazoviy komponentlar oldidagi belgi bilan farq qiladi. Shunday qilib, agar bo'lsa, unda. Vektor va kovektorning konvolyutsiyasi invariant bo'lib, barcha inertial mos yozuvlar tizimlarida bir xil ma'noga ega:

Masalan, energiya-momentumning konvolyutsiyasi (kvadrati - 4-vektor) zarracha massasining kvadratiga proportsionaldir:

SRTning eksperimental asoslari

Barcha zamonaviy fizika asosida maxsus nisbiylik nazariyasi yotadi. Shuning uchun, SRTni "isbotlaydigan" alohida tajriba yo'q. Yuqori energiya fizikasi, yadro fizikasi, spektroskopiya, astrofizika, elektrodinamika va fizikaning boshqa sohalaridagi eksperimental ma'lumotlarning butun majmuasi eksperimental aniqlik doirasida nisbiylik nazariyasiga mos keladi. Masalan, kvant elektrodinamikasida (maxsus nisbiylik, kvant nazariyasi va Maksvell tenglamalari birikmasi) elektronning anomal magnit momentining qiymati nazariy bashorat bilan nisbiy aniqlik bilan mos keladi.

Bularning barchasi SRTning qo'llanilishi chegarasi yo'q degani emas. Aksincha, har qanday boshqa nazariyalarda bo'lgani kabi, ular ham mavjud va ularni aniqlash eksperimental fizikaning muhim vazifasidir. Masalan, Eynshteynning tortishish nazariyasi (GTR) STRning psevdoevklid fazosini egrilik bilan fazo-vaqt holatiga umumlashtirishni ko'rib chiqadi, bu bizga astrofizik va kosmologik kuzatilishi mumkin bo'lgan ma'lumotlarning aksariyatini tushuntirishga imkon beradi. Kosmosning anizotropiyasini va STR munosabatlarini o'zgartirishi mumkin bo'lgan boshqa effektlarni aniqlashga urinishlar mavjud. Ammo shuni tushunish kerakki, agar ular kashf etilsa, ular yana umumiy nazariyalarga olib keladi, ularning cheklovchi holati yana SRT bo'ladi. Xuddi shu tarzda, past tezlikda nisbiylik nazariyasining alohida holati bo'lgan klassik mexanika to'g'ri bo'lib qoladi. Umuman olganda, yozishmalar printsipi tufayli ko'plab eksperimental tasdiqlarni olgan nazariya noto'g'ri bo'lib chiqa olmaydi, garchi, albatta, uning qo'llanilishi doirasi cheklangan bo'lishi mumkin.

Quyida SRT va uning individual qoidalarining haqiqiyligini ko'rsatadigan ba'zi tajribalar keltirilgan.

Vaqtning nisbiy kengayishi

Harakatlanuvchi jismlar uchun vaqtning sekinroq oqishi yuqori energiya fizikasida olib borilgan tajribalarda doimo tasdiqlanadi. Masalan, CERN da halqali tezlatkichdagi muonlarning ishlash muddati relativistik formulaga muvofiq aniqlik bilan ortadi. Bu tajribada muonlarning tezligi yorug'lik tezligidan 0,9994 martaga teng bo'lib, buning natijasida ularning yashash muddati 29 martaga oshgan. Bu tajriba ham muhimdir, chunki halqaning 7 metrli radiusi bilan muon tezlashishi tortishish tezlashishiga teng qiymatlarga erishdi. Bu, o'z navbatida, vaqtning kengayishi ta'siri faqat ob'ekt tezligiga bog'liqligini va uning tezlashishiga bog'liq emasligini ko'rsatadi.

Vaqt kengayishining kattaligini o'lchash makroskopik ob'ektlar bilan ham amalga oshirildi. Masalan, Xafele-Kiting tajribasida samolyotda uchayotgan statsionar atom soati va atom soati ko'rsatkichlari taqqoslangan.

Yorug'lik tezligining manba harakatidan mustaqilligi

Nisbiylik nazariyasi paydo bo'lishining boshida Valter Ritsning Mishelson tajribasining salbiy natijasini ballistik nazariya yordamida tushuntirish mumkinligi haqidagi g'oyalari ma'lum darajada mashhurlikka erishdi. Bu nazariyada yorug'lik manbaga nisbatan tezlik bilan chiqariladi va yorug'lik tezligi va manba tezligi tezlikni qo'shishning klassik qoidasiga muvofiq qo'shiladi deb faraz qilingan. Tabiiyki, bu nazariya SRTga zid keladi.

Astrofizik kuzatishlar bunday fikrni ishonchli rad etishni ta'minlaydi. Masalan, qo'sh yulduzlarning umumiy massa markazi atrofida aylanishini kuzatishda, Rits nazariyasiga ko'ra, aslida kuzatilmagan effektlar paydo bo'ladi (de Sitter argumenti). Haqiqatan ham, Yerga yaqinlashayotgan yulduzning yorug'lik tezligi ("tasvir") aylanish paytida uzoqlashayotgan yulduzning yorug'lik tezligidan yuqori bo'lar edi. Ikkilik tizimdan katta masofada tezroq "tasvir" sekinroq bo'lganidan sezilarli darajada oshadi. Natijada, qo'sh yulduzlarning ko'rinadigan harakati juda g'alati ko'rinadi, bu kuzatilmaydi.

Ba'zida Ritsning gipotezasi "aslida" to'g'ri ekanligi haqida e'tiroz bildiriladi, ammo yorug'lik yulduzlararo bo'shliqda harakatlanayotganda, Yerga nisbatan o'rtacha nol tezlikka ega bo'lgan vodorod atomlari tomonidan qayta chiqariladi va tezda tezlikka ega bo'ladi.

Biroq, agar shunday bo'lsa, turli xil spektral diapazonlarda qo'sh yulduzlar tasvirida sezilarli farq bo'lar edi, chunki yorug'lik muhitining "o'ziga jalb qilish" ta'siri sezilarli darajada uning chastotasiga bog'liq.

Tomaszek (1923) tajribalarida interferometr yordamida quruqlik va yerdan tashqari manbalardan (Quyosh, Oy, Yupiter, Sirius va Arktur yulduzlari) interferentsiya naqshlari solishtirildi. Ushbu ob'ektlarning barchasi Yerga nisbatan har xil tezlikka ega edi, ammo Ritz modelida kutilgan interferentsiya chegaralarida hech qanday siljish aniqlanmadi. Keyinchalik bu tajribalar bir necha marta takrorlandi. Masalan, Bonch-Bruevich A.M va Molchanov V.A (1956) ning tajribasida aylanuvchi Quyoshning turli qirralaridan yorug'lik tezligi o'lchandi. Bu tajribalar natijalari ham Rits gipotezasiga ziddir.

Tarixiy eskiz

Boshqa nazariyalar bilan aloqasi

Gravitatsiya

Klassik mexanika

Nisbiylik nazariyasi klassik mexanikaning ayrim jihatlari bilan jiddiy ziddiyatga ega. Masalan, Erenfestning paradoksi STRning mutlaqo qattiq jism tushunchasi bilan mos kelmasligini ko'rsatadi. Shuni ta'kidlash kerakki, hatto klassik fizikada ham qattiq jismga mexanik ta'sir cheksiz tezlikda emas, balki tovush tezligida tarqaladi, deb taxmin qilinadi (xayoliy mutlaq qattiq muhitda bo'lishi kerak).

Kvant mexanikasi

Maxsus nisbiylik nazariyasi (umumiy nisbiylik nazariyasidan farqli o'laroq) kvant mexanikasiga to'liq mos keladi. Ularning sintezi relativistik kvant maydon nazariyasidir. Biroq, ikkala nazariya ham bir-biridan mutlaqo mustaqildir. Galileyning nisbiy bo'lmagan nisbiylik printsipiga (Shredinger tenglamasiga qarang) asoslangan kvant mexanikasini ham, kvant effektlarini butunlay e'tiborsiz qoldiradigan SRTga asoslangan nazariyalarni ham qurish mumkin. Masalan, kvant maydon nazariyasini relativistik bo'lmagan nazariya sifatida shakllantirish mumkin. Shu bilan birga, spin kabi kvant mexanik hodisasi, ketma-ket nisbiylik nazariyasiga murojaat qilmasdan tasvirlab bo‘lmaydi (Dirak tenglamasiga qarang).

Kvant nazariyasining rivojlanishi hali ham davom etmoqda va ko'plab fiziklarning fikricha, kelajakdagi to'liq nazariya jismoniy ma'noga ega bo'lgan barcha savollarga javob beradi va kvant maydon nazariyasi va GTR bilan birgalikda STR doirasida ham beradi. Ehtimol, SRT Nyuton mexanikasi bilan bir xil taqdirga duch keladi - uni qo'llash chegaralari aniq belgilanadi. Shu bilan birga, bunday maksimal umumiy nazariya hali ham uzoq istiqboldir.

Shuningdek qarang

Eslatmalar

Manbalar

Ginzburg V.L. Eynshteyn to'plami, 1966. - M.: Nauka, 1966. - P. 363. - 375 b. - 16 000 nusxa.
Ginzburg V.L. Nisbiylik nazariyasini kim va qanday yaratgan? V Eynshteyn to'plami, 1966. - M.: Nauka, 1966. - P. 366-378. - 375 b. - 16 000 nusxa.
Satsunkevich I. S. Maxsus nisbiylik nazariyasining eksperimental ildizlari. - 2-nashr. - M.: URSS, 2003. - 176 b. - ISBN 5-354-00497-7
Misner C., Torn K., Uiler J. Gravitatsiya. - M.: Mir, 1977. - T. 1. - B. 109. - 474 b.
Eynshteyn A. “Zur Elektrodynamik bewegter Korper” Ann Phys.- 1905.- Bd 17.- S. 891. Tarjimasi: Eynshteyn A. “Harakatlanuvchi jismning elektrodinamikasi haqida” Eynshteyn A. Ilmiy ishlar to'plami. - M.: Nauka, 1965. - T. 1. - B. 7-35. - 700 s. - 32 000 nusxa.
Matveev A.N. Mexanika va nisbiylik nazariyasi. - 2-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. - M .: Yuqori. maktab, 1986. - 78-80-betlar. - 320 s. - 28 000 nusxa.
Pauli V. Nisbiylik nazariyasi. - M.: Fan, 3-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. - 328 b. - 17 700 nusxa.
- ISBN 5-02-014346-4 von Filipp Frank und Hermann Rothe
“Uber die Transformation der Raumzeitkoordinaten von ruhenden auf bewegte Systeme” Ann. der fizik, ser. 4, jild. 34, №. 5, 1911, bet. 825-855 (ruscha tarjimasi) Fok V.A.
Fazo-vaqt va tortishish nazariyasi. - 2-nashr, to'ldirilgan. - M.: Davlat nashriyoti. fizika va matematika lit., 1961. - 510-518-betlar. - 568 b. - 10 000 nusxa.
"Relyativistik dunyo" kitobidagi "Lorentz o'zgarishlari". Kittel C., Nait U., Ruderman M.
Berkeley fizika kursi. - 3-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. - M.: Nauka, 1986. - T. I. Mexanika. - 373,374-betlar. - 481 b. von V.v. Ignatovskiy
“Einige allgemeine Bemerkungen zum Relativitätsprinzip” Verh. d. nemis. fizika. Ges. 12, 788-96, 1910 (ruscha tarjimasi) Terletskiy P.

Nisbiylik nazariyasining paradokslari. - M.: Nauka, 1966. - B. 23-31. - 120 s. - 16500 nusxa.

Maxsus nisbiylik nazariyasi (STR) yoki qisman nisbiylik nazariyasi Albert Eynshteynning 1905 yilda "Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasida" (Albert Eynshteyn - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge) asarida nashr etilgan nazariyasidir. 17. Seite 891-921, iyun 1905).

Jismlardan biri o'z traektoriyasini o'zgartirganda yoki tezligini oshirganda SRT qonunlari amal qilishni to'xtatadi. Bu erda jismlar harakatining umumiy talqinini beruvchi umumiy nisbiylik nazariyasi (GTR) sodir bo'ladi.

Nisbiylik nazariyasi ikkita postulatga asoslanadi:

Nisbiylik printsipi- Unga ko'ra, bir-biriga nisbatan doimiy tezlikda harakatlanadigan va yo'nalishini o'zgartirmaydigan barcha mavjud ma'lumot tizimlarida bir xil qonunlar amal qiladi.
Yorug'lik tezligi printsipi- yorug'lik tezligi barcha kuzatuvchilar uchun bir xil va ularning harakat tezligiga bog'liq emas. Bu eng yuqori tezlik va tabiatda hech narsa undan katta tezlikka ega emas. Yorug'lik tezligi 3*10^8 m/s.

Albert Eynshteyn nazariy ma'lumotlardan ko'ra eksperimental ma'lumotlarni asos qilib oldi. Bu uning muvaffaqiyatining tarkibiy qismlaridan biri edi. Yangi eksperimental ma'lumotlar yangi nazariyani yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi.

19-asrning o'rtalaridan boshlab fiziklar efir deb nomlangan yangi sirli muhitni qidirmoqdalar. Efir barcha ob'ektlardan o'tishi mumkin, ammo ularning harakatida qatnashmaydi, deb ishonilgan. Efir haqidagi e'tiqodlarga ko'ra, tomoshabinning efirga nisbatan tezligini o'zgartirish orqali yorug'lik tezligi ham o'zgaradi.

Eynshteyn tajribalarga ishonib, yangi efir muhiti kontseptsiyasini rad etdi va yorug'lik tezligi doimo doimiy va hech qanday sharoitga, masalan, odamning tezligiga bog'liq emas deb taxmin qildi.

Vaqt oraliqlari, masofalar va ularning bir xilligi

Maxsus nisbiylik nazariyasi vaqt va makonni bog'laydi. Moddiy olamda kosmosda 3 ta ma'lum: o'ng va chap, oldinga va orqaga, yuqoriga va pastga. Agar biz ularga vaqt deb ataladigan boshqa o'lchovni qo'shsak, bu fazo-vaqt uzluksizligining asosini tashkil qiladi.

Agar siz sekin tezlikda harakat qilsangiz, kuzatuvlaringiz tezroq harakat qilayotgan odamlar bilan birlashmaydi.

Keyinchalik tajribalar makonni ham vaqt kabi idrok etish mumkin emasligini tasdiqladi: bizning idrokimiz jismlarning harakat tezligiga bog'liq.

Energiyani massa bilan bog'lash

Eynshteyn energiyani massa bilan birlashtirgan formulani ishlab chiqdi. Ushbu formula fizikada keng qo'llaniladi va u har bir o'quvchiga tanish: E=m*c², unda Elektron energiya; m - tana massasi, c - tezlik yorug'likning tarqalishi.

Jismning massasi yorug'lik tezligining ortishiga mutanosib ravishda ortadi. Agar siz yorug'lik tezligiga erishsangiz, tananing massasi va energiyasi o'lchamsiz bo'ladi.

Ob'ektning massasini oshirish orqali uning tezligini oshirishga erishish qiyinlashadi, ya'ni cheksiz ulkan moddiy massaga ega bo'lgan tana uchun cheksiz energiya talab qilinadi. Ammo, aslida, bunga erishish mumkin emas.

Eynshteyn nazariyasi ikkita alohida qoidani birlashtirdi: massa holati va energiya pozitsiyasi bitta umumiy qonunga. Bu energiyani moddiy massaga aylantirish imkonini berdi va aksincha.

SRT, TOE - bu qisqartmalar deyarli hamma uchun tanish bo'lgan "nisbiylik nazariyasi" atamasini yashiradi. Oddiy til bilan aytganda, hamma narsani tushuntirish mumkin, hatto dahoning bayonoti ham, shuning uchun maktab fizika kursini eslamasangiz, umidsizlikka tushmang, chunki aslida hamma narsa ko'rinadiganidan ancha sodda.

Nazariyaning kelib chiqishi

Shunday qilib, keling, "Dummylar uchun nisbiylik nazariyasi" kursini boshlaylik. Albert Eynshteyn o'z ishini 1905 yilda nashr etdi va bu olimlar orasida shov-shuvga sabab bo'ldi. Ushbu nazariya o'tgan asrning fizikasidagi ko'plab bo'shliqlar va nomuvofiqliklarni deyarli to'liq qamrab oldi, ammo hamma narsadan tashqari, u makon va vaqt g'oyasini inqilob qildi. Eynshteynning ko'pgina bayonotlariga uning zamondoshlari ishonishlari qiyin edi, ammo tajribalar va tadqiqotlar faqat buyuk olimning so'zlarini tasdiqladi.

Eynshteynning nisbiylik nazariyasi odamlarning asrlar davomida nimalar bilan kurashayotganini sodda qilib tushuntirdi. Uni barcha zamonaviy fizikaning asosi deb atash mumkin. Biroq, nisbiylik nazariyasi haqidagi suhbatni davom ettirishdan oldin, atamalar masalasiga aniqlik kiritish kerak. Shubhasiz, ko'pchilik ilmiy-ommabop maqolalarni o'qib, ikkita qisqartmaga duch kelishdi: SRT va GTO. Aslida, ular bir oz boshqacha tushunchalarni nazarda tutadi. Birinchisi, maxsus nisbiylik nazariyasi, ikkinchisi esa “umumiy nisbiylik” degan ma’noni anglatadi.

Faqat murakkab narsa

STR qadimgi nazariya bo'lib, keyinchalik GTR tarkibiga kirdi. U faqat bir xil tezlikda harakatlanuvchi jismlar uchun jismoniy jarayonlarni ko'rib chiqishi mumkin. Umumiy nazariya tezlanayotgan jismlar bilan nima sodir bo'lishini tasvirlashi, shuningdek, graviton zarralari va tortishish nima uchun mavjudligini tushuntirishi mumkin.

Agar yorug'lik tezligiga yaqinlashganda harakatni, shuningdek, makon va vaqtning o'zaro bog'liqligini tasvirlash kerak bo'lsa, maxsus nisbiylik nazariyasi buni amalga oshirishi mumkin. Oddiy so'zlar bilan buni quyidagicha tushuntirish mumkin: masalan, kelajakdagi do'stlar sizga yuqori tezlikda ucha oladigan kosmik kemani sovg'a qilishdi. Kosmik kemaning burnida old tomondan kelgan hamma narsaga fotonlarni otishga qodir bo'lgan to'p bor.

O'q otilganda, kemaga nisbatan bu zarralar yorug'lik tezligida uchadi, ammo, mantiqan, statsionar kuzatuvchi ikkita tezlikning yig'indisini ko'rishi kerak (fotonlarning o'zi va kema). Lekin shunga o'xshash narsa. Kuzatuvchi fotonlarni 300 000 m/s tezlikda harakatlanayotganini ko'radi, go'yo kema tezligi nolga teng.

Gap shundaki, ob'ekt qanchalik tez harakat qilmasin, u uchun yorug'lik tezligi doimiy qiymatdir.

Ushbu bayonot ob'ektning massasi va tezligiga qarab vaqtni sekinlashtirish va buzish kabi ajoyib mantiqiy xulosalar asosidir. Ko‘pgina ilmiy-fantastik filmlar va teleseriallar syujeti shu asosga qurilgan.

Umumiy nisbiylik nazariyasi

Oddiy tilda ko'proq hajmli umumiy nisbiylikni tushuntirish mumkin. Boshlash uchun, bizning makonimiz to'rt o'lchovli ekanligini hisobga olishimiz kerak. Vaqt va makon "makon-vaqt uzluksizligi" kabi "mavzu"da birlashtirilgan. Bizning makonimizda to'rtta koordinata o'qi mavjud: x, y, z va t.

Ammo odamlar to'rt o'lchovni to'g'ridan-to'g'ri idrok eta olmaydilar, xuddi ikki o'lchovli dunyoda yashovchi faraziy tekis odam yuqoriga qaray olmaydi. Aslida, bizning dunyomiz faqat to'rt o'lchovli fazoning uch o'lchamli fazoga proektsiyasidir.

Qizig'i shundaki, umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, jismlar harakatlanayotganda o'zgarmaydi. To'rt o'lchovli dunyo ob'ektlari aslida doimo o'zgarmasdir va ular harakat qilganda faqat ularning proyeksiyalari o'zgaradi, biz buni vaqtning buzilishi, hajmining qisqarishi yoki ortishi va boshqalar sifatida qabul qilamiz.

Lift tajribasi

Nisbiylik nazariyasini kichik fikrlash tajribasi yordamida oddiy so'zlar bilan tushuntirish mumkin. Tasavvur qiling, siz liftdasiz. Kabina qimirlay boshladi va siz vaznsizlik holatiga tushib qoldingiz. Nima bo'ldi? Buning ikkita sababi bo'lishi mumkin: yoki lift kosmosda yoki u sayyoraning tortishish kuchi ta'sirida erkin qulashda. Eng qizig'i shundaki, agar lift kabinasidan tashqariga qarashning iloji bo'lmasa, vaznsizlik sababini bilib bo'lmaydi, ya'ni ikkala jarayon ham bir xil ko'rinadi.

Ehtimol, shunga o'xshash fikrlash tajribasini o'tkazgandan so'ng, Albert Eynshteyn shunday xulosaga keldi: agar bu ikki holat bir-biridan farq qilib bo'lmaydigan bo'lsa, unda aslida tortishish ta'sirida tana tezlashmaydi, bu ta'sir ostida egilgan bir tekis harakatdir. massiv jismning (bu holda sayyora). Shunday qilib, tezlashtirilgan harakat faqat bir xil harakatning uch o'lchovli fazoga proyeksiyasidir.

Yaxshi misol

"Dummiya uchun nisbiylik" mavzusidagi yana bir yaxshi misol. Bu mutlaqo to'g'ri emas, lekin u juda oddiy va tushunarli. Agar siz cho'zilgan matoga biron bir narsani qo'ysangiz, u ostida "burilish" yoki "huni" hosil qiladi. Barcha kichikroq jismlar kosmosning yangi egilishiga ko'ra o'zlarining traektoriyalarini buzishga majbur bo'ladilar va agar tananing ozgina energiyasi bo'lsa, u bu hunini umuman engib o'tmasligi mumkin. Biroq, harakatlanuvchi ob'ektning o'zi nuqtai nazaridan, traektoriya to'g'ri bo'lib qoladi, ular bo'shliqning egilishini sezmaydilar;

Gravitatsiya "pasaytirildi"

Umumiy nisbiylik nazariyasi paydo bo'lishi bilan tortishish kuch bo'lishni to'xtatdi va endi vaqt va makon egriligining oddiy natijasi bo'lish bilan kifoyalanadi. Umumiy nisbiylik fantastik ko'rinishi mumkin, ammo bu ishlaydigan versiya va tajribalar bilan tasdiqlangan.

Nisbiylik nazariyasi bizning dunyomizdagi aql bovar qilmaydigan ko'plab narsalarni tushuntirishi mumkin. Oddiy qilib aytganda, bunday narsalar umumiy nisbiylikning oqibatlari deb ataladi. Masalan, massiv jismlarga yaqin uchadigan yorug'lik nurlari egilgan. Bundan tashqari, chuqur kosmosdagi ko'plab ob'ektlar bir-birining orqasida yashiringan, ammo yorug'lik nurlari boshqa jismlar atrofida egilib turishi sababli, ko'zga ko'rinmas ko'rinadigan narsalar bizning ko'zimizga (aniqrog'i, teleskopning ko'ziga) ochiqdir. Bu devorlar orqali qarashga o'xshaydi.

Gravitatsiya qanchalik katta bo'lsa, ob'ekt yuzasida vaqt shunchalik sekinroq oqadi. Bu faqat neytron yulduzlari yoki qora tuynuklar kabi massiv jismlarga taalluqli emas. Vaqt kengayishining ta'siri hatto Yerda ham kuzatilishi mumkin. Masalan, sun'iy yo'ldosh navigatsiya qurilmalari yuqori aniqlikdagi atom soatlari bilan jihozlangan. Ular bizning sayyoramiz orbitasida va u erda vaqt biroz tezlashadi. Kuniga yuzlab soniyalar qo‘shilib, Yerdagi marshrutni hisoblashda 10 km gacha xatolikka yo‘l qo‘yadigan ko‘rsatkich hosil bo‘ladi. Aynan nisbiylik nazariyasi bu xatoni hisoblash imkonini beradi.

Oddiy so‘zlar bilan aytganda, biz buni shunday ta’riflashimiz mumkin: ko‘plab zamonaviy texnologiyalar asosida umumiy nisbiylik yotadi va Eynshteyn tufayli biz notanish hududda pitseriya va kutubxonani bemalol topamiz.