Eynshteynning nisbiylik nazariyasi menga doim mavhum va tushunarsiz bo‘lib tuyulgan. Keling, Eynshteynning nisbiylik nazariyasini oddiy so'zlar bilan ta'riflashga harakat qilaylik. Tasavvur qiling-a, kuchli yomg'ir ostida, shamol sizning orqangizdan esadi. Agar siz tez yugurishni boshlasangiz, yomg'ir tomchilari orqangizga tushmaydi. Tomchilar sekinroq bo'ladi yoki sizning orqangizga umuman etib bormaydi, bu ilmiy jihatdan tasdiqlangan haqiqatdir va siz yomg'irli bo'ronda buni o'zingiz tekshirishingiz mumkin. Endi tasavvur qiling-a, agar siz ortingizga o'girilib, yomg'ir bilan shamolga qarshi yugursangiz, tomchilar kiyimingizga tegib, shunchaki turganingizdan ko'ra qattiqroq duch kelishadi.
Ilgari olimlar yorug'lik shamolli havoda yomg'ir kabi ishlaydi deb o'ylashgan. Agar Yer Quyosh atrofida, Quyosh esa galaktika atrofida harakatlansa, u holda fazoda ularning harakat tezligini o‘lchash mumkin bo‘ladi, deb o‘ylaganlar. Ularning fikricha, ular faqat yorug'lik tezligini va uning ikki jismga nisbatan qanday o'zgarishini o'lchashlari kerak.
Olimlar buni qildilar va juda g'alati narsani topdi. Yorug'lik tezligi qanday bo'lishidan qat'i nazar, jismlar qanday harakatlanishidan va o'lchovlar qaysi yo'nalishda olib borilishidan qat'i nazar, bir xil edi.
Bu juda g'alati edi. Vaziyatni yomg'ir bo'roni bilan oladigan bo'lsak, normal sharoitda yomg'ir tomchilari sizning harakatlaringizga qarab sizga ko'proq yoki kamroq ta'sir qiladi. Qabul qiling, agar yomg'ir yugurayotganda ham, to'xtaganingizda ham sizning orqangizga teng kuch bilan essa, juda g'alati bo'lar edi.
Olimlar yorug'lik yomg'ir tomchilari yoki koinotdagi boshqa narsalar kabi xususiyatlarga ega emasligini aniqladilar. Qanchalik tez harakat qilsangiz ham, qaysi yo'nalishda bo'lishingizdan qat'iy nazar, yorug'lik tezligi doimo bir xil bo'ladi. Bu juda chalkash va faqat Albert Eynshteyn bu adolatsizlikni yoritib bera oldi.
Eynshteyn va boshqa olim Xendrik Lorents bularning barchasi qanday bo'lishi mumkinligini tushuntirishning yagona yo'li borligini aniqladilar. Bu vaqt sekinlashgan taqdirdagina mumkin.
Tasavvur qiling-a, agar vaqt siz uchun sekinlashsa va siz sekinroq harakat qilayotganingizni bilmasangiz nima bo'lishini. Boshqa hamma narsa tezroq sodir bo'layotganini his qilasiz., Atrofingizdagi hamma narsa filmdagi kabi tez oldinga siljiydi.
Shunday qilib, endi siz yana shamolli yomg'ir ostida ekanligingizni tasavvur qilaylik. Qanday qilib siz yugurayotgan bo'lsangiz ham yomg'ir sizga xuddi shunday ta'sir qilishi mumkin? Ma'lum bo'lishicha, agar siz yomg'irdan qochishga harakat qilgan bo'lsangiz, unda vaqtingiz sekinlashadi va yomg'ir tezlashadi. Yomg'ir tomchilari xuddi shu tezlikda orqangizga tegardi. Olimlar bu vaqtni kengayish deb atashadi. Qanchalik tez harakat qilsangiz ham, vaqtingiz sekinlashadi, hech bo'lmaganda yorug'lik tezligi uchun bu ifoda to'g'ri.
O'lchamlarning ikkiligi
Eynshteyn va Lorents tushungan yana bir narsa shundaki, har xil sharoitlarda ikki kishi har xil hisoblangan qiymatlarni olishlari mumkin va eng g'alati narsa shundaki, ikkalasi ham to'g'ri bo'ladi. Bu yorug'likning har doim bir xil tezlikda harakatlanishining yana bir yon ta'siri.
Keling, fikrlash tajribasini qilaylik
Tasavvur qiling-a, siz xonangizning markazida turibsiz va xonaning o'rtasiga chiroq o'rnatdingiz. Endi tasavvur qiling-a, yorug'lik tezligi juda sekin va siz uning qanday harakatlanishini ko'rishingiz mumkin, chiroqni yoqayotganingizni tasavvur qiling.
Chiroqni yoqishingiz bilan yorug'lik tarqala boshlaydi va yoritiladi. Ikkala devor bir xil masofada joylashganligi sababli, yorug'lik bir vaqtning o'zida ikkala devorga ham etib boradi.
Endi tasavvur qiling-a, xonangizda katta deraza bor va sizning do'stingiz mashinada o'tib ketadi. U boshqa narsani ko'radi. Uning nazarida xonangiz o'ng tomonga siljiganga o'xshaydi va siz chiroqni yoqsangiz, u chap devorning yorug'lik tomon harakatlanayotganini ko'radi. va o'ng devor yorug'likdan uzoqlashadi. U yorug'lik birinchi navbatda chap devorga, keyin esa o'ngga tushganini ko'radi. Unga yorug'lik bir vaqtning o'zida ikkala devorni ham yoritmagandek tuyuladi.
Eynshteynning nisbiylik nazariyasiga ko'ra, ikkala nuqtai nazar ham to'g'ri bo'ladi. Sizning fikringizcha, yorug'lik bir vaqtning o'zida ikkala devorga ham uriladi. Do'stingiz nuqtai nazaridan, bu unday emas. Hech qanday yomon narsa yo'q.
Shuning uchun olimlar "bir vaqtning o'zida nisbiydir" deyishadi. Agar siz bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi kerak bo'lgan ikkita narsani o'lchasangiz, boshqa tezlikda yoki boshqa yo'nalishda harakat qilayotgan kishi ularni siz kabi o'lchay olmaydi.
Bu biz uchun juda g'alati tuyuladi, chunki yorug'lik tezligi biz uchun bir zumda va biz nisbatan juda sekin harakat qilamiz. Yorug'lik tezligi juda yuqori bo'lgani uchun biz maxsus tajribalar o'tkazmagunimizcha yorug'lik tezligini sezmaymiz.
Ob'ekt qanchalik tez harakat qilsa, u qisqa va kichikroq bo'ladi
Yana bir g'alati yon ta'sir yorug'lik tezligi o'zgarmaydi. Yorug'lik tezligida harakatlanuvchi narsalar qisqaradi.
Yana, yorug'lik tezligi juda sekin, deb tasavvur qilaylik. Tasavvur qiling-a, siz poezdda sayohat qilyapsiz va siz vagonning o'rtasiga chiroq o'rnatdingiz. Endi xonadagi kabi chiroqni yoqayotganingizni tasavvur qiling.
Nur tarqaladi va bir vaqtning o'zida avtomobil oldidagi va orqasidagi devorlarga etib boradi. Shu tarzda siz yorug'likning har ikki tomonga yetib borishi uchun qancha vaqt ketganini o'lchash orqali vagonning uzunligini ham o'lchashingiz mumkin.
Keling, hisob-kitoblarni bajaramiz:
Tasavvur qilaylik, 10 metr masofani bosib o'tish uchun 1 soniya kerak bo'ladi va yorug'lik chiroqdan vagon devoriga tarqalishi uchun 1 soniya kerak bo'ladi. Bu chiroq avtomobilning har ikki tomonidan 10 metr masofada joylashganligini anglatadi. 10 + 10 = 20 bo'lgani uchun, bu mashinaning uzunligi 20 metrni tashkil qiladi.
Endi tasavvur qilaylik, sizning do'stingiz ko'chada, poyezdning o'tayotganini tomosha qilmoqda. U narsalarni boshqacha ko'rishini unutmang. Aravaning orqa devori chiroqqa qarab, old devor esa undan uzoqlashadi. Shunday qilib, yorug'lik bir vaqtning o'zida avtomobil devorining old va orqa tomoniga tegmaydi. Nur avval orqaga, keyin esa old tomonga yetib boradi.
Shunday qilib, siz va do'stingiz chiroqdan devorlarga yorug'lik tarqalish tezligini o'lchasangiz, siz turli xil qiymatlarga ega bo'lasiz, ammo ilmiy nuqtai nazardan ikkala hisob ham to'g'ri bo'ladi. Faqat siz uchun, o'lchovlarga ko'ra, vagonning uzunligi bir xil o'lchamda bo'ladi, lekin do'stingiz uchun vagonning uzunligi kamroq bo'ladi.
Esingizda bo'lsin, hamma narsa qanday va qanday sharoitda o'lchovlarni o'tkazishingizga bog'liq. Agar siz yorug'lik tezligida harakatlanayotgan raketaning ichida bo'lsangiz, sizning harakatingizni o'lchaydigan erdagi odamlardan farqli o'laroq, siz g'ayrioddiy narsani sezmaysiz. Vaqt siz uchun sekinroq o'tayotganini yoki kemaning old va orqa tomonlari birdaniga bir-biriga yaqinlashib qolganini tushunolmaysiz.
Shu bilan birga, agar siz raketada uchayotgan bo'lsangiz, sizga hamma sayyoralar va yulduzlar yorug'lik tezligida uchib o'tayotgandek tuyuladi. Bunday holda, agar siz ularning vaqtini va hajmini o'lchashga harakat qilsangiz, mantiqan ular uchun vaqt sekinlashishi va ularning o'lchamlari kamayishi kerak, shunday emasmi?
Bularning barchasi juda g'alati va tushunarsiz edi, lekin Eynshteyn yechim taklif qildi va bu hodisalarning barchasini bitta nisbiylik nazariyasiga birlashtirdi.
Inqilobiy fizik o'zining eng mashhur va nafis tenglamasini yaratish uchun murakkab matematikadan ko'ra o'z tasavvuridan foydalangan. Eynshteyn g'alati, ammo haqiqiy hodisalarni, masalan, kosmosdagi astronavtlar Yerdagi odamlarga qaraganda sekinroq qarishini va qattiq jismlarning yuqori tezlikda o'zgarishini bashorat qilish bilan mashhur.
Qizig'i shundaki, agar siz Eynshteynning 1905 yildagi nisbiylik haqidagi asl nusxasini olsangiz, uni ochish juda oson. Matn sodda va tushunarli, tenglamalar asosan algebraik – har qanday o‘rta maktab o‘quvchisi ularni tushuna oladi.
Buning sababi shundaki, murakkab matematika hech qachon Eynshteynning kuchli nuqtasi bo'lmagan. U vizual tarzda o'ylashni, o'z tasavvurida tajribalar qilishni va jismoniy g'oyalar va printsiplar aniq bo'lgunga qadar ular orqali o'ylashni yaxshi ko'rardi.
Aynan shu erda Eynshteynning fikrlash tajribalari u 16 yoshida boshlangan va ular oxir-oqibat uni zamonaviy fizikadagi eng inqilobiy tenglamaga olib kelgan.
Eynshteyn hayotining shu davriga kelib, uning nemis ildizlariga va Germaniyaning avtoritar o'qitish usullariga nisbatan yomon yashiringan nafrat allaqachon o'z ta'sirini o'tkazgan va u o'rta maktabdan haydalgan edi, shuning uchun u Shveytsariya Federal institutiga o'qish umidida Tsyurixga ko'chib o'tdi. Texnologiya (ETH).
Ammo birinchi navbatda Eynshteyn bir yillik tayyorgarlikni qo'shni Aarau shahridagi maktabda o'tkazishga qaror qildi. Shu payt u tez orada yorug'lik nurlari yonida yugurish qanday bo'lishini o'ylab topdi.
Eynshteyn fizika darsida allaqachon yorug'lik nuri nima ekanligini bilib olgan edi: sekundiga 300 000 kilometr tezlikda harakatlanuvchi tebranuvchi elektr va magnit maydonlar to'plami, yorug'likning o'lchangan tezligi. Agar u xuddi shu tezlikda yaqinroqqa yugursa, Eynshteyn tushundi, u yonida kosmosda muzlab qolgandek ko'plab tebranayotgan elektr va magnit maydonlarini ko'rishi mumkin edi.
Lekin bu imkonsiz edi. Birinchidan, statsionar maydonlar Maksvell tenglamalarini, fiziklar elektr, magnitlanish va yorug'lik haqida bilgan hamma narsaning asosi bo'lgan matematik qonunlarni buzadi. Bu qonunlar juda qattiq edi (va hozir ham shunday: bu sohalardagi har qanday to'lqinlar yorug'lik tezligida harakatlanishi kerak va bir joyda turolmaydi, istisnolar yo'q.
Eng yomoni, statsionar maydonlar 17-asrda Galiley va Nyuton davridan beri fiziklarga ma'lum bo'lgan nisbiylik printsipiga to'g'ri kelmasdi. Asosan, nisbiylik printsipi fizika qonunlari sizning qanchalik tez harakat qilishingizga bog'liq emasligini aytadi: siz faqat bitta ob'ektning tezligini boshqasiga nisbatan o'lchashingiz mumkin.
Ammo Eynshteyn ushbu printsipni o'z fikrlash tajribasiga qo'llaganida, qarama-qarshilik paydo bo'ldi: nisbiylik nazariyasi yorug'lik nurlari yaqinida harakatlanayotganda ko'rishi mumkin bo'lgan har qanday narsa, shu jumladan statsionar maydonlar, fiziklar laboratoriyada yaratishi mumkin bo'lgan oddiy narsa bo'lishi kerakligini ta'kidladi. Ammo buni hech kim kuzatmagan.
Bu muammo Eynshteynni yana 10 yil davomida bezovta qiladi, chunki u ETHda o'qigan va ishlagan va Shveytsariya poytaxti Bernga ko'chib o'tgan va u erda Shveytsariya patent idorasida imtihonchi bo'lgan. Aynan o'sha erda u paradoksni bir marta va butunlay hal qiladi.
1904 yil: Harakatlanuvchi poezddan yorug'likni o'lchash
Bu oson emas edi. Eynshteyn o'ylagan barcha echimlarni sinab ko'rdi, ammo hech narsa ish bermadi. Deyarli umidsizlikka tushib, u oddiy, ammo radikal yechim haqida o'ylay boshladi. Ehtimol, Maksvell tenglamalari hamma narsa uchun ishlagandir, deb o'yladi u, lekin yorug'lik tezligi doimo doimiy bo'lgan.
Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, yorug'lik dastasi uchib o'tayotganini ko'rsangiz, uning manbai siz tomon harakat qilmoqdami, sizdan uzoqdami, sizdan uzoqda yoki boshqa joydami, muhim emas va uning manbai qanchalik tez bo'lishi muhim emas. harakatlanuvchi. Siz o'lchagan yorug'lik tezligi har doim sekundiga 300 000 kilometr bo'ladi. Boshqa narsalar qatorida, bu Eynshteyn hech qachon statsionar tebranuvchi maydonlarni ko'rmasligini anglatardi, chunki u hech qachon yorug'lik nurini ushlay olmaydi.
Bu Eynshteynning Maksvell tenglamalarini nisbiylik printsipi bilan moslashtirishning yagona yo'li edi. Biroq, birinchi qarashda, bu yechim o'zining halokatli kamchiligiga ega edi. Keyinchalik u buni yana bir fikrlash tajribasi bilan tushuntirdi: temir yo'l qirg'og'i bo'ylab otilgan nurni tasavvur qiling, xuddi shu yo'nalishda poezd sekundiga 3000 kilometr tezlikda o'tadi.
To'siq yonida turgan kimdir yorug'lik nurlarining tezligini o'lchashi va sekundiga 300 000 kilometr standart raqamni olishi kerak edi. Ammo poezdda kimdir sekundiga 297 000 kilometr tezlikda harakat qilayotgan yorug'likni ko'radi. Agar yorug'lik tezligi doimiy bo'lmasa, vagon ichidagi Maksvell tenglamasi boshqacha ko'rinishi kerak, deb xulosa qildi Eynshteyn va keyin nisbiylik printsipi buziladi.
Bu aniq qarama-qarshilik Eynshteynga deyarli bir yil pauza qildi. Ammo keyin, 1905 yil may oyining go'zal tongida u Tsyurixdagi talabalik davridan beri tanish bo'lgan muhandis, eng yaqin do'sti Mishel Besso bilan ishga ketayotgan edi. Ikki kishi har doimgidek Eynshteynning dilemmasi haqida gaplashishdi. Va birdan Eynshteyn yechimni ko'rdi. U tun bo'yi uning ustida ishladi va ertasi kuni ertalab ular uchrashganda, Eynshteyn Bessoga dedi: "Rahmat. Men muammoni butunlay hal qildim."
1905 yil may: yashin harakatlanayotgan poyezdni urdi
Eynshteynning vahiysi shundan iboratki, nisbiy harakatdagi kuzatuvchilar vaqtni boshqacha idrok etadilar: bir kuzatuvchi nuqtai nazaridan bir vaqtning o'zida ikkita hodisa sodir bo'lishi mumkin, ammo boshqasi nuqtai nazaridan har xil vaqtlarda sodir bo'lishi mumkin. Va ikkala kuzatuvchi ham to'g'ri bo'ladi.
Keyinchalik Eynshteyn o'z fikrini boshqa fikrlash tajribasi bilan ko'rsatdi. Tasavvur qiling-a, kuzatuvchi yana temir yo'l yonida turibdi va poezd uning yonidan o'tib ketmoqda. Poyezdning markaziy nuqtasi kuzatuvchi yonidan o‘tganda, poyezdning har bir uchiga yashin uradi. Chaqmoq kuzatuvchidan bir xil masofada bo'lgani uchun, ularning yorug'ligi bir vaqtning o'zida uning ko'ziga kiradi. Bir vaqtning o'zida chaqmoq urishini aytish to'g'ri bo'lardi.
Ayni paytda, yana bir kuzatuvchi poezdning o'rtasida o'tiradi. Uning nuqtai nazaridan, ikkita chaqmoq urishidan yorug'lik bir xil masofani bosib o'tadi va yorug'lik tezligi har qanday yo'nalishda bir xil bo'ladi. Ammo poezd harakatlanayotganligi sababli, orqa chaqmoqdan kelayotgan yorug'lik uzoqroq masofani bosib o'tishi kerak, shuning uchun u kuzatuvchiga boshidan yorug'likdan bir necha daqiqa kechroq keladi. Yorug'lik impulslari turli vaqtlarda kelganligi sababli, biz chaqmoq urishlari bir vaqtning o'zida emas degan xulosaga kelishimiz mumkin - biri tezroq sodir bo'ladi.
Eynshteyn aynan shu bir vaqtdalik nisbiy ekanligini tushundi. Va buni qabul qilganingizdan so'ng, biz nisbiylik bilan bog'laydigan g'alati effektlar oddiy algebra yordamida hal qilinadi.
Eynshteyn jon-jahdi bilan o'z fikrlarini yozib, ishini nashrga topshirdi. Sarlavha "Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasi to'g'risida" edi va u Eynshteynning Maksvell tenglamalarini nisbiylik printsipi bilan bog'lashga urinishini aks ettirdi. Bessoga alohida minnatdorchilik bildirildi.
1905 yil sentyabr: massa va energiya
Biroq, bu birinchi ish oxirgisi emas edi. Eynshteyn 1905 yilning yozigacha nisbiylik nazariyasiga berilib ketgan va sentabrda u ikkinchi maqolasini nashrga taqdim etgan, bu safar orqaga qarab.
Bu boshqa fikrlash tajribasiga asoslangan edi. Tasavvur qiling-a, biror narsa tinchlanyapti, dedi u. Endi tasavvur qiling-a, u bir vaqtning o'zida qarama-qarshi yo'nalishda ikkita bir xil yorug'lik impulslarini chiqaradi. Ob'ekt joyida qoladi, lekin har bir impuls ma'lum miqdordagi energiyani olib ketganligi sababli, ob'ektdagi energiya kamayadi.
Endi, deb yozgan Eynshteyn, bu jarayon harakatlanayotgan kuzatuvchi uchun qanday ko'rinishga ega bo'ladi? Uning nuqtai nazari bo'yicha, ikkita impuls uchib ketganda, ob'ekt oddiygina tekis chiziqda harakat qilishni davom ettiradi. Ammo ikkita impulsning tezligi bir xil bo'lib qolsa ham - yorug'lik tezligi - ularning energiyalari boshqacha bo'ladi. Sayohat yo'nalishi bo'yicha oldinga siljigan impuls teskari yo'nalishda harakatlanadiganga qaraganda yuqori energiyaga ega bo'ladi.
Bir oz algebra qo'shib, Eynshteyn buning izchil bo'lishi uchun ob'ekt yorug'lik impulslarini yuborishda nafaqat energiyani, balki massasini ham yo'qotishi kerakligini ko'rsatdi. Yoki massa va energiya bir-birini almashtirishi kerak. Eynshteyn ularni birlashtiruvchi tenglamani yozdi. Va u fan tarixidagi eng mashhur tenglamaga aylandi: E = mc 2.
19-asrning oxirida ham ko'pchilik olimlar dunyoning fizik manzarasi asosan qurilgan va kelajakda buzilmas bo'lib qoladi degan fikrga moyil bo'lishdi - faqat tafsilotlarni aniqlashtirish kerak edi. Ammo 20-asrning birinchi o'n yilliklarida jismoniy qarashlar tubdan o'zgardi. Bu 19-asrning oxirgi yillari va 20-yillarning birinchi oʻn yilliklarini oʻz ichiga olgan nihoyatda qisqa tarixiy davrda amalga oshirilgan ilmiy kashfiyotlar “kaskadi” oqibati boʻldi, ularning aksariyati oddiy insoniyat tajribasini tushunishga mutlaqo zid edi. Albert Eynshteyn (1879-1955) tomonidan yaratilgan nisbiylik nazariyasi yorqin misoldir.
Nisbiylik nazariyasi- fazo-vaqtning fizik nazariyasi, ya'ni fizik jarayonlarning universal fazo-vaqt xossalarini tavsiflovchi nazariya. Bu atama 1906 yilda Maks Plank tomonidan nisbiylik printsipining rolini ta'kidlash uchun kiritilgan.
maxsus nisbiylik (va keyinchalik, umumiy nisbiylik).
Tor ma'noda nisbiylik nazariyasi maxsus va umumiy nisbiylikni o'z ichiga oladi. Maxsus nisbiylik nazariyasi(keyingi o'rinlarda - SRT) o'rganishda tortishish maydonlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lgan jarayonlarni anglatadi; umumiy nisbiylik nazariyasi(bundan buyon matnda GTR deb yuritiladi) Nyutonni umumlashtiruvchi tortishish nazariyasidir.
Maxsus, yoki maxsus nisbiylik nazariyasi
fazo-vaqt tuzilishi haqidagi nazariyadir. U birinchi marta 1905 yilda Albert Eynshteyn tomonidan "Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasi to'g'risida" asarida kiritilgan. Nazariya harakatni, mexanika qonunlarini, shuningdek ularni belgilovchi fazo-vaqt munosabatlarini har qanday harakat tezligida,
shu jumladan yorug'lik tezligiga yaqin bo'lganlar. Klassik Nyuton mexanikasi
SRT doirasida u past tezliklar uchun taxminiy hisoblanadi.
Albert Eynshteyn muvaffaqiyatining sabablaridan biri shundaki, u nazariy ma'lumotlardan ko'ra eksperimental ma'lumotlarni qadrlagan. Bir qator tajribalar umume'tirof etilgan nazariyaga zid bo'lgan natijalarni aniqlaganida, ko'plab fiziklar bu tajribalar noto'g'ri deb qaror qilishdi.
Albert Eynshteyn birinchilardan bo'lib yangi eksperimental ma'lumotlarga asoslangan yangi nazariyani yaratishga qaror qildi.
19-asrning oxirida fiziklar sirli efirni - umumiy qabul qilingan taxminlarga ko'ra yorug'lik to'lqinlari tarqalishi uchun havoni talab qiladigan akustik to'lqinlar yoki boshqa vosita - qattiq muhitni qidirishi kerak edi. suyuq yoki gazsimon. Efirning mavjudligiga ishonish yorug'lik tezligi kuzatuvchining efirga nisbatan tezligiga qarab o'zgarishi kerak degan fikrga olib keldi. Albert Eynshteyn efir kontseptsiyasidan voz kechdi va barcha fizik qonunlar, shu jumladan yorug'lik tezligi, kuzatuvchining tezligidan qat'i nazar, o'zgarishsiz qoladi, deb taxmin qildi - tajribalar ko'rsatdi.
SRT turli xil inertial mos yozuvlar tizimlari - oddiy qilib aytganda, bir-biriga nisbatan doimiy tezlikda harakatlanadigan ob'ektlar orasidagi harakatlarni qanday izohlashni tushuntirdi. Eynshteynning tushuntirishicha, ikkita jism doimiy tezlikda harakatlanayotganda, ulardan birini mutlaq sanoq tizimi sifatida qabul qilmasdan, ularning bir-biriga nisbatan harakatini hisobga olish kerak. Shunday qilib, agar ikkita kosmonavt ikkita kosmik kemada uchayotgan bo'lsa va ularning kuzatuvlarini solishtirishni istasa, ular bilishi kerak bo'lgan yagona narsa - bu bir-biriga nisbatan tezlik.
Maxsus nisbiylik nazariyasi harakat to'g'ri chiziqli va bir xil bo'lganda faqat bitta maxsus holatni (shuning uchun nomi) ko'rib chiqadi.
Mutlaq harakatni aniqlashning mumkin emasligiga asoslanib, Albert Eynshteyn barcha inertial mos yozuvlar tizimlari teng degan xulosaga keldi. U maxsus nisbiylik nazariyasi (STR) deb nomlangan yangi fazo va vaqt nazariyasiga asos bo'lgan ikkita eng muhim postulatni shakllantirdi:
1. Eynshteynning nisbiylik printsipi - bu tamoyil Galileyning nisbiylik printsipini umumlashtirish edi (bir xil narsani aytadi, lekin tabiatning barcha qonunlari uchun emas, balki faqat klassik mexanika qonunlari uchun, optika va elektrodinamikaga nisbatan nisbiylik printsipining qo'llanilishi masalasini ochiq qoldiradi) har qanday jismoniy narsalarga. Unda shunday deyilgan: inertial sanoq sistemalarida (IRS) bir xil sharoitda barcha fizik jarayonlar bir xil tarzda boradi. Bu shuni anglatadiki, yopiq ISO ichida o'tkazilgan hech qanday fizik tajribalar uning dam olish yoki bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qilishini aniqlay olmaydi. Shunday qilib, barcha IFRlar to'liq tengdir va fizik qonunlar IFRlarni tanlashga nisbatan o'zgarmasdir (ya'ni, bu qonunlarni ifodalovchi tenglamalar barcha inertial mos yozuvlar tizimlarida bir xil shaklga ega).
2. Yorug'lik tezligining doimiyligi printsipi- vakuumdagi yorug'lik tezligi doimiy va yorug'lik manbai va qabul qiluvchining harakatiga bog'liq emas;. U barcha yo'nalishlarda va barcha inertial sanoq sistemalarida bir xil. Vakuumdagi yorug'lik tezligi tabiatdagi cheklovchi tezlikdir - bu dunyo konstantalari deb ataladigan eng muhim jismoniy konstantalardan biridir.
SRTning eng muhim natijasi mashhur edi Eynshteyn formulasi massa va energiya o'rtasidagi munosabatlar haqida E=mc 2 (Bu erda C - yorug'lik tezligi), makon va vaqtning birligini ko'rsatdi, massalar kontsentratsiyasiga va ularning harakatiga qarab ularning xususiyatlarini birgalikda o'zgartirishda ifodalangan va zamonaviy fizika ma'lumotlari bilan tasdiqlangan. Vaqt va makon bir-biridan mustaqil ravishda ko'rib chiqilmaydi va fazo-vaqt to'rt o'lchovli kontinuum g'oyasi paydo bo'ldi.
Buyuk fizik nazariyasiga ko'ra, moddiy jismning tezligi oshib, yorug'lik tezligiga yaqinlashganda, uning massasi ham ortadi. Bular. Ob'ekt qanchalik tez harakat qilsa, u shunchalik og'irroq bo'ladi. Agar yorug'lik tezligiga erishilsa, tananing massasi, shuningdek uning energiyasi cheksiz bo'ladi. Tana qanchalik og'ir bo'lsa, uning tezligini oshirish shunchalik qiyin bo'ladi; Cheksiz massali jismni tezlashtirish cheksiz energiya talab qiladi, shuning uchun moddiy jismlarning yorug'lik tezligiga etib borishi mumkin emas.
Nisbiylik nazariyasida "ikki qonun - massaning saqlanish qonuni va energiyaning saqlanish qonuni - o'zining mustaqil kuchini yo'qotdi va energiya yoki massaning saqlanish qonuni deb atash mumkin bo'lgan yagona qonunga birlashdi." Ushbu ikki tushuncha o'rtasidagi fundamental bog'liqlik tufayli materiya energiyaga, aksincha - energiya materiyaga aylanishi mumkin.
Umumiy nisbiylik nazariyasi- 1916 yilda Eynshteyn tomonidan nashr etilgan tortishish nazariyasi, u 10 yil davomida ishlagan. Bu maxsus nisbiylik nazariyasining keyingi rivojlanishi. Agar moddiy jism tezlashsa yoki yon tomonga burilsa, STR qonunlari endi qo'llanilmaydi. Keyin GTR kuchga kiradi, bu umumiy holatda moddiy jismlarning harakatlarini tushuntiradi.
Umumiy nisbiylik nazariyasi tortishish effektlari jismlar va maydonlarning kuch-quvvat ta'siridan emas, balki ular joylashgan fazo-vaqtning o'zining deformatsiyasidan kelib chiqadi, deb ta'kidlaydi. Bu deformatsiya, qisman, massa-energiya mavjudligi bilan bog'liq.
Umumiy nisbiylik hozirgi vaqtda tortishishning eng muvaffaqiyatli nazariyasi bo'lib, kuzatishlar bilan yaxshi tasdiqlangan. GR umumlashtirilgan SRni tezlashtirilganlarga, ya'ni. noinertial tizimlar. Umumiy nisbiylik nazariyasining asosiy tamoyillari quyidagilardan iborat:
- yorug'lik tezligining doimiyligi printsipining tortishish kuchlarini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lgan hududlarga qo'llanilishini cheklash(tortishish kuchi yuqori bo'lgan joyda yorug'lik tezligi sekinlashadi);
- nisbiylik printsipini barcha harakatlanuvchi tizimlarga kengaytirish(va faqat inertial emas).
GTR yoki tortishish nazariyasida u inertial va tortishish massalarining ekvivalentligi yoki inertial va tortishish maydonlarining ekvivalentligining eksperimental haqiqatidan kelib chiqadi.
Ekvivalentlik printsipi fanda muhim o'rin tutadi. Biz har doim inertial kuchlarning har qanday jismoniy tizimga ta'sirini to'g'ridan-to'g'ri hisoblashimiz mumkin va bu bizga tortishish maydonining ta'sirini bilish imkoniyatini beradi, uning heterojenligidan mavhum bo'lib, bu ko'pincha juda ahamiyatsiz.
Umumiy nisbiylik nazariyasidan bir qancha muhim xulosalar chiqarildi:
1. Fazo-vaqtning xususiyatlari harakatlanuvchi materiyaga bog'liq.
2. Inert va shuning uchun tortishish massasiga ega bo'lgan yorug'lik nuri tortishish maydonida egilishi kerak.
3. Gravitatsion maydon ta'sirida yorug'lik chastotasi pastroq qiymatlarga o'tishi kerak.
Uzoq vaqt davomida umumiy nisbiylikning eksperimental dalillari kam edi. Nazariya va eksperiment o'rtasidagi kelishuv juda yaxshi, ammo tajribalarning tozaligi turli xil murakkab yon ta'sirlar bilan buziladi. Biroq, fazo-vaqt egriligining ta'siri hatto o'rtacha tortishish maydonlarida ham aniqlanishi mumkin. Masalan, juda sezgir soatlar Yer yuzasida vaqt kengayishini aniqlay oladi. Umumiy nisbiylikning eksperimental bazasini kengaytirish uchun 20-asrning ikkinchi yarmida yangi tajribalar o'tkazildi: inertial va tortishish massalarining ekvivalentligi sinovdan o'tkazildi (shu jumladan, Oyning lazer diapazoni bilan);
radar yordamida Merkuriy perihelionining harakati aniqlandi; Quyosh tomonidan radioto'lqinlarning tortishish kuchi o'lchandi va Quyosh tizimi sayyoralarida radar o'tkazildi; Quyosh tizimining uzoq sayyoralariga yuborilgan kosmik kemalar bilan radio aloqalariga Quyoshning tortishish maydonining ta'siri baholandi va hokazo. Ularning barchasi, u yoki bu tarzda, umumiy nisbiylik asosida olingan bashoratlarni tasdiqladi.
Demak, maxsus nisbiylik nazariyasi yorug'lik tezligining doimiyligi va barcha fizik tizimlarda bir xil tabiat qonunlari postulatlariga asoslanadi va u keladigan asosiy natijalar quyidagilardir: fazo xususiyatlarining nisbiyligi. -vaqt; massa va energiyaning nisbiyligi; og'ir va inert massalarning ekvivalentligi.
Falsafiy nuqtai nazardan umumiy nisbiylik nazariyasining eng muhim natijasi bu atrofdagi dunyoning fazo-vaqt xususiyatlarining tortishish massalarining joylashishi va harakatiga bog'liqligini aniqlashdir. Bu tananing ta'siri tufayli
Katta massalar bilan yorug'lik nurlarining yo'llari egilgan. Binobarin, bunday jismlar tomonidan yaratilgan tortishish maydoni oxir-oqibat dunyoning fazo-vaqt xususiyatlarini belgilaydi.
Maxsus nisbiylik nazariyasi tortishish maydonlarining ta'siridan mavhumdir va shuning uchun uning xulosalari faqat fazo-vaqtning kichik sohalarida qo'llaniladi. Umumiy nisbiylik nazariyasi va undan oldingi fundamental fizik nazariyalar o'rtasidagi tub farq bu bir qator eski tushunchalarni rad etish va yangilarini shakllantirishdir. Aytish joizki, umumiy nisbiylik nazariyasi kosmologiyada haqiqiy inqilob qildi. Uning asosida koinotning turli modellari paydo bo'ldi.
1905 yilda A. Eynshteyn tomonidan yaratilgan maxsus nisbiylik nazariyasi Galiley klassik mexanikasi - Nyuton va Maksvell - Lorents elektrodinamikasini umumlashtirish va sintez qilish natijasi edi. “U yorug'lik tezligiga yaqin harakat tezligida, lekin tortishish maydonini hisobga olmagan holda barcha jismoniy jarayonlarning qonuniyatlarini tasvirlaydi. Harakat tezligi pasayganda, u klassik mexanikaga tushadi, bu esa uning alohida holatiga aylanadi. 1
Ushbu nazariyaning boshlang'ich nuqtasi nisbiylik printsipi edi. Klassik nisbiylik tamoyili G. Galiley tomonidan shakllantirilgan: “Agar mexanika qonunlari bir koordinatalar sistemasida o‘rinli bo‘lsa, u holda ular birinchisiga nisbatan to‘g‘ri chiziqli va bir xil harakatlanuvchi har qanday boshqa tizimda ham amal qiladi”. 2 Bunday tizimlar inertial deb ataladi, chunki ulardagi harakat inersiya qonuniga bo'ysunadi: "Har bir jism, agar harakatlanuvchi kuchlar ta'sirida uni o'zgartirishga majbur bo'lmasa, dam olish holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatni saqlaydi". 3
Nisbiylik printsipidan kelib chiqadiki, dam olish va harakat o'rtasida - agar u bir xil va to'g'ri chiziqli bo'lsa - fundamental farq yo'q. Faqatgina farq - bu nuqtai nazar.
Shunday qilib, Galiley printsipi nomidagi "nisbatan" so'zi hech qanday maxsus narsani yashirmaydi. Bu biz harakatga keltirganimizdan boshqa ma'noga ega emas, harakat yoki dam olish har doim biz uchun mos yozuvlar doirasi bo'lib xizmat qiladigan narsaga nisbatan harakat yoki dam olishdir. Bu, albatta, dam olish va bir xil harakat o'rtasida farq yo'q degani emas. Ammo dam olish va harakat tushunchalari faqat mos yozuvlar nuqtasi ko'rsatilganda ma'noga ega bo'ladi.
Agar klassik nisbiylik printsipi barcha inertial sanoq sistemalarida mexanika qonunlarining oʻzgarmasligini taʼkidlagan boʻlsa, maxsus nisbiylik nazariyasida bu tamoyil elektrodinamika qonunlariga ham tatbiq etilgan, umumiy nisbiylik nazariyasi esa, nisbiylikning oʻzgarmasligini taʼkidlagan. har qanday sanoq sistemasidagi tabiat qonunlari inertial va noinertial. Inertial bo'lmagan mos yozuvlar tizimlari sekinlashuv yoki tezlanish bilan harakatlanadigan tizimlardir.
Fazo va vaqtni yagona to'rt o'lchovli fazo-vaqt kontinuumiga birlashtiruvchi maxsus nisbiylik nazariyasiga muvofiq jismlarning fazo-vaqt xususiyatlari ularning harakat tezligiga bog'liq. Jismlarning tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligiga (300 000 km/s) yaqinlashganda fazoviy o'lchamlar harakat yo'nalishi bo'yicha qisqaradi, tez harakatlanuvchi tizimlarda vaqt jarayonlari sekinlashadi va tana massasi oshadi.
Harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimida, ya'ni parallel va o'lchangan tizimdan bir xil masofada harakatlanayotganda, relyativistik deb ataladigan bu ta'sirlarni sezish mumkin emas, chunki o'lchovlarda ishlatiladigan barcha fazoviy o'lchovlar va qismlar bir xil darajada o'zgaradi. yo'l. Nisbiylik printsipiga ko'ra, inertial sanoq sistemalarida barcha jarayonlar bir xil tarzda boradi. Ammo agar tizim inertial bo'lmasa, relyativistik effektlarni sezish va o'zgartirish mumkin. Shunday qilib, agar foton raketasi kabi xayoliy relyativistik kema uzoq yulduzlarga borsa, u Yerga qaytgandan so'ng, kema tizimidagi vaqt Yernikiga qaraganda ancha kamroq o'tadi va bu farq parvoz qanchalik uzoq bo'lsa, shunchalik katta bo'ladi. , va kema tezligi yorug'lik tezligiga yaqinroq bo'ladi. Farqni hatto yuzlab va minglab yillar bilan o'lchash mumkin, buning natijasida kema ekipaji oraliq vaqtni chetlab o'tib, darhol yaqin yoki uzoq kelajakka olib boriladi, chunki raketa va ekipaj kursdan tushib ketgan. Yerdagi rivojlanish.
Harakat tezligiga qarab vaqt o'tishini sekinlashtirishning shunga o'xshash jarayonlari hozirda birlamchi kosmik nurlanish zarralari Yerdagi atom yadrolari bilan to'qnashganda paydo bo'ladigan mezonlarning yo'l uzunligini o'lchashda qayd etilgan. Mezonlar 10 -6 - 10 -15 s (zarrachalar turiga qarab) mavjud bo'lib, ular paydo bo'lgandan keyin tug'ilgan joydan qisqa masofada parchalanadi. Bularning barchasini zarrachalar harakati izlari asosida o'lchash asboblari bilan qayd etish mumkin. Ammo mezon yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda harakat qilsa, undagi vaqt jarayonlari sekinlashadi, parchalanish davri (minglab va o'n minglab marta) ko'payadi va tug'ilishdan parchalanishgacha bo'lgan yo'lning uzunligi ham shunga mos ravishda oshadi.
Demak, maxsus nisbiylik nazariyasi Galileyning kengaytirilgan nisbiylik printsipiga asoslanadi. Bundan tashqari, u yana bir yangi pozitsiyadan foydalanadi: yorug'likning tarqalish tezligi (vakuumda) barcha inertial sanoq sistemalarida bir xil.
Lekin nima uchun bu tezlik shunchalik muhimki, bu boradagi mulohazalar nisbiylik printsipiga tenglashtiriladi? Gap shundaki, bu erda biz ikkinchi universal jismoniy konstantaga duch kelamiz. Yorug'lik tezligi tabiatdagi barcha tezliklarning eng yuqori tezligi, jismoniy o'zaro ta'sirlarning maksimal tezligidir. Yorug'lik harakati tezligi yorug'lik tezligidan kichik bo'lgan barcha boshqa jismlarning harakatidan tubdan farq qiladi. Bu jismlarning tezligi har doim boshqa tezliklarga qo'shiladi. Shu ma'noda tezliklar nisbiydir: ularning kattaligi nuqtai nazarga bog'liq. Va yorug'lik tezligi boshqa tezliklarga qo'shilmaydi, u mutlaq, har doim bir xil va bu haqda gapirganda, biz mos yozuvlar tizimini ko'rsatishimiz shart emas.
Yorug'lik tezligining mutlaqligi nisbiylik printsipiga zid emas va unga to'liq mos keladi. Ushbu tezlikning doimiyligi tabiat qonunidir va shuning uchun - aniq nisbiylik printsipiga muvofiq - u barcha inertial sanoq sistemalarida amal qiladi.
Yorug'lik tezligi tabiatdagi har qanday jismlarning harakat tezligining, har qanday to'lqinlarning, har qanday signallarning tarqalish tezligining yuqori chegarasidir. Bu maksimal - bu mutlaq tezlik rekordidir.
“Barcha jismoniy jarayonlar uchun yorug'lik tezligi cheksiz tezlik xususiyatiga ega. Jismga yorug'lik tezligiga teng tezlikni berish uchun cheksiz energiya talab qilinadi va shuning uchun ham hech qanday jismning bu tezlikka erisha olishi jismoniy jihatdan imkonsizdir. Bu natija elektronlarda o'tkazilgan o'lchovlar bilan tasdiqlangan. Nuqtali massaning kinetik energiyasi uning tezligi kvadratidan tezroq o'sadi va yorug'lik tezligiga teng tezlikda cheksiz bo'ladi" 1. Shuning uchun tez-tez yorug'lik tezligi axborot uzatishning maksimal tezligi deb aytiladi. Va har qanday jismoniy o'zaro ta'sirlarning maksimal tezligi va haqiqatan ham dunyodagi barcha mumkin bo'lgan o'zaro ta'sirlar.
Yorug'lik tezligi bir vaqtdalik muammosini hal qilish bilan chambarchas bog'liq bo'lib, u ham nisbiy bo'lib chiqadi, ya'ni nuqtai nazarga bog'liq. Vaqtni mutlaq deb hisoblagan klassik mexanikada bir vaqtdalik ham mutlaqdir.
Umumiy nisbiylik nazariyasida fazo-vaqt munosabatlarining moddiy jarayonlarga bog'liqligining yangi tomonlari ochildi. Bu nazariya Evklid bo'lmagan geometriyalar uchun fizik asos yaratdi va fazoning egriligini va uning metrikasining Evkliddan og'ishini jismlar massalari tomonidan yaratilgan tortishish maydonlarining ta'siri bilan bog'ladi. Umumiy nisbiylik nazariyasi inertial va tortishish massalarining ekvivalentligi printsipiga asoslanadi, ularning miqdoriy tengligi klassik fizikada ancha oldin o'rnatilgan. Gravitatsion kuchlar ta'sirida paydo bo'ladigan kinematik effektlar tezlanish ta'sirida paydo bo'ladigan ta'sirga tengdir. Shunday qilib, agar raketa 2 g tezlanish bilan uchsa, u holda raketa ekipaji o'zlarini Yerning ikki barobar tortishish maydonida bo'lgandek his qiladilar. Massalarning ekvivalentligi printsipi asosida nisbiylik printsipi umumlashtirildi, u umumiy nisbiylik nazariyasida tabiat qonunlarining inertial va inertial bo'lmagan har qanday sanoq sistemasida o'zgarmasligini tasdiqlaydi.
Umumiy nisbiylik nazariyasi tomonidan tasvirlangan fazoning egriligini qanday tasavvur qilish mumkin? Keling, juda yupqa kauchuk varag'ini tasavvur qilaylik va biz bu fazoning modeli deb taxmin qilamiz. Keling, bu varaqda katta va kichik to'plarni joylashtiramiz - yulduzlar modellari. Ushbu to'plar rezina qatlamni qanchalik ko'p egsa, to'pning massasi shunchalik katta bo'ladi. Bu kosmosning egri chizig'ining tananing massasiga bog'liqligini aniq ko'rsatib beradi va shuningdek, odatiy Evklid geometriyasi bu holda ishlamasligini ko'rsatadi (Lobachevskiy va Riemannning geometriyalari ishlaydi).
Nisbiylik nazariyasi nafaqat tortishish maydonlari ta'sirida fazoning egriligini, balki kuchli tortishish maydonlarida vaqtning sekinlashishini ham o'rnatdi. Hatto Quyoshning tortishish kuchi - kosmik standartlar bo'yicha juda kichik yulduz - vaqt tezligiga ta'sir qiladi va uni o'z yaqinida sekinlashtiradi. Shuning uchun, agar biz radio signalini qaysidir nuqtaga yuboradigan bo'lsak, uning yo'li Quyoshga yaqin bo'lsa, radio signalining sayohati bu signal yo'lida hech narsa bo'lmagandan ko'ra ko'proq vaqt talab etadi. Quyosh yaqinidagi sekinlashuv taxminan 0,0002 s ni tashkil qiladi.
Umumiy nisbiylik nazariyasining eng fantastik bashoratlaridan biri bu juda kuchli tortishish maydonida vaqtning to'liq to'xtashidir. Gravitatsiya qanchalik kuchli bo'lsa, vaqt kengayishi shunchalik katta bo'ladi. Vaqtning kengayishi yorug'likning gravitatsion qizil siljishida namoyon bo'ladi: tortishish qanchalik kuchli bo'lsa, to'lqin uzunligi shunchalik ko'payadi va chastotasi kamayadi. Muayyan sharoitlarda to'lqin uzunligi cheksizlikka, chastotasi esa nolga tushishi mumkin.
Quyosh chiqaradigan yorug'lik bilan, agar bizning yulduzimiz to'satdan kichrayib, radiusi 3 km yoki undan kam bo'lgan to'pga aylansa, bu sodir bo'lishi mumkin (Quyosh radiusi 700 000 km). Bu siqilish tufayli yorug'lik kelgan sirtdagi tortishish kuchi shunchalik kuchayadiki, tortishishning qizil siljishi haqiqatan ham cheksizdir.
Bu bizning Quyoshimiz bilan hech qachon sodir bo'lmaydi. Ammo massalari Quyoshning massasidan uch yoki undan ko'p baravar ko'p bo'lgan boshqa yulduzlar hayotlarining oxirida o'zlarining tortishish kuchi ta'sirida tez halokatli siqilishni boshdan kechirishadi. Bu ularni qora tuynuk holatiga olib keladi. Qora tuynuk shunday kuchli tortishish kuchini yaratadigan jismoniy jism bo'lib, uning yonidan chiqadigan yorug'likning qizil siljishi cheksiz bo'lib qolishi mumkin.
Fiziklar va astronomlar tabiatda qora tuynuklar mavjudligiga mutlaqo aminlar, garchi ular hozirgacha aniqlanmagan. Astronomik qidiruvlarning qiyinchiliklari ushbu noodatiy ob'ektlarning tabiati bilan bog'liq. Axir, cheksiz qizil siljish, buning natijasida olingan yorug'likning chastotasi nolga aylanadi, ularni oddiygina ko'rinmas qiladi. Ular porlamaydilar va shuning uchun so'zning to'liq ma'nosida ular qora rangda. Faqat bir qator bilvosita belgilar bilan qora tuynukni ko'rishga umid qilish mumkin, masalan, qo'shaloq yulduz tizimida, uning sherigi oddiy yulduz bo'ladi. Bunday juftlikning umumiy tortishish maydonida ko'rinadigan yulduzning harakatini kuzatish natijasida ko'rinmas yulduzning massasini taxmin qilish mumkin edi va agar bu qiymat Quyosh massasidan uch yoki undan ko'p marta oshsa, u biz qora tuynukni topdik deb da'vo qilishimiz mumkin.
Hozirda bir nechta yaxshi o'rganilgan ikkilik tizimlar mavjud bo'lib, ularda ko'rinmas sherikning massasi 5 yoki hatto 8 quyosh massasiga teng. Ehtimol, bu qora tuynuklar, ammo bu taxminlar aniqlanmaguncha, astronomlar ushbu ob'ektlarni qora tuynuk nomzodlari deb atashni afzal ko'rishadi.
Vaqtning gravitatsion kengayishi, uning o'lchovi va isboti qizil siljish neytron yulduzi yaqinida juda muhim va qora tuynuk yaqinida, uning tortishish radiusida u shunchalik kattaki, vaqt u erda muzlab qoladigandek tuyuladi.
3 Quyosh massasiga teng massadan hosil bo'lgan qora tuynukning tortishish maydoniga tushgan jism uchun 1 million km masofadan tortishish radiusiga tushishi bor-yo'g'i bir soat davom etadi. Ammo qora tuynukdan uzoqda joylashgan soatga ko'ra, tananing o'z maydoniga erkin tushishi vaqt o'tishi bilan cheksizgacha cho'ziladi. Tushgan jism tortishish radiusiga qanchalik yaqin bo'lsa, uzoqdagi kuzatuvchiga bu parvoz sekinroq ko'rinadi. Uzoqdan kuzatilgan jism tortishish radiusiga cheksiz yaqinlashadi va unga hech qachon etib bormaydi. Bu erda qora tuynuk yaqinida vaqt sekinlashadi. Shunday qilib, materiya fazo va vaqtning xususiyatlariga ta'sir qiladi.
Eynshteynning nisbiylik nazariyasida shakllantirilgan fazo va vaqt haqidagi g'oyalar eng mos keladi. Ammo ular makroskopikdir, chunki ular makroskopik ob'ektlarni, katta masofalarni va uzoq vaqtlarni o'rganish tajribasiga tayanadi. Mikrodunyo hodisalarini tavsiflovchi nazariyalarni qurishda fazo va vaqtning uzluksizligini (fazo-vaqt uzluksizligini) nazarda tutuvchi bu klassik geometrik rasm hech qanday o‘zgarishsiz yangi maydonga ko‘chirildi. Mikrodunyoda nisbiylik nazariyasini qo'llashga zid bo'lgan eksperimental ma'lumotlar yo'q. Ammo kvant nazariyalarining rivojlanishi jismoniy makon va vaqt haqidagi g'oyalarni qayta ko'rib chiqishni talab qilishi mumkin. Elementar zarrachalarni shu qatorlarning garmonik tebranishlari sifatida ifodalovchi va fizikani geometriya bilan bog‘laydigan o‘ta torlarning ishlab chiqilgan nazariyasi fazoning ko‘p o‘lchovliligiga asoslanadi. Bu esa ilm-fan taraqqiyotining yangi bosqichida, bilimning yangi darajasida A.Eynshteynning 1930-yildagi bashoratlariga qaytayotganimizni bildiradi: «Biz g‘alati xulosaga kelyapmiz: endi bu bizga ko‘rina boshlaydi. fazo asosiy rol o'ynaydi va materiya keyingi bosqichda fazodan olinishi kerak. Biz doimo materiyani birlamchi, fazoni esa ikkinchi darajali deb bilganmiz. Kosmos, majoziy ma'noda, endi qasos olib, materiyani "yeymoqda" 1 . Ehtimol, kosmosning kvanti, asosiy uzunligi L. Bu kontseptsiyani kiritish orqali biz zamonaviy kvant nazariyalarining ko'pgina qiyinchiliklaridan qochishimiz mumkin. Agar uning mavjudligi tasdiqlansa, L fizikada uchinchi (Plank doimiysi va vakuumdagi yorug'lik tezligidan tashqari) asosiy konstantaga aylanadi. Fazo kvantining mavjudligi, shuningdek, vaqt oraliqlarini aniqlashning aniqligini cheklaydigan vaqt kvantining (L/c ga teng) mavjudligini ham nazarda tutadi.
Yuz yil oldin, 1915 yilda, o'sha paytda fizikada inqilobiy kashfiyotlar qilgan yosh shveytsariyalik olim tortishishning tubdan yangi tushunchasini taklif qildi.
1915 yilda Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasini nashr etdi, u tortishish kuchini fazoviy vaqtning asosiy xususiyati sifatida tavsiflaydi. U fazo-vaqt egriligining materiyaning energiyasi va harakati va undagi nurlanishga ta'sirini tavsiflovchi bir qator tenglamalarni taqdim etdi.
Yuz yil o'tgach, umumiy nisbiylik nazariyasi (GTR) zamonaviy fanni qurish uchun asos bo'ldi, u olimlar unga hujum qilgan barcha sinovlarga dosh berdi.
Ammo yaqin vaqtgacha nazariyaning barqarorligini tekshirish uchun ekstremal sharoitlarda tajriba o'tkazish mumkin emas edi.
Nisbiylik nazariyasi 100 yil ichida qanchalik kuchli ekanligini isbotlagani hayratlanarli. Biz hali ham Eynshteyn yozgan narsadan foydalanamiz!
Klifford Uill, nazariy fizik, Florida universiteti
Olimlar endi fizikani umumiy nisbiylikdan tashqari izlash texnologiyasiga ega.
Gravitatsiyaga yangi qarash
Umumiy nisbiylik nazariyasi tortishish kuchini kuch sifatida emas (Nyuton fizikasida paydo bo'lganidek), balki jismlarning massasi tufayli fazo-vaqtning egri chizig'i sifatida tasvirlaydi. Yer Quyosh atrofida yulduz uni o'ziga tortgani uchun emas, balki Quyosh fazo-vaqtni deformatsiya qilgani uchun aylanadi. Agar siz cho'zilgan adyolga og'ir bouling to'pini qo'ysangiz, adyol shakli o'zgaradi - tortishish kosmosga xuddi shunday ta'sir qiladi.
Eynshteyn nazariyasi ba'zi aqldan ozgan kashfiyotlarni bashorat qilgan. Masalan, fazo-vaqtni shunday darajada eguvchi qora tuynuklarning mavjudligi, ichkaridan hech narsa, hatto yorug'lik ham qochib qutula olmaydi. Nazariyaga asoslanib, bugungi kunda koinot kengayib, tezlashayotgani haqidagi umumiy qabul qilingan fikrga dalil topildi.
Umumiy nisbiylik nazariyasi ko'plab kuzatishlar bilan tasdiqlangan. Eynshteynning o'zi harakatini Nyuton qonunlari bilan tasvirlab bo'lmaydigan Merkuriy orbitasini hisoblash uchun umumiy nisbiylik nazariyasidan foydalangan. Eynshteyn shu qadar massiv jismlar mavjudligini bashorat qilganki, ular yorug'likni egib oladilar. Bu astronomlar tez-tez duch keladigan tortishish linzalari hodisasidir. Misol uchun, ekzosayyoralarni qidirish sayyora atrofida aylanadigan yulduzning tortishish maydoni tomonidan egilgan nurlanishdagi nozik o'zgarishlar ta'siriga tayanadi.
Eynshteyn nazariyasini sinab ko'rish
Umumiy nisbiylik nazariyasi oddiy tortishish uchun yaxshi ishlaydi, buni Yerda o'tkazilgan tajribalar va quyosh tizimi sayyoralarini kuzatishlar ko'rsatdi. Ammo u hech qachon fizika chegaralarida joylashgan fazolarda o'ta kuchli maydonlar sharoitida sinovdan o'tkazilmagan.
Bunday sharoitda nazariyani sinab ko'rishning eng istiqbolli usuli gravitatsion to'lqinlar deb ataladigan fazodagi o'zgarishlarni kuzatishdir. Ular yirik hodisalar, qora tuynuklar yoki ayniqsa zich jismlar - neytron yulduzlari kabi ikkita massiv jismning birlashishi natijasida paydo bo'ladi.
Bunday kattalikdagi kosmik otashin namoyishi faqat fazo-vaqtdagi eng kichik to'lqinlarni aks ettiradi. Misol uchun, agar ikkita qora tuynuk bizning Galaktikamizning biron bir joyida to'qnashsa va birlashsa, tortishish to'lqinlari Yerda bir metr masofada joylashgan ob'ektlar orasidagi masofani atom yadrosi diametrining mingdan bir qismiga cho'zishi va siqishi mumkin.
Bunday hodisalar tufayli fazo-vaqtdagi o'zgarishlarni qayd eta oladigan tajribalar paydo bo'ldi.
Kelgusi ikki yil ichida gravitatsiyaviy to‘lqinlarni aniqlash uchun yaxshi imkoniyat bor.
Klifford Uill
Richland (Vashington) va Livingston, Luiziana (Luiziana) yaqinidagi rasadxonalarga ega boʻlgan Lazer Interferometr Gravitatsion Toʻlqin Observatoriyasi (LIGO) qoʻsh L shaklidagi detektorlardagi daqiqali buzilishlarni aniqlash uchun lazerdan foydalanadi. Kosmik-vaqt to'lqinlari detektorlardan o'tayotganda, ular bo'shliqni cho'zadi va siqib chiqaradi, bu esa detektorning o'lchamlarini o'zgartirishga olib keladi. Va LIGO ularni o'lchashi mumkin.
LIGO bir qator ishga tushirishlarni 2002 yilda boshlagan, ammo natijalarga erisha olmadi. 2010 yilda yaxshilanishlar amalga oshirildi va tashkilotning vorisi Advanced LIGO bu yil yana ishga tushishi kerak. Rejalashtirilgan ko'plab tajribalar tortishish to'lqinlarini qidirishga qaratilgan.
Nisbiylik nazariyasini sinab ko'rishning yana bir usuli - tortishish to'lqinlarining xususiyatlarini ko'rib chiqish. Misol uchun, ular polarizatsiyalangan ko'zoynaklar orqali o'tadigan yorug'lik kabi qutblanishi mumkin. Nisbiylik nazariyasi bunday ta'sirning xususiyatlarini bashorat qiladi va hisob-kitoblardan har qanday og'ishlar nazariyaga shubha qilish uchun sabab bo'lishi mumkin.
Birlashtirilgan nazariya
Klifford Uillning fikricha, tortishish to‘lqinlarining kashf etilishi Eynshteyn nazariyasini faqat mustahkamlaydi:
Menimcha, biz umumiy nisbiylik nazariyasining to'g'riligiga ishonch hosil qilish uchun dalillarni izlashda davom etishimiz kerak.
Nima uchun bu tajribalar umuman kerak?
Zamonaviy fizikaning eng muhim va qiyin vazifalaridan biri bu Eynshteyn tadqiqotlari, ya'ni makrokosmos va kvant mexanikasi haqidagi fanni, eng kichik ob'ektlarning haqiqatini bir-biriga bog'laydigan nazariyani izlashdir.
Ushbu sohadagi yutuqlar, kvant tortishish, umumiy nisbiylik nazariyasiga o'zgartirishlar kiritishni talab qilishi mumkin. Ehtimol, kvant tortishish tajribalari shunchalik ko'p energiya talab qiladiki, ularni amalga oshirish imkonsizdir. "Ammo kim biladi, - deydi Uill, - ehtimol, kvant olamida ahamiyatsiz, ammo izlanishi mumkin bo'lgan ta'sir bordir."
