نظرية النسبية - ما هو؟ المبادئ الأساسية للنظرية النسبية. الزمان والمكان في نظرية النسبية

في القرن ال 20 في وقت مبكر وضعت نظرية النسبية. ما هو عليه، والذي خالقه يعرف كل تلميذ اليوم. ومن المدهش بحيث حتى تحبها الناس الذين هم أبعد ما يكون عن العلم. في هذه المقالة بلغة سهلة يصف نظرية النسبية: ما هو عليه، ما هي المسلمات وتطبيقاته.

يشار الى ان لAlbertu Eynshteynu، والخالق، وجاءت فكرة في لمح البصر. زعم عالم استقل الترام في برن، سويسرا. وقال انه يتطلع في الساعة الشارع، وأدركت أن الساعة سوف تتوقف عند الترام تسريع لسرعة الضوء. في هذه الحالة لن يكون الوقت. في نظرية النسبية أنها تلعب دورا هاما جدا. واحدة من المسلمات التي وضعها اينشتاين - مراقبين مختلفين يرى الواقع بشكل مختلف. هذا ينطبق بشكل خاص على الوقت والمسافة.

يمثل موقف المراقب

في ذلك اليوم، أدرك البرت ان لغة العلم، ووصف أي ظاهرة فيزيائية أو الحدث يعتمد على ما إذا كان المراقب في إطارا مرجعيا. على سبيل المثال، إن وجدت الترام الركاب ستنخفض نقاط، يقعون في ما يتعلق بشكل مستقيم إلى الأسفل. إذا نظرنا من وجهة نظر واقفا في شارع للمشاة، ومسار سقوط يتوافق مع القطع المكافئ، بينما يتحرك الترام في حين تراجع النظارات. وهكذا، فإن النظام المرجعي في الجميع. نحن نقدم نظرة فاحصة على المبادئ الأساسية للنظرية النسبية.

قانون المرور الموزعة ومبدأ النسبية

على الرغم من حقيقة أنه عند تغيير وصف الأحداث عد أنظمة تختلف، هناك أشياء العالمية التي لا تزال هي نفسها. لفهم هذا، يتعين على المرء أن يتساءل لا تسقط نقطة، وقانون الطبيعة، الذي يؤدي إلى الانخفاض. للحصول على أي مراقب، بغض النظر عن النظام في الحركة أو نظام ثابت للإحداثيات هو عليه، فإن الجواب هو دون تغيير. يسمى هذا القانون قانون توزيع حركة المرور. وهو صالح على قدم المساواة في الترام، وعلى الشارع. وبعبارة أخرى، إذا كان وصفا للأحداث يعتمد دائما على من يراقبهم، فإن هذا لا ينطبق على قوانين الطبيعة. فهي، كما يعبر عنه في لغة علمية، ثابتة. أن هذا هو مبدأ النسبية.

اثنين من نظرية آينشتاين

هذا المبدأ، وكذلك أي فرضية أخرى، كان لا بد من الاختيار الأول، ربط ذلك مع الظواهر الطبيعية النشطة في واقعنا. المستمدة اينشتاين 2 نظرية النسبية. على الرغم من أنها ذات الصلة، ولكنها تعتبر منفصلة.

ويستند نظرية النسبية الخاصة أو خاصة (SRT) على افتراض أن لجميع أنواع النظم المرجعية، والتي هي سرعة ثابتة، وقوانين الطبيعة هي نفسها. النسبية العامة (GR) ينطبق هذا المبدأ على أي إطار مرجعي، بما في ذلك تلك التي تتحرك مع التسارع. في عام 1905، نشرت ألبرت أينشتاين نظرية الأولى. والثاني، أكثر تعقيدا من حيث الأجهزة الرياضية، أنجزت في عام 1916. خلق نظرية النسبية، SRT وGRT، كان خطوة هامة في تطوير الفيزياء. دعونا أسهب في الحديث عن كل منها.

نظرية النسبية الخاصة

ما هو عليه، ما هو جوهرها؟ دعونا الإجابة على هذا السؤال. هذا هو النظرية تتنبأ العديد من الآثار المتناقضة التي تتعارض مع حدسنا حول الكيفية التي يعمل بها العالم. هذه هي الآثار التي تحدث عندما تقترب سرعة سرعة الضوء. الأكثر شهرة بينهم هو تأثير اتساع الوقت (على مدار الساعة). الساعات التي تتحرك بالنسبة إلى المراقب، هي أبطأ من تلك التي هي في يديه بالنسبة له.

في نظام الإحداثيات تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، والضغوط التي تواجهها نسبة إلى المراقب، وطول الأجسام (مدى المكاني)، في المقابل، يتم ضغط على طول اتجاه محور هذه الحركة. هذا التأثير يسميه العلماء-فيتزجيرالد انكماش لورنتز. بعد عام 1889 وصفه Dzhordzh Fitsdzherald، وهو فيزيائي إيطالي. في عام 1892، وأضاف هندريك لورنتز، الهولندي. بهذا المعنى يفسر النتيجة السلبية، والتي تعطي تجربة ميكلسون ومورلي، والتي يتم تحديد سرعة الكوكب في الفضاء الخارجي عن طريق قياس "الرياح الأثير". هذه هي المبادئ الأساسية للنظرية النسبية (الخاصة). اينشتاين تستكمل هذه المعادلات صيغة الوزن تحويل قدمت عن طريق القياس. وفقا لذلك، لمع اقتراب سرعة الجسم من سرعة الضوء، ووزن الجسم يزيد. على سبيل المثال، إذا سرعة 260K كم / ثانية، أي 87٪ من سرعة الضوء، من وجهة نظر مراقب الذي هو في الإطار المرجعي الثابت، لمضاعفة كتلة الجسم.

تأكيدا STO

وأكدت جميع هذه الأحكام، مهما كانت تتعارض مع الفطرة السليمة، إلى وقت آينشتاين مباشرة وبشكل كامل في العديد من التجارب. عقد واحد منهم في جامعة ميشيغان الباحثين. وأكدت هذه التجربة غريبة نظرية النسبية في الفيزياء. وضع الباحثون على متن طائرة، الأمر الذي جعل بانتظام رحلات عبر الأطلسي، فائقة الدقة الساعات الذرية. تم فحص كل مرة بعد عودته إلى شهادة من هذه الساعات مع المراقبة بالمطار. وتبين أن الساعة على متن الطائرة في كل مرة أكثر وأكثر تخلفت الضوابط. بطبيعة الحال، فإنه لم يكن سوى شخصيات ثانوية، أجزاء من الثانية، ولكن الحقيقة هي كبيرة جدا.

آخر الباحثون نصف قرن يدرسون الابتدائية مسرع الجسيمات - مجمعات الأجهزة الضخمة. في هذه الحزم الإلكترونية أو البروتونات، أي الجسيمات المشحونة دون الذرية تسارعت طالما أنها لا تقترب من سرعة الضوء. بعد ذلك أنهم قصف الهدف النووي. في هذه الاختبارات، تحتاج إلى النظر في حقيقة أن كتلة زيادات جزيئات، وإلا فإن نتائج التجربة لا يمكن تفسيره. وفي هذا الصدد، فإن SRT فترة طويلة وليس مجرد نظرية افتراضية. أصبحت واحدة من الأدوات التي يتم استخدامها في الهندسة التطبيقية، جنبا إلى جنب مع قوانين نيوتن للميكانيكا. ووجدت مبادئ النظرية النسبية الاستخدام العملي اليوم العظيم.

STO وقوانين نيوتن

يتحدث عن قوانين نيوتن ، تجدر الإشارة إلى أن نظرية النسبية الخاصة، والذي يتناقض معها، على ما يبدو، يستنسخ الواقع معادلات قوانين نيوتن بالضبط تقريبا، إذا تم استخدامه لوصف الجسم الذي سرعة الحركة (صورة للعالم قدمت أعلاه) أقل بكثير من سرعة الضوء. وبعبارة أخرى، إذا كنت تستخدم النسبية الخاصة، لم يتم إلغاء فيزياء نيوتن. هذه النظرية، في المقابل، يكمل ويوسع عليه.

سرعة الضوء - ثابت عالمي

باستخدام مبدأ النسبية، يمكن للمرء أن يفهم لماذا تلعب دورا هاما هي سرعة الضوء، وليس أي شيء آخر في هذا النموذج العالم للهيكل. وأثار هذا السؤال من قبل أولئك الذين هم مجرد بداية الألفة مع الفيزياء. سرعة الضوء هي ثابت عالمي لأنه يتم تعريف هذا النحو من قبل القانون الطبيعي (أكثر على هذا يمكن الاطلاع من خلال دراسة معادلات ماكسويل). سرعة الضوء في الفراغ، بحكم مبدأ النسبية، في أي الإطار المرجعي هو نفسه. قد تعتقد أنه يتعارض مع الحس السليم. ويترتب على ذلك أن المراقب في نفس الوقت وعلى ضوء يأتي من مصدر ثابت ومن الحركة (بغض النظر عن ما إذا كان يتحرك مع سرعة). ومع ذلك، فإنه ليس كذلك. سرعة الضوء، وتعطى بفضل دورها المميز مكانا مركزيا ليس فقط خاص، ولكن أيضا في النسبية العامة. وتقول عن ذلك.

نظرية النسبية العامة

يتم استخدامه، كما قلنا، لجميع الأطر المرجعية ليست بالضرورة تلك التي سرعة الحركة بالنسبة لبعضها البعض هو ثابت. رياضيا، هذه النظرية تبدو أصعب بكثير من الخاصة. وهذا ما يفسر حقيقة أن مرت بين منشوراتها 11 عاما. GTR يتضمن الخاصة كحالة خاصة. ولذلك، قوانين نيوتن هي أيضا جزء من ذلك. ومع ذلك، النسبية العامة تذهب إلى ما هو أبعد سابقاتها. على سبيل المثال، أوضح أنه في الجاذبية الجديدة.

البعد الرابع

بفضل العالم رباعي الأبعاد أصبحت GRT: أدرجت الوقت إلى الأبعاد المكانية الثلاثة. كل منهم لا ينفصلان، وبالتالي، فمن الضروري التحدث لا عن المسافة المكانية الموجودة في العالم ثلاثي الأبعاد بين كائنين. وغني الآن على فترات المكانية والزمانية بين الأحداث المختلفة، وتوحيد حد سواء المكانية والزمانية المسافة بينها وبين بعضها البعض. وبعبارة أخرى، الزمان والمكان في نظرية النسبية تعتبر سلسلة متصلة رباعية الابعاد. ويمكن تعريفها كما الزمكان. وهذه السلسلة من هؤلاء المراقبين الذين يتحركون بالنسبة لبعضها البعض، لديهم آراء مختلفة، وحتى عن أي حدثين، أو واحد منهم اذا كان هناك كل من سبقه من جانب آخر. ومع ذلك، لا يتم انتهاك العلاقة السببية. وبعبارة أخرى، فإن وجود مثل هذا نظام الإحداثيات، حيث تحدث حدثين في سلاسل مختلفة، وفي الوقت نفسه، لا يسمح حتى GR.

النسبية العامة وقانون الجاذبية الكونية

وفقا لقانون الجاذبية الكونية، الذي اكتشفه نيوتن، قوة الجذب المتبادل موجود في الكون بين أي جسمين. الأرض من هذا الموقف تدور حول الشمس، كما أن هناك قوى الجذب بينهما. ومع ذلك، فإن نظرية النسبية العامة يجعل نظرة على الجانب الآخر لهذه الظاهرة. الجاذبية، وفقا لهذه النظرية - نتيجة ل"انحناء" (تشوه) من الزمكان، الذي يحتفل به تحت تأثير الكتلة. والجسد هو أثقل (في مثالنا، والشمس)، وأكثر "المرن" تحت قيادته الزمكان. وفقا لذلك، في حقل الجاذبية هو قوي جدا.

من أجل فهم أفضل لجوهر نظرية النسبية، والنظر في المقارنة. الأرض، وفقا للنظرية النسبية العامة، تدور حول الشمس، مثل القليل من الكرة التي لفه حول فوهة المخروط، التي تشكلت نتيجة ل"إجبار" الشمس الزمكان. وحقيقة أن كنا على اتخاذ قوة الجاذبية هو في الواقع مظهر خارجي للانحناء، وليس بالقوة، بمعنى نيوتن. أفضل تفسير لظاهرة الجاذبية من المقترح في GRT، حتى الآن غير موجود.

طرق لاختبار نظرية النسبية العامة

لاحظ أن GRT ليس من السهل أن تحقق، لأنه يؤدي إلى المختبر الامتثال تقريبا مع قانون الجاذبية الكونية. ومع ذلك، كان لا يزال العلماء عددا من التجارب الهامة. وتشير نتائجها أن يتم تأكيد نظرية آينشتاين. يساعد GRT أيضا لشرح الظواهر المختلفة التي لوحظت في الفضاء. هذا، على سبيل المثال، الانحرافات صغيرة من الزئبق من مداره الثابت. من وجهة نظر الميكانيكا الكلاسيكية نيوتن لا يمكن تفسيرها. وهذا هو أيضا السبب في أن الإشعاع الكهرومغناطيسي من النجوم البعيدة عازمة عند مروره بالقرب من الشمس.

النتائج التي تنبأ بها النسبية العامة، في الواقع، تختلف جوهريا عن تلك التي تعطي قوانين نيوتن (يتم تقديم صورته أعلاه) فقط عندما تكون هناك حقول الجاذبية superstrong. لذلك، لاستكمال التحقق من النسبية العامة يتطلب إما قياسات دقيقة جدا من كتلة واسعة من الكائنات، أو الثقب الأسود، لأن لدينا تمثيل المعتاد بالنسبة لهم غير قابلة للتطبيق. ولذلك، فإن تطوير أساليب تجريبية لاختبار هذه النظرية هي واحدة من المهام الرئيسية للفيزياء التجريبية الحديثة.

أذهان كثير من العلماء، والناس بعيدة عن العلم يأخذ أنشأتها نظرية النسبية لأينشتاين. ما هو عليه، تحدثنا لفترة وجيزة. هذه النظرية تتحول الأفكار المألوفة لدينا حول العالم، لذلك لم يتم حتى تم اخماد مصلحة في ذلك.