Σε μια ομιλία του στις 27 Απριλίου 1900 στο Βασιλικό Ίδρυμα της Μεγάλης Βρετανίας, ο Λόρδος Κέλβιν είπε: «Η θεωρητική φυσική είναι ένα αρμονικό και πλήρες οικοδόμημα. Στον καθαρό ουρανό της φυσικής υπάρχουν μόνο δύο μικρά σύννεφα - η σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός και η καμπύλη της έντασης της ακτινοβολίας ανάλογα με το μήκος κύματος. Νομίζω ότι αυτά τα δύο συγκεκριμένα ερωτήματα θα επιλυθούν σύντομα και οι φυσικοί του 20ου αιώνα δεν θα έχουν τίποτα άλλο να κάνουν». Ο Λόρδος Kelvin αποδείχθηκε ότι είχε απόλυτο δίκιο όταν υπέδειξε τους βασικούς τομείς της έρευνας στη φυσική, αλλά δεν εκτίμησε σωστά τη σημασία τους: η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία που προέκυψαν από αυτές αποδείχθηκαν ατελείωτα πεδία έρευνας που έχουν απασχολήσει επιστημονικά μυαλά για περισσότερα από εκατό χρόνια.
Δεδομένου ότι δεν περιέγραφε τη βαρυτική αλληλεπίδραση, ο Αϊνστάιν, αμέσως μετά την ολοκλήρωσή της, άρχισε να αναπτύσσει μια γενική εκδοχή αυτής της θεωρίας, τη δημιουργία της οποίας πέρασε το 1907-1915. Η θεωρία ήταν όμορφη στην απλότητα και τη συνοχή της με φυσικά φαινόμεναμε εξαίρεση ένα σημείο: τη στιγμή που ο Αϊνστάιν συνέταξε τη θεωρία, δεν ήταν ακόμη γνωστό για τη διαστολή του Σύμπαντος και ακόμη και για την ύπαρξη άλλων γαλαξιών, επομένως οι επιστήμονες εκείνης της εποχής πίστευαν ότι το Σύμπαν υπήρχε για απείρως μεγάλο χρονικό διάστημα και ήταν ακίνητο. Ταυτόχρονα, από τον νόμο της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα ακολούθησε ότι τα σταθερά αστέρια θα έπρεπε κάποια στιγμή απλά να έλκονται μαζί σε ένα σημείο.
Μη βρίσκοντας καλύτερη εξήγηση για αυτό το φαινόμενο, ο Αϊνστάιν εισήγαγε στις εξισώσεις του, οι οποίες αντιστάθμισαν αριθμητικά και έτσι επέτρεψαν στο ακίνητο Σύμπαν να υπάρχει χωρίς να παραβιάζονται οι νόμοι της φυσικής. Στη συνέχεια, ο Αϊνστάιν άρχισε να θεωρεί την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς στις εξισώσεις του ως το μεγαλύτερο λάθος του, αφού δεν ήταν απαραίτητο για τη θεωρία και δεν επιβεβαιώθηκε από τίποτα άλλο εκτός από το φαινομενικά ακίνητο Σύμπαν εκείνη την εποχή. Και το 1965, ανακαλύφθηκε η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων, που σήμαινε ότι το Σύμπαν είχε μια αρχή και η σταθερά στις εξισώσεις του Αϊνστάιν αποδείχθηκε εντελώς περιττή. Ωστόσο, η κοσμολογική σταθερά βρέθηκε ωστόσο το 1998: σύμφωνα με δεδομένα που ελήφθησαν από το τηλεσκόπιο Hubble, οι μακρινοί γαλαξίες δεν επιβράδυναν την επέκτασή τους λόγω της βαρυτικής έλξης, αλλά ακόμη και επιτάχυναν την επέκτασή τους.
Βασική θεωρία
Εκτός από τα βασικά αξιώματα της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, κάτι νέο προστέθηκε εδώ: η Νευτώνεια μηχανική έδωσε μια αριθμητική εκτίμηση της βαρυτικής αλληλεπίδρασης των υλικών σωμάτων, αλλά δεν εξήγησε τη φυσική αυτής της διαδικασίας. Ο Αϊνστάιν κατάφερε να το περιγράψει μέσω της καμπυλότητας του 4-διάστατου χωροχρόνου από ένα τεράστιο σώμα: το σώμα δημιουργεί μια διαταραχή γύρω του, με αποτέλεσμα τα γύρω σώματα να αρχίζουν να κινούνται κατά μήκος γεωδαισιακών γραμμών (παραδείγματα τέτοιων γραμμών είναι οι γραμμές του το γεωγραφικό πλάτος και το γεωγραφικό μήκος της γης, που σε έναν εσωτερικό παρατηρητή φαίνονται ευθείες γραμμές, αλλά στην πραγματικότητα είναι ελαφρώς καμπύλες). Με τον ίδιο τρόπο, οι ακτίνες του φωτός υποκλίνονται, οι οποίες παραμορφώνονται ορατή εικόναπίσω από ένα τεράστιο αντικείμενο. Με μια επιτυχημένη σύμπτωση των θέσεων και των μαζών των αντικειμένων, αυτό οδηγεί σε (όταν η καμπυλότητα του χωροχρόνου λειτουργεί ως ένας τεράστιος φακός, κάνοντας την πηγή του μακρινού φωτός πολύ πιο φωτεινή). Εάν οι παράμετροι δεν ταιριάζουν απόλυτα, αυτό μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός «σταυρού του Αϊνστάιν» ή «κύκλου Αϊνστάιν» σε αστρονομικές εικόνες μακρινών αντικειμένων.
Μεταξύ των προβλέψεων της θεωρίας υπήρχε επίσης η βαρυτική χρονική διαστολή (η οποία, όταν πλησιάζει ένα τεράστιο αντικείμενο, ενεργούσε στο σώμα με τον ίδιο τρόπο όπως η χρονική διαστολή λόγω επιτάχυνσης), η βαρυτική (όταν πηγαίνει μια δέσμη φωτός που εκπέμπεται από ένα τεράστιο σώμα στο κόκκινο τμήμα του φάσματος ως αποτέλεσμα της απώλειας ενέργειας του για τη συνάρτηση εργασίας της εξόδου από το «πηγάδι βαρύτητας»), καθώς και των βαρυτικών κυμάτων (διατάραξη του χωροχρόνου που παράγεται από οποιοδήποτε σώμα με μάζα κατά την κίνησή του) .
Κατάσταση της θεωρίας
Η πρώτη επιβεβαίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας λήφθηκε από τον ίδιο τον Αϊνστάιν το ίδιο 1915, όταν δημοσιεύτηκε: η θεωρία περιέγραψε με απόλυτη ακρίβεια τη μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή, η οποία προηγουμένως δεν μπορούσε να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας τη Νευτώνεια μηχανική. Από τότε, έχουν ανακαλυφθεί πολλά άλλα φαινόμενα που είχαν προβλεφθεί από τη θεωρία, αλλά τη στιγμή της δημοσίευσής της ήταν πολύ αδύναμα για να ανιχνευθούν. Η τελευταία τέτοια ανακάλυψη στις αυτή τη στιγμήήταν η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων στις 14 Σεπτεμβρίου 2015.
Στις αρχές του 20ου αιώνα διατυπώθηκε η θεωρία της σχετικότητας. Τι είναι και ποιος είναι ο δημιουργός του, κάθε μαθητής γνωρίζει σήμερα. Είναι τόσο συναρπαστικό που ενδιαφέρονται για αυτό ακόμη και άνθρωποι μακριά από την επιστήμη. Αυτό το άρθρο περιγράφει τη θεωρία της σχετικότητας σε προσιτή γλώσσα: τι είναι, ποια είναι τα αξιώματα και η εφαρμογή της.
Λένε ότι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο δημιουργός του, είχε θεοφάνεια σε μια στιγμή. Ο επιστήμονας φέρεται να επέβαινε σε τραμ στη Βέρνη της Ελβετίας. Κοίταξε το ρολόι του δρόμου και ξαφνικά συνειδητοποίησε ότι αυτό το ρολόι θα σταματούσε αν το τραμ επιτάχυνε με την ταχύτητα του φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, δεν θα υπήρχε χρόνος. Ο χρόνος παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη θεωρία της σχετικότητας. Ένα από τα αξιώματα που διατύπωσε ο Αϊνστάιν είναι ότι διαφορετικοί παρατηρητές αντιλαμβάνονται την πραγματικότητα με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το χρόνο και την απόσταση.
Λογιστική για τη θέση του παρατηρητή
Εκείνη την ημέρα, ο Άλμπερτ συνειδητοποίησε ότι, μιλώντας στη γλώσσα της επιστήμης, η περιγραφή οποιουδήποτε φυσικού φαινομένου ή γεγονότος εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς στο οποίο βρίσκεται ο παρατηρητής. Για παράδειγμα, εάν ένας επιβάτης του τραμ ρίξει τα γυαλιά της, θα πέσουν κάθετα προς τα κάτω σε σχέση με αυτήν. Αν κοιτάξετε από τη θέση ενός πεζού που στέκεται στο δρόμο, τότε η τροχιά της πτώσης τους θα αντιστοιχεί σε παραβολή, αφού το τραμ κινείται και τα γυαλιά πέφτουν ταυτόχρονα. Έτσι, ο καθένας έχει το δικό του πλαίσιο αναφοράς. Προτείνουμε να εξετάσουμε λεπτομερέστερα τα κύρια αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας.
Ο Νόμος της Κατανεμημένης Κίνησης και η Αρχή της Σχετικότητας
Παρά το γεγονός ότι όταν αλλάζουν τα συστήματα αναφοράς, αλλάζουν οι περιγραφές των γεγονότων, υπάρχουν επίσης καθολικά πράγματα που παραμένουν αμετάβλητα. Για να το καταλάβουμε αυτό, πρέπει να αναρωτηθούμε όχι την πτώση των ποτηριών, αλλά τον νόμο της φύσης που προκαλεί την πτώση. Για κάθε παρατηρητή, ανεξάρτητα από το αν βρίσκεται σε κινούμενο ή ακίνητο σύστημα συντεταγμένων, η απάντηση παραμένει η ίδια. Αυτός ο νόμος ονομάζεται νόμος της κατανεμημένης κίνησης. Λειτουργεί το ίδιο και στο τραμ και στο δρόμο. Με άλλα λόγια, εάν η περιγραφή των γεγονότων εξαρτάται πάντα από το ποιος τα παρατηρεί, τότε αυτό δεν ισχύει για τους νόμους της φύσης. Είναι, όπως συνήθως εκφράζεται στην επιστημονική γλώσσα, αμετάβλητα. Αυτή είναι η αρχή της σχετικότητας.
Οι δύο θεωρίες του Αϊνστάιν
Αυτή η αρχή, όπως και κάθε άλλη υπόθεση, έπρεπε πρώτα να ελεγχθεί συσχετίζοντάς την με φυσικά φαινόμενα που λειτουργούν στην πραγματικότητά μας. Ο Αϊνστάιν έβγαλε 2 θεωρίες από την αρχή της σχετικότητας. Αν και σχετίζονται, θεωρούνται ξεχωριστά.
Η συγκεκριμένη ή ειδική θεωρία της σχετικότητας (STR) βασίζεται στην πρόταση ότι για όλα τα είδη συστημάτων αναφοράς, η ταχύτητα των οποίων είναι σταθερή, οι νόμοι της φύσης παραμένουν οι ίδιοι. Η γενική θεωρία της σχετικότητας (GTR) επεκτείνει αυτή την αρχή σε οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κινούνται με επιτάχυνση. Το 1905 ο Α. Αϊνστάιν δημοσίευσε την πρώτη θεωρία. Το δεύτερο, πιο σύνθετο από την άποψη της μαθηματικής συσκευής, ολοκληρώθηκε το 1916. Η δημιουργία της θεωρίας της σχετικότητας, τόσο της STR όσο και της GTR, έγινε ένα σημαντικό στάδιο στην ανάπτυξη της φυσικής. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε καθένα από αυτά.
Ειδική θεωρία της σχετικότητας
Τι είναι, ποια είναι η ουσία του; Ας απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση. Είναι αυτή η θεωρία που προβλέπει πολλά παράδοξα αποτελέσματα που έρχονται σε αντίθεση με τις διαισθητικές μας ιδέες για το πώς λειτουργεί ο κόσμος. Μιλάμε για εκείνα τα φαινόμενα που παρατηρούνται όταν η ταχύτητα κίνησης πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός. Το πιο γνωστό από αυτά είναι η επίδραση της διαστολής του χρόνου (κίνηση του ρολογιού). Ένα ρολόι που κινείται σε σχέση με τον παρατηρητή πηγαίνει πιο αργά γι 'αυτόν από αυτό που είναι στα χέρια του.
Στο σύστημα συντεταγμένων, όταν κινείται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος τεντώνεται σε σχέση με τον παρατηρητή και το μήκος των αντικειμένων (χωρική έκταση), αντίθετα, συμπιέζεται κατά μήκος του άξονα της κατεύθυνσης αυτής της κίνησης . Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτό το φαινόμενο συστολή Lorentz-Fitzgerald. Πίσω στο 1889, περιγράφηκε από τον George Fitzgerald, έναν Ιταλό φυσικό. Και το 1892, ο Hendrik Lorenz, ένας Ολλανδός, το επέκτεινε. Αυτό το φαινόμενο εξηγεί το αρνητικό αποτέλεσμα που έδωσε το πείραμα Michelson-Morley, στο οποίο η ταχύτητα του πλανήτη μας στο διάστημα προσδιορίζεται με τη μέτρηση του «αιθερικού ανέμου». Αυτά είναι τα βασικά αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας (ειδική). Ο Αϊνστάιν συμπλήρωσε αυτούς τους μετασχηματισμούς μάζας κατ' αναλογία. Σύμφωνα με αυτήν, καθώς η ταχύτητα ενός σώματος πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός, η μάζα του σώματος αυξάνεται. Για παράδειγμα, εάν η ταχύτητα είναι 260 χιλιάδες km/s, δηλαδή το 87% της ταχύτητας του φωτός, από την οπτική γωνία ενός παρατηρητή που βρίσκεται σε ένα σύστημα αναφοράς ηρεμίας, η μάζα του αντικειμένου θα διπλασιαστεί.
Επιβεβαιώσεις πρατηρίου
Όλες αυτές οι διατάξεις, όσο κι αν είναι αντίθετες με την κοινή λογική, έχουν επιβεβαιωθεί άμεσα και πλήρως σε πολλά πειράματα από την εποχή του Αϊνστάιν. Ένα από αυτά διεξήχθη από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Αυτό το περίεργο πείραμα επιβεβαιώνει τη θεωρία της σχετικότητας στη φυσική. Οι ερευνητές τοποθέτησαν εξαιρετικά ακριβή ρολόγια σε ένα αεροσκάφος που εκτελούσε τακτικά υπερατλαντικές πτήσεις Κάθε φορά που επέστρεφε στο αεροδρόμιο, οι ενδείξεις αυτών των ρολογιών ελέγχονταν σε σχέση με τα ρολόγια ελέγχου. Αποδείχθηκε ότι το ρολόι στο αεροπλάνο έπεφτε όλο και πιο πίσω από το ρολόι ελέγχου κάθε φορά. Φυσικά, μιλούσαμε μόνο για ασήμαντους αριθμούς, κλάσματα του δευτερολέπτου, αλλά το γεγονός από μόνο του είναι πολύ ενδεικτικό.
Τον τελευταίο μισό αιώνα, οι ερευνητές μελετούν στοιχειώδη σωματίδια χρησιμοποιώντας επιταχυντές - τεράστια συμπλέγματα υλικού. Σε αυτά, δέσμες ηλεκτρονίων ή πρωτονίων, δηλαδή φορτισμένων, επιταχύνονται έως ότου οι ταχύτητες τους πλησιάσουν την ταχύτητα του φωτός. Μετά από αυτό, πυροβολούν πυρηνικούς στόχους. Σε αυτά τα πειράματα, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι η μάζα των σωματιδίων αυξάνεται, διαφορετικά τα αποτελέσματα του πειράματος δεν μπορούν να ερμηνευτούν. Από αυτή την άποψη, το SRT δεν είναι πλέον απλώς μια υποθετική θεωρία. Έχει γίνει ένα από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται στην εφαρμοσμένη μηχανική, μαζί με τους νόμους της μηχανικής του Νεύτωνα. Οι αρχές της θεωρίας της σχετικότητας έχουν βρει μεγάλη πρακτική εφαρμογή σήμερα.
SRT και νόμοι του Νεύτωνα
Παρεμπιπτόντως, μιλώντας για (το πορτρέτο αυτού του επιστήμονα παρουσιάζεται παραπάνω), θα πρέπει να ειπωθεί ότι η ειδική θεωρία της σχετικότητας, που φαίνεται να τις έρχεται σε αντίθεση, αναπαράγει στην πραγματικότητα τις εξισώσεις των νόμων του Νεύτωνα σχεδόν ακριβώς αν χρησιμοποιείται για την περιγραφή σωμάτων του οποίου η ταχύτητα κίνησης είναι πολύ μικρότερη ταχύτητα φωτός. Με άλλα λόγια, εάν εφαρμοστεί η ειδική σχετικότητα, η Νευτώνεια φυσική δεν εγκαταλείπεται καθόλου. Αυτή η θεωρία, αντίθετα, τη συμπληρώνει και τη διευρύνει.
Η ταχύτητα του φωτός είναι μια καθολική σταθερά
Χρησιμοποιώντας την αρχή της σχετικότητας, μπορεί κανείς να καταλάβει γιατί σε αυτό το μοντέλο της δομής του κόσμου είναι η ταχύτητα του φωτός που παίζει πολύ σημαντικό ρόλο και όχι οτιδήποτε άλλο. Αυτή την ερώτηση κάνουν όσοι μόλις αρχίζουν να εξοικειώνονται με τη φυσική. Η ταχύτητα του φωτός είναι μια καθολική σταθερά λόγω του γεγονότος ότι ορίζεται ως τέτοια από το νόμο της φυσικής επιστήμης (μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτό μελετώντας τις εξισώσεις του Maxwell). Η ταχύτητα του φωτός στο κενό, λόγω της αρχής της σχετικότητας, είναι η ίδια σε οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς. Μπορεί να πιστεύετε ότι αυτό είναι αντίθετο. Αποδεικνύεται ότι ο παρατηρητής λαμβάνει ταυτόχρονα φως τόσο από μια σταθερή πηγή όσο και από μια κινούμενη (ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινείται). Ωστόσο, δεν είναι. Η ταχύτητα του φωτός, λόγω του ιδιαίτερου ρόλου της, έχει κεντρική θέση όχι μόνο στην ειδική σχετικότητα, αλλά και στη γενική σχετικότητα. Ας μιλήσουμε και για αυτήν.
Γενική θεωρία της σχετικότητας
Χρησιμοποιείται, όπως έχουμε ήδη πει, για όλα τα συστήματα αναφοράς, όχι απαραίτητα εκείνα των οποίων η ταχύτητα κίνησης σε σχέση μεταξύ τους είναι σταθερή. Μαθηματικά, αυτή η θεωρία φαίνεται πολύ πιο περίπλοκη από την ειδική. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι πέρασαν 11 χρόνια μεταξύ των δημοσιεύσεών τους. Η γενική σχετικότητα περιλαμβάνει την ειδική ως ειδική περίπτωση. Ως εκ τούτου, οι νόμοι του Νεύτωνα περιλαμβάνονται επίσης σε αυτό. Ωστόσο, η γενική σχετικότητα προχωρά πολύ περισσότερο από τους προκατόχους της. Για παράδειγμα, εξηγεί τη βαρύτητα με έναν νέο τρόπο.
Τέταρτη διάσταση
Χάρη στη γενική σχετικότητα, ο κόσμος γίνεται τετραδιάστατος: ο χρόνος προστίθεται σε τρεις χωρικές διαστάσεις. Όλα αυτά είναι αχώριστα, επομένως, δεν χρειάζεται πλέον να μιλάμε για τη χωρική απόσταση που υπάρχει στον τρισδιάστατο κόσμο μεταξύ δύο αντικειμένων. Μιλάμε τώρα για χωροχρονικά διαστήματα μεταξύ διαφόρων γεγονότων, συνδυάζοντας τόσο τη χωρική όσο και τη χρονική τους απόσταση μεταξύ τους. Με άλλα λόγια, ο χρόνος και ο χώρος στη θεωρία της σχετικότητας θεωρούνται ως ένα είδος τετραδιάστατου συνεχούς. Μπορεί να οριστεί ως χωροχρόνος. Σε αυτό το συνεχές, όσοι παρατηρητές μετακινούνται μεταξύ τους θα έχουν διαφορετικές απόψεις ακόμη και για το εάν δύο γεγονότα συνέβησαν ταυτόχρονα ή εάν το ένα από αυτά προηγήθηκε του άλλου. Ωστόσο, οι σχέσεις αιτίου-αποτελέσματος δεν παραβιάζονται. Με άλλα λόγια, ακόμη και η γενική σχετικότητα δεν επιτρέπει την ύπαρξη ενός τέτοιου συστήματος συντεταγμένων, όπου δύο γεγονότα συμβαίνουν σε διαφορετικές ακολουθίες και όχι ταυτόχρονα.
Γενική σχετικότητα και νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας
Σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας έλξης, που ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα, η δύναμη της αμοιβαίας έλξης υπάρχει στο Σύμπαν μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σωμάτων. Η Γη από αυτή τη θέση περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, αφού μεταξύ τους υπάρχουν δυνάμεις αμοιβαίας έλξης. Ωστόσο, η γενική σχετικότητα μας αναγκάζει να δούμε αυτό το φαινόμενο από μια διαφορετική οπτική γωνία. Η βαρύτητα, σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, είναι συνέπεια της «καμπυλότητας» (παραμόρφωσης) του χωροχρόνου, η οποία παρατηρείται υπό την επίδραση της μάζας. Όσο πιο βαρύ είναι το σώμα (στο παράδειγμά μας, ο Ήλιος), τόσο περισσότερο ο χωροχρόνος «λυγίζει» κάτω από αυτό. Αντίστοιχα, το βαρυτικό του πεδίο είναι ισχυρότερο.
Για να κατανοήσουμε καλύτερα την ουσία της θεωρίας της σχετικότητας, ας στραφούμε σε μια σύγκριση. Η Γη, σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα, περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο σαν μια μικρή μπάλα που κυλά γύρω από τον κώνο μιας χοάνης που δημιουργήθηκε ως αποτέλεσμα του Ήλιου να «σπρώξει μέσα στον χωροχρόνο». Και αυτό που συνηθίζουμε να θεωρούμε ως δύναμη της βαρύτητας είναι στην πραγματικότητα μια εξωτερική εκδήλωση αυτής της καμπυλότητας, και όχι μια δύναμη, κατά την κατανόηση του Νεύτωνα. Μέχρι σήμερα, δεν έχει βρεθεί καλύτερη εξήγηση του φαινομένου της βαρύτητας από αυτή που προτείνεται στη Γενική Σχετικότητα.
Μέθοδοι ελέγχου GTR
Σημειώστε ότι η γενική σχετικότητα δεν είναι εύκολο να επαληθευτεί, καθώς τα αποτελέσματά της σε εργαστηριακές συνθήκες αντιστοιχούν σχεδόν στο νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας. Ωστόσο, οι επιστήμονες διεξήγαγαν ακόμη μια σειρά από σημαντικά πειράματα. Τα αποτελέσματά τους μας επιτρέπουν να συμπεράνουμε ότι η θεωρία του Αϊνστάιν επιβεβαιώνεται. Το GR βοηθά επίσης στην εξήγηση διάφορα φαινόμεναπαρατηρείται στο διάστημα. Αυτές είναι, για παράδειγμα, μικρές αποκλίσεις του Ερμή από την ακίνητη τροχιά του. Από τη σκοπιά της Νευτώνειας κλασικής μηχανικής δεν μπορούν να εξηγηθούν. Αυτός είναι επίσης ο λόγος που η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προέρχεται από μακρινά αστέρια κάμπτεται όταν περνά κοντά στον Ήλιο.
Τα αποτελέσματα που προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα στην πραγματικότητα διαφέρουν σημαντικά από αυτά που δίνονται από τους νόμους του Νεύτωνα (το πορτρέτο του παρουσιάζεται παραπάνω) μόνο όταν υπάρχουν υπερισχυρά βαρυτικά πεδία. Κατά συνέπεια, για μια πλήρη επαλήθευση της γενικής σχετικότητας, είναι απαραίτητες είτε πολύ ακριβείς μετρήσεις αντικειμένων τεράστιας μάζας είτε μαύρες τρύπες, αφού οι συνήθεις έννοιες μας δεν ισχύουν για αυτά. Επομένως, η ανάπτυξη πειραματικών μεθόδων για τον έλεγχο αυτής της θεωρίας είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα της σύγχρονης πειραματικής φυσικής.
Το μυαλό πολλών επιστημόνων, ακόμη και ανθρώπων μακριά από την επιστήμη, απασχολεί τη θεωρία της σχετικότητας που δημιούργησε ο Αϊνστάιν. Εξηγήσαμε εν συντομία τι είναι. Αυτή η θεωρία ανατρέπει τις συνήθεις ιδέες μας για τον κόσμο, γι' αυτό και το ενδιαφέρον για αυτόν δεν εξασθενεί.
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας (STR) ή μερική θεωρία της σχετικότητας είναι μια θεωρία του Albert Einstein, που δημοσιεύτηκε το 1905 στο έργο «On the Electrodynamics of Moving Bodies» (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921 Juni 1905).
Εξήγησε την κίνηση μεταξύ διαφορετικών αδρανειακών πλαισίων αναφοράς ή την κίνηση των σωμάτων που κινούνται μεταξύ τους με σταθερή ταχύτητα. Σε αυτήν την περίπτωση, κανένα από τα αντικείμενα δεν πρέπει να λαμβάνεται ως σύστημα αναφοράς, αλλά θα πρέπει να θεωρούνται σχετικά μεταξύ τους. Το SRT παρέχει μόνο 1 περίπτωση όταν 2 σώματα δεν αλλάζουν την κατεύθυνση κίνησης και κινούνται ομοιόμορφα.
Οι νόμοι του SRT παύουν να ισχύουν όταν ένα από τα σώματα αλλάξει τροχιά ή αυξήσει την ταχύτητα. Εδώ λαμβάνει χώρα η γενική θεωρία της σχετικότητας (GTR), δίνοντας μια γενική ερμηνεία της κίνησης των αντικειμένων.
Δύο αξιώματα στα οποία βασίζεται η θεωρία της σχετικότητας:
- Η αρχή της σχετικότητας- Σύμφωνα με τον ίδιο, σε όλα τα υπάρχοντα συστήματα αναφοράς, που κινούνται σε σχέση μεταξύ τους με σταθερή ταχύτητα και δεν αλλάζουν κατεύθυνση, ισχύουν οι ίδιοι νόμοι.
- Η Αρχή της Ταχύτητας του Φωτός- Η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια για όλους τους παρατηρητές και δεν εξαρτάται από την ταχύτητα της κίνησής τους. Αυτή είναι η υψηλότερη ταχύτητα, και τίποτα στη φύση δεν έχει μεγαλύτερη ταχύτητα. Η ταχύτητα του φωτός είναι 3*10^8 m/s.
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν χρησιμοποίησε ως βάση πειραματικά και όχι θεωρητικά δεδομένα. Αυτό ήταν ένα από τα συστατικά της επιτυχίας του. Νέα πειραματικά δεδομένα χρησίμευσαν ως βάση για τη δημιουργία μιας νέας θεωρίας.
Φυσικοί με μέσα του 19ου αιώνααιώνες αναζητούν ένα νέο μυστηριώδες μέσο που ονομάζεται αιθέρας. Πιστεύεται ότι ο αιθέρας μπορεί να περάσει από όλα τα αντικείμενα, αλλά δεν συμμετέχει στην κίνησή τους. Σύμφωνα με τις πεποιθήσεις για τον αιθέρα, αλλάζοντας την ταχύτητα του θεατή σε σχέση με τον αιθέρα, αλλάζει και η ταχύτητα του φωτός.
Ο Αϊνστάιν, εμπιστευόμενος τα πειράματα, απέρριψε την ιδέα ενός νέου αιθερικού μέσου και υπέθεσε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα σταθερή και δεν εξαρτάται από καμία περίσταση, όπως η ταχύτητα του ίδιου του ατόμου.
Χρονικά διαστήματα, αποστάσεις και ομοιομορφία τους
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας συνδέει χρόνο και χώρο. Στο Υλικό Σύμπαν υπάρχουν 3 γνωστά στο διάστημα: δεξιά και αριστερά, εμπρός και πίσω, πάνω και κάτω. Αν προσθέσουμε σε αυτά μια άλλη διάσταση, που ονομάζεται χρόνος, τότε αυτή θα αποτελέσει τη βάση του χωροχρονικού συνεχούς.
Εάν κινείστε με αργή ταχύτητα, οι παρατηρήσεις σας δεν θα συγκλίνουν με άτομα που κινούνται πιο γρήγορα.
Αργότερα πειράματα επιβεβαίωσαν ότι ο χώρος, όπως και ο χρόνος, δεν μπορεί να γίνει αντιληπτός με τον ίδιο τρόπο: η αντίληψή μας εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης των αντικειμένων.
Σύνδεση ενέργειας με μάζα
Ο Αϊνστάιν βρήκε έναν τύπο που συνδύαζε την ενέργεια με τη μάζα. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται ευρέως στη φυσική και είναι γνωστός σε κάθε μαθητή: E=m*c², όπου Ηλεκτρονική ενέργεια; m - μάζα σώματος, γ - ταχύτηταδιάδοση του φωτός.
Η μάζα ενός σώματος αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της ταχύτητας του φωτός. Εάν φτάσετε την ταχύτητα του φωτός, η μάζα και η ενέργεια ενός σώματος γίνονται αδιάστατες.
Αυξάνοντας τη μάζα ενός αντικειμένου, γίνεται πιο δύσκολο να επιτευχθεί αύξηση της ταχύτητάς του, δηλαδή για ένα σώμα με απείρως τεράστια υλική μάζα, απαιτείται άπειρη ενέργεια. Αλλά στην πραγματικότητα αυτό είναι αδύνατο να επιτευχθεί.
Η θεωρία του Αϊνστάιν συνδύασε δύο ξεχωριστές διατάξεις: τη θέση της μάζας και τη θέση της ενέργειας σε έναν γενικό νόμο. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μετατροπή της ενέργειας σε υλική μάζα και αντίστροφα.
Επίσης σε τέλη XIXαιώνα, οι περισσότεροι επιστήμονες έτειναν στην άποψη ότι η φυσική εικόνα του κόσμου ήταν βασικά χτισμένη και θα παρέμενε ακλόνητη στο μέλλον - μόνο οι λεπτομέρειες έμειναν να διευκρινιστούν. Αλλά στις πρώτες δεκαετίες του εικοστού αιώνα, οι φυσικές απόψεις άλλαξαν ριζικά. Αυτή ήταν η συνέπεια ενός «καταρράκτη» επιστημονικών ανακαλύψεων που έγιναν κατά τη διάρκεια μιας εξαιρετικά σύντομης ιστορικής περιόδου τα τελευταία χρόνιαΟ δέκατος ένατος αιώνας και οι πρώτες δεκαετίες του εικοστού, πολλές από τις οποίες δεν ταιριάζουν στην κατανόηση της συνηθισμένης ανθρώπινης εμπειρίας. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι η θεωρία της σχετικότητας που δημιουργήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν (1879-1955).
Θεωρία της σχετικότητας- φυσική θεωρία του χωροχρόνου, δηλαδή μια θεωρία που περιγράφει τις καθολικές χωροχρονικές ιδιότητες των φυσικών διεργασιών. Ο όρος εισήχθη το 1906 από τον Max Planck για να τονίσει τον ρόλο της αρχής της σχετικότητας
στην ειδική σχετικότητα (και, αργότερα, στη γενική σχετικότητα).
Με στενή έννοια, η θεωρία της σχετικότητας περιλαμβάνει την ειδική και τη γενική σχετικότητα. Ειδική θεωρία της σχετικότητας(εφεξής - SRT) αναφέρεται σε διαδικασίες στη μελέτη των οποίων τα βαρυτικά πεδία μπορούν να παραμεληθούν. γενική θεωρία της σχετικότητας(εφεξής GTR) είναι μια θεωρία της βαρύτητας που γενικεύει τη θεωρία του Νεύτωνα.
Ειδικός, ή ειδική θεωρία της σχετικότητας
είναι μια θεωρία της δομής του χωροχρόνου. Εισήχθη για πρώτη φορά το 1905 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν στο έργο του «Σχετικά με την ηλεκτροδυναμική των κινούμενων σωμάτων». Η θεωρία περιγράφει την κίνηση, τους νόμους της μηχανικής, καθώς και τις χωροχρονικές σχέσεις που τις καθορίζουν, σε οποιαδήποτε ταχύτητα κίνησης,
συμπεριλαμβανομένων εκείνων κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Κλασική Νευτώνεια μηχανική
στο πλαίσιο του STR, είναι μια προσέγγιση για χαμηλές ταχύτητες.
Ένας από τους λόγους για την επιτυχία του Άλμπερτ Αϊνστάιν είναι ότι εκτιμούσε τα πειραματικά δεδομένα έναντι των θεωρητικών δεδομένων. Όταν ένας αριθμός πειραμάτων αποκάλυψε αποτελέσματα που έρχονταν σε αντίθεση με τη γενικά αποδεκτή θεωρία, πολλοί φυσικοί αποφάσισαν ότι αυτά τα πειράματα ήταν λάθος.
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ένας από τους πρώτους που αποφάσισαν να οικοδομήσουν μια νέα θεωρία βασισμένη σε νέα πειραματικά δεδομένα.
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι φυσικοί αναζητούσαν τον μυστηριώδη αιθέρα - ένα μέσο στο οποίο, σύμφωνα με γενικά αποδεκτές υποθέσεις, τα κύματα φωτός θα έπρεπε να διαδίδονται, όπως τα ακουστικά κύματα, η διάδοση των οποίων απαιτεί αέρα ή άλλο μέσο - στερεό, υγρό ή αέριο. Η πίστη στην ύπαρξη του αιθέρα οδήγησε στην πεποίθηση ότι η ταχύτητα του φωτός πρέπει να ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα του παρατηρητή σε σχέση με τον αιθέρα. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εγκατέλειψε την έννοια του αιθέρα και υπέθεσε ότι όλοι οι φυσικοί νόμοι, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας του φωτός, παραμένουν αμετάβλητοι ανεξάρτητα από την ταχύτητα του παρατηρητή - όπως έδειξαν τα πειράματα.
Το SRT εξήγησε πώς να ερμηνεύει τις κινήσεις μεταξύ διαφορετικών αδρανειακών πλαισίων αναφοράς - με απλά λόγια, αντικείμενα που κινούνται με σταθερή ταχύτητασε σχέση μεταξύ τους. Ο Αϊνστάιν εξήγησε ότι όταν δύο αντικείμενα κινούνται με σταθερή ταχύτητα, θα πρέπει κανείς να εξετάζει την κίνησή τους σε σχέση μεταξύ τους, αντί να λαμβάνει ένα από αυτά ως απόλυτο πλαίσιο αναφοράς. Έτσι, αν δύο αστροναύτες πετούν σε δύο διαστημόπλοια και θέλουν να συγκρίνουν τις παρατηρήσεις τους, το μόνο πράγμα που πρέπει να γνωρίζουν είναι η ταχύτητα μεταξύ τους.
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας εξετάζει μόνο μία ειδική περίπτωση (εξ ου και το όνομα), όταν η κίνηση είναι ευθύγραμμη και ομοιόμορφη.
Με βάση την αδυναμία ανίχνευσης της απόλυτης κίνησης, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν συμπέρανε ότι όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς είναι ίσα. Διατύπωσε δύο πιο σημαντικά αξιώματα που αποτέλεσαν τη βάση μιας νέας θεωρίας του χώρου και του χρόνου, που ονομάζεται Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας (STR):
1. Η αρχή της σχετικότητας του Αϊνστάιν - αυτή η αρχή ήταν μια γενίκευση της αρχής της σχετικότητας του Galileo (δηλώνει το ίδιο πράγμα, αλλά όχι για όλους τους νόμους της φύσης, αλλά μόνο για τους νόμους της κλασικής μηχανικής, αφήνοντας ανοιχτό το ζήτημα της εφαρμογής της αρχής της σχετικότητας στην οπτική και την ηλεκτροδυναμική) σε οποιαδήποτε φυσική. Διαβάζει: Όλες οι φυσικές διεργασίες υπό τις ίδιες συνθήκες στα αδρανειακά συστήματα αναφοράς (IRS) προχωρούν με τον ίδιο τρόπο. Αυτό σημαίνει ότι κανένα φυσικό πείραμα που διεξάγεται μέσα σε ένα κλειστό ISO δεν μπορεί να καθορίσει εάν είναι σε ηρεμία ή κινείται ομοιόμορφα και σε ευθεία γραμμή. Έτσι, όλα τα IFR είναι εντελώς ίσα και οι φυσικοί νόμοι είναι αμετάβλητοι ως προς την επιλογή των IFR (δηλαδή, οι εξισώσεις που εκφράζουν αυτούς τους νόμους έχουν την ίδια μορφή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς).
2. Η αρχή της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός- η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από την κίνηση της πηγής και του δέκτη φωτός. Είναι το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις και σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι η οριακή ταχύτητα στη φύση -Αυτή είναι μια από τις πιο σημαντικές φυσικές σταθερές, οι λεγόμενες παγκόσμιες σταθερές.
Η σημαντικότερη συνέπεια του SRT ήταν το περίφημο Η φόρμουλα του Αϊνστάιν για τη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας E=mc 2 (όπου C είναι η ταχύτητα του φωτός), που έδειξε την ενότητα του χώρου και του χρόνου, που εκφράζεται σε μια κοινή αλλαγή στα χαρακτηριστικά τους ανάλογα με τη συγκέντρωση των μαζών και την κίνησή τους και επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα της σύγχρονης φυσικής. Ο χρόνος και ο χώρος έπαψαν να θεωρούνται ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο και προέκυψε η ιδέα ενός χωροχρονικού τετραδιάστατου συνεχούς.
Σύμφωνα με τη θεωρία του μεγάλου φυσικού, όταν η ταχύτητα ενός υλικού σώματος αυξάνεται, πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός, αυξάνεται και η μάζα του. Εκείνοι. Όσο πιο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο, τόσο πιο βαρύ γίνεται. Εάν επιτευχθεί η ταχύτητα του φωτός, η μάζα του σώματος, καθώς και η ενέργειά του, γίνονται άπειρες. Όσο πιο βαρύ είναι το σώμα, τόσο πιο δύσκολο είναι να αυξηθεί η ταχύτητά του. Η επιτάχυνση ενός σώματος με άπειρη μάζα απαιτεί άπειρη ποσότητα ενέργειας, επομένως είναι αδύνατο για υλικά αντικείμενα να φτάσουν την ταχύτητα του φωτός.
Στη θεωρία της σχετικότητας, «δύο νόμοι - ο νόμος της διατήρησης της μάζας και της διατήρησης της ενέργειας - έχασαν την ανεξάρτητη ισχύ τους και βρέθηκαν συνδυασμένοι σε έναν ενιαίο νόμο, ο οποίος μπορεί να ονομαστεί νόμος διατήρησης της ενέργειας ή της μάζας». Χάρη στη θεμελιώδη σύνδεση μεταξύ αυτών των δύο εννοιών, η ύλη μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια και αντίστροφα - ενέργεια σε ύλη.
Γενική θεωρία της σχετικότητας- μια θεωρία της βαρύτητας που δημοσιεύτηκε από τον Αϊνστάιν το 1916, πάνω στην οποία εργάστηκε για 10 χρόνια. Είναι περαιτέρω ανάπτυξηειδική θεωρία της σχετικότητας. Εάν ένα υλικό σώμα επιταχύνει ή στρίψει στο πλάι, οι νόμοι του STR δεν ισχύουν πλέον. Τότε τίθεται σε ισχύ το GTR, το οποίο εξηγεί τις κινήσεις των υλικών σωμάτων στη γενική περίπτωση.
Η γενική θεωρία της σχετικότητας υποστηρίζει ότι τα βαρυτικά φαινόμενα προκαλούνται όχι από την αλληλεπίδραση δυνάμεων σωμάτων και πεδίων, αλλά από την παραμόρφωση του ίδιου του χωροχρόνου στον οποίο βρίσκονται. Αυτή η παραμόρφωση σχετίζεται, εν μέρει, με την παρουσία μάζας-ενέργειας.
Η γενική σχετικότητα είναι αυτή τη στιγμή η πιο επιτυχημένη θεωρία της βαρύτητας, που υποστηρίζεται καλά από παρατηρήσεις. GR γενικεύτηκε το SR σε επιταχυνόμενες, δηλ. μη αδρανειακά συστήματα. Οι βασικές αρχές της γενικής σχετικότητας συνοψίζονται στα εξής:
- περιορισμός της δυνατότητας εφαρμογής της αρχής της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός σε περιοχές όπου οι βαρυτικές δυνάμεις μπορούν να αγνοηθούν(όπου η βαρύτητα είναι υψηλή, η ταχύτητα του φωτός επιβραδύνεται).
- επέκταση της αρχής της σχετικότητας σε όλα τα κινούμενα συστήματα(και όχι μόνο αδρανειακές).
Στο GTR, ή τη θεωρία της βαρύτητας, προέρχεται επίσης από το πειραματικό γεγονός της ισοδυναμίας αδρανειακών και βαρυτικών μαζών ή της ισοδυναμίας αδρανειακών και βαρυτικών πεδίων.
Η αρχή της ισοδυναμίας παίζει σημαντικό ρόλο στην επιστήμη. Μπορούμε πάντα να υπολογίσουμε άμεσα την επίδραση των αδρανειακών δυνάμεων σε οποιοδήποτε φυσικό σύστημα, και αυτό μας δίνει την ευκαιρία να γνωρίζουμε την επίδραση του βαρυτικού πεδίου, αφαιρώντας από την ετερογένειά του, η οποία είναι συχνά πολύ ασήμαντη.
Μια σειρά από σημαντικά συμπεράσματα προέκυψαν από τη γενική σχετικότητα:
1. Οι ιδιότητες του χωροχρόνου εξαρτώνται από την κινούμενη ύλη.
2. Μια ακτίνα φωτός, η οποία έχει αδρανειακή και, επομένως, βαρυτική μάζα, πρέπει να κάμπτεται στο βαρυτικό πεδίο.
3. Η συχνότητα του φωτός υπό την επίδραση του βαρυτικού πεδίου πρέπει να μετατοπιστεί προς χαμηλότερες τιμές.
Για πολύ καιρό, υπήρχαν ελάχιστα πειραματικά στοιχεία της γενικής σχετικότητας. Η συμφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος είναι αρκετά καλή, αλλά η καθαρότητα των πειραμάτων παραβιάζεται από διάφορες πολύπλοκες παρενέργειες. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της καμπυλότητας του χωροχρόνου μπορούν να ανιχνευθούν ακόμη και σε μέτρια βαρυτικά πεδία. Τα πολύ ευαίσθητα ρολόγια, για παράδειγμα, μπορούν να ανιχνεύσουν τη διαστολή του χρόνου στην επιφάνεια της Γης. Για την επέκταση της πειραματικής βάσης της γενικής σχετικότητας, στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα πραγματοποιήθηκαν νέα πειράματα: δοκιμάστηκε η ισοδυναμία αδρανειακών και βαρυτικών μαζών (συμπεριλαμβανομένης της εμβέλειας με λέιζερ της Σελήνης).
χρησιμοποιώντας ραντάρ, διευκρινίστηκε η κίνηση του περιηλίου του Ερμή. μετρήθηκε η βαρυτική εκτροπή των ραδιοκυμάτων από τον Ήλιο, πραγματοποιήθηκε πλανητικό ραντάρ ηλιακό σύστημα; αξιολογήθηκε η επίδραση του βαρυτικού πεδίου του Ήλιου στις ραδιοεπικοινωνίες με διαστημόπλοια που στάλθηκαν στους μακρινούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος κ.λπ. Όλοι τους, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις που αποκτήθηκαν με βάση τη γενική σχετικότητα.
Έτσι, η ειδική θεωρία της σχετικότητας βασίζεται στα αξιώματα της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός και στους ίδιους νόμους της φύσης σε όλα τα φυσικά συστήματα και τα κύρια αποτελέσματα στα οποία καταλήγει είναι τα εξής: η σχετικότητα των ιδιοτήτων του χώρου -χρόνος; σχετικότητα μάζας και ενέργειας. ισοδυναμία βαρέων και αδρανών μαζών.
Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας από φιλοσοφική άποψη είναι η διαπίστωση της εξάρτησης των χωροχρονικών ιδιοτήτων του περιβάλλοντος κόσμου από τη θέση και την κίνηση των βαρυτικών μαζών. Είναι χάρη στην επιρροή των σωμάτων
Με μεγάλες μάζες, τα μονοπάτια των ακτίνων φωτός κάμπτονται. Κατά συνέπεια, το βαρυτικό πεδίο που δημιουργείται από τέτοια σώματα καθορίζει τελικά τις χωροχρονικές ιδιότητες του κόσμου.
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας αφαιρεί από τη δράση των βαρυτικών πεδίων και επομένως τα συμπεράσματά της είναι εφαρμόσιμα μόνο για μικρές περιοχές του χωροχρόνου. Η βασική διαφορά μεταξύ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας και των θεμελιωδών φυσικών θεωριών που προηγήθηκαν είναι η απόρριψη ορισμένων παλαιών εννοιών και η διατύπωση νέων. Αξίζει να πούμε ότι η γενική θεωρία της σχετικότητας έχει κάνει μια πραγματική επανάσταση στην κοσμολογία. Στη βάση του, προέκυψαν διάφορα μοντέλα του Σύμπαντος.