Είπαν για αυτή τη θεωρία ότι μόνο τρεις άνθρωποι στον κόσμο την κατάλαβαν και όταν οι μαθηματικοί προσπάθησαν να εκφράσουν με αριθμούς ό,τι απορρέει από αυτήν, ο ίδιος ο συγγραφέας, Άλμπερτ Αϊνστάιν, αστειεύτηκε ότι τώρα και αυτός είχε πάψει να την καταλαβαίνει.
Ειδικά και γενική θεωρίαΗ σχετικότητα είναι ένα αναπόσπαστο μέρος του δόγματος στο οποίο βασίζονται οι σύγχρονες επιστημονικές απόψεις για τη δομή του κόσμου.
«Έτος θαυμάτων»
Το 1905, η κορυφαία επιστημονική έκδοση της Γερμανίας "Annalen der Physik" ("Annals of Physik") δημοσίευσε το ένα μετά το άλλο τέσσερα άρθρα του 26χρονου Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος εργαζόταν ως ειδικός 3ης τάξης - μικροϋπάλληλος - στην Ομοσπονδιακή Ευρεσιτεχνία Γραφείο στη Βέρνη. Είχε συνεργαστεί με το περιοδικό στο παρελθόν, αλλά η δημοσίευση τόσων πολλών έργων σε ένα χρόνο ήταν ένα εξαιρετικό γεγονός. Έγινε ακόμη πιο αξιοσημείωτο όταν φάνηκε η αξία των ιδεών που περιείχε καθεμία από αυτές.
Στο πρώτο από τα άρθρα, εκφράστηκαν σκέψεις σχετικά με την κβαντική φύση του φωτός, εξετάστηκαν οι διαδικασίες απορρόφησης και απελευθέρωσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Σε αυτή τη βάση, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο εξηγήθηκε για πρώτη φορά - η εκπομπή ηλεκτρονίων από μια ουσία, που εξοντώθηκε από φωτόνια φωτός και προτάθηκαν τύποι για τον υπολογισμό της ποσότητας ενέργειας που απελευθερώνεται σε αυτήν την περίπτωση. Ήταν για τις θεωρητικές εξελίξεις του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, που έγινε η αρχή της κβαντικής μηχανικής, και όχι για τα αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας, που θα βραβευόταν ο Αϊνστάιν το 1922 βραβείο Νόμπελστη φυσική.
Ένα άλλο άρθρο έθεσε τα θεμέλια για εφαρμοσμένους τομείς της φυσικής στατιστικής με βάση τη μελέτη της κίνησης Brown των μικροσκοπικών σωματιδίων που αιωρούνται σε ένα υγρό. Ο Αϊνστάιν πρότεινε μεθόδους για την αναζήτηση προτύπων διακυμάνσεων - άτακτες και τυχαίες αποκλίσεις φυσικών μεγεθών από τις πιο πιθανές τιμές τους.
Και τέλος, στα άρθρα "Σχετικά με την ηλεκτροδυναμική των κινούμενων σωμάτων" και "Η αδράνεια ενός σώματος εξαρτάται από το ενεργειακό περιεχόμενο σε αυτό;" περιείχε τα μικρόβια αυτού που θα ονομαζόταν στην ιστορία της φυσικής ως η θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, ή μάλλον το πρώτο της μέρος - STR - ειδική θεωρία της σχετικότητας.
Πηγές και προκάτοχοι
ΣΕ τέλη XIXαιώνα, πολλοί φυσικοί πίστευαν ότι οι περισσότεροι παγκόσμια προβλήματαΤο σύμπαν έχει αποφασιστεί, οι κύριες ανακαλύψεις έχουν γίνει και η ανθρωπότητα δεν έχει παρά να χρησιμοποιήσει τη συσσωρευμένη γνώση για να επιταχύνει δυναμικά την τεχνική πρόοδο. Μόνο μερικές θεωρητικές ασυνέπειες χάλασαν την αρμονική εικόνα του Σύμπαντος, γεμάτο με αιθέρα και ζώντας σύμφωνα με τους αμετάβλητους Νευτώνειους νόμους.
Η αρμονία χάλασε η θεωρητική έρευνα του Maxwell. Οι εξισώσεις του, που περιέγραφαν τις αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, έρχονταν σε αντίθεση με τους γενικά αποδεκτούς νόμους της κλασικής μηχανικής. Αυτό αφορούσε τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός σε δυναμικά συστήματα αναφοράς, όταν η αρχή της σχετικότητας του Galileo σταμάτησε να λειτουργεί - το μαθηματικό μοντέλο της αλληλεπίδρασης τέτοιων συστημάτων όταν κινούνταν με την ταχύτητα του φωτός οδήγησε στην εξαφάνιση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Επιπλέον, ο αιθέρας, ο οποίος υποτίθεται ότι συμβιβάζει την ταυτόχρονη ύπαρξη σωματιδίων και κυμάτων, μακρόκοσμου και μικρόκοσμου, ήταν μη ανιχνεύσιμος. Το πείραμα, το οποίο διεξήχθη το 1887 από τους Albert Michelson και Edward Morley, είχε ως στόχο την ανίχνευση του «αιθερικού ανέμου», ο οποίος αναπόφευκτα έπρεπε να καταγραφεί από μια μοναδική συσκευή - ένα συμβολόμετρο. Το πείραμα διήρκεσε έναν ολόκληρο χρόνο - τη στιγμή της πλήρους περιστροφής της Γης γύρω από τον Ήλιο. Ο πλανήτης έπρεπε να κινηθεί ενάντια στη ροή του αιθέρα για έξι μήνες, ο αιθέρας υποτίθεται ότι «φυσούσε στα πανιά» της Γης για έξι μήνες, αλλά το αποτέλεσμα ήταν μηδέν: η μετατόπιση των κυμάτων φωτός υπό την επίδραση του αιθέρα ήταν δεν ανιχνεύθηκε, γεγονός που θέτει υπό αμφισβήτηση το ίδιο το γεγονός της ύπαρξης του αιθέρα.
Λόρεντς και Πουανκαρέ
Οι φυσικοί προσπάθησαν να βρουν μια εξήγηση για τα αποτελέσματα των πειραμάτων για την ανίχνευση του αιθέρα. Ο Hendrik Lorenz (1853-1928) πρότεινε το μαθηματικό του μοντέλο. Επανέφερε στη ζωή το αιθερικό γέμισμα του χώρου, αλλά μόνο υπό μια πολύ υπό όρους και τεχνητή υπόθεση ότι όταν κινούνταν μέσα στον αιθέρα, τα αντικείμενα μπορούσαν να συστέλλονται προς την κατεύθυνση της κίνησης. Αυτό το μοντέλο τροποποιήθηκε από τον μεγάλο Henri Poincaré (1854-1912).
Στα έργα αυτών των δύο επιστημόνων, έννοιες που αποτέλεσαν σε μεγάλο βαθμό τα κύρια αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας εμφανίστηκαν για πρώτη φορά και αυτό δεν επιτρέπει να υποχωρήσουν οι κατηγορίες του Αϊνστάιν για λογοκλοπή. Αυτά περιλαμβάνουν τη συμβατικότητα της έννοιας του ταυτόχρονου, την υπόθεση της σταθερής ταχύτητας του φωτός. Ο Πουανκαρέ παραδέχτηκε ότι στις υψηλές ταχύτητες, οι νόμοι της μηχανικής του Νεύτωνα απαιτούν εκ νέου επεξεργασία, και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η κίνηση είναι σχετικότητα, αλλά σε εφαρμογή στη θεωρία του αιθέρα.
Ειδική θεωρία της σχετικότητας - SRT
Τα προβλήματα της σωστής περιγραφής των ηλεκτρομαγνητικών διεργασιών έγιναν ο κινητήριος λόγος για την επιλογή ενός θέματος για τις θεωρητικές εξελίξεις και οι εργασίες του Αϊνστάιν που δημοσιεύθηκαν το 1905 περιείχαν μια ερμηνεία μιας ειδικής περίπτωσης - ομοιόμορφης και ευθύγραμμη κίνηση. Μέχρι το 1915, σχηματίστηκε η γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία εξηγούσε τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, αλλά η πρώτη θεωρία ονομάστηκε ειδική.
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν μπορεί να διατυπωθεί εν συντομία με τη μορφή δύο βασικών αξιωμάτων. Το πρώτο επεκτείνει τη δράση της αρχής της σχετικότητας του Γαλιλαίου σε όλα τα φυσικά φαινόμενα, και όχι μόνο στις μηχανικές διεργασίες. Σε περισσότερα γενική μορφήδηλώνει: Όλοι οι φυσικοί νόμοι είναι ίδιοι για όλα τα αδρανειακά (που κινούνται ομοιόμορφα σε ευθεία γραμμή ή σε ηρεμία) πλαίσια αναφοράς.
Η δεύτερη πρόταση, η οποία περιέχει την ειδική θεωρία της σχετικότητας: η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό είναι η ίδια για όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Στη συνέχεια, γίνεται ένα πιο σφαιρικό συμπέρασμα: η ταχύτητα του φωτός είναι η μέγιστη τιμή για την ταχύτητα μετάδοσης των αλληλεπιδράσεων στη φύση.
Στους μαθηματικούς υπολογισμούς του STR, δίνεται ο τύπος E=mc², ο οποίος είχε προηγουμένως εμφανιστεί σε φυσικές δημοσιεύσεις, αλλά χάρη στον Αϊνστάιν έγινε ο πιο διάσημος και δημοφιλής στην ιστορία της επιστήμης. Το συμπέρασμα για την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας είναι ο πιο επαναστατικός τύπος της θεωρίας της σχετικότητας. Η έννοια που περιέχει κάθε αντικείμενο με μάζα τεράστιο ποσόη ενέργεια έγινε η βάση για τις εξελίξεις στη χρήση της πυρηνικής ενέργειας και, κυρίως, οδήγησε στην εμφάνιση της ατομικής βόμβας.
Επιδράσεις της ειδικής σχετικότητας
Αρκετές συνέπειες προκύπτουν από το STR, που ονομάζονται σχετικιστικά αποτελέσματα. Η διαστολή του χρόνου είναι από τις πιο εντυπωσιακές. Η ουσία του είναι ότι σε ένα κινούμενο πλαίσιο αναφοράς περνάει ο καιρόςπιο αργά. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι σε ένα διαστημόπλοιο που κάνει μια υποθετική πτήση προς το αστρικό σύστημα Άλφα Κενταύρου και πίσω με ταχύτητα 0,95 c (c είναι η ταχύτητα του φωτός) θα περάσουν 7,3 χρόνια και στη Γη - 12 χρόνια. Τέτοια παραδείγματα αναφέρονται συχνά όταν εξηγείται η θεωρία της σχετικότητας για τα ανδρείκελα, καθώς και το σχετικό δίδυμο παράδοξο.
Ένα άλλο αποτέλεσμα είναι η μείωση των γραμμικών διαστάσεων, δηλαδή, από τη σκοπιά ενός παρατηρητή, τα αντικείμενα που κινούνται σε σχέση με αυτόν με ταχύτητα κοντά στο c θα έχουν μικρότερες γραμμικές διαστάσεις στην κατεύθυνση της κίνησης από το δικό τους μήκος. Αυτό το φαινόμενο, που προβλέπεται από τη σχετικιστική φυσική, ονομάζεται συστολή Lorentz.
Σύμφωνα με τους νόμους της σχετικιστικής κινηματικής, η μάζα ενός κινούμενου αντικειμένου είναι μεγαλύτερη από τη μάζα ηρεμίας του. Αυτό το φαινόμενο γίνεται ιδιαίτερα σημαντικό όταν αναπτύσσονται όργανα για τη μελέτη στοιχειωδών σωματιδίων - χωρίς να το λάβουμε υπόψη, είναι δύσκολο να φανταστούμε τη λειτουργία του LHC (Large Hadron Collider).
Χωροχρόνος
Ένα από τα βασικά συστατικάΤο SRT είναι μια γραφική αναπαράσταση της σχετικιστικής κινηματικής, μια ειδική έννοια ενός ενοποιημένου χωροχρόνου, η οποία προτάθηκε από τον Γερμανό μαθηματικό Hermann Minkowski, ο οποίος ήταν κάποτε καθηγητής μαθηματικών για έναν μαθητή του Albert Einstein.
Η ουσία του μοντέλου Minkowski είναι μια εντελώς νέα προσέγγιση για τον προσδιορισμό της θέσης των αντικειμένων που αλληλεπιδρούν. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας εστιάζει στον χρόνο ιδιαίτερη προσοχή. Ο χρόνος δεν γίνεται απλώς η τέταρτη συντεταγμένη του κλασικού τρισδιάστατου συστήματος συντεταγμένων ο χρόνος δεν είναι μια απόλυτη τιμή, αλλά ένα αναπόσπαστο χαρακτηριστικό του χώρου, το οποίο παίρνει τη μορφή ενός χωροχρονικού συνεχούς, που εκφράζεται γραφικά με τη μορφή κώνου. στο οποίο συμβαίνουν όλες οι αλληλεπιδράσεις.
Ένας τέτοιος χώρος στη θεωρία της σχετικότητας, με την ανάπτυξή του σε μια πιο γενικευμένη φύση, υποβλήθηκε αργότερα σε καμπυλότητα, η οποία έκανε ένα τέτοιο μοντέλο κατάλληλο για την περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων.
Περαιτέρω ανάπτυξη της θεωρίας
Το SRT δεν βρήκε αμέσως κατανόηση μεταξύ των φυσικών, αλλά σταδιακά έγινε το κύριο εργαλείο για την περιγραφή του κόσμου, ειδικά του κόσμου των στοιχειωδών σωματιδίων, που έγινε το κύριο αντικείμενο μελέτης της φυσικής επιστήμης. Αλλά το έργο της συμπλήρωσης του SRT με μια εξήγηση των βαρυτικών δυνάμεων ήταν πολύ επείγον και ο Αϊνστάιν δεν σταμάτησε να εργάζεται, ακονίζοντας τις αρχές της γενικής θεωρίας της σχετικότητας - GTR. Η μαθηματική επεξεργασία αυτών των αρχών διήρκεσε αρκετά - περίπου 11 χρόνια, και σε αυτήν συμμετείχαν ειδικοί από τομείς των ακριβών επιστημών που σχετίζονται με τη φυσική.
Έτσι, τεράστια συνεισφορά είχε ο κορυφαίος μαθηματικός της εποχής, David Hilbert (1862-1943), ο οποίος έγινε ένας από τους συν-συγγραφείς των εξισώσεων βαρυτικού πεδίου. Ήταν η τελευταία πέτρα στην κατασκευή ενός όμορφου κτιρίου, το οποίο έλαβε το όνομα - η γενική θεωρία της σχετικότητας, ή GTR.
Γενική Θεωρία της Σχετικότητας - Γενική Σχετικότητα
Η σύγχρονη θεωρία του βαρυτικού πεδίου, η θεωρία της δομής του «χωροχρόνου», η γεωμετρία του «χωροχρόνου», ο νόμος των φυσικών αλληλεπιδράσεων σε μη αδρανειακά συστήματα αναφοράς - όλα αυτά διάφορα ονόματα, τα οποία είναι προικισμένα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein.
Η θεωρία της παγκόσμιας βαρύτητας, η οποία για μεγάλο χρονικό διάστημα καθόρισε τις απόψεις της φυσικής επιστήμης για τη βαρύτητα, για τις αλληλεπιδράσεις αντικειμένων και πεδίων διαφόρων μεγεθών. Παραδόξως, το κύριο μειονέκτημά του ήταν η άυλη, απατηλή και μαθηματική φύση της ουσίας του. Ανάμεσα στα αστέρια και τους πλανήτες υπήρχε ένα κενό, μια έλξη μεταξύ ουράνια σώματαεξηγήθηκε από τη δράση μακράς εμβέλειας ορισμένων δυνάμεων, και μάλιστα στιγμιαίων. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν γέμισε τη βαρύτητα με φυσικό περιεχόμενο και την παρουσίασε ως άμεση επαφή διαφόρων υλικών αντικειμένων.
Γεωμετρία της βαρύτητας
Η κύρια ιδέα με την οποία ο Αϊνστάιν εξήγησε τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις είναι πολύ απλή. Δηλώνει ότι ο χωροχρόνος είναι μια φυσική έκφραση βαρυτικών δυνάμεων, προικισμένη με αρκετά απτά σημάδια - μετρήσεις και παραμορφώσεις, που επηρεάζονται από τη μάζα του αντικειμένου γύρω από το οποίο σχηματίζονται τέτοιες καμπυλότητες. Κάποτε, ο Αϊνστάιν πιστώθηκε ακόμη και με τις εκκλήσεις να επιστρέψει στη θεωρία του σύμπαντος την έννοια του αιθέρα, ως ελαστικού υλικού που γεμίζει χώρο. Εξήγησε ότι του είναι δύσκολο να αποκαλέσει μια ουσία που έχει πολλές ιδιότητες που μπορεί να περιγραφεί ως vauum.
Έτσι, η βαρύτητα είναι μια εκδήλωση των γεωμετρικών ιδιοτήτων του τετραδιάστατου χωροχρόνου, ο οποίος χαρακτηρίστηκε στο SRT ως μη καμπύλος, αλλά σε γενικότερες περιπτώσεις είναι προικισμένος με καμπυλότητα, η οποία καθορίζει την κίνηση των υλικών αντικειμένων, στα οποία δίνονται το ίδιο επιτάχυνση σύμφωνα με την αρχή της ισοδυναμίας που δηλώθηκε από τον Αϊνστάιν.
Αυτή η θεμελιώδης αρχή της θεωρίας της σχετικότητας εξηγεί πολλά από τα «σημεία συμφόρησης» της θεωρίας της παγκόσμιας βαρύτητας του Νεύτωνα: την κάμψη του φωτός που παρατηρείται όταν περνάει κοντά σε τεράστια κοσμικά αντικείμενα κατά τη διάρκεια ορισμένων αστρονομικών φαινομένων και, όπως σημειώνεται από τους αρχαίους, την ίδια επιτάχυνση της πτώσης των σωμάτων, ανεξάρτητα από τη μάζα τους.
Μοντελοποίηση της καμπυλότητας του χώρου
Ένα συνηθισμένο παράδειγμα που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τη γενική θεωρία της σχετικότητας για τα ανδρείκελα είναι η αναπαράσταση του χωροχρόνου με τη μορφή τραμπολίνου - μια ελαστική λεπτή μεμβράνη πάνω στην οποία τοποθετούνται αντικείμενα (συνήθως μπάλες), προσομοιώνοντας αλληλεπιδρώντα αντικείμενα. Βαριές μπάλες λυγίζουν τη μεμβράνη, σχηματίζοντας μια χοάνη γύρω τους. Μια μικρότερη μπάλα που εκτοξεύεται στην επιφάνεια κινείται σε πλήρη συμφωνία με τους νόμους της βαρύτητας, κυλιόμενη σταδιακά σε κοιλώματα που σχηματίζονται από πιο ογκώδη αντικείμενα.
Αλλά ένα τέτοιο παράδειγμα είναι αρκετά συμβατικό. Ο πραγματικός χωροχρόνος είναι πολυδιάστατος, η καμπυλότητά του επίσης δεν φαίνεται τόσο στοιχειώδης, αλλά η αρχή του σχηματισμού της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και η ουσία της θεωρίας της σχετικότητας γίνονται σαφείς. Σε κάθε περίπτωση, μια υπόθεση που θα εξηγούσε πιο λογικά και συνεκτικά τη θεωρία της βαρύτητας δεν υπάρχει ακόμη.
Απόδειξη αλήθειας
Η Γενική Σχετικότητα άρχισε γρήγορα να γίνεται αντιληπτή ως ένα ισχυρό θεμέλιο πάνω στο οποίο θα μπορούσε να οικοδομηθεί η σύγχρονη φυσική. Από την αρχή, η θεωρία της σχετικότητας εξέπληξε όχι μόνο τους ειδικούς με την αρμονία και την αρμονία της, και αμέσως μετά την εμφάνισή της άρχισε να επιβεβαιώνεται από παρατηρήσεις.
Το πιο κοντινό σημείο στον Ήλιο - περιήλιο - η τροχιά του Ερμή μετατοπίζεται σταδιακά σε σχέση με τις τροχιές άλλων πλανητών ηλιακό σύστημα, που ανακαλύφθηκε στα μέσα του 19ου αιώνα. Αυτή η κίνηση - η μετάπτωση - δεν βρήκε λογική εξήγηση στο πλαίσιο της θεωρίας της παγκόσμιας βαρύτητας του Νεύτωνα, αλλά υπολογίστηκε με ακρίβεια με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας.
Η ηλιακή έκλειψη που συνέβη το 1919 έδωσε την ευκαιρία για μια ακόμη απόδειξη της γενικής σχετικότητας. Ο Άρθουρ Έντινγκτον, ο οποίος αστειευόμενος αποκαλούσε τον εαυτό του το δεύτερο άτομο από τα τρία που καταλαβαίνουν τα βασικά της θεωρίας της σχετικότητας, επιβεβαίωσε τις αποκλίσεις που προέβλεψε ο Αϊνστάιν όταν τα φωτόνια του φωτός πέρασαν κοντά στο αστέρι: τη στιγμή της έκλειψης, μια μετατόπιση του φαινομένου η θέση ορισμένων αστεριών έγινε αισθητή.
Ένα πείραμα για την ανίχνευση της επιβράδυνσης του ρολογιού ή της βαρυτικής μετατόπισης στο κόκκινο προτάθηκε από τον ίδιο τον Αϊνστάιν, μεταξύ άλλων στοιχείων της γενικής σχετικότητας. Μόνο αργότερα για πολλά χρόνιαΉταν δυνατή η προετοιμασία του απαραίτητου πειραματικού εξοπλισμού και η διεξαγωγή αυτού του πειράματος. Η βαρυτική μετατόπιση των συχνοτήτων ακτινοβολίας από τον εκπομπό και τον δέκτη, χωρισμένα σε ύψος, αποδείχθηκε ότι ήταν εντός των ορίων που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα και οι φυσικοί του Χάρβαρντ Robert Pound και Glen Rebka, που διεξήγαγαν αυτό το πείραμα, στη συνέχεια αύξησαν μόνο την ακρίβεια του μετρήσεις και ο τύπος της θεωρίας της σχετικότητας πάλι αποδείχθηκε σωστός.
Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι πάντα παρούσα στην αιτιολόγηση των πιο σημαντικών έργων εξερεύνησης του διαστήματος. Εν συντομία, μπορούμε να πούμε ότι έχει γίνει ένα εργαλείο μηχανικής για ειδικούς, ιδιαίτερα αυτούς που εργάζονται με συστήματα δορυφορικής πλοήγησης - GPS, GLONASS κ.λπ. Είναι αδύνατο να υπολογιστούν οι συντεταγμένες ενός αντικειμένου με την απαιτούμενη ακρίβεια, ακόμη και σε σχετικά μικρό χώρο, χωρίς να ληφθούν υπόψη οι επιβραδύνσεις του σήματος που προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα. Ειδικά όταν μιλάμε για αντικείμενα που χωρίζονται από κοσμικές αποστάσεις, όπου το σφάλμα στην πλοήγηση μπορεί να είναι τεράστιο.
Δημιουργός της θεωρίας της σχετικότητας
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ακόμη νεαρός όταν δημοσίευσε τις αρχές της θεωρίας της σχετικότητας. Στη συνέχεια, οι ελλείψεις και οι ασυνέπειές του έγιναν σαφείς. Ειδικότερα, τα περισσότερα κύριο πρόβλημαΤο GTR έχει καταστεί αδύνατο να εξελιχθεί σε κβαντική μηχανική, καθώς η περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων χρησιμοποιεί αρχές που είναι ριζικά διαφορετικές μεταξύ τους. Η κβαντομηχανική εξετάζει την αλληλεπίδραση των αντικειμένων σε έναν ενιαίο χωροχρόνο, και για τον Αϊνστάιν αυτός ο ίδιος ο χώρος σχηματίζει τη βαρύτητα.
Γράφοντας τη "φόρμουλα όλων των πραγμάτων" - ενοποιημένη θεωρίαΈνα πεδίο που θα εξαφάνιζε τις αντιφάσεις της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής φυσικής ήταν ο στόχος του Αϊνστάιν για πολλά χρόνια, εργάστηκε σε αυτή τη θεωρία μέχρι την τελευταία ώρα, αλλά δεν πέτυχε. Τα προβλήματα της γενικής σχετικότητας έχουν γίνει κίνητρο για πολλούς θεωρητικούς να αναζητήσουν περισσότερα τέλεια μοντέλαειρήνη. Έτσι εμφανίστηκαν οι θεωρίες χορδών, η κβαντική βαρύτητα βρόχου και πολλά άλλα.
Η προσωπικότητα του συγγραφέα της Γενικής Σχετικότητας άφησε ένα σημάδι στην ιστορία συγκρίσιμο με τη σημασία για την επιστήμη της ίδιας της θεωρίας της σχετικότητας. Ακόμα δεν αφήνει κανέναν αδιάφορο. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν αναρωτήθηκε γιατί δόθηκε τόση προσοχή σε αυτόν και στο έργο του από ανθρώπους που δεν είχαν καμία σχέση με τη φυσική. Χάρη στις προσωπικές του ιδιότητες, διάσημος εξυπνάδα, δραστήριος πολιτική θέσηκαι ακόμη και εκφραστική εμφάνιση, ο Αϊνστάιν έγινε ο πιο διάσημος φυσικός στη Γη, ο ήρωας πολλών βιβλίων, ταινιών και παιχνιδιών υπολογιστή.
Το τέλος της ζωής του περιγράφεται δραματικά από πολλούς: ήταν μοναχικός, θεωρούσε τον εαυτό του υπεύθυνο για την εμφάνιση του τρομερό όπλο, που έγινε απειλή για όλη τη ζωή στον πλανήτη, η ενοποιημένη θεωρία του πεδίου παρέμεινε μη ρεαλιστικό όνειρο, αλλά το καλύτερο αποτέλεσμα μπορούν να θεωρηθούν τα λόγια του Αϊνστάιν, που ειπώθηκαν λίγο πριν τον θάνατό του, ότι είχε ολοκληρώσει το έργο του στη Γη. Είναι δύσκολο να διαφωνήσεις με αυτό.
Ένα από τα μαργαριτάρια της επιστημονικής σκέψης στην τιάρα της ανθρώπινης γνώσης με την οποία μπήκαμε στον 21ο αιώνα είναι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (εφεξής GTR). Αυτή η θεωρία έχει επιβεβαιωθεί από αμέτρητα πειράματα, θα πω περισσότερα, δεν υπάρχει ούτε ένα πείραμα όπου οι παρατηρήσεις μας θα διέφεραν έστω και λίγο, έστω και λίγο, από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Εντός των ορίων της εφαρμογής του, φυσικά.
Σήμερα θέλω να σας πω τι είδους θηρίο είναι αυτή η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Γιατί είναι τόσο δύσκολο και γιατί Οντωςείναι τόσο απλή. Όπως ήδη καταλαβαίνετε, η εξήγηση θα πάει στα δάχτυλά σας™, λοιπόν, σας ζητώ να μην κρίνετε πολύ αυστηρά για πολύ ελεύθερες ερμηνείες και όχι εντελώς σωστές αλληγορίες. Θέλω να διαβάσει κάποιος αυτήν την εξήγηση φιλάνθρωπος, χωρίς καμία γνώση του διαφορικού λογισμού και της επιφανειακής ολοκλήρωσης, ήταν σε θέση να κατανοήσει τα βασικά της γενικής σχετικότητας. Εξάλλου, ιστορικά αυτό είναι ένα από τα πρώτα επιστημονικές θεωρίες, αρχίζουν να απομακρύνονται από τη συνηθισμένη καθημερινή ανθρώπινη εμπειρία. Με τη Νευτώνεια μηχανική όλα είναι απλά, τρία δάχτυλα είναι αρκετά για να το εξηγήσουν - εδώ είναι η δύναμη, εδώ είναι η μάζα, εδώ είναι η επιτάχυνση. Εδώ είναι ένα μήλο που πέφτει στο κεφάλι σου (έχουν δει όλοι πώς πέφτουν τα μήλα;), εδώ είναι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης του, εδώ είναι οι δυνάμεις που δρουν πάνω του.
Με τη γενική σχετικότητα, δεν είναι όλα τόσο απλά - καμπυλότητα του χώρου, διαστολή βαρυτικού χρόνου, μαύρες τρύπες - όλα αυτά θα πρέπει να προκαλούν (και προκαλούν!) πολλές ασαφείς υποψίες σε έναν απροετοίμαστο άνθρωπο - μπλέκεις με τα αυτιά μου, φίλε; Ποιες είναι οι καμπυλότητες του χώρου; Ποιος είδε αυτές τις στρεβλώσεις, από πού προέρχονται, πώς μπορεί να φανταστεί κανείς κάτι τέτοιο;
Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.
Όπως γίνεται κατανοητό από το όνομα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η ουσία της είναι αυτή γενικά, όλα στον κόσμο είναι σχετικά.Αστείο. Όχι πραγματικά όμως.
Η ταχύτητα του φωτός είναι η ποσότητα σε σχέση με την οποία όλα τα άλλα πράγματα στον κόσμο είναι σχετικά. Οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς είναι ίσο, ανεξάρτητα από το πού κινούνται, ανεξάρτητα από το τι κάνουν, ακόμη και να περιστρέφονται στη θέση τους, ακόμη και να κινούνται με επιτάχυνση (η οποία είναι σοβαρό πλήγμαστα σπλάχνα του Νεύτωνα και του Γαλιλαίου, που πίστευαν ότι μόνο ομοιόμορφα και ευθύγραμμα κινούμενα συστήματα αναφοράς θα μπορούσαν να είναι σχετικά και ίσα, και ακόμη και τότε μόνο στο πλαίσιο της στοιχειώδους μηχανικής) - ούτως ή άλλως, μπορείτε πάντα να βρείτε έξυπνο κόλπο(επιστημονικά αυτό λέγεται μετασχηματισμός συντεταγμένων), με τη βοήθεια του οποίου θα είναι δυνατή η ανώδυνη μετάβαση από το ένα πλαίσιο αναφοράς στο άλλο, πρακτικά χωρίς να χάνεται τίποτα στην πορεία.
Ένα αξίωμα βοήθησε τον Αϊνστάιν να φτάσει σε ένα τέτοιο συμπέρασμα (επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω - μια λογική δήλωση που λαμβάνεται για την πίστη χωρίς απόδειξη λόγω του προφανούς της) «για την ισότητα της βαρύτητας και της επιτάχυνσης». (Προσοχή, υπάρχει μεγάλη απλοποίηση της διατύπωσης εδώ, αλλά μέσα γενικό περίγραμμαΑυτό είναι σωστό - η ισοδυναμία των επιπτώσεων της ομοιόμορφα επιταχυνόμενης κίνησης και της βαρύτητας βρίσκεται στην καρδιά της Γενικής Σχετικότητας).
Αποδείξτε αυτό το αξίωμα, ή τουλάχιστον διανοητικά γευτείτε τοαρκετά απλό. Καλώς ήρθατε στο Einstein Elevator.
Η ιδέα αυτού του πειράματος σκέψης είναι ότι αν είσαστε κλειδωμένοι σε ένα ασανσέρ χωρίς παράθυρα και πόρτες, τότε δεν υπάρχει ο παραμικρός, απολύτως ούτε ένας τρόπος να μάθετε σε ποια κατάσταση βρίσκεστε: είτε το ασανσέρ συνεχίζει να στέκεται όπως είναι στάθηκε στο επίπεδο του ισογείου, και εσείς (και όλα τα άλλα περιεχόμενα του ανελκυστήρα) ενεργείτε η συνήθης δύναμη έλξης, δηλ. η δύναμη της βαρύτητας της Γης ή ολόκληρος ο πλανήτης Γη αφαιρέθηκε από κάτω από τα πόδια σας και ο ανελκυστήρας άρχισε να ανεβαίνει προς τα πάνω, με επιτάχυνση ίση με την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης σολ=9,8m/s 2.
Ό,τι κι αν κάνετε, ανεξάρτητα από τα πειράματα που πραγματοποιείτε, όποιες μετρήσεις και αν κάνετε γύρω από αντικείμενα και φαινόμενα, είναι αδύνατο να γίνει διάκριση μεταξύ αυτών των δύο καταστάσεων και στην πρώτη και στη δεύτερη περίπτωση, όλες οι διαδικασίες στο ασανσέρ θα γίνονται ακριβώς το ίδιο.
Ο αναγνώστης με έναν αστερίσκο (*) πιθανότατα γνωρίζει έναν δύσκολο τρόπο να ξεφύγει από αυτή τη δυσκολία. Παλιρροϊκές δυνάμεις. Εάν ο ανελκυστήρας είναι πολύ (πολύ, πολύ) μεγάλος, πλάτος 300 χιλιομέτρων, είναι θεωρητικά δυνατό να διακρίνουμε τη βαρύτητα από την επιτάχυνση μετρώντας τη δύναμη της βαρύτητας (ή το μέγεθος της επιτάχυνσης, δεν ξέρουμε ακόμα ποια είναι ποια) σε διαφορετικές άκρα του ανελκυστήρα. Ένας τέτοιος τεράστιος ανελκυστήρας θα συμπιεστεί ελαφρώς από τις παλιρροϊκές δυνάμεις στη διατομή και θα τεντωθεί ελαφρά από αυτές στο διαμήκη επίπεδο. Αλλά αυτά είναι ήδη κόλπα. Εάν ο ανελκυστήρας είναι αρκετά μικρός, δεν θα μπορείτε να ανιχνεύσετε τυχόν παλιρροϊκές δυνάμεις. Ας μην μιλάμε λοιπόν για θλιβερά πράγματα.
Συνολικά, σε ένα αρκετά μικρό ασανσέρ μπορούμε να το υποθέσουμε η βαρυτητα και η επιταχυνση ειναι το ιδιο πραγμα. Φαίνεται ότι η ιδέα είναι προφανής, και μάλιστα ασήμαντη. Τι είναι τόσο νέο ή περίπλοκο εδώ, θα πείτε, ακόμη και ένα παιδί πρέπει να το καταλάβει! Ναι, κατ 'αρχήν, τίποτα περίπλοκο. Δεν ήταν ο Αϊνστάιν που το εφηύρε αυτό.
Ο Αϊνστάιν αποφάσισε να μάθει πώς θα συμπεριφερόταν μια δέσμη φωτός σε ένα τέτοιο ασανσέρ. Αλλά αυτή η ιδέα είχε πολύ εκτεταμένες συνέπειες, τις οποίες κανείς δεν σκέφτηκε σοβαρά μέχρι το 1907. Θέλω να πω, για να είμαι ειλικρινής, πολλοί το σκέφτηκαν, αλλά μόνο ένας αποφάσισε να εμπλακεί τόσο βαθιά.
Ας φανταστούμε ότι φωτίζουμε έναν φακό στον Αϊνστάιν στο νοητικό μας ασανσέρ. Μια ακτίνα φωτός πέταξε έξω από τον ένα τοίχο του ανελκυστήρα, από το σημείο 0) και πέταξε παράλληλα με το πάτωμα προς τον απέναντι τοίχο. Ενώ ο ανελκυστήρας είναι ακίνητος, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η φωτεινή δέσμη θα χτυπήσει στον απέναντι τοίχο ακριβώς απέναντι από το σημείο εκκίνησης 0), δηλ. θα φτάσει στο σημείο 1). Οι ακτίνες του φωτός ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή, όλοι πήγαν σχολείο, όλοι το έμαθαν αυτό στο σχολείο, το ίδιο και ο νεαρός Albertik.
Είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ότι αν το ασανσέρ ανέβαινε, τότε κατά τη διάρκεια του χρόνου που η δέσμη πετούσε στην καμπίνα, θα είχε χρόνο να κινηθεί λίγο προς τα πάνω.
Και αν ο ανελκυστήρας κινείται με ομοιόμορφη επιτάχυνση, τότε η δέσμη θα χτυπήσει στον τοίχο στο σημείο 2), δηλαδή όταν το βλέπει κανείς από το πλάιθα φανεί ότι το φως κινήθηκε σαν σε παραβολή.
Λοιπόν, είναι ξεκάθαρο αυτό Οντωςδεν υπάρχει παραβολή. Το δοκάρι πέταξε ευθεία και εξακολουθεί να πετάγεται. Απλώς ενώ πετούσε στην ευθεία του, το ασανσέρ κατάφερε να ανέβει λίγο, οπότε εδώ είμαστε Φαίνεταιότι η δέσμη κινήθηκε σε παραβολή.
Όλα είναι υπερβολικά και υπερβολικά φυσικά. Ένα πείραμα σκέψης, γιατί το φως μας πετά αργά και οι ανελκυστήρες πηγαίνουν γρήγορα. Δεν υπάρχει τίποτα ιδιαίτερα δροσερό εδώ, όλα αυτά πρέπει επίσης να είναι κατανοητά σε κάθε μαθητή. Μπορείτε να κάνετε ένα παρόμοιο πείραμα στο σπίτι. Απλά πρέπει να βρείτε «πολύ αργές δέσμες» και καλούς, γρήγορους ανελκυστήρες.
Αλλά ο Αϊνστάιν ήταν πραγματικά μια ιδιοφυΐα. Σήμερα πολλοί άνθρωποι τον μαλώνουν, σαν να είναι κανείς και τίποτα απολύτως, κάθισε στο γραφείο ευρεσιτεχνιών του, ύφαινε τις εβραϊκές του συνωμοσίες και έκλεψε ιδέες από πραγματικούς φυσικούς. Οι περισσότεροι από αυτούς που το λένε αυτό δεν καταλαβαίνουν καθόλου ποιος είναι ο Αϊνστάιν και τι έκανε για την επιστήμη και την ανθρωπότητα.
Ο Αϊνστάιν είπε - αφού «η βαρύτητα και η επιτάχυνση είναι ισοδύναμες» (το επαναλαμβάνω για άλλη μια φορά, δεν είπε ακριβώς αυτό, σκόπιμα υπερβάλλω και απλοποιώ), σημαίνει ότι με την παρουσία ενός βαρυτικού πεδίου (για παράδειγμα, κοντά στο πλανήτης Γη), το φως θα πετάξει επίσης όχι σε ευθεία γραμμή, αλλά κατά μήκος μιας καμπύλης. Η βαρύτητα θα κάμψει τη δέσμη φωτός.
Που από μόνο του ήταν απόλυτη αίρεση για εκείνη την εποχή. Οποιοσδήποτε αγρότης πρέπει να γνωρίζει ότι τα φωτόνια είναι σωματίδια χωρίς μάζα. Αυτό σημαίνει ότι το φως «δεν ζυγίζει» τίποτα. Ως εκ τούτου, το φως δεν πρέπει να ενδιαφέρεται για τη βαρύτητα δεν πρέπει να «έλκεται» από τη Γη, καθώς έλκονται πέτρες, μπάλες και βουνά. Αν κάποιος θυμάται τον τύπο του Νεύτωνα, η βαρύτητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των σωμάτων και ευθέως ανάλογη με τις μάζες τους. Εάν μια ακτίνα φωτός δεν έχει μάζα (και το φως πραγματικά δεν έχει), τότε δεν πρέπει να υπάρχει έλξη! Εδώ οι σύγχρονοι άρχισαν να κοιτάζουν λοξά τον Αϊνστάιν με καχυποψία.
Και αυτός, η μόλυνση, πήγε ακόμα πιο μακριά. Λέει ότι δεν θα σπάσουμε τα κεφάλια των αγροτών. Ας πιστέψουμε τους αρχαίους Έλληνες (γεια σας, αρχαίοι Έλληνες!), αφήστε το φως να απλωθεί όπως πριν αυστηρά σε ευθεία γραμμή. Ας υποθέσουμε καλύτερα ότι ο ίδιος ο χώρος γύρω από τη Γη (και κάθε σώμα με μάζα) κάμπτεται. Και όχι μόνο τρισδιάστατος χώρος, αλλά τετραδιάστατος χωροχρόνος.
Εκείνοι. Το φως πετούσε σε ευθεία γραμμή και εξακολουθεί να πετάει. Μόνο που αυτή η ευθεία γραμμή δεν σχεδιάζεται τώρα σε ένα αεροπλάνο, αλλά βρίσκεται σε ένα είδος τσαλακωμένης πετσέτας. Και σε 3D επίσης. Και είναι η στενή παρουσία της μάζας που τσαλακώνει αυτή την πετσέτα. Λοιπόν, πιο συγκεκριμένα η παρουσία ενέργειας-ορμής, για την απόλυτη ακρίβεια.
Όλα σε αυτόν - «Άλμπερτικ, οδηγείς, σταμάτα με το όπιο το συντομότερο δυνατό, γιατί το LSD δεν έχει εφευρεθεί ακόμα, και σίγουρα δεν θα σου φαινόταν κάτι τέτοιο στο κεφάλι σου! τι λες;»
Και ο Αϊνστάιν είπε: «Θα σου δείξω ξανά!»
Κλειστήκατε στον λευκό σας πύργο (στο γραφείο ευρεσιτεχνιών, εννοώ) και ας προσαρμόσουμε τα μαθηματικά στις ιδέες. Πίεσα για 10 χρόνια μέχρι να γεννήσω αυτό:
Πιο συγκεκριμένα, αυτή είναι η πεμπτουσία αυτού που γέννησε. Στην πιο λεπτομερή έκδοση υπάρχουν 10 ανεξάρτητοι τύποι, και στην πλήρη έκδοση υπάρχουν δύο σελίδες μαθηματικών συμβόλων σε μικρά γράμματα.
Εάν αποφασίσετε να παρακολουθήσετε ένα πραγματικό μάθημα Γενικής Σχετικότητας, εδώ εισαγωγικό μέροςτελειώνει και στη συνέχεια θα πρέπει να ακολουθήσουν δύο εξάμηνα μελέτης σκληρής γλώσσας. Και για να προετοιμαστείτε να μελετήσετε αυτά τα μαθηματικά, χρειάζεστε τουλάχιστον άλλα τρία χρόνια ανώτερων μαθηματικών, δεδομένου ότι έχετε ολοκληρώσει γυμνάσιοκαι είναι ήδη εξοικειωμένοι με τον διαφορικό και ολοκληρωτικό λογισμό.
Χέρι στην καρδιά, το ματάν εκεί δεν είναι τόσο περίπλοκο όσο κουραστικό. Ο λογισμός τανυστών στον ψευδο-Ριμάν χώρο δεν είναι ένα πολύ συγκεχυμένο θέμα για κατανόηση. Δεν πρόκειται για κβαντική χρωμοδυναμική ή, Θεός φυλάξοι, όχι για θεωρία χορδών. Όλα είναι ξεκάθαρα εδώ, όλα είναι λογικά. Εδώ είναι ένα διάστημα Riemann, εδώ είναι μια πολλαπλότητα χωρίς σπασίματα ή πτυχώσεις, εδώ είναι ένας μετρικός τανυστής, εδώ είναι ένας μη εκφυλισμένος πίνακας, γράψτε τύπους για τον εαυτό σας και εξισορροπήστε τους δείκτες, βεβαιωθείτε ότι οι συμμεταβλητές και οι αντίθετες αναπαραστάσεις των διανυσμάτων και στις δύο πλευρές του η εξίσωση αντιστοιχούν μεταξύ τους. Δεν είναι δύσκολο. Είναι μακρύ και κουραστικό.
Αλλά ας μην πάμε σε τέτοια μήκη και ας επιστρέψουμε στα δάχτυλά μας™. Κατά τη γνώμη μας, με απλό τρόπο, ο τύπος του Αϊνστάιν σημαίνει περίπου το εξής. Αριστερά από το πρόσημο ίσου στον τύπο είναι ο τανυστής του Αϊνστάιν συν ο συμμεταβλητός μετρικός τανυστής και η κοσμολογική σταθερά (Λ). Αυτό το λάμδα είναι ουσιαστικά σκοτεινή ενέργειαπου έχουμε ακόμα και σήμερα δεν ξέρουμε τίποτα, αλλά αγαπάμε και σεβόμαστε. Και ο Αϊνστάιν δεν το γνωρίζει ακόμα. Υπάρχει ένα εδώ ενδιαφέρουσα ιστορίααντάξια μιας ολόκληρης ξεχωριστής ανάρτησης.
Με λίγα λόγια, όλα στα αριστερά του ίσου δείχνουν πώς αλλάζει η γεωμετρία του χώρου, δηλ. πώς λυγίζει και στρίβει υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Και στα δεξιά, εκτός από τις συνήθεις σταθερές όπως π , ταχύτητα φωτός ντο και σταθερά βαρύτητας σολ υπάρχει μια επιστολή Τ- τανυστής ενέργειας-ορμής. Με όρους Lammer, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αυτή είναι η διαμόρφωση του τρόπου με τον οποίο η μάζα κατανέμεται στο διάστημα (ακριβέστερα, ενέργεια, επειδή ποια μάζα ή ενέργεια είναι η ίδια πλατεία εμτσέ) για να δημιουργήσουμε τη βαρύτητα και να κάμψουμε το χώρο με αυτήν ώστε να αντιστοιχεί στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης.
Αυτή, καταρχήν, είναι ολόκληρη η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας στα δάχτυλά σας™.
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 τα φυσικά φαινόμενα, εκτός από ένα σημείο: τη στιγμή που ο Αϊνστάιν συνέταξε τη θεωρία, δεν ήταν ακόμη γνωστό για τη διαστολή του Σύμπαντος και ακόμη και την ύπαρξη άλλων γαλαξιών, επομένως επιστήμονες εκείνης της εποχής πίστευε ότι το Σύμπαν υπήρχε επ' αόριστον 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.
Δεν βρίσκουμε φαινόμενο για αυτό καλύτερη εξήγηση, 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 διαστολή τους ως αποτέλεσμα 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 συμπίπτουν τέλεια, αυτό μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός «σταυρού του Αϊνστάιν» ή «κύκλου Αϊνστάιν» σε αστρονομικές εικόνες μακρινών αντικειμένων.
Μεταξύ των προβλέψεων της θεωρίας ήταν 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 μια δέσμη φωτός που εκπέμπεται από ένα τεράστιο σώμα πηγαίνει στο το κόκκινο τμήμα του φάσματος λόγω της απώλειας ενέργειας του για τη συνάρτηση εργασίας της εξόδου από το «πηγάδι βαρύτητας»), καθώς και τα βαρυτικά κύματα (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.
Ακόμη και στα τέλη του 19ου αιώνα, οι περισσότεροι επιστήμονες έτειναν στην άποψη ότι η φυσική εικόνα του κόσμου ήταν βασικά κατασκευασμένη και θα παρέμενε ακλόνητη στο μέλλον - μόνο οι λεπτομέρειες έμειναν να διευκρινιστούν. Αλλά στις πρώτες δεκαετίες του εικοστού αιώνα, οι φυσικές απόψεις άλλαξαν ριζικά. Αυτό ήταν συνέπεια του «καταρράκτη» επιστημονικές ανακαλύψειςφτιαγμένο σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα ιστορική περίοδος, καλύπτοντας τα τελευταία χρόνια του 19ου αιώνα και τις πρώτες δεκαετίες του 20ού αιώνα, πολλά από τα οποία δεν ταιριάζουν εντελώς στην κατανόηση της συνηθισμένης ανθρώπινης εμπειρίας. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμαμπορεί να χρησιμεύσει ως η θεωρία της σχετικότητας, που δημιουργήθηκε από τον Albert Einstein (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 SRT, 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 Γαλιλαίου (δηλώνει το ίδιο πράγμα, αλλά όχι για όλους τους νόμους της φύσης, αλλά μόνο για τους νόμους της κλασικής μηχανικής, αφήνοντας ανοιχτή ερώτησησχετικά με τη δυνατότητα εφαρμογής της αρχής της σχετικότητας στην οπτική και την ηλεκτροδυναμική) σε οποιαδήποτε φυσική. Διαβάζει: Ολοι φυσικές διεργασίεςυπό 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 μέγιστη 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 εγκυρότητά 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, που έχει μια αδρανή 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, πραγματοποιήθηκαν νέα πειράματα στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα: δοκιμάστηκε η ισοδυναμία αδρανειακών και βαρυτικών μαζών (συμπεριλαμβανομένης της εμβέλειας με λέιζερ της Σελήνης).
χρησιμοποιώντας ραντάρ, διευκρινίστηκε η κίνηση του περιηλίου του Ερμή. Η βαρυτική εκτροπή των ραδιοκυμάτων από τον Ήλιο μετρήθηκε και ραντάρ εκτελέστηκε στους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος. την επίδραση του βαρυτικού πεδίου του Ήλιου στις ραδιοεπικοινωνίες με διαστημόπλοια, που πήγαν στους μακρινούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος κ.λπ. Όλοι τους, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις που ελήφθησαν 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 -φορά; σχετικότητα μάζας και ενέργειας. ισοδυναμία βαρέων και αδρανών μαζών.
Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας με φιλοσοφικό σημείοΤο όραμα είναι να διαπιστωθεί η εξάρτηση των χωροχρονικών ιδιοτήτων του περιβάλλοντος κόσμου από τη θέση και την κίνηση των βαρυτικών μαζών. Είναι χάρη στην επιρροή των σωμάτων
Με μεγάλες μάζεςτα μονοπάτια των ακτίνων φωτός είναι λυγισμένα. 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 σε μικρές περιοχές του χωροχρόνου. Η βασική διαφορά μεταξύ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας και των θεμελιωδών που προηγήθηκαν φυσικές θεωρίεςστην απόρριψη μιας σειράς παλιών εννοιών και στη 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.
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 της κίνησης και κινούνται ομοιόμορφα.
Οι νόμοι του SRT παύουν να ισχύουν όταν ένα από τα σώματα αλλάξει την τροχιά του ή αυξήσει την ταχύτητά του. Εδώ λαμβάνει χώρα η γενική θεωρία της σχετικότητας (GTR), δίνοντας γενική ερμηνείακίνηση 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 19ουαιώνες 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 τους προσθέσουμε μια άλλη διάσταση, που ονομάζεται χρόνος, 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, στην οποία Ηλεκτρονική ενέργεια; m - μάζα σώματος, γ - ταχύτηταδιάδοση του φωτός.
Η μάζα ενός σώματος αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της ταχύτητας του φωτός. Αν φτάσετε στην 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, δηλ. 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.