Тэд энэ онолыг дэлхий дээр ердөө гуравхан хүн ойлгодог гэж хэлсэн бөгөөд математикчид түүнээс гарах зүйлийг тоогоор илэрхийлэхийг оролдоход зохиолч өөрөө Альберт Эйнштейн одоо ч үүнийг ойлгохоо больсон гэж хошигножээ.
Тусгай болон ерөнхий онолхарьцангуйн онол бол ертөнцийн бүтцийн талаарх орчин үеийн шинжлэх ухааны үзэл баримтлалд үндэслэсэн сургаалын салшгүй хэсэг юм.
"Гайхамшгийн жил"
1905 онд Германы шинжлэх ухааны тэргүүлэх хэвлэл "Annalen der Physik" ("Физикийн он тоолол") нь Холбооны патентын 3-р зэрэглэлийн шинжээчээр ажилладаг 26 настай Альберт Эйнштейний дөрвөн өгүүллийг дараалан хэвлүүлжээ. Берн дэх оффис. Тэрээр өмнө нь тус сэтгүүлтэй хамтран ажиллаж байсан ч нэг жилийн дотор ийм олон бүтээл хэвлүүлсэн нь ер бусын үйл явдал байв. Тэр болгонд агуулагдаж буй санааны үнэ цэнийг тодорхой болгосноор бүр ч гайхалтай болсон.
Өгүүллийн эхний хэсэгт гэрлийн квант шинж чанар, шингээлт, ялгарах үйл явцын талаар санал бодлоо илэрхийлсэн. цахилгаан соронзон цацраг. Үүний үндсэн дээр фотоэлектрик эффектийг анх тайлбарлав - гэрлийн фотоноор тасарсан бодисоор электрон ялгаруулж, энэ тохиолдолд ялгарах энергийн хэмжээг тооцоолох томъёог санал болгов. 1922 онд Эйнштэйн харьцангуйн онолын постулатуудын төлөө бус харин квант механикийн эхлэл болсон фотоэлектрик эффектийн онолын боловсруулалтын төлөө л шагнагджээ. Нобелийн шагналфизикт.
Өөр нэг өгүүлэл нь шингэнд түдгэлзсэн жижиг хэсгүүдийн Брауны хөдөлгөөнийг судалсны үндсэн дээр физик статистикийн хэрэглээний чиглэлүүдийн үндэс суурийг тавьсан юм. Эйнштейн хэлбэлзлийн хэв маягийг хайх аргуудыг санал болгосон - физик хэмжигдэхүүнүүдийн хамгийн боломжит утгуудаас эмх замбараагүй, санамсаргүй хазайлт.
Эцэст нь "Хөдөлгөөнт биеийн электродинамикийн тухай", "Биеийн инерци нь түүний энергийн агууламжаас хамаардаг уу?" Физикийн түүхэнд Альберт Эйнштейний харьцангуйн онол, эс тэгвээс түүний эхний хэсэг болох харьцангуйн тусгай онол гэж нэрлэгдэх үр хөврөлийг агуулсан байв.
Эх сурвалж ба өмнөх эх сурвалжууд
IN XIX сүүлзуунд олон физикчид ингэж боддог байсан дэлхийн асуудлуудОрчлон ертөнц шийдэгдэж, гол нээлтүүд хийгдэж, хүн төрөлхтөн зөвхөн хуримтлуулсан мэдлэгээ ашиглан техникийн дэвшлийг хүчтэй хурдасгахад л үлдлээ. Онолын цөөн хэдэн зөрчилдөөн нь Ньютоны өөрчлөгдөөгүй хуулиудын дагуу амьдардаг, эфирээр дүүрсэн Орчлон ертөнцийн эв нэгдэлтэй дүр зургийг сүйтгэсэн.
Максвеллийн онолын судалгаагаар эв найрамдал алдагдсан. Түүний цахилгаан соронзон орны харилцан үйлчлэлийг тодорхойлсон тэгшитгэлүүд нь сонгодог механикийн нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн хуулиудтай зөрчилдөж байв. Энэ нь Галилейгийн харьцангуйн зарчим ажиллахаа болих үед динамик лавлагааны систем дэх гэрлийн хурдыг хэмжихтэй холбоотой байв - гэрлийн хурдаар хөдөлж байх үед ийм системүүдийн харилцан үйлчлэлийн математик загвар нь цахилгаан соронзон долгион алга болоход хүргэсэн.
Үүнээс гадна бөөмс ба долгион, макро болон бичил ертөнцийн нэгэн зэрэг оршихуйг эвлэрүүлэх ёстой байсан эфирийг илрүүлэх боломжгүй байв. 1887 онд Альберт Мишельсон, Эдвард Морли нарын хийсэн туршилт нь "эфирийн салхи" -ыг илрүүлэх зорилготой байсан бөгөөд үүнийг зайлшгүй өвөрмөц төхөөрөмж - интерферометрээр бүртгэх шаардлагатай байв. Туршилт бүтэн жил үргэлжилсэн - Дэлхий Нарыг бүрэн тойрон эргэх үе. Уг гараг зургаан сарын турш эфирийн урсгалын эсрэг хөдөлж, эфир нь зургаан сарын турш дэлхийн "дарвуулт онгоцонд үлээх" ёстой байсан боловч үр дүн нь тэг байв: эфирийн нөлөөн дор гэрлийн долгионы шилжилт хөдөлгөөн ... илрээгүй нь эфирийн оршин тогтнох үнэнд эргэлзээ төрүүлж байна.
Лоренц, Пуанкаре нар
Физикчид эфир илрүүлэх туршилтын үр дүнгийн тайлбарыг олохыг оролдсон. Хендрик Лоренц (1853-1928) өөрийн математик загварыг санал болгосон. Энэ нь орон зайг эфирээр дүүргэх үйл явцыг сэргээсэн боловч зөвхөн эфирээр хөдөлж байх үед объектууд хөдөлгөөний чиглэлд агшиж болно гэсэн маш болзолт бөгөөд зохиомол таамаглалын дор л байсан. Энэ загварыг агуу Анри Пуанкаре (1854-1912) өөрчилсөн.
Эдгээр хоёр эрдэмтний бүтээлүүдэд харьцангуйн онолын үндсэн постулатуудыг бүрдүүлсэн ойлголтууд анх удаа гарч ирсэн бөгөөд энэ нь Эйнштейний хулгайн тухай буруутгахыг зогсоох боломжийг олгодоггүй. Эдгээрт нэгэн зэрэг байх тухай ойлголтын уламжлалт байдал, гэрлийн тогтмол хурдны таамаглал орно. Пуанкаре өндөр хурдтай үед Ньютоны механикийн хуулиудыг дахин боловсруулах шаардлагатайг хүлээн зөвшөөрч, хөдөлгөөн бол харьцангуйн онол боловч эфирийн онолд хэрэглэгдэхүйц гэж дүгнэсэн.
Харьцангуйн тусгай онол - SRT
Цахилгаан соронзон үйл явцыг зөв тайлбарлахтай холбоотой асуудал нь онолын боловсруулалтын сэдвийг сонгох сэдэл болсон бөгөөд Эйнштейний 1905 онд хэвлэгдсэн нийтлэлүүд нь тусгай тохиолдлын тайлбарыг агуулсан байв. шулуун шугаман хөдөлгөөн. 1915 он гэхэд таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарласан харьцангуйн ерөнхий онол үүссэн боловч анхны онолыг тусгай гэж нэрлэжээ.
Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолыг хоёр үндсэн постулат хэлбэрээр товч хэлж болно. Эхнийх нь Галилейгийн харьцангуйн зарчмын үйлчлэлийг зөвхөн механик процесст бус бүх физик үзэгдлүүдэд хүргэдэг. Илүү их ерөнхий хэлбэрЭнэ нь: Бүх физик хуулиуд нь бүх инерцийн (шулуун шугамаар жигд хөдөлж байгаа эсвэл тайван) жишиг хүрээний хувьд ижил байна.
Харьцангуйн тусгай онолыг агуулсан хоёр дахь мэдэгдэл: вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурд нь бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байна. Дараа нь илүү олон нийтийн дүгнэлтийг хийж байна: гэрлийн хурд нь байгаль дахь харилцан үйлчлэлийн хурдны хамгийн дээд утга юм.
STR-ийн математик тооцоололд E=mc² томьёог өгсөн бөгөөд энэ нь өмнө нь физик хэвлэлд гарч байсан боловч Эйнштейний ачаар шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн алдартай, алдартай болсон юм. Масс ба энергийн тэнцүү байдлын талаархи дүгнэлт нь харьцангуйн онолын хамгийн хувьсгалт томьёо юм. Масстай аливаа объектыг агуулдаг ойлголт их хэмжээнийэрчим хүч нь цөмийн энергийг ашиглах хөгжлийн үндэс суурь болж, юуны түрүүнд атомын бөмбөг гарч ирэхэд хүргэсэн.
Тусгай харьцангуйн онолын үр нөлөө
Харьцангуй нөлөө гэж нэрлэгддэг STR-ээс хэд хэдэн үр дагавар гарч ирдэг. Цаг хугацааг сунгах нь хамгийн гайхалтай зүйл юм. Үүний мөн чанар нь хөдөлж буй лавлагааны хүрээнд байх явдал юм цаг гүйж байнаудаан. Тооцооллоос харахад Альфа Центаврын одны систем рүү 0.95 c (c бол гэрлийн хурд) хурдтай таамаглаж буй сансрын хөлөг дээр 7.3 жил, Дэлхий дээр 12 жил өнгөрөх болно. Даммигийн харьцангуйн онол, мөн түүнтэй холбоотой ихэр парадоксыг тайлбарлахдаа ийм жишээг ихэвчлэн өгдөг.
Өөр нэг нөлөө нь шугаман хэмжээсийг багасгах явдал юм, өөрөөр хэлбэл ажиглагчийн үүднээс c-тэй ойролцоо хурдтай хөдөлж буй объектууд хөдөлгөөний чиглэлд өөрийн уртаас бага шугаман хэмжээстэй байх болно. Харьцангуй физикийн таамагласан энэхүү нөлөөг Лоренцын агшилт гэж нэрлэдэг.
Харьцангуй кинематикийн хуулиудын дагуу хөдөлж буй объектын масс нь түүний тайван массаас их байдаг. Энэ нөлөө нь анхан шатны бөөмсийг судлах хэрэгсэл боловсруулахад онцгой ач холбогдолтой болдог - үүнийг тооцохгүйгээр LHC (Том Адрон Коллайдер) -ийн ажиллагааг төсөөлөхөд хэцүү байдаг.
Орон зайн цаг
Нэг нь чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд SRT нь нэгэн цагт Альберт Эйнштейний шавийн математикийн багшаар ажиллаж байсан Германы математикч Херман Минковскигийн санал болгосон нэгдмэл орон зай-цаг хугацааны тусгай ойлголт болох харьцангуй кинематикийн график дүрслэл юм.
Минковскийн загварын мөн чанар нь харилцан үйлчилж буй объектуудын байрлалыг тодорхойлох цоо шинэ хандлага юм. Харьцангуйн тусгай онол нь цаг хугацааны асуудалд анхаарлаа хандуулдаг Онцгой анхаарал. Цаг хугацаа нь сонгодог гурван хэмжээст координатын системийн дөрөв дэх координат биш, харин конус хэлбэрээр графикаар илэрхийлэгдсэн орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй хэлбэрийг авдаг орон зайн салшгүй шинж чанар юм; үүнд бүх харилцан үйлчлэл тохиолддог.
Харьцангуйн онолын ийм орон зай нь илүү ерөнхий шинж чанартай болж хөгжсөн нь хожим муруйлтад өртсөн бөгөөд энэ нь таталцлын харилцан үйлчлэлийг дүрслэхэд тохиромжтой загварыг бий болгосон.
Онолын цаашдын хөгжил
SRT нь физикчдийн дунд шууд ойлголцол олж чадаагүй боловч аажмаар энэ нь ертөнцийг, ялангуяа энгийн бөөмсийн ертөнцийг дүрслэх гол хэрэгсэл болж, физикийн шинжлэх ухааны судалгааны гол сэдэв болжээ. Гэхдээ таталцлын хүчний тайлбар бүхий SRT-ийг нөхөх ажил маш яаралтай байсан бөгөөд Эйнштейн харьцангуйн ерөнхий онол - GTR-ийн зарчмуудыг сайжруулж, ажлаа зогсоосонгүй. Эдгээр зарчмуудыг математикийн боловсруулалт хийхэд нэлээд урт хугацаа буюу 11 жил орчим үргэлжилсэн бөгөөд үүнд физиктэй холбоотой нарийн шинжлэх ухааны салбарын мэргэжилтнүүд оролцов.
Ийнхүү тухайн үеийн тэргүүлэх математикч Дэвид Хилберт (1862-1943) асар их хувь нэмэр оруулсан бөгөөд тэрээр таталцлын талбайн тэгшитгэлийн хамтран зохиогчдын нэг болсон юм. Тэд харьцангуйн ерөнхий онол буюу GTR гэсэн нэрийг авсан үзэсгэлэнтэй барилгыг барих сүүлчийн чулуу байв.
Харьцангуйн ерөнхий онол - Харьцангуйн ерөнхий онол
Таталцлын талбайн орчин үеийн онол, "орон зай-цаг" бүтцийн онол, "орон зай-цаг хугацааны" геометр, инерцийн бус тайлангийн систем дэх физик харилцан үйлчлэлийн хууль - энэ бүхэн янз бүрийн нэрсАльберт Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолоор хангагдсан байдаг.
Таталцлын тухай физикийн шинжлэх ухаан, янз бүрийн хэмжээтэй объект, талбайн харилцан үйлчлэлийн талаархи үзэл бодлыг удаан хугацаанд тодорхойлсон бүх нийтийн таталцлын онол. Хачирхалтай нь, түүний гол дутагдал нь түүний мөн чанарын биет бус, хуурмаг, математик шинж чанар байв. Од, гаригуудын хооронд хоосон зай, таталцал байсан селестиел биетүүдЭнэ нь тодорхой хүчнүүдийн алсын зайн үйлчлэлээр, мөн үүнтэй зэрэгцэн агшин зуурын үйлчлэлээр тайлбарлагджээ. Альберт Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлыг физик агуулгаар дүүргэж, түүнийг янз бүрийн материаллаг биетүүдийн шууд холбоо гэж танилцуулсан.
Таталцлын геометр
Эйнштейн таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарласан гол санаа нь маш энгийн. Тэрээр орон зай-цаг хугацааг таталцлын хүчний физик илэрхийлэл гэж тунхаглаж, эргэн тойронд ийм муруйлт үүссэн объектын массаас хамаардаг хэмжигдэхүүн ба хэв гажилт зэрэг мэдэгдэхүйц шинж тэмдгүүдээр хангагдсан байдаг. Нэгэн цагт Эйнштейн орчлон ертөнцийн онолд эфирийн тухай ойлголтыг орон зайг дүүргэдэг уян материаллаг орчин болгон буцаахыг уриалж байсан. Тэрээр ваум гэж хэлж болох олон шинж чанартай бодисыг нэрлэхэд хэцүү гэж тайлбарлав.
Тиймээс таталцал нь дөрвөн хэмжээст орон зай-цаг хугацааны геометрийн шинж чанаруудын илрэл бөгөөд үүнийг STR-д муруй биш гэж тодорхойлсон боловч илүү ерөнхий тохиолдолд энэ нь муруйлтаар хангагдсан байдаг бөгөөд энэ нь материаллаг объектуудын хөдөлгөөнийг тодорхойлдог бөгөөд тэдгээр нь ижил утгатай байдаг. Эйнштейний тунхагласан эквивалент зарчмын дагуу хурдатгал.
Харьцангуйн онолын энэхүү үндсэн зарчим нь Ньютоны бүх нийтийн таталцлын онолын олон "саг хүзүү"-ийг тайлбарладаг: зарим одон орны үзэгдлийн үед асар том сансрын биетүүдийн дэргэдүүр өнгөрөхөд ажиглагдсан гэрлийн гулзайлтын шинж тэмдэг, эртний хүмүүсийн тэмдэглэснээр уналтын хурдатгал. биеийн массаас үл хамааран.
Орон зайн муруйлтыг загварчлах
Даммигийн харьцангуйн ерөнхий онолыг тайлбарлахад ашигладаг нийтлэг жишээ бол орон зай-цаг хугацааг трамплин хэлбэрээр дүрслэх явдал юм - харилцан үйлчлэлцдэг объектуудыг дуурайлган объектуудыг (ихэнхдээ бөмбөг) байрлуулсан уян нимгэн мембран юм. Хүнд бөмбөг нь мембраныг нугалж, эргэн тойронд юүлүүр үүсгэдэг. Гадаргуугаар хөөрсөн жижиг бөмбөг таталцлын хуулийн дагуу бүрэн хөдөлж, илүү их биетүүдээс үүссэн хотгор руу аажмаар эргэлддэг.
Гэхдээ ийм жишээ нь нэлээд уламжлалт юм. Бодит орон зай-цаг хугацаа нь олон хэмжээст, түүний муруйлт нь тийм ч энгийн харагддаггүй боловч таталцлын харилцан үйлчлэлийн үүсэх зарчим, харьцангуйн онолын мөн чанар тодорхой болно. Ямар ч байсан таталцлын онолыг илүү логик, уялдаатай тайлбарлах таамаглал хараахан гараагүй байна.
Үнэний нотолгоо
Харьцангуйн ерөнхий онол нь орчин үеийн физикийг бий болгох хүчирхэг үндэс суурь гэж хурдан ойлгогдож эхлэв. Харьцангуйн онол анхнаасаа зохицол, зохицолоороо мэргэжилтнүүдийг гайхшруулаад зогсохгүй гарч ирснийхээ дараа удалгүй ажиглалтаар батлагдаж эхэлсэн.
Наранд хамгийн ойр байрлах цэг - перигелион - Буд гаригийн тойрог зам бусад гаригуудын тойрог замтай харьцуулахад аажмаар шилждэг. нарны систем, 19-р зууны дунд үед нээгдсэн. Энэхүү хөдөлгөөн - прецесс - Ньютоны бүх нийтийн таталцлын онолын хүрээнд үндэслэлтэй тайлбарыг олж чадаагүй боловч харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн дээр үнэн зөв тооцоолсон.
1919 онд болсон нар хиртэлт харьцангуйн ерөнхий онолын өөр нэг нотлох боломжийг олгосон. Харьцангуйн онолын үндсийг ойлгодог гурвын хоёр дахь хүн гэж хошигнож өөрийгөө нэрлэсэн Артур Эддингтон одны ойролцоо гэрлийн фотонууд өнгөрөх үед Эйнштейний таамагласан хазайлтыг баталжээ: хиртэх мөчид харагдах байдал өөрчлөгдсөн. Зарим оддын байрлал мэдэгдэхүйц болсон.
Цагийн удаашрал эсвэл таталцлын улаан шилжилтийг илрүүлэх туршилтыг харьцангуйн ерөнхий онолын бусад нотолгооны дунд Эйнштейн өөрөө санал болгосон. Зөвхөн дараа нь урт жилүүдШаардлагатай туршилтын тоног төхөөрөмжийг бэлтгэж, энэ туршилтыг хийх боломжтой байсан. Өндөр ялгаруулагч ба хүлээн авагчаас цацрагийн давтамжийн таталцлын шилжилт нь харьцангуйн ерөнхий онолын таамагласан хязгаарт багтаж байсан бөгөөд энэ туршилтыг хийсэн Харвардын физикч Роберт Паунд, Глен Ребка нар дараа нь зөвхөн нарийвчлалыг нэмэгдүүлсэн. хэмжилт хийж, харьцангуйн онолын томъёо дахин зөв болсон.
Эйнштейний харьцангуйн онол сансар судлалын хамгийн чухал төслүүдийг зөвтгөхөд үргэлж байдаг. Товчхондоо, энэ нь мэргэжилтнүүд, ялангуяа хиймэл дагуулын навигацийн системүүд - GPS, ГЛОНАСС гэх мэт ажилладаг хүмүүст зориулсан инженерийн хэрэгсэл болсон гэж хэлж болно. Харьцангуй ерөнхий онолоор урьдчилан таамагласан дохионы удаашралыг тооцохгүйгээр харьцангуй жижиг орон зайд ч гэсэн объектын координатыг шаардлагатай нарийвчлалтайгаар тооцоолох боломжгүй юм. Ялангуяа бид сансрын зайгаар тусгаарлагдсан объектуудын тухай ярьж байгаа бол навигацийн алдаа асар их байж болно.
Харьцангуйн онолыг бүтээгч
Альберт Эйнштейн харьцангуйн онолын зарчмуудыг нийтлэхдээ залуу байхдаа. Дараа нь түүний дутагдал, үл нийцэл нь түүнд тодорхой болсон. Ялангуяа хамгийн их гол асуудалТаталцлын харилцан үйлчлэлийн тодорхойлолт нь бие биенээсээ эрс ялгаатай зарчмуудыг ашигладаг тул GTR нь квант механик болж хөгжих боломжгүй болсон. Квант механик нь нэг орон зай-цаг хугацааны объектуудын харилцан үйлчлэлийг авч үздэг бөгөөд Эйнштейний хувьд энэ орон зай өөрөө таталцлыг бүрдүүлдэг.
"Бүх зүйлийн томьёо" бичих - нэгдсэн онолхарьцангуйн ерөнхий онол ба квант физикийн зөрчилдөөнийг арилгах салбар бол Эйнштейний олон жилийн зорилго байсан бөгөөд сүүлийн нэг цаг хүртэл энэ онол дээр ажилласан боловч амжилтанд хүрч чадаагүй юм. Харьцангуйн ерөнхий онолын асуудлууд олон онолчдод илүү ихийг эрэлхийлэх хөшүүрэг болсон төгс загваруудамар амгалан. Утасны онол, давталтын квант таталцал болон бусад олон зүйл ингэж гарч ирсэн.
Харьцангуйн ерөнхий онолын зохиогчийн хувийн шинж чанар нь түүхэнд харьцангуйн онолын шинжлэх ухаанд чухал ач холбогдолтой ул мөр үлдээжээ. Тэр хэнийг ч хайхрамжгүй орхидоггүй хэвээр байна. Эйнштейн өөрөө яагаад физиктэй ямар ч холбоогүй хүмүүс өөрт нь болон түүний ажилд маш их анхаарал хандуулдагийг гайхаж байв. Түүний хувийн чанар, алдартай оюун ухаан, идэвхтэй байдлын ачаар улс төрийн байр суурьТэр ч байтугай илэрхий дүр төрхөөрөө Эйнштейн дэлхийн хамгийн алдартай физикч, олон ном, кино, компьютер тоглоомын баатар болжээ.
Түүний амьдралын төгсгөлийг олон хүн эрс дүрсэлсэн байдаг: тэр ганцаардмал байсан тул өөрийгөө гадаад төрх байдалд нь хариуцдаг гэж үздэг аймшигтай зэвсэгДэлхий дээрх бүх амьдралд аюул заналхийлж байсан түүний нэгдмэл талбайн онол хэвээр үлджээ бодит бус мөрөөдөл, гэхдээ хамгийн сайн үр дүн гэж Эйнштейний нас барахынхаа өмнөхөн дэлхий дээрх даалгавраа биелүүлсэн гэж хэлсэн үг гэж үзэж болно. Үүнтэй маргахад хэцүү.
21-р зуунд хөл тавьсан хүн төрөлхтний танин мэдэхүйн хэлхээ дэх шинжлэх ухааны сэтгэлгээний нэг сувд бол Харьцангуйн ерөнхий онол (цаашид ГТР гэх) юм. Энэ онолыг тоо томшгүй олон туршилтаар нотолсон, би цааш нь хэлье, бидний ажиглалт харьцангуйн ерөнхий онолын таамаглалаас бага зэрэг, бүр бага зэрэг ялгаатай байх ганц ч туршилт байхгүй; Хэрэглэх боломжийнхоо хүрээнд мэдээж хэрэг.
Өнөөдөр би энэ Харьцангуйн ерөнхий онол ямар араатан болохыг хэлмээр байна. Яагаад ийм хэцүү, яагаад Үнэндээтэр маш энгийн. Та аль хэдийн ойлгосноор тайлбар явах болно хуруугаараа™, тиймээс би та бүхнээс маш чөлөөтэй тайлбар, зүйрлэлийг бүрэн зөв биш гэж хатуу шүүмжлэхгүй байхыг хүсч байна. Энэ тайлбарыг хэн ч уншаасай гэж хүсч байна хүмүүнлэгийн, дифференциал тооцоолол болон гадаргуугийн интегралчлалын талаар ямар ч мэдлэггүй байсан тул харьцангуйн ерөнхий онолын үндсийг ойлгож чадсан. Эцсийн эцэст энэ нь түүхэн дэх анхныхуудын нэг юм шинжлэх ухааны онолууд, хүний өдөр тутмын ердийн туршлагаас холдож эхэлсэн. Ньютоны механикийн хувьд бүх зүйл энгийн, үүнийг тайлбарлахад гурван хуруу хангалттай - энд хүч, энд масс, энд хурдатгал байна. Таны толгой дээр алим унаж байна (алим хэрхэн унаж байгааг бүгд харсан уу?), Энд түүний чөлөөт уналтын хурдатгал, энд үйлчилж буй хүчнүүд байна.
Харьцангуйн ерөнхий онолын хувьд бүх зүйл тийм ч энгийн зүйл биш юм - сансрын муруйлт, таталцлын цаг хугацааны тэлэлт, хар нүх - энэ бүхэн бэлтгэлгүй хүнд маш их тодорхойгүй сэжиг төрүүлэх ёстой (мөн тэгэх болно!) - чи миний чихэнд хутгалдаж байна уу, хонгор минь? Орон зайн муруйлтууд юу вэ? Эдгээр гажуудлыг хэн харсан, тэд хаанаас гардаг вэ, ийм зүйлийг яаж төсөөлж болох вэ?
Үүнийг ойлгохыг хичээцгээе.
Харьцангуйн ерөнхий онолын нэрнээс ойлгож байгаачлан түүний мөн чанар нь үүнд оршдог Ер нь дэлхий дээрх бүх зүйл харьцангуй юм.Хошигнол. Үнэхээр тийм биш.
Гэрлийн хурд гэдэг нь дэлхий дээрх бусад бүх зүйл харьцангуй байдаг хэмжигдэхүүн юм. Тэд хаана ч хөдөлж, юу хийж байгаагаас үл хамааран, тэр ч байтугай байрандаа эргэлдэж, тэр ч байтугай хурдатгалтай хөдөлж байгаагаас үл хамааран аливаа лавлагааны хүрээ тэнцүү байна (энэ нь ноцтой цохилтЗөвхөн жигд, шулуун шугаман хөдөлж буй лавлагаа системүүд харьцангуй бөгөөд тэнцүү байж болно гэж боддог байсан Ньютон, Галилео нарын зүрх сэтгэлд, тэр ч байтугай зөвхөн анхан шатны механикийн хүрээнд) - ямар ч байсан та үргэлж олж чадна. ухаалаг заль мэх(шинжлэх ухааны үүднээс үүнийг гэж нэрлэдэг координатын хувиргалт), үүний тусламжтайгаар замдаа юу ч алдахгүйгээр нэг жишиг хүрээнээс нөгөө рүү өвдөлтгүй шилжих боломжтой болно.
Эйнштейн ийм дүгнэлтэд хүрэхэд нэгэн постулат тусалсан (би танд сануулъя - илэрхий байдгаас шалтгаалж нотлох баримтгүйгээр итгэл дээр авсан логик мэдэгдэл) "Таталцал ба хурдатгалын тэгш байдлын тухай". (Анхаараарай, энд үг хэллэгийг маш хялбаршуулсан байна, гэхдээ дотор ерөнхий тоймЭнэ нь зөв - жигд хурдассан хөдөлгөөн ба таталцлын үр нөлөөний тэнцүү байх нь харьцангуйн ерөнхий онолын гол цөмд байдаг).
Энэ постулатыг, эсвэл ядаж оюун санааны хувьд нотол амтлахнэлээд энгийн. Эйнштейний цахилгаан шатанд тавтай морил.
Энэхүү бодлын туршилтын санаа нь хэрэв та цонх, хаалгагүй лифтэнд түгжигдсэн байсан бол ямар нөхцөл байдалд байгаагаа мэдэх өчүүхэн ч, туйлын ганц арга зам байхгүй: эсвэл лифт өмнөх шигээ зогсох болно. доод давхрын түвшинд зогсож байсан бөгөөд та (болон лифтний бусад бүх агуулгыг) таталцлын ердийн хүч, өөрөөр хэлбэл. дэлхийн таталцлын хүч буюу дэлхий бүхэлдээ таны хөл доороос салж, лифт чөлөөт уналтын хурдатгалтай тэнцэх хурдатгалтайгаар дээшээ дээшилж эхлэв. g=9.8м/с 2 .
Та юу ч хийсэн, ямар ч туршилт хийсэн, хүрээлэн буй объект, үзэгдлийн хэмжилтээс үл хамааран эдгээр хоёр нөхцөл байдлыг ялгах боломжгүй бөгөөд эхний болон хоёр дахь тохиолдолд лифт дэх бүх процессууд яг адилхан явагдана.
Одтой (*) уншигч энэ бэрхшээлээс гарах нэг арга замыг мэддэг байх. Түрлэгийн хүч. Хэрэв лифт нь маш (маш, маш) том, 300 километрийн өргөнтэй бол таталцлын хүчийг (эсвэл хурдатгалын хэмжээ, аль нь болохыг бид хараахан мэдэхгүй байна) хэмжих замаар таталцлыг хурдатгалаас ялгах онолын хувьд боломжтой юм. лифтний төгсгөлүүд. Ийм асар том цахилгаан шатыг хөндлөн огтлолын дагуу түрлэгийн хүчээр бага зэрэг шахаж, уртааш хавтгайд бага зэрэг сунгана. Гэхдээ эдгээр нь аль хэдийн заль мэх юм. Хэрэв лифт хангалттай жижиг бол та түрлэгийн хүчийг илрүүлэх боломжгүй болно. Тиймээс гунигтай зүйл ярихаа больё.
Нийтдээ нэлээн жижиг цахилгаан шатанд бид үүнийг тооцож болно таталцал ба хурдатгал нь ижил зүйл юм. Энэ санаа нь ойлгомжтой, бүр өчүүхэн мэт санагдаж байна. Энд юу нь тийм шинэ юмуу төвөгтэй юм бэ, та үүнийг хүүхэд хүртэл ойлгох ёстой гэж хэлж болно! Тиймээ, зарчмын хувьд ямар ч төвөгтэй зүйл байхгүй. Үүнийг Эйнштейн зохион бүтээгээгүй;
Эйнштейн ийм цахилгаан шатанд гэрлийн туяа хэрхэн ажиллахыг олж мэдэхээр шийджээ. Гэхдээ энэ санаа нь 1907 он хүртэл хэн ч нухацтай бодож байгаагүй маш том үр дагавартай байв. Үнэнийг хэлэхэд, олон хүн энэ тухай бодож байсан ч ганцхан хүн ийм гүнзгий оролцохоор шийдсэн.
Бид оюун санааны цахилгаан шатанд Эйнштэйн дээр гар чийдэн асгаж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Цахилгаан шатны нэг хананаас 0) цэгээс гэрлийн туяа нисч, эсрэг талын хана руу шалан дээр параллель нисэв. Цахилгаан шат зогсож байх үед гэрлийн цацраг нь эхлэх цэгийн эсрэг талын хананд 0 тусна гэж үзэх нь логик юм. 1-р цэг дээр ирнэ). Гэрлийн туяа шулуун шугамаар дамждаг, бүгд сургуульд явсан, тэд бүгд сургуульд сурч байсан, залуу Альбертик ч мөн адил.
Хэрэв лифт дээшээ гарсан бол туяа бүхээг дээгүүр нисч байх үед бага зэрэг дээшээ хөдлөх цаг гарна гэдгийг таахад хялбар байдаг.
Хэрэв лифт жигд хурдатгалтай хөдөлж байвал цацраг нь 2-р цэг дээр хананд хүрнэ), өөрөөр хэлбэл хажуу талаас нь харахадгэрэл парабола шиг хөдөлж байгаа мэт санагдах болно.
За энэ нь ойлгомжтой Үнэндээпарабол байхгүй. Цацраг шулуун ниссэн хэвээр байна. Зүгээр л шулуун шугамаараа нисч байх үед лифт бага зэрэг дээшилж чадсан тул бид энд байна. бололтойцацраг нь параболоор хөдөлсөн.
Мэдээжийн хэрэг бүх зүйл хэтрүүлсэн, хэтрүүлсэн. Бидний гэрэл яагаад удаан нисч, цахилгаан шат хурдан явдаг тухай бодлын туршилт. Энд онцгой сайхан зүйл алга, энэ бүхэн сургуулийн сурагчдад ойлгомжтой байх ёстой. Та гэртээ ижил төстэй туршилт хийж болно. Та зүгээр л "маш удаан цацраг" болон сайн, хурдан цахилгаан шатыг олох хэрэгтэй.
Гэхдээ Эйнштейн үнэхээр суут ухаантан байсан. Өнөөдөр олон хүн түүнийг хэн ч биш, юу ч биш юм шиг загнаж, патентын газартаа сууж, еврейчүүдийн хуйвалдааныг нэхэж, санаагаа хулгайлсан. жинхэнэ физикчид. Үүнийг хэлж байгаа хүмүүсийн ихэнх нь Эйнштейнийг хэн бэ, шинжлэх ухаан, хүн төрөлхтний төлөө юу хийснийг огт ойлгодоггүй.
Эйнштейн хэлэхдээ - "Таталцал ба хурдатгал нь тэнцүү" тул (би дахин давтан хэлье, тэр яг ингэж хэлээгүй, би зориудаар хэтрүүлж, хялбарчилж байна) энэ нь таталцлын талбар байгаа үед (жишээлбэл, тэнхлэгийн ойролцоо) гэсэн үг юм. Дэлхий гариг), гэрэл нь шулуун шугамаар биш, харин муруй дагуу ниснэ. Таталцал нь гэрлийн туяаг нугалах болно.
Энэ нь тухайн үеийн хувьд туйлын тэрс үзэл байсан юм. Фотон бол массгүй бөөмс гэдгийг ямар ч тариачин мэддэг байх ёстой. Энэ нь гэрэл юуг ч "жиндэггүй" гэсэн үг юм. Тиймээс чулуу, бөмбөлөг, уулс татагддаг тул гэрэл нь таталцлын талаар санаа зовох ёсгүй; Хэрэв хэн нэгэн Ньютоны томъёог санаж байвал таталцал нь биетүүдийн хоорондох зайны квадраттай урвуу, тэдгээрийн масстай шууд пропорциональ байна. Хэрэв гэрлийн туяа массгүй бол (мөн гэрэл үнэхээр байхгүй бол) таталцал байх ёсгүй! Энд үеийн хүмүүс Эйнштейнийг сэжиглэн хажуу тийш харж эхлэв.
Тэгээд тэр, халдвар, бүр цааш явсан. Тэр хэлэхдээ бид тариачдын толгойг хугалахгүй. Эртний Грекчүүдэд итгэцгээе (Сайн уу, эртний Грекчүүд!), Гэрэл өмнөх шигээ шулуун шугамаар тархацгаая. Дэлхийг тойрсон орон зай (мөн масстай аливаа бие) нугалж байна гэж бодъё. Зөвхөн гурван хэмжээст орон зай биш, харин дөрвөн хэмжээст орон зай цаг хугацаа.
Тэдгээр. Гэрэл шулуун шугамаар ниссэн, одоо ч ниссээр байна. Зөвхөн энэ шулуун шугамыг одоо онгоцон дээр биш, харин нэг төрлийн үрчийсэн алчуур дээр хэвтэж байна. Мөн 3D хэлбэрээр. Мөн энэ алчуурыг үрчийлгэх нь массын ойролцоо орших явдал юм. За, илүү нарийвчлалтай хэлэхэд эрчим хүчний импульс байгаа эсэх.
Бүх зүйл түүнд - "Альбертик, чи машин жолоодож байна, аль болох хурдан хар тамхины хэрэглээгээ зогсоо, учир нь LSD хараахан зохион бүтээгдээгүй байгаа бөгөөд та ямар ч нугарсан орон зай юм бэ! чи ярьж байна уу?"
Эйнштейн "Би чамд дахиад үзүүлье!"
Цагаан цамхагтаа өөрийгөө түгжиж (патентийн газар гэсэн үг) тэгээд математикийг санаандаа тохируулцгаая. Би үүнийг төрөх хүртлээ 10 жил зүтгэсэн:
Бүр тодруулбал, энэ бол түүний төрүүлсэн зүйлийн мөн чанар юм. Илүү нарийвчилсан хувилбарт бие даасан 10 томьёо байдаг бөгөөд бүрэн хувилбарт нь жижиг хэвлэсэн хоёр хуудас математикийн тэмдэгтүүд байдаг.
Хэрэв та харьцангуйн ерөнхий хичээлд суухаар шийдсэн бол эндээс танилцуулах хэсэгдуусч, дараа нь хатуу ширүүн хэл сурах хоёр семестр үргэлжлэх ёстой. Мөн энэ математикийг судлахад бэлтгэхийн тулд та дүүргэсэн гэж тооцвол дор хаяж гурван жилийн дээд математик хэрэгтэй. ахлах сургуульмөн дифференциал болон интегралын тооцоог аль хэдийн мэддэг болсон.
Тэнд байгаа матан нь уйтгартай байх шиг тийм ч төвөгтэй биш юм. Псевдо-Риманы орон зай дахь тензорын тооцоолол нь ойлгоход тийм ч ойлгомжгүй сэдэв биш юм. Энэ бол квантын хромодинамик биш, эсвэл бурхан хориглосон ч утсан онол биш юм. Энд бүх зүйл ойлгомжтой, бүх зүйл логик юм. Энд Риманы орон зай, энд тасархай, нугалаагүй олон талт, энд метрийн тензор, энд доройтдоггүй матриц энд байна. Өөртөө зориулж томьёо бичиж, индексүүдийг тэнцвэржүүлж, векторуудын ковариант болон контрвариант дүрслэлийг хоёр талдаа байгаа эсэхийг шалгаарай. тэгшитгэл нь хоорондоо тохирч байна. Энэ нь хэцүү биш юм. Энэ нь урт бөгөөд уйтгартай юм.
Гэхдээ ийм урт удаан явж болохгүй, эргээд орцгооё бидний хуруунд™. Бидний бодлоор энгийн байдлаар Эйнштейний томъёо нь ойролцоогоор дараах утгатай. Томъёоны тэнцүү тэмдгийн зүүн талд Эйнштейний тензор дээр нэмэх нь ковариант метрик тензор ба сансар судлалын тогтмол (Λ) байна. Энэ ламбда нь үндсэндээ юм хар энергиөнөөдрийг хүртэл бидэнд байгаа бид юу ч мэдэхгүй, гэхдээ бид хайрлаж хүндэлдэг. Эйнштейн энэ талаар хараахан мэдээгүй байна. Энд нэг байна сонирхолтой түүхбүхэл бүтэн тусдаа нийтлэл бичих нь зүйтэй.
Товчхондоо, тэнцүү тэмдгийн зүүн талд байгаа бүх зүйл нь орон зайн геометр хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг харуулдаг, өөрөөр хэлбэл. хүндийн хүчний нөлөөгөөр хэрхэн нугалж, эргэлддэг.
Мөн баруун талд нь ердийн тогтмолуудаас гадна гэх мэт π , гэрлийн хурд в болон таталцлын тогтмол Г захидал байна Т- энерги-моментийн тензор. Ламмерын хэллэгээр бид энэ нь массыг орон зайд хэрхэн хуваарилах (илүү нарийвчлалтай энерги, учир нь ямар масс эсвэл энерги ижил байдаг) тохиргоо гэж үзэж болно. emtse талбай) тэгшитгэлийн зүүн талд тохирохын тулд таталцлыг үүсгэж, орон зайг нугалах.
Энэ нь зарчмын хувьд харьцангуйн ерөнхий онол юм хуруугаараа™.
Лорд Келвин 1900 оны 4-р сарын 27-нд Их Британийн Хатан хааны институтэд хэлсэн үгэндээ: "Онолын физик бол эв нэгдэлтэй, бүрэн дүүрэн барилга юм. Физикийн цэлмэг тэнгэрт зөвхөн хоёр жижиг үүл байдаг - гэрлийн хурдны тогтмол байдал ба долгионы уртаас хамааран цацрагийн эрчмийн муруй. Эдгээр хоёр тодорхой асуулт удахгүй шийдэгдэж, 20-р зууны физикчдэд хийх зүйл үлдэхгүй гэж би бодож байна." Лорд Келвин физикийн судалгааны гол чиглэлүүдийг зааж өгсөн нь туйлын зөв байсан ч тэдгээрийн ач холбогдлыг зөв үнэлээгүй: харьцангуйн онол ба квант онол нь тэдгээрээс үүссэн судалгааны төгсгөлгүй орон зай болж хувирсан. зуу гаруй жилийн турш шинжлэх ухааны оюун ухаан.
Энэ нь таталцлын харилцан үйлчлэлийг тайлбарлаагүй тул Эйнштейн энэ онолын ерөнхий хувилбарыг боловсруулж дууссаны дараа удалгүй 1907-1915 оныг бүтээхэд зарцуулсан. Энэ онол нь энгийн бөгөөд байгалийн үзэгдлүүдтэй нийцсэн байдлаараа үзэсгэлэнтэй байсан бөгөөд нэг зүйлийг эс тооцвол: Эйнштейн онолыг эмхэтгэх үед ертөнцийн тэлэлт, тэр ч байтугай бусад галактикуудын оршин тогтнох тухай хараахан мэдэгдээгүй байсан тул тухайн үеийн эрдэмтэд Орчлон ертөнц хязгааргүй оршин тогтнож, хөдөлгөөнгүй байдаг гэж үздэг. Үүний зэрэгцээ Ньютоны бүх нийтийн таталцлын хуулиас үзэхэд тогтсон оддыг хэзээ нэгэн цагт зүгээр л нэг цэгт татах ёстой гэж үзсэн.
Үүнд ямар нэгэн үзэгдэл олдохгүй байна хамгийн сайн тайлбар, Эйнштейн өөрийн тэгшитгэлдээ оруулсан бөгөөд энэ нь тоогоор нөхөгдөж, физикийн хуулийг зөрчихгүйгээр хөдөлгөөнгүй ертөнц оршин тогтнох боломжийг олгосон юм. Дараа нь Эйнштейн сансар судлалын тогтмолыг өөрийн тэгшитгэлдээ оруулах нь онолын хувьд шаардлагагүй байсан бөгөөд тухайн үед хөдөлгөөнгүй мэт санагдахаас өөр зүйлээр батлагдаагүй байсан тул түүний хамгийн том алдаа гэж үзэж эхлэв. Мөн 1965 онд сансрын бичил долгионы арын цацрагийг нээсэн бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнц эхлэлтэй бөгөөд Эйнштейний тэгшитгэлийн тогтмол утга нь огт хэрэггүй болсон гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч сансар огторгуйн тогтмолыг 1998 онд олжээ: Хаббл телескопоос олж авсан мэдээллээр алс холын галактикууд таталцлын нөлөөгөөр тэлэлтийг удаашруулаагүй, тэр ч байтугай тэлэлтийг түргэсгэжээ.
Үндсэн онол
Харьцангуйн тусгай онолын үндсэн постулатуудаас гадна энд нэг шинэ зүйл нэмэгдсэн: Ньютоны механик материаллаг биетүүдийн таталцлын харилцан үйлчлэлийн тоон тооцоог өгсөн боловч энэ үйл явцын физикийг тайлбарлаагүй байна. Эйнштейн үүнийг асар том биетээр 4 хэмжээст орон зай-цаг хугацааны муруйлтаар дүрсэлж чадсан: бие нь эргэн тойрондоо эвдрэл үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд хүрээлэн буй биетүүд геодезийн шугамын дагуу хөдөлж эхэлдэг (ийм шугамын жишээ нь: дэлхийн өргөрөг, уртраг, дотоод ажиглагчийн хувьд шулуун шугам мэт санагддаг боловч бодит байдал дээр тэдгээр нь бага зэрэг муруй байдаг). Үүний нэгэн адил гэрлийн туяа унждаг бөгөөд энэ нь гажуудуулдаг харагдахуйц зурагасар том объектын ард. Объектуудын байрлал, массын амжилттай давхцах нь (орон зай-цаг хугацааны муруйлт нь асар том линз болж, алс холын гэрлийн эх үүсвэрийг илүү тод болгоход) хүргэдэг. Хэрэв параметрүүд нь төгс давхцахгүй бол энэ нь алс холын объектын одон орны зураг дээр "Эйнштейний загалмай" эсвэл "Эйнштейний тойрог" үүсэхэд хүргэдэг.
Онолын таамаглалуудын дунд таталцлын цагийн тэлэлт (их хэмжээний биет рүү ойртох үед энэ нь хурдатгалын улмаас цаг хугацааны тэлэлттэй адил биед үйлчилдэг), таталцлын (их биетээс ялгарах гэрлийн туяа орох үед) байв. спектрийн улаан хэсэг нь "таталцлын худаг"-аас гарах ажлын энергийг алдсаны улмаас), түүнчлэн таталцлын долгион (хөдөлгөөний явцад масстай аливаа биетээс үүсдэг орон зай-цаг хугацааны хямрал).
Онолын байдал
Харьцангуйн ерөнхий онолын анхны баталгааг 1915 онд хэвлэгдэн гарахдаа Эйнштейн өөрөө олж авсан: урьд өмнө Ньютоны механик ашиглан тайлбарлах боломжгүй байсан Мөнгөн усны перигелийн шилжилтийг туйлын нарийвчлалтай тодорхойлсон онол. Түүнээс хойш онолоор урьдчилан таамаглаж байсан бусад олон үзэгдлүүд илэрсэн боловч түүнийг нийтлэх үед илрүүлэхэд хэтэрхий сул байсан. Хамгийн сүүлийн үеийн ийм нээлт Энэ мөч 2015 оны 9-р сарын 14-нд таталцлын долгионыг нээсэн явдал юм.
19-р зууны төгсгөлд ч гэсэн ихэнх эрдэмтэд дэлхийн физик дүр төрхийг үндсэндээ бүтээсэн бөгөөд ирээдүйд хөдлөшгүй хэвээр байх болно гэсэн үзэл бодолтой байсан - зөвхөн нарийн ширийн зүйлийг тодруулах шаардлагатай байв. Гэвч 20-р зууны эхний арван жилд бие махбодийн үзэл бодол эрс өөрчлөгдсөн. Энэ нь "каскадын" үр дагавар байв. шинжлэх ухааны нээлтүүдмаш богино хугацаанд хийсэн түүхэн үе, 19-р зууны сүүлийн жилүүд болон 20-р зууны эхний арван жилүүдийг хамарсан бөгөөд ихэнх нь хүний энгийн туршлагыг ойлгоход бүрэн нийцэхгүй байв. Гайхалтай жишээАльберт Эйнштейний (1879-1955) бүтээсэн харьцангуйн онол байж болно.
Харьцангуйн онол- орон зай-цаг хугацааны физик онол, өөрөөр хэлбэл физик үйл явцын бүх нийтийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанарыг тодорхойлсон онол. Харьцангуйн зарчмын үүргийг онцлон тэмдэглэхийн тулд энэ нэр томъёог 1906 онд Макс Планк нэвтрүүлсэн.
тусгай харьцангуйн онолоор (мөн дараа нь харьцангуй ерөнхий онол).
Явцуу утгаараа харьцангуйн онолд тусгай болон ерөнхий харьцангуйн онол багтдаг. Харьцангуйн тусгай онол(цаашид - SRT) нь таталцлын талбарыг үл тоомсорлож болох судалгаанд хамаарах үйл явцыг хэлнэ; харьцангуйн ерөнхий онол(цаашид GTR гэх) нь Ньютоны онолыг нэгтгэсэн таталцлын онол юм.
Онцгой, эсвэл харьцангуйн тусгай онол
нь орон зай-цаг хугацааны бүтцийн онол юм. Үүнийг 1905 онд Альберт Эйнштейн "Хөдөлгөөнт биетүүдийн электродинамикийн тухай" бүтээлдээ анх танилцуулсан. Энэ онол нь хөдөлгөөн, механикийн хуулиуд, түүнчлэн тэдгээрийг тодорхойлдог орон зай-цаг хугацааны хамаарлыг хөдөлгөөний ямар ч хурдаар тайлбарладаг.
түүний дотор гэрлийн хурдтай ойролцоо байдаг. Ньютоны сонгодог механик
SRT-ийн хүрээнд энэ нь бага хурдны ойролцоо үзүүлэлт юм.
Альберт Эйнштейний амжилтын нэг шалтгаан нь онолын өгөгдлөөс илүү туршилтын өгөгдлийг чухалчилсан явдал юм. Олон тооны туршилтууд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн онолтой зөрчилдсөн үр дүнг илрүүлэхэд олон физикчид эдгээр туршилтыг буруу гэж үзсэн.
Альберт Эйнштейн бол туршилтын шинэ өгөгдөл дээр үндэслэн шинэ онолыг бүтээхээр шийдсэн анхны хүмүүсийн нэг юм.
19-р зууны төгсгөлд физикчид нууцлаг эфирийг хайж байсан - нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн таамаглалын дагуу гэрлийн долгион нь акустик долгион шиг тархах ёстой бөгөөд тархалт нь агаар шаарддаг өөр орчин буюу хатуу, шингэн эсвэл хий. Эфир байдаг гэдэгт итгэх итгэл нь гэрлийн хурд нь эфиртэй харьцуулахад ажиглагчийн хурдаас хамаарч өөр өөр байх ёстой гэсэн итгэл үнэмшилд хүргэсэн. Альберт Эйнштейн эфирийн тухай ойлголтыг орхиж, бүх физик хуулиуд, түүний дотор гэрлийн хурд нь ажиглагчийн хурдаас үл хамааран өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна гэж туршилтаас харж болно.
SRT нь янз бүрийн инерцийн лавлагааны хүрээнүүдийн хоорондох хөдөлгөөнийг хэрхэн тайлбарлахыг тайлбарлав - энгийнээр хэлбэл, түүнтэй хамт хөдөлдөг объектууд. тогтмол хурдбие биетэйгээ холбоотой. Эйнштейн хоёр биет тогтмол хурдтай хөдөлж байх үед тэдгээрийн аль нэгийг нь үнэмлэхүй лавлагааны хүрээ болгон авахын оронд тэдгээрийн хөдөлгөөнийг бие биенээсээ харьцангуйгаар авч үзэх хэрэгтэй гэж тайлбарлав. Тиймээс хэрэв хоёр сансрын нисэгч хоёр сансрын хөлөг дээр нисч байгаа бөгөөд ажиглалтаа харьцуулахыг хүсч байвал тэдний мэдэх ёстой цорын ганц зүйл бол бие биентэйгээ харьцуулахад хурд юм.
Харьцангуйн тусгай онол нь хөдөлгөөн нь шулуун, жигд байх үед зөвхөн нэг онцгой тохиолдлыг (иймээс нэр нь) авч үздэг.
Альберт Эйнштейн үнэмлэхүй хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжгүйд үндэслэн бүх инерцийн лавлагааны системүүд тэнцүү гэж дүгнэсэн. Тэрээр харьцангуйн тусгай онол (STR) хэмээх орон зай, цаг хугацааны шинэ онолын үндэс болсон хамгийн чухал хоёр постулатыг томъёолжээ.
1. Эйнштейний харьцангуйн зарчим - Энэ зарчим нь Галилейгийн харьцангуйн зарчмын ерөнхий ойлголт байсан (энэ нь ижил зүйлийг илэрхийлдэг, гэхдээ байгалийн бүх хуулиудад биш, зөвхөн сонгодог механикийн хуулиудад зориулагдсан. нээлттэй асуултоптик ба электродинамикийн харьцангуйн зарчмыг аливаа физикт хэрэглэх боломжийн тухай. Үүнд: Бүгд физик үйл явцижил нөхцөлд инерцийн лавлагааны систем (IRS) ижил аргаар явагдана. Энэ нь хаалттай ISO дотор хийгдсэн ямар ч физик туршилтууд нь тайван байдалд байгаа эсэхийг эсвэл жигд, шулуун хөдөлгөөнтэй эсэхийг тогтоох боломжгүй гэсэн үг юм. Тиймээс, бүх СТО нь бүрэн тэнцүү бөгөөд физикийн хуулиуд нь IFR-ийн сонголтын хувьд өөрчлөгддөггүй (өөрөөр хэлбэл эдгээр хуулиудыг илэрхийлсэн тэгшитгэлүүд нь бүх инерцийн лавлагааны системд ижил хэлбэртэй байдаг).
2. Гэрлийн хурдны тогтмол байдлын зарчим- вакуум дахь гэрлийн хурд тогтмол бөгөөд гэрлийн эх үүсвэр ба хүлээн авагчийн хөдөлгөөнөөс хамаардаггүй.. Энэ нь бүх чиглэлд, бүх инерцийн лавлагааны системд ижил байна. Вакуум дахь гэрлийн хурд нь байгаль дээрх хязгаарлагдмал хурд юм.Энэ бол дэлхийн тогтмол гэж нэрлэгддэг хамгийн чухал физик тогтмолуудын нэг юм.
SRT-ийн хамгийн чухал үр дагавар нь алдартай байсан Эйнштейний томъёо масс ба энергийн харилцааны тухай E=mc 2 (Үүнд C нь гэрлийн хурд) бөгөөд энэ нь орон зай, цаг хугацааны нэгдмэл байдлыг харуулсан бөгөөд массын концентраци, хөдөлгөөнөөс хамааран тэдгээрийн шинж чанарын хамтарсан өөрчлөлтөөр илэрхийлэгдэж, орчин үеийн физикийн мэдээллээр батлагдсан. Цаг хугацаа, орон зайг бие биенээсээ хамааралгүй авч үзэхээ больж, орон зай-цаг хугацааны дөрвөн хэмжээст тасралтгүй байдлын тухай санаа гарч ирэв.
Агуу физикчийн онолоор бол материаллаг биеийн хурд нэмэгдэж, гэрлийн хурд руу ойртох тусам масс нь мөн нэмэгддэг. Тэдгээр. Объект хурдан хөдлөх тусам хүнд болно. Хэрэв гэрлийн хурдад хүрвэл биеийн масс, түүнчлэн түүний энерги нь хязгааргүй болно. Биеийн жин их байх тусам түүний хурдыг нэмэгдүүлэх нь илүү хэцүү байдаг; Хязгааргүй масстай биеийг хурдасгахад хязгааргүй их энерги шаардагддаг тул материаллаг биетүүд гэрлийн хурдад хүрэх боломжгүй юм.
Харьцангуйн онолд "масс хадгалагдах ба энерги хадгалагдах хууль гэсэн хоёр хууль бие даасан хүчинтэй байдлаа алдаж, энерги буюу массын хадгалалтын хууль гэж нэрлэж болохуйц нэг хууль болгон нэгтгэсэн." Эдгээр хоёр ойлголтын үндсэн холболтын ачаар бодисыг энерги болгон хувиргаж, харин эсрэгээр энерги нь бодис болж хувирдаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол- Эйнштейний 1916 онд нийтэлсэн таталцлын онол 10 жил ажилласан. байна Цаашдын хөгжилхарьцангуйн тусгай онол. Хэрэв материаллаг бие хурдасч эсвэл хажуу тийшээ эргэх юм бол STR-ийн хууль үйлчлэхээ болино. Дараа нь GTR хүчин төгөлдөр болох бөгөөд энэ нь ерөнхий тохиолдолд материаллаг биеийн хөдөлгөөнийг тайлбарладаг.
Харьцангуйн ерөнхий онол нь таталцлын нөлөө нь бие ба талбайн хүчний харилцан үйлчлэлээс биш, харин тэдгээрийн байрлаж буй орон зай-цаг хугацааны хэв гажилтаас үүсдэг гэж үздэг. Энэ хэв гажилт нь зарим талаараа масс энерги байгаатай холбоотой юм.
Харьцангуй ерөнхий онол нь одоогоор хамгийн амжилттай таталцлын онол бөгөөд ажиглалтаар сайн нотлогдсон. GR нь SR-ийг хурдасгасан, өөрөөр хэлбэл. инерцийн бус систем. Харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн зарчмууд нь дараах байдалтай байна.
- таталцлын хүчийг үл тоомсорлож болох бүс нутагт гэрлийн хурдыг тогтмол байлгах зарчмыг хэрэглэх боломжийг хязгаарлах(таталцал ихтэй газар гэрлийн хурд удааширдаг);
- бүх хөдөлгөөнт системд харьцангуйн зарчмыг өргөтгөх(зөвхөн инерцийн биш).
GTR буюу таталцлын онолд энэ нь мөн инерцийн болон таталцлын массын эквивалент, эсвэл инерцийн болон таталцлын талбайн эквивалент байдлын туршилтын баримтаас үндэслэдэг.
Шинжлэх ухаанд эквивалентийн зарчим чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Инерцийн хүчний аливаа физик системд үзүүлэх нөлөөг бид үргэлж шууд тооцоолж чаддаг бөгөөд энэ нь таталцлын талбайн нөлөөг түүний гетероген байдлаас хийсвэрлэн мэдэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь ихэвчлэн маш бага байдаг.
Харьцангуйн ерөнхий онолоос хэд хэдэн чухал дүгнэлт гарсан.
1. Орон зай-цаг хугацааны шинж чанар нь хөдөлж буй бодисоос хамаардаг.
2. Инерцтэй, тиймээс таталцлын масстай гэрлийн цацраг нь таталцлын талбарт нугалж байх ёстой.
3. Таталцлын талбайн нөлөөн дор гэрлийн давтамж бага утгууд руу шилжих ёстой.
Удаан хугацааны туршид харьцангуйн ерөнхий онолын туршилтын нотолгоо бага байсан. Онол ба туршилтын хоорондын тохиролцоо нэлээд сайн боловч туршилтын цэвэр байдал нь янз бүрийн нарийн төвөгтэй гаж нөлөөгөөр зөрчигддөг. Гэсэн хэдий ч орон зайн муруйлтын нөлөөг дунд зэргийн таталцлын талбайд ч илрүүлж болно. Жишээлбэл, маш мэдрэмтгий цаг нь дэлхийн гадаргуу дээрх цаг хугацааны тэлэлтийг илрүүлж чаддаг. Харьцангуйн ерөнхий онолын туршилтын баазыг өргөжүүлэхийн тулд 20-р зууны хоёрдугаар хагаст шинэ туршилтууд хийгдсэн: инерцийн болон таталцлын массын эквивалентийг туршсан (үүнд сарны лазерын цацрагийн тусламжтайгаар);
радар ашиглан мөнгөн усны перигелийн хөдөлгөөнийг тодруулсан; нарны радио долгионы таталцлын хазайлтыг хэмжиж, нарны аймгийн гаригууд дээр радар хийсэн; нарны таталцлын талбайн радио холбоонд үзүүлэх нөлөө сансрын хөлөг, нарны аймгийн алс холын гаригууд руу явсан гэх мэт. Тэд бүгд харьцангуйн ерөнхий онолын үндсэн дээр олж авсан таамаглалыг ямар нэг байдлаар баталжээ.
Тиймээс харьцангуйн тусгай онол нь бүх физик систем дэх гэрлийн хурд, байгалийн ижил хуулиудын тогтмол байдлын талаархи постулатууд дээр суурилдаг бөгөөд үүний үндсэн үр дүн нь: орон зайн шинж чанарын харьцангуй байдал юм. - цаг хугацаа; масс ба энергийн харьцангуй байдал; хүнд ба идэвхгүй массын эквивалент.
Харьцангуйн ерөнхий онолын хамгийн чухал үр дүн философийн цэгАлсын хараа нь таталцлын массын байршил, хөдөлгөөнөөс хүрээлэн буй ертөнцийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанараас хамааралтай болохыг тогтоох явдал юм. Энэ нь бие махбодийн нөлөөний ачаар юм
-тай том массгэрлийн цацрагийн замууд нугалж байна. Иймээс ийм биетүүдийн үүсгэсэн таталцлын орон нь эцсийн эцэст дэлхийн орон зай-цаг хугацааны шинж чанарыг тодорхойлдог.
Харьцангуйн тусгай онол нь таталцлын талбайн үйлдлээс хийсвэрлэдэг тул түүний дүгнэлтийг зөвхөн орон зай-цаг хугацааны жижиг хэсгүүдэд ашиглах боломжтой. Харьцангуйн ерөнхий онол ба түүнээс өмнөх үндсэн онолуудын үндсэн ялгаа физикийн онолуудхэд хэдэн хуучин үзэл баримтлалаас татгалзаж, шинэ үзэл баримтлалыг боловсруулахад. Харьцангуйн ерөнхий онол сансар судлалд жинхэнэ хувьсгал хийсэн гэдгийг хэлэх нь зүйтэй байх. Үүний үндсэн дээр орчлон ертөнцийн янз бүрийн загварууд гарч ирэв.
Харьцангуйн тусгай онол (STR) буюу хэсэгчилсэн харьцангуйн онол нь Альберт Эйнштейний 1905 онд хэвлэгдсэн “Хөдөлгөөнт биетүүдийн электродинамикийн тухай” (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge) бүтээлд хэвлэгдсэн онол юм. 17. Seite 891-921 Juni 1905).
Энэ нь янз бүрийн инерцийн лавлах тогтолцооны хоорондох хөдөлгөөн эсвэл бие биенүүдийн хөдөлгөөнийг тогтмол хурдтайгаар тайлбарлав. Энэ тохиолдолд объектуудын алийг нь ч лавлагааны систем болгон авч болохгүй, гэхдээ тэдгээрийг бие биенээсээ харьцангуйгаар авч үзэх хэрэгтэй. SRT нь 2 бие нь хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчлөхгүй, жигд хөдөлдөг 1 тохиолдлыг л өгдөг.
Биеийн аль нэг нь замаа өөрчлөх эсвэл хурдыг нэмэгдүүлэх үед SRT-ийн хууль үйлчлэхээ болино. Энд харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) явагддаг, өгөх ерөнхий тайлбаробъектуудын хөдөлгөөн.
Харьцангуйн онол үндэслэсэн хоёр постулат:
- Харьцангуйн онолын зарчим-Түүний хэлснээр, өөр хоорондоо тогтмол хурдтайгаар хөдөлж, чиглэлээ өөрчилдөггүй байгаа бүх лавлах системд ижил хууль үйлчилдэг.
- Гэрлийн хурдны зарчим- Гэрлийн хурд нь бүх ажиглагчдад адилхан бөгөөд хөдөлгөөний хурдаас хамаардаггүй. Энэ бол хамгийн дээд хурд бөгөөд байгальд юу ч байхгүй илүү өндөр хурд. Гэрлийн хурд нь 3*10^8 м/с.
Альберт Эйнштейн онолын бус туршилтын өгөгдлүүдийг үндэс болгон ашигласан. Энэ бол түүний амжилтын нэг бүрэлдэхүүн хэсэг байв. Туршилтын шинэ өгөгдөл нь шинэ онолыг бий болгох үндэс суурь болсон.
Физикчид хамтран 19-р сарын дунд үеолон зуун жилийн турш эфир хэмээх шинэ нууцлаг орчинг хайж ирсэн. Эфир нь бүх объектоор дамжин өнгөрч чаддаг боловч хөдөлгөөнд оролцдоггүй гэж үздэг. Эфирийн талаарх итгэл үнэмшлийн дагуу үзэгчийн хурдыг эфиртэй харьцуулснаар гэрлийн хурд ч өөрчлөгддөг.
Эйнштейн туршилтанд итгэж, шинэ эфирийн орчны тухай ойлголтыг үгүйсгэж, гэрлийн хурд нь үргэлж тогтмол байдаг бөгөөд хүний өөрийнх нь хурд гэх мэт ямар ч нөхцөл байдлаас хамаардаггүй гэж үзсэн.
Цагийн интервал, зай, тэдгээрийн жигд байдал
Харьцангуйн тусгай онол нь цаг хугацаа, орон зайг холбодог. Материаллаг орчлонд орон зайд 3 зүйл байдаг: баруун ба зүүн, урагш ба хойшоо, дээш доош. Хэрэв бид тэдэнд цаг хугацаа гэж нэрлэгддэг өөр хэмжигдэхүүнийг нэмбэл энэ нь орон зай-цаг хугацааны тасралтгүй байдлын үндэс болно.
Хэрэв та удаан хурдтай хөдөлж байгаа бол таны ажиглалт илүү хурдан хөдөлж буй хүмүүстэй нэгдэхгүй.
Хожмын туршилтууд нь орон зайг цаг хугацааны нэгэн адил хүлээн авах боломжгүй гэдгийг баталсан: бидний ойлголт нь объектын хөдөлгөөний хурдаас хамаардаг.
Эрчим хүчийг масстай холбох
Эйнштейн энергийг масстай хослуулсан томъёог гаргаж ирэв. Энэ томъёог физикт өргөнөөр ашигладаг бөгөөд энэ нь оюутан бүрт мэддэг. E=m*c², үүнд Цахим эрчим хүч; m - биеийн жин, c - хурдгэрлийн тархалт.
Биеийн масс гэрлийн хурд нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг. Хэрэв та гэрлийн хурдад хүрвэл биеийн масс ба энерги хэмжээсгүй болно.
Объектын массыг нэмэгдүүлснээр түүний хурдыг нэмэгдүүлэхэд илүү хэцүү болдог, өөрөөр хэлбэл хязгааргүй асар их материаллаг масстай биед хязгааргүй энерги шаардагдана. Гэвч бодит байдал дээр үүнд хүрэх боломжгүй юм.
Эйнштейний онол нь массын байрлал, энергийн байрлал гэсэн хоёр тусдаа заалтыг нэг ерөнхий хууль болгон нэгтгэсэн. Энэ нь энергийг материаллаг масс болон эсрэгээр хувиргах боломжийг олгосон.