Relativitetsteorin - vad är det? De postulat av relativitetsteorin. Tid och rum i relativitetsteorin

Tillbaka i början av 20-talet formulerades relativitetsteorin. Vad är det och vem dess skapare vet varje skolbarn i dag. Det är så fascinerande att det även är intresserade av människor som är långt ifrån vetenskap. I den här artikeln i lättillgängligt språk beskriver relativitetsteorin: vad det är, vad är dess postulat och applikationer.

Det sägs att till Albertu Eynshteynu, skaparen, kom insikten i en handvändning. Forskare påstås red en spårvagn i Bern, Schweiz. Han såg på gatan klockan och insåg att klockan stannar när en spårvagn accelerera till ljusets hastighet. I det här fallet skulle det inte ha funnits tid. i relativitetsteorin spelar en mycket viktig roll. En av de postulat som formulerats av Einstein - olika observatörer uppfattar verkligheten på olika sätt. Detta gäller i synnerhet den tid och avstånd.

Redovisning för observatörens ställning

Den dagen insåg Albert att språket av vetenskap, en beskrivning av någon fysisk företeelse eller händelse beror på om betraktaren befinner sig i en referensram. Till exempel, om någon passagerare spårvagn kommer tappa poäng, faller de i förhållande till det rakt ner. Om vi tittar ur stående på en gågata, banan för hösten motsvarar en parabel, som spårvagnen rör medan fallande glasögon. Sålunda, referenssystemet vid alla. Vi erbjuder en närmare titt på de grundläggande principerna i relativitetsteorin.

Distribuerad trafik lag och principen om relativitet

Trots det faktum att när du ändrar beskrivningen av händelser räknesystem varierar, finns det universella saker som förblir desamma. För att förstå detta måste man undra inte tappa poäng, och lagen i naturen, vilket gör att det falla. För varje betraktare, oberoende av ordningen i ett rörligt eller fast koordinatsystem är det, är svaret oförändrad. Denna lag kallas lagen om fördelningen av trafiken. Det är lika giltig i spårvagn, och på gatan. Med andra ord, om beskrivningen av händelserna beror alltid på vem som tittar på dem, då detta gäller inte naturlagarna. De är, som det uttrycks i vetenskapligt språk, invariant. Att detta är principen om relativitet.

Två av Einsteins teori

Denna princip, liksom alla andra hypotes, var det nödvändigt att först kontrollera, att korrelera det med naturfenomen aktiv i vår verklighet. Einstein härledd två relativitetsteori. Även om de är besläktade, men anses separat.

Privat eller speciella relativitetsteorin (SRT) är baserad på antagandet att, för alla typer av referenssystem, som är en konstant hastighet, naturlagarna är desamma. Allmän relativitetsteori (GR) Denna princip gäller för alla referensram, inklusive de som rör sig med acceleration. År 1905, Albert Einstein publicerade den första teorin. Den andra, mer komplex i termer av den matematiska apparat som avslutas i 1916. Skapande av relativitetsteorin, SRT och BRT, var ett viktigt steg i utvecklingen av fysik. Låt oss dröja vid var och en av dem.

Speciella relativitetsteorin

Vad är det, vad är dess väsen? Låt oss svara på denna fråga. Det är denna teori förutsäger många paradoxala effekter som strider mot våra intuitioner om hur världen fungerar. Dessa är de effekter som uppstår när hastigheten närmar sig ljusets hastighet. Den mest kända bland dem är tidsdilatation effekten (i klockan). Klockor som flyttar i förhållande till betraktaren, är långsammare än de som är i händerna på honom.

I koordinatsystemet rör sig med en hastighet nära ljusets hastighet, att sträckas i förhållande till observatören, och längden av de objekt (rumslig utsträckning), i kontrast, komprimeras längs riktningen av axeln för denna rörelse. Denna effekt forskarna kallar-Fitzgerald kontraktion Lorentz. Men i 1889 han beskrev Dzhordzh Fitsdzherald, en italiensk fysiker. Och 1892, Hendrik Lorentz, en holländare, tillade han. Denna effekt förklarar det negativa resultatet, vilket ger Michelson-Morley experiment, i vilket hastigheten hos planet i yttre rymden bestäms genom mätning av "aether vind". Dessa är de grundläggande principerna i relativitetsteorin (special). Einstein kompletterat dessa ekvationer formelvikt omvandling görs i analogi. Enligt det, för så kroppen hastighet närmar sig ljusets hastighet, ökar kroppsvikt. Till exempel om hastigheten är 260K. Km / s, d v s 87% av ljusets hastighet, med tanke på en observatör som är i den stationära referensramen, för att fördubbla massan av objektet.

bekräftelse STO

Alla dessa bestämmelser, vad de strider mot sunt förnuft, till Einsteins tid direkt och fullt bekräftats i ett flertal experiment. En av dem höll University of Michigan forskare. Denna nyfikna experiment bekräftade relativitetsteorin inom fysiken. Forskarna placerade ombord på ett flygplan, som regelbundet gjort transatlantiska flygningar, ultra exakta atomur. Varje gång efter sin återkomst till vittnesmål från dessa timmar kontrollerades med flygplatsen kontroll. Det visade sig att klockan på planet varje gång mer och mer släpat bakom spakarna. Naturligtvis var det bara en mindre figurer, bråkdelar av en sekund, men faktum är mycket betydelsefullt.

De senaste halvseklet forskare studerar elementarpartikelaccelerator - ett stort hårdvara komplex. I dessa elektronstrålar eller protoner, dvs laddade subatomära partiklar accelereras så länge som de inte närmar sig hastigheten av ljus. Därefter de bombardera kärn målet. I dessa tester, måste du överväga det faktum att massan av partiklar ökar, annars resultaten av experimentet kan inte tolkas. I detta avseende har SRT länge varit inte bara en hypotetisk teori. Det har blivit ett av de verktyg som används i tillämpad teknik, tillsammans med Newtons lagar mekanik. Principerna för relativitetsteorin funnit stor praktisk användning i dag.

STO och Newtons lagar

På tal om Newtons lagar (porträtt av vetenskapsmannen som presenterats ovan), bör det noteras att den speciella relativitetsteorin, som till synes motsäger dem, faktiskt återger ekvationer Newtons lagar nästan exakt, om den används för att beskriva ett organ vars hastighet rörelse mycket mindre än ljusets hastighet. Med andra ord, om du använder speciella relativitets, Newtons fysik är inte avbryts. Denna teori, däremot kompletterar och förlänger det.

Ljusets hastighet - en universell konstant

Med hjälp av principen om relativitet, kan man förstå varför det spelar en viktig roll är ljusets hastighet, snarare än något annat i denna värld modell av strukturen. Denna fråga tas upp av dem som precis har börjat förtrogenhet med fysik. Ljusets hastighet är en universell konstant eftersom den är definierad som sådan av naturliga lagen (mer om detta kan hittas genom att studera de Maxwells ekvationer). Ljusets hastighet i vakuum, på grund av principen om relativitet, i någon referensram är densamma. Du kanske tror att det strider mot sunt förnuft. Det följer att för observatören samtidigt som ljuset kommer från en fast källa och från ett rörligt (oberoende av om det rör sig med en hastighet). Det är dock inte. Ljusets hastighet är tack vare sin speciella roll som en central plats inte bara speciell, men också i den allmänna relativitetsteorin. Och berätta om det.

Allmänna relativitetsteorin

Det används, som vi har sagt, för alla referensramar är inte nödvändigtvis de vars rörelsehastighet i förhållande till varandra är konstant. Matematiskt ser denna teori mycket svårare än speciell. Detta förklarar det faktum att bland sina publikationer har passerat 11 år. GTR innehåller en särskild som ett specialfall. Därför Newtons lagar är också en del av det. Men den allmänna relativitets går långt utöver sina föregångare. Till exempel är det förklaras i en ny gravitation.

fjärde dimensionen

Tack vare den fyrdimensionella världen blir BRT: Time läggas till de tre rumsliga dimensioner. Alla av dem är oskiljaktiga, är det därför nödvändigt att tala inte om den rumsliga avstånd som förekommer i den tredimensionella världen mellan två objekt. Det går nu spatio-tidsintervallen mellan olika händelser, förenar både rumsliga och tidsmässiga avståndet dem från varandra. Med andra ord, tid och rum i relativitetsteorin betraktas som en fyrdimensionell kontinuum. Det kan definieras som rumtiden. Detta kontinuum av de observatörer som rör sig i förhållande till varandra, kommer att ha olika åsikter, även om vilka två händelser, eller en av dem om det fanns både föregås av en annan. Dock är orsakssambandet inte kränks. Med andra ord, det finns ett sådant koordinatsystem, där två händelser inträffar i olika sekvenser och på samma gång inte tillåter ens en GR.

Allmän relativitetsteori och gravitationslag

Enligt lagen om allmän gravitation, upptäcktes av Newton existerar kraft ömsesidig attraktion i universum mellan två kroppar. Jorden från denna position kretsar kring solen, eftersom det finns krafter attraktion mellan dem. Ändå den allmänna relativitetsteorin gör utseendet på den andra sidan till detta fenomen. Gravitation, enligt denna teori - en konsekvens av "krökning" (deformation) av rymd-tid, som observeras under påverkan av massan. Kroppen är tyngre (i vårt exempel, solen), desto mer "flex" under honom rumtiden. Således dess är gravitationsfält så stark.

För att bättre förstå essensen av relativitetsteorin, anser jämförelsen. Marken, enligt allmän relativitet, kretsar kring solen, som en liten boll som rullar runt kratern av könen, som bildas som ett resultat av "tvinga" rumtid solen. Och det faktum att vi brukade ta gravitationskraften är faktiskt den yttre manifestation av krökningen, och inte med våld, i den meningen att Newton. Bättre förklaring av fenomenet gravitation än vad som föreslagits i BRT, hittills inte hittats.

Metoder för att testa den allmänna relativitetsteorin

Observera att BRT är inte lätt att kontrollera, eftersom det resulterar i laboratoriet nästan överensstämmer med lagen om allmän gravitation. Men forskarna hade fortfarande ett antal viktiga experiment. Deras resultat tyder på att Einsteins teori bekräftas. BRT bidrar också till att förklara de olika fenomen som observerats i rymden. Detta, till exempel, små avvikelser av kvicksilver från den stationära omloppsbana. Ur synvinkel newtonska klassiska mekaniken kan inte förklara dem. Det är också därför den elektromagnetiska strålningen från avlägsna stjärnor är böjd när den passerar nära solen.

Resultaten förutsagts av allmänna relativitets, i själva verket väsentligt skiljer sig från de som ger lagar Newton (hans porträtt presenteras ovan) endast när det finns supergravitationsfält. Därför, för att slutföra kontrollen av den allmänna relativitets kräver antingen mycket exakta mätningar av den stora massan av föremål eller ett svart hål, eftersom våra vanliga representationer i förhållande till dem som inte är tillämpligt. Därför är en av de viktigaste uppgifterna för modern experimentell fysik utvecklingen av experimentella metoder för att testa denna teori.

Medvetandet hos många forskare och människor långt från vetenskapen tar skapad av Einsteins relativitetsteori. Vad är det, talade vi kort. Denna teori förvandlar våra bekanta idéer om världen, så intresset för det har ännu inte släckt.