Lý thuyết tương đối - đó là những gì? Những định đề của lý thuyết tương đối hẹp. Thời gian và không gian trong thuyết tương đối

Trở lại trong thế kỷ đầu 20 đã xây dựng lý thuyết tương đối hẹp. Điều gì là nó và những người sáng lập ra nó biết mỗi schoolchild ngày hôm nay. Nó là như vậy hấp dẫn mà nó thậm chí còn quan tâm đến những người đang ở xa khoa học. Trong bài viết này bằng ngôn ngữ dễ tiếp cận mô tả lý thuyết tương đối: những gì nó là, định đề và ứng dụng của nó là gì.

Người ta nói rằng để Albertu Eynshteynu, tác giả, cái nhìn sâu sắc đến trong nháy mắt. Nhà khoa học bị cáo buộc lái chiếc xe điện tại Bern, Thụy Sĩ. Anh nhìn đồng hồ đường phố và nhận ra rằng đồng hồ sẽ dừng lại khi một xe điện tăng tốc lên vận tốc ánh sáng. Trong trường hợp này nó sẽ không có được thời gian. trong lý thuyết tương đối nó đóng một vai trò rất quan trọng. Một trong những định đề xây dựng bởi Einstein - nhà quan sát khác nhau cảm nhận thực tế khác nhau. Điều này áp dụng đặc biệt là thời gian và khoảng cách.

Chiếm vị trí của người quan sát

Vào ngày hôm đó, Albert nhận ra rằng ngôn ngữ của khoa học, một mô tả của bất kỳ hiện tượng vật lý hay sự kiện phụ thuộc vào việc quan sát là trong một hệ quy chiếu. Ví dụ, nếu có xe điện chở khách sẽ thả điểm, họ rơi vào mối quan hệ với nó thẳng xuống. Nếu chúng ta nhìn từ góc độ đứng trên một con đường cho người đi bộ, quỹ đạo của sự sụp đổ tương ứng với một parabol, như di chuyển xe điện trong khi kính rơi xuống. Như vậy, hệ quy chiếu tại tất cả mọi người. Chúng tôi cung cấp một cái nhìn sâu hơn về các nguyên lý cơ bản của lý thuyết tương đối hẹp.

luật giao thông phân phối và nguyên lý tương đối

Mặc dù thực tế rằng khi bạn thay đổi mô tả các sự kiện đếm hệ thống khác nhau, có những điều phổ biến mà vẫn như cũ. Để hiểu điều này, người ta phải tự hỏi không thả điểm, và pháp luật của thiên nhiên, mà làm cho nó rơi. Đối với bất kỳ quan sát viên, không phụ thuộc vào trật tự trong một chuyển động hay hệ thống cố định tọa độ đó là, câu trả lời là không thay đổi. Luật này được gọi là quy luật phân bố của giao thông. Đó là giá trị ngang nhau trong xe điện, và trên đường phố. Nói cách khác, nếu mô tả những sự kiện luôn luôn phụ thuộc vào người đang theo dõi họ, sau đó điều này không áp dụng đối với các quy luật tự nhiên. Họ đang có, vì nó được thể hiện bằng ngôn ngữ khoa học, bất biến. Rằng đây là nguyên lý tương đối.

Hai trong số các lý thuyết của Einstein

Nguyên tắc này, cũng như bất kỳ giả thuyết khác, nó là cần thiết để kiểm tra đầu tiên, tương ứng với các hiện tượng tự nhiên tích cực trong việc thực tế của chúng tôi. Einstein có nguồn gốc 2 lý thuyết tương đối hẹp. Mặc dù họ có liên quan, nhưng được coi là riêng biệt.

Tư nhân hoặc đặc biệt lý thuyết tương đối rộng (SRT) được dựa trên tiền đề rằng, đối với tất cả các loại hệ thống tài liệu tham khảo, đó là một tốc độ không đổi, các quy luật tự nhiên đều giống nhau. thuyết tương đối rộng (GR) Nguyên tắc này áp dụng cho bất kỳ hệ quy chiếu, trong đó có những người di chuyển với gia tốc. Năm 1905, Albert Einstein công bố thuyết đầu tiên. Thứ hai, phức tạp hơn về bộ máy toán học, hoàn thành vào năm 1916. Sáng tạo của lý thuyết tương đối, SRT và GRT, là một bước quan trọng trong sự phát triển của vật lý. Chúng ta hãy dừng lại ở mỗi người.

lý thuyết tương đối đặc biệt

là những gì nó, bản chất của nó là gì? Hãy trả lời câu hỏi này. Đó là lý thuyết này dự đoán nhiều hiệu ứng nghịch lý rằng đây trái với trực giác của chúng ta về thế giới hoạt động. Đây là những hiệu ứng xảy ra khi tốc độ tiếp cận tốc độ ánh sáng. Nổi tiếng nhất trong số đó là tác dụng giãn nở thời gian (đồng hồ). Đồng hồ đang chuyển động tương đối với người quan sát, là chậm hơn so với những người đang có trong tay mình cho anh ta.

Trong hệ tọa độ di chuyển với tốc độ gần với tốc độ ánh sáng, được kéo dài so với người quan sát, và độ dài của các đối tượng (Phạm vi không gian), ngược lại, được nén theo hướng trục của phong trào này. các nhà khoa học Hiệu ứng này gọi Fitzgerald co Lorentz. Tuy nhiên, vào năm 1889 ông được mô tả Dzhordzh Fitsdzherald, một nhà vật lý người Ý. Và năm 1892, Hendrik Lorentz, một người Hà Lan, ông nói thêm. Hiệu ứng này giải thích những kết quả tiêu cực, mang đến cho các thí nghiệm Michelson-Morley, trong đó vận tốc của các hành tinh trong vũ trụ được xác định bằng cách đo "gió ether". Đây là những nguyên lý cơ bản của lý thuyết tương đối (đặc biệt). Einstein bổ sung những phương trình công thức chuyển đổi trọng lượng do tương tự. Theo đó, đối với như tốc độ cơ thể đạt tới tốc độ ánh sáng, trọng lượng cơ thể tăng lên. Ví dụ, nếu tốc độ là 260 nghìn. Km / s, nghĩa là 87% vận tốc ánh sáng, từ quan điểm của một người quan sát người trong hệ quy chiếu đứng yên, tăng gấp đôi khối lượng của đối tượng.

xác nhận STO

Tất cả những quy định, bất kể họ là trái với lẽ thường, để thời gian của Einstein được trực tiếp và hoàn toàn khẳng định trong nhiều thí nghiệm. Một trong số họ đã tổ chức một Đại học Michigan nghiên cứu. thí nghiệm tò mò này khẳng định thuyết tương đối trong vật lý. Các nhà nghiên cứu đặt trên tàu một chiếc máy bay, trong đó thường xuyên làm các chuyến bay xuyên Đại Tây Dương, siêu chính xác đồng hồ nguyên tử. Mỗi lần sau khi trở về lời khai của những giờ này đã được kiểm tra với sự kiểm soát sân bay. Hóa ra là đồng hồ trên máy bay mỗi lần càng tụt lại phía sau điều khiển. Tất nhiên, nó chỉ là một con số nhỏ, các phần phân đoạn của một giây, nhưng thực tế là rất đáng kể.

Các nhà nghiên cứu nửa thế kỷ trước đang học máy gia tốc hạt tiểu học - một phức hợp phần cứng rất lớn. Trong những chùm electron hay proton, ví dụ tính hạt hạ nguyên tử tăng tốc miễn là họ không tiếp cận với tốc độ của ánh sáng. Sau đó họ bắn phá các mục tiêu hạt nhân. Trong những thử nghiệm này, bạn cần phải xem xét thực tế là khối lượng của hạt tăng lên, nếu không thì kết quả của thí nghiệm có thể không được giải thích. Trong khía cạnh này, SRT từ lâu đã không chỉ là một lý thuyết giả thuyết. Nó đã trở thành một trong những công cụ được sử dụng trong kỹ thuật ứng dụng, cùng với pháp luật của cơ học Newton. Các nguyên tắc của lý thuyết tương đối tìm thấy sử dụng thực tế lớn hiện nay.

pháp luật của STO và Newton

Nói về luật Newton (bức chân dung của các nhà khoa học đã trình bày ở trên), cần lưu ý rằng các lý thuyết tương đối đặc biệt, mà dường như mâu thuẫn với họ, thực sự tái tạo các phương trình của luật Newton gần như chính xác, nếu nó được sử dụng để mô tả một cơ thể có tốc độ di chuyển ít hơn nhiều so với tốc độ của ánh sáng. Nói cách khác, nếu bạn đang sử dụng tương đối đặc biệt, vật lý của Newton không hủy bỏ. lý thuyết này, ngược lại, bổ sung và mở rộng nó.

Tốc độ ánh sáng - một hằng số vũ trụ

Sử dụng nguyên lý tương đối, người ta có thể hiểu tại sao nó đóng một vai trò quan trọng là tốc độ của ánh sáng, chứ không phải là bất cứ điều gì khác trong mô hình thế giới này của cấu trúc. Câu hỏi này được nêu ra bởi những người mới bắt đầu làm quen với vật lý. Vận tốc ánh sáng là hằng số vũ trụ bởi vì nó được định nghĩa như vậy theo luật tự nhiên (hơn về vấn đề này có thể được tìm thấy bằng cách nghiên cứu các phương trình Maxwell). Vận tốc ánh sáng trong chân không, nhờ nguyên lý tương đối, trong bất kỳ hệ quy chiếu là như nhau. Bạn có thể nghĩ rằng đó là trái với lẽ thường. Nó sau đó để quan sát cùng lúc như ánh sáng đến từ một nguồn cố định và từ một chuyển động (cho dù nó đang chuyển động với vận tốc). Tuy nhiên, nó không phải là. Tốc độ ánh sáng, nhờ vào vai trò đặc biệt của nó được đưa ra một vị trí trung tâm không chỉ đặc biệt, mà còn trong thuyết tương đối rộng. Và nói về nó.

Lý thuyết tương đối tổng quát

Nó được sử dụng, như chúng ta đã biết, đối với mọi hệ quy chiếu không nhất thiết những người có tốc độ chuyển động tương đối với nhau là hằng số. Về mặt toán học, lý thuyết này có vẻ khó khăn hơn đặc biệt. Điều này giải thích thực tế rằng trong số các ấn phẩm của họ đã trôi qua 11 năm. GTR bao gồm một đặc biệt là một trường hợp đặc biệt. Do đó, pháp luật của Newton cũng là một phần của nó. Tuy nhiên, tương đối rộng vượt xa những người tiền nhiệm của nó. Ví dụ, nó được giải thích trong một lực hấp dẫn mới.

đoạn thứ bốn

Nhờ thế giới bốn chiều đang trở thành GRT: Thời gian thêm vào ba chiều không gian. Tất cả trong số họ không thể tách rời, do đó, nó là cần thiết để nói chuyện không phải là về khoảng cách không gian mà tồn tại trong thế giới ba chiều giữa hai đối tượng. Bây giờ đi trên khoảng không-thời gian giữa các sự kiện khác nhau, thống nhất khoảng cách cả về không gian và thời gian họ xa nhau. Nói cách khác, thời gian và không gian trong thuyết tương đối được coi là một sự liên tục bốn chiều. Nó có thể được định nghĩa là không-thời gian. liên tục này của những nhà quan sát những người đang di chuyển tương đối với nhau, sẽ có ý kiến khác nhau, thậm chí về bất kỳ hai sự kiện, hoặc một trong số họ nếu có cả hai trước bởi khác. Tuy nhiên, mối quan hệ nhân quả không được vi phạm. Nói cách khác, sự tồn tại của một hệ tọa độ như vậy, nơi hai sự kiện xảy ra trong chuỗi khác nhau và cùng một lúc, không cho phép ngay cả một GR.

Thuyết tương đối rộng và pháp luật vạn vật hấp dẫn

Theo luật vạn vật hấp dẫn, được phát hiện bởi Newton, lực hấp dẫn lẫn nhau tồn tại trong vũ trụ giữa hai cơ quan nào. Trái đất từ vị trí này xoay quanh mặt trời, như có lực hút giữa chúng. Tuy nhiên, lý thuyết tương đối tổng quát làm cho cái nhìn ở phía bên kia để hiện tượng này. Trọng lực, theo lý thuyết này - một hệ quả của "cong" (biến dạng) của không-thời gian, được quan sát dưới ảnh hưởng của khối lượng. Cơ thể nặng (trong ví dụ của chúng tôi, mặt trời), càng có nhiều "flex" dưới quyền ông không-thời gian. Theo đó, nó trường hấp dẫn là quá mạnh.

Để hiểu rõ hơn về bản chất của lý thuyết tương đối, hãy xem xét so sánh. Vùng đất, theo thuyết tương đối rộng, xoay quanh mặt trời, giống như một quả bóng nhỏ mà cuộn xung quanh miệng núi lửa hình nón, hình thành do kết quả của "buộc" mặt trời không gian-thời gian. Và thực tế là chúng ta sử dụng để lấy lực hấp dẫn thực sự là biểu hiện bên ngoài của độ cong, và không phải bằng vũ lực, theo nghĩa của Newton. giải thích rõ hơn về hiện tượng hấp dẫn hơn so với đề xuất trong GRT, cho đến nay không tìm thấy.

Phương pháp thử nghiệm thuyết tương đối rộng

Lưu ý rằng GRT là không dễ dàng để kiểm tra, vì nó kết quả trong phòng thí nghiệm gần như tuân thủ các luật vạn vật hấp dẫn. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn có một số thí nghiệm quan trọng. Kết quả của họ cho thấy rằng lý thuyết của Einstein được xác nhận. GRT cũng giúp giải thích các hiện tượng khác nhau quan sát trong không gian. Này, ví dụ, độ lệch nhỏ của Mercury từ quỹ đạo cố định của nó. Từ quan điểm của cơ học cổ điển Newton không thể giải thích chúng. Đây cũng là lý do tại sao các bức xạ điện từ từ các ngôi sao xa xôi bị bẻ cong khi nó đi gần mặt trời.

Kết quả dự đoán của thuyết tương đối rộng, trên thực tế, sự khác biệt đáng kể so với những người cung cấp cho các định luật Newton (chân dung của ông được trình bày ở trên) chỉ khi có trường hấp dẫn siêu cứng. Vì vậy, để hoàn thành việc xác minh thuyết tương đối rộng đòi hỏi một trong hai phép đo rất chính xác của khối lượng khổng lồ của các đối tượng, hoặc một lỗ đen, vì cơ quan đại diện quen thuộc của chúng tôi liên quan đến họ không phù hợp. Do đó, sự phát triển của các phương pháp thực nghiệm để kiểm tra giả thuyết này là một trong những nhiệm vụ chính của vật lý thực nghiệm hiện đại.

Tâm trí của nhiều nhà khoa học, và những người xa khoa học mất tạo ra bởi thuyết tương đối của Einstein. là những gì nó, chúng tôi nói chuyện một thời gian ngắn. Lý thuyết này biến những ý tưởng quen thuộc của chúng ta về thế giới, do đó quan tâm đến nó vẫn chưa được dập tắt.