Ang teorya ng kapamanggitan - ano ito? Ang postulates ng theory of relativity. Oras at puwang sa theory of relativity

Bumalik sa ika-unang bahagi ng 20 siglo ay formulated ang teorya ng kapamanggitan. Ano ito at kung sino ang lumikha nito alam ng bawat schoolchild araw na ito. Ito ay kaya kaakit-akit na ito kahit na interesado sa mga tao na malayo mula sa agham. Sa artikulong ito sa accessible wika na naglalarawan sa theory of relativity: kung ano ito ay, kung ano ang kanyang mga postulates at application.

Sinasabing sa Albertu Eynshteynu, ang tagalikha, ang pananaw ay dumating sa isang sandali. Scientist umano'y sumakay ng tram sa Bern, Switzerland. Siya ay tumingin sa ang kalye orasan at natanto na ang orasan ay hihinto kapag ang isang tram mapabilis sa bilis ng liwanag. Sa kasong ito hindi ito maaaring naging oras. sa theory of relativity ito ay gumaganap ng isang napaka-mahalagang papel. Isa sa mga postulates formulated sa pamamagitan ng Einstein - iba't-ibang observers mahalata katotohanan sa ibang paraan. Ito ay sumasaklaw sa mga partikular na ang oras at distansya.

Accounting para sa posisyon ng nagmamasid

Sa araw na iyon, Albert natanto na ang wika ng agham, isang paglalarawan ng anumang pisikal na phenomenon o kaganapan ay depende sa kung ang mga tagamasid ay nasa isang frame ng reference. Halimbawa, kung mayroon man pasahero tram ay magpapatigil puntos, mahulog sila na may kaugnayan sa ito nang diretso pababa. Kung titingnan natin mula sa pananaw ng nakatayo sa isang pedestrian street, ang tilapon ng pagkahulog ay tumutugma sa isang parabola, bilang ang tram gumagalaw habang bumabagsak baso. Kaya, ang mga reference system sa lahat. Nag-aalok kami ng masusing pagtingin sa mga basic tenets ng theory of relativity.

Ipinamahagi ng trapiko batas at ang mga prinsipyo ng kapamanggitan

Sa kabila ng ang katunayan na kapag binago mo ang paglalarawan ng mga kaganapan pagbibilang sistema ay nag-iiba, may mga unibersal na mga bagay na mananatiling pareho. Upang maunawaan ito, ang isa ay upang magtaka kung hindi drop ang mga puntos, at ang batas ng kalikasan, na nagiging sanhi ito sa mahulog. Para sa anumang mga tagamasid, nang walang kinalaman sa ang pagkakasunod-sunod sa isang gumagalaw o nakapirming sistema ng coordinate ito ay, ang sagot ay hindi magbabago. batas na ito ay tinatawag na batas ng pamamahagi ng trapiko. Ito ay pantay wastong sa tram, at sa kalye. Sa ibang salita, kung ang paglalarawan ng mga kaganapan palaging ay depende sa kung sino ang nanonood sa kanila, at pagkatapos ay ito ay hindi nalalapat sa mga batas ng kalikasan. Ang mga ito, tulad ng ito ay ipinahayag sa pang-agham na wika, invariant. Na ito ay ang prinsipyo ng kapamanggitan.

Dalawa sa Einstein 's theory

Ang alituntuning ito, pati na rin ang anumang iba pang mga haka, ito ay kinakailangan upang unang tseke, correlating ito sa mga natural phenomena aktibo sa ating realidad. Einstein nagmula 2 theory of relativity. Kahit na ang mga ito ay mga kaugnay na, ngunit ay itinuturing na hiwalay na.

Pribado o espesyal na kapamanggitan teorya (SRT) ay batay sa premise na, para sa lahat ng uri ng reference system, na kung saan ay isang pare-pareho ang bilis, ang mga batas ng likas na katangian ay pareho. Pangkalahatang kapamanggitan (GR) Ang simulaing ito ay sumasaklaw sa anumang frame ng sanggunian, kabilang ang mga na ilipat sa acceleration. Sa 1905, Albert Einstein-publish na ang unang teorya. Ang ikalawang, mas kumplikado sa mga tuntunin ng matematika kasangkapan, nakumpleto sa 1916. Paglikha ng theory of relativity, SRT at GRT, ay isang mahalagang hakbang sa pag-unlad ng pisika. Ipaalam sa amin tumira sa bawat isa sa kanila.

Espesyal theory of relativity

Ano ito, kung ano ang kanyang kakanyahan? sagutin ni tanong na ito ipaalam. Ito ay ang teorya hinuhulaan maraming makabalighuan effects na salungat sa aming mga intuitions tungkol sa kung paano gumagana ang mundo. Ang mga ito ay ang mga epekto na nagaganap kapag ang bilis ay nalalapit sa bilis ng liwanag. Ang pinaka-tanyag na kasama ng mga ito ay ang oras pagluwang epekto (ng orasan). Relo na ay gumagalaw kamag-anak sa mga tagamasid, ay mas mabagal kaysa sa mga nasa kanyang mga kamay para sa kanya.

Sa coordinate system gumagalaw sa isang bilis ng malapit sa bilis ng liwanag, ini-stretch na kamag-anak sa mga tagamasid, at ang haba ng mga bagay (spatial lawak), sa kaibahan, ay naka-compress sa kahabaan ng direksyon ng axis ng kilusang ito. Ito epekto siyentipiko call-Fitzgerald contraction Lorentz. Ngunit noong 1889 siya inilarawan Dzhordzh Fitsdzherald, isang Italian pisisista. At noong 1892, Hendrik Lorentz, isang Olandes, idinagdag niya. Ang epektong ito ay nagpapaliwanag sa mga negatibong resulta, na kung saan ay nagbibigay sa mga Michelson-Morley eksperimento, kung saan ang bilis ng planeta sa kalawakan ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng "aether wind". Ito ang mga basic tenets ng theory of relativity (espesyal). Einstein pupunan sa mga equation formula timbang conversion na ginawa sa pamamagitan ng pagkakatulad. Ayon sa mga ito, para sa kung paanong ang katawan na bilis ay nalalapit sa bilis ng liwanag, pinatataas ang timbang ng katawan. Halimbawa, kung ang bilis ay 260k. Km / s, ibig sabihin, 87% ng bilis ng liwanag, mula sa viewpoint ng isang tagamasid sino ang nasa nakatigil reference frame, i-double sa mass ng bagay.

confirmation STO

Ang lahat ng mga probisyon, anuman ang mga ito ay salungat sa sentido komun, upang Einstein oras ay direkta at ganap na nakumpirma sa maraming mga eksperimento. Ang isa sa kanila ay nagsisihawak ng University of Michigan mananaliksik. Ito curious eksperimento nakumpirma ang teorya ng kapamanggitan sa pisika. Ang mga mananaliksik ilagay sa board ng isang sasakyang panghimpapawid, na kung saan regular na ginawa transatlantiko flight, ultra-tumpak na atomic clocks. Sa bawat oras na matapos ang kanyang pagbabalik sa mga patotoo ng mga oras na ito ay naka-check sa airport control. Ito ay naka-out na ang orasan sa eroplano sa bawat oras na higit pa at higit pang mga lagged sa likod ng mga kontrol. Of course, ito ay lamang ng isang menor de edad mga numero, fractions ng isang segundo, ngunit ang katunayan ay napaka makabuluhan.

Ang huling kalahating siglo mananaliksik ay nag-aaral elementarya particle Accelerator - isang malaking hardware complexes. Sa mga beams elektron o proton, hal sisingilin subatomic particle pinabilis na hangga't hindi nila lapitan ang bilis ng liwanag. Pagkatapos noon manganyon nila ang nuclear target. Sa mga pagsubok na ito, kailangan mo na isaalang-alang ang katunayan na ang mga masa ng mga particle tataas, kung hindi man ang mga resulta ng eksperimento ay hindi maaaring bigyang-kahulugan. Sa paggalang na ito, ang SRT ay mahaba ang naging hindi lamang isang hypothetical teorya. Ito ay naging isa sa mga tool na ginagamit sa inilapat engineering, kasama ni Newton batas ng mekanika. Ang prinsipyo ng teorya ng relativity natagpuan mahusay na mga praktikal na gamitin sa ngayon.

STO at Newton ang mga batas

Speaking of Newton ang mga batas (portrait ng scientist na ipinakita sa itaas), dapat ito ay mapapansin na ang mga espesyal na teorya ng kapamanggitan, na kung saan tila contradicts ang mga ito, aktwal na reproduces ang equation ng Newton 's mga batas halos eksakto, kung ito ay ginagamit upang ilarawan ang isang katawan na ang bilis ng paggalaw mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag. Sa ibang salita, kung ikaw ay gumagamit ng mga espesyal na kapamanggitan, Newton 's physics ay hindi nakansela. teorya na ito, sa kabilang banda, Papuri at umaabot ito.

Ang bilis ng liwanag - isang unibersal na pare-pareho

Gamit ang mga prinsipyo ng kapamanggitan, maaari isa maunawaan kung bakit ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel na ginagampanan ay ang bilis ng liwanag, sa halip kaysa sa anumang bagay sa mundong ito modelo ng istraktura. Ang katanungan na ito ay itataas sa pamamagitan ng mga taong nagsisimula pa lang na pagkikilala sa pisika. Ang bilis ng liwanag ay isang unibersal na pare-pareho dahil ito ay tinukoy bilang tulad sa pamamagitan ng natural na batas (higit pa sa na ito ay maaaring matagpuan sa pamamagitan ng pag-aaral ng Maxwell equation). Ang bilis ng liwanag sa vacuum, sa pamamagitan ng kabutihan ng mga prinsipyo ng kapamanggitan, sa anumang reference frame ay pareho. Maaari mong isipin na ito ay salungat sa bait. Ito ay sumusunod na sa mga tagamasid sa parehong oras bilang ang liwanag ay nagmumula sa isang nakapirming pinagmulan at mula sa isang gumagalaw (hindi alintana kung ito ay gumagalaw sa isang bilis). Gayunman, ito ay hindi. Ang bilis ng liwanag, salamat sa espesyal na papel na ginagampanan ay binigyan ng isang gitnang lugar hindi lamang espesyal na, ngunit din sa pangkalahatang kapamanggitan. At sabihin ang tungkol dito.

General Theory of Relativity

Ito ay ginagamit, tulad ng nasabi na natin, para sa lahat ng reference frame ay hindi kinakailangan ang mga na ang bilis ng paggalaw kamag-anak sa bawat isa ay pare-pareho. Mathematically, ito teorya ay mukhang mas mahirap kaysa espesyal. Ito kung ang katotohanan na sa gitna ng kanilang mga pahayagan na ang nakalipas 11 taon. GTR ay nagsasama ng isang espesyal na bilang isang espesyal na kaso. Samakatuwid, Newton ang mga batas ay bahagi ng mga ito din. Gayunman, ang pangkalahatang relatibidad napupunta malayo lampas sa kanyang predecessors. Halimbawa, ito ay ipinaliwanag sa isang bagong gravity.

ikaapat na dimensyon

Salamat sa apat na-dimensional mundo ay nagiging GRT: Oras idinagdag sa tatlong malapad na sukat. Lahat ng mga ito ay hindi maaaring paghiwalayin, samakatuwid, ito ay kinakailangan upang makipag-usap hindi tungkol sa spatial distansya na umiiral sa tatlong-dimensional na mundo sa pagitan ng dalawang bagay. Ito ngayon napupunta sa spatio-sentido na pagitan sa pagitan ng iba't ibang mga kaganapan, uniting parehong malapad at sentido distansya ito mula sa bawat isa. Sa ibang salita, oras at puwang sa theory of relativity ay isinasaalang-alang bilang isang apat na-dimensional continuum. Ito ay maaaring tinukoy bilang ang space-time. Ito continuum ng mga observers na ay gumagalaw kamag-anak sa bawat isa, ay magkakaroon ng magkakaibang opinyon, kahit na tungkol sa anumang mga dalawang mga kaganapan, o isa sa kanila kung mayroong parehong maunahan ng iba. Gayunman, ang pananahilan relasyon ay hindi nilabag. Sa ibang salita, ang pagkakaroon ng tulad ng isang coordinate system, kung saan ang dalawang mga kaganapan mangyari sa iba't ibang mga pagkakasunud-sunod at sa parehong oras, ay hindi payagan ang kahit na isang GR.

Pangkalahatang kapamanggitan at ang batas ng unibersal na grabitasyon

Ayon sa batas ng unibersal na grabitasyon, natuklasan sa pamamagitan ng Newton, ang lakas ng mutual na atraksyon ay umiiral sa uniberso sa pagitan ng anumang dalawang mga katawan. Earth mula sa posisyong ito revolves sa paligid ng araw na tila may mga puwersa ng pagkahumaling sa pagitan ng mga ito. Gayunpaman, ang pangkalahatang teorya ng kapamanggitan ay gumagawa ng hitsura sa kabilang bahagi sa ito hindi pangkaraniwang bagay. Gravity, ayon sa teorya na ito - isang kinahinatnan ng "kurbada" (pagpapapangit) ng space-time, na kung saan ay na-obserbahan sa ilalim ng impluwensiya ng mass. Ang katawan ay mas mabigat (sa aming halimbawa, ang araw), ang mas "flex" sa ilalim siya ng space-time. Alinsunod dito, ang gravitational field ay kaya malakas.

Upang mas mahusay na maunawaan ang kakanyahan ng teorya ng relativity, isaalang-alang ang paghahambing. Ang lupa, ayon sa pangkalahatang relatibidad, revolves sa paligid ng araw, tulad ng isang maliit na bola na Rolls sa paligid ng bunganga ng kono, nabuo bilang isang resulta ng "pagpilit" ang space-time araw. At ang katotohanan na ginamit namin upang gawin ang puwersa ng grabidad ay talagang ang panlabas na manipestasyon ng kurbada, at hindi sa pamamagitan ng lakas, sa kamalayan ng Newton. Mas mahusay na paliwanag ng kababalaghan ng gravity kaysa sa iminungkahi sa GRT, upang petsa ay hindi natagpuan.

Mga Paraan para sa pagsubok ng pangkalahatang relatibidad

Tandaan na ang GRT ay hindi madaling tingnan, dahil ito ang mga resulta sa laboratoryo halos sumunod sa mga batas ng unibersal na grabitasyon. Gayunman, siyentipiko pa rin ay nagkaroon ng isang bilang ng mga mahalagang mga eksperimento. Ang kanilang mga resulta magmungkahi na ang Einstein ang teorya ay nakumpirma na. GRT tumutulong din upang ipaliwanag ang iba't ibang mga phenomena obserbahan sa space. Ito, halimbawa, maliit na deviations ng Mercury mula sa nakatigil orbit. Mula sa punto ng view ng Newtonian classical mechanics ay hindi maaaring ipaliwanag ang mga ito. Ito rin kung bakit ang electromagnetic radiation mula sa malayong bituin ay baluktot bilang ito pumasa malapit sa ilalim ng araw.

Ang mga resulta na hinulaang sa pamamagitan ng pangkalahatang kapamanggitan, sa katunayan, malaking pagkakaiba sa mga na magbibigay sa mga batas ng Newton (ang kanyang portrait ay iniharap sa itaas) lamang kapag may mga superstrong gravitational field. Samakatuwid, upang makumpleto ang pag-verify ng pangkalahatang kapamanggitan ay nangangailangan ng alinman sa napaka-tumpak na sukat ng ang malawak na masa ng mga bagay, o isang black hole, dahil ang aming mga kinaugalian na representasyon na may kaugnayan sa kanila hindi bagay. Samakatuwid, ang pag-unlad ng mga pang-eksperimentong mga pamamaraan upang subukan ito teorya ay isa sa mga pangunahing gawain ng modernong pang-eksperimentong pisika.

Ang kaisipan ng maraming mga siyentipiko, at mga taong malayo mula sa agham tumatagal nilikha sa pamamagitan ng Einstein 's theory of relativity. Ano ito, kami ay nagsalita sa madaling sabi. Teorya na ito ay lumiliko ang aming mga pamilyar na mga ideya tungkol sa mundo, kaya ang interes sa ito ay hindi pa namamatay.