Теорията на относителността - какво е това? Постулатите на теорията на относителността. Време и пространство в теорията на относителността

Обратно в началото на 20 век е формулирана теорията на относителността. Какво е това и кой му създател знае всеки ученик днес. Тя е толкова завладяваща, че тя дори се интересуват от хора, които са далеч от науката. В тази статия на достъпен език описва теорията на относителността: какво е това, какви са нейните постулати и приложения.

Тя се казва, че за да се Albertu Eynshteynu, създателят, прозрението дойде в миг. Учен твърди, че се качи на трамвай в Берн, Швейцария. Той погледна към часовника на улицата и осъзнах, че часовникът ще спре, когато трамвай ускори до скоростта на светлината. В този случай не би било време. в теорията на относителността, която тя играе много важна роля. Един от постулатите, формулирани от Айнщайн - различни наблюдатели възприемат действителността по различен начин. Това се отнася особено за времето и разстоянието.

Отчитане на позицията на наблюдателя

На този ден, Алберт осъзнах, че на езика на науката, описание на всяко физическо явление или събитие, зависи от това дали наблюдателят е в референтна рамка. Например, ако някой пътник трамвай ще падне точки, те попадат във връзка с това право надолу. Ако погледнем от гледна точка на застанал на пешеходна улица, траекторията на падането съответства на парабола, като трамвайните движи докато намаляващото очила. По този начин, референтната система на всеки. Ние предлагаме по-отблизо в основните принципи на теорията на относителността.

Разпределени право на трафика и на принципа на относителността

Въпреки факта, че когато промените описанието на събитията преброяване на различни, има универсални неща, които остават същите. За да разберем това, трябва да се чудя, не изпускайте точки, а законите на природата, което го кара да падне. За всеки наблюдател, независимо от реда, в движеща се или фиксирана координатна система това е, отговорът е непроменена. Този закон се нарича закон на разпределение на трафика. Той е еднакво валидно в трамвая, и на улицата. С други думи, ако описанието на събитията, винаги зависи от това кой ги гледа, а след това не се отнася до законите на природата. Те са, както тя се изразява в научен език, инвариант. Че това е принципът на относителността.

Две от теорията на Айнщайн

Този принцип, както и всяка друга хипотеза, че е необходимо първо да проверите, това съотнасяне с природния феномен активно в нашата реалност. Einstein получени 2 теория на относителността. Въпреки, че те са свързани с тях, но се считат за отделен.

Частна или специална теория на относителността (SRT) се основава на предпоставката, че за всички видове референтни системи, които са с постоянна скорост, на законите на природата са едни и същи. Общата теория на относителността (GR) Този принцип се прилага за всички референтна рамка, включително и тези, които се движат с ускорение. През 1905 г. Алберт Айнщайн публикува първата теория. Вторият, по-сложни от гледна точка на математическия апарат, завършена през 1916 година. Създаване на теорията на относителността, SRT и БРТ, беше важна стъпка в развитието на физиката. Нека се спрем на всеки от тях.

Специална теория на относителността

Какво е това, което е нейната същност? Нека да отговоря на този въпрос. Тя е тази теория предсказва много парадоксални реакции, които са в разрез с нашите интуиции за това как работи света. Това са ефекти, които се появяват, когато скоростта се доближава до скоростта на светлината. Най-известният сред тях е забавянето на времето ефект (на часовника). Часовници, които се движат по отношение на наблюдателя, са по-бавни от тези, които са в ръцете си за него.

В координатната система движи със скорост близо до скоростта на светлината, се разтяга по отношение на наблюдателя, а дължината на обектите (площта), напротив, се пресова по посока на оста на това движение. Този ефект учените наричат-Фицджералд свиване на Лоренц. Но през 1889 г. той описва Dzhordzh Fitsdzherald, италиански физик. И през 1892 г., Хендрик Лоренц, холандец, добави той. Този ефект обяснява отрицателен резултат, който дава Майкелсън-Morley експеримента, в който скоростта на планетата в космическото пространство се определя чрез измерване на "етерна вятъра". Това са основните принципи на теорията на относителността (специална). Einstein допълва тези уравнения формула превръщане тегло прави по аналогия. Според него, толкова скоростта на тялото се доближава до скоростта на светлината, телесното тегло се увеличава. Например, ако скоростта е 260К. Km / S, т.е. 87% от скоростта на светлината, от гледна точка на наблюдател, който е в стационарна опорния кадър, за удвояване на масата на обекта.

STO потвърждение

Всички тези разпоредби, независимо че са противоречи на здравия разум, на времето на Айнщайн са пряко и изцяло потвърдени в редица експерименти. Един от тях държеше в Мичиганския университет изследователи. Този любопитен експеримент потвърждава теорията на относителността по физика. Изследователите поставят на борда на самолет, който редовно прави трансатлантически полети, невероятно точни атомни часовници. Всеки път, след завръщането си в показанията на тези часове са проверени с контрола на летището. Оказа се, че часовникът на самолета всеки път, когато все повече и повече изостава от контролите. Разбира се, това е само малка фигури, за части от секундата, но факт е от голямо значение.

последните Изследователите от половин век учат елементарни ускорител на частици - огромен апаратни комплекси. В тези електронни лъчи или протони, т.е. зарежда елементарните частици ускорени толкова дълго, тъй като те не се доближава до скоростта на светлината. След това те бомбардират ядрените целта. При тези изпитвания, трябва да се вземат под внимание факта, че масата на частиците се увеличава, в противен случай резултатите от експеримента не може да се тълкува. В тази връзка, SRT отдавна не е само хипотетична теория. Тя се превърна в един от инструментите, които се използват по приложна техника, заедно със законите на Нютоновата механика. Принципите на теорията на относителността намерени голямо практическо приложение днес.

STO и Нютон закони

Като говорим за законите на Нютон (портрет на учения, представена по-горе), следва да се отбележи, че специалната теория на относителността, която на пръв поглед им противоречи, всъщност възпроизвежда уравненията на законите на Нютон почти точно, ако се използва за описване на тялото, чиято скорост на движение много по-малко от скоростта на светлината. С други думи, ако използвате специалната теория на относителността, физика на Нютон не е отменена. Тази теория, напротив, допълва и разширява.

Скоростта на светлината - универсална константа

Използването на принципа на относителността, човек може да разбере защо тя играе важна роля, е скоростта на светлината, а не нещо друго в този свят модел на конструкцията. Този въпрос е повдигнат от тези, които са само началото познаване на физиката. Скоростта на светлината е универсална константа, тъй като е определена като такава от естественото право (повече за това може да се намери чрез изучаване на Максуел уравнения). Скоростта на светлината във вакуум, въз основа на принципа на относителността, във всеки опорния кадър е същото. Може да си мислите, че това е в противоречие с здравия разум. От това следва, че за наблюдателя в същото време като светлината идва от определен източник и от движещ се (независимо от това дали се движи със скорост). Въпреки това, той не е така. Скоростта на светлината, благодарение на специалната си роля се дава централно място не само специален, но също така и в общата теория на относителността. И кажете за това.

Обща теория на относителността

Той се използва, както казахме, за всички референтни рамки не са непременно тези, чиято скорост на движение една спрямо друга е постоянна. Математически, тази теория изглежда много по-трудно, отколкото специално. Това обяснява факта, че сред техните публикации са минали 11 години. GTR включва специален като специален случай. Затова законите на Нютон също са част от нея. Въпреки това, общата теория на относителността отива далеч отвъд неговите предшественици. Например, тя се обяснява в нова гравитацията.

четвъртото измерение

Благодарение на четириизмерен свят се превръща в GRT: Време е добавен в трите пространствени измерения. Всички те са неразделни, следователно, че е необходимо да не се говори за пространствена дистанция, която съществува в триизмерния свят между два обекта. Сега тя продължава пространствено-временна интервали между различни събития, обединяваща двете пространствената и времевата им разстояние един от друг. С други думи, времето и пространството в теорията на относителността се считат за четириизмерен континуум. Тя може да бъде определена като пространство-времето. Това континуум от тези наблюдатели, които се движат един спрямо друг, ще има различни мнения, дори и за всеки две събития, или един от тях, ако не са и двете предхожда от друг. Въпреки това, причинно-следствената връзка не е нарушено. С други думи, за съществуването на такава система за координиране, когато две събития се случват в различни последователности и в същото време, не позволява дори GR.

Общата теория на относителността и на закона за всемирното привличане

Според закона за всемирното привличане, открит от Нютон, съществува силата на взаимно привличане във вселената между две тела. Земята от тази позиция се върти около слънцето, тъй като има сили на привличане между тях. Независимо от това, общата теория на относителността прави външния вид на другия край на това явление. Тежестта, съгласно тази теория - в резултат на "кривина" (деформиране) на пространство-време, което се наблюдава под влиянието на масата. Тялото е по-тежък (в нашия пример, слънцето), толкова по-"шнур" под него пространство-времето. Съответно неговото гравитационно поле е толкова силно.

За да се разбере по-добре същността на теорията на относителността, помислете за сравнение. Парцелът, в съответствие с общата теория на относителността, се върти около Слънцето, както и малка топка, която се търкаля около кратера на конуса, образувани в резултат на "принуждава" пространство-времето слънце. А фактът, че сме свикнали да вземе силата на тежестта всъщност е външната изява на кривината, а не със сила, в смисъл на Нютон. По-добро обяснение на феномена на тежестта от предложеното в БРТ, към днешна дата не е намерен.

Методи за изпитване ОТО

Имайте предвид, че ОТО не е лесно да се провери, тъй като това води до лабораторията почти спазва закона за всемирното привличане. Въпреки това, учените все още имат редица важни експерименти. Техните резултати показват, че теорията на Айнщайн е потвърдена. БРТ също така помага да се обясни различните явления, наблюдавани в пространството. Това, например, малки отклонения на Меркурий от неговата орбита. От гледна точка на нютоновата класическата механика на не може да ги обясни. Това е и причината, поради електромагнитното лъчение от далечни звезди се огъва, тъй като минава близо до Слънцето.

Резултатите прогнозирани от общата теория на относителността, всъщност, се различават съществено от тези, които дават на законите на Нютон (неговият портрет е представен по-горе), само когато има свръхмощните гравитационни полета. Ето защо, за да завърши проверката на общата теория на относителността, е необходимо или много точни измервания на по-голямата маса на обекти, или черна дупка, защото нашите привични възражения във връзка с тях неприложими. Следователно, разработването на експериментални методи, за да тестват тази теория е една от основните задачи на съвременната експериментална физика.

В съзнанието на много учени и хора, живеещи далеч от науката отнема създадена от теорията на относителността на Айнщайн. Какво е това, говорихме за кратко. Тази теория се превръща познатите ни идеи за света, така че интересът към него все още не е потушен.