ทฤษฎีสัมพัทธภาพ - มันคืออะไร? สมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ เวลาและพื้นที่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ย้อนกลับไปในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เป็นสูตรทฤษฎีสัมพัทธภาพ มันคืออะไรและผู้ที่สร้างมันรู้ทุก schoolchild วันนี้ มันเป็นที่น่าสนใจเพื่อที่จะสนใจแม้กระทั่งในคนที่อยู่ห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ ในบทความนี้ในภาษาที่สามารถเข้าถึงอธิบายทฤษฎีของความสัมพันธ์: สิ่งที่มันเป็นสิ่งที่เป็นสมมุติฐานและการประยุกต์ใช้

มันก็บอกว่าจะ Albertu Eynshteynu, ผู้สร้างความเข้าใจที่เดินเข้ามาในระยะเวลาอันสั้น นักวิทยาศาสตร์ที่ถูกกล่าวหาว่าขี่รถรางที่เบิร์นวิตเซอร์แลนด์ เขามองไปที่นาฬิกาถนนและตระหนักว่านาฬิกาจะหยุดเมื่อรถรางเร่งความเร็วของแสง ในกรณีนี้มันจะไม่ได้รับเวลา ในทฤษฎีสัมพัทธภาพมันมีบทบาทสำคัญมาก หนึ่งในสมมุติฐานสูตรโดย Einstein - ผู้สังเกตการณ์ที่แตกต่างกันรับรู้ในความเป็นจริงที่แตกต่างกัน นี้นำไปใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเวลาและระยะทาง

การบัญชีสำหรับตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์

ในวันนั้นอัลเบิร์ตระหนักว่าภาษาของวิทยาศาสตร์, คำอธิบายของปรากฏการณ์ทางกายภาพใด ๆ หรือเหตุการณ์ขึ้นอยู่กับว่าผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกรอบของการอ้างอิง ตัวอย่างเช่นถ้ามีรถรางผู้โดยสารจะลดลงจุดที่พวกเขาตกอยู่ในความสัมพันธ์กับมันตรงลง ถ้าเรามองจากมุมมองของยืนอยู่บนถนนคนเดินวิถีของฤดูใบไม้ร่วงที่สอดคล้องกับรูปโค้งขณะที่การเคลื่อนไหวในขณะที่รถรางแก้วตก ดังนั้นระบบอ้างอิงที่ทุกคน เรามีมองใกล้ที่หลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ

กฎหมายจราจรกระจายและหลักการของสัมพัทธภาพ

แม้จะมีความจริงที่ว่าเมื่อคุณเปลี่ยนรายละเอียดของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนับระบบแตกต่างกันไปมีสิ่งสากลที่ยังคงเหมือนเดิม เพื่อทำความเข้าใจนี้หนึ่งมีการสงสัยไม่ลดลงคะแนนและกฎหมายของธรรมชาติซึ่งเป็นสาเหตุของมันจะลดลง สำหรับผู้สังเกตการณ์ใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงคำสั่งในการเคลื่อนย้ายหรือระบบคงที่ของพิกัดมันเป็นคำตอบคือไม่มีการเปลี่ยนแปลง กฎหมายฉบับนี้จะเรียกว่ากฎหมายของการกระจายของการจราจร มันถูกต้องเท่าเทียมกันในรถรางและบนท้องถนน ในคำอื่น ๆ หากรายละเอียดของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นมักจะขึ้นอยู่กับว่าใครจะดูพวกเขาแล้วนี้ใช้ไม่ได้กับกฎของธรรมชาติ พวกเขามีความเป็นมันจะแสดงในภาษาทางวิทยาศาสตร์คงที่ ว่านี่คือหลักการของสัมพัทธภาพ

สองของทฤษฎีของ Einstein

หลักการนี้เช่นเดียวกับสมมติฐานอื่น ๆ ก็จำเป็นต้องตรวจสอบครั้งแรก, ความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ใช้งานอยู่ในความเป็นจริงของเรา ไอน์สไตมา 2 ทฤษฎีสัมพัทธ แม้ว่าพวกเขาจะมีความสัมพันธ์กัน แต่จะมีการพิจารณาแยกต่างหาก

เอกชนหรือพิเศษทฤษฎีสัมพัทธภาพ (รฟท) ขึ้นอยู่กับหลักฐานที่ว่าสำหรับทุกชนิดของระบบอ้างอิงที่มีความเร็วคงที่, กฎของธรรมชาติเหมือนกัน สัมพัทธภาพทั่วไป (GR) หลักการนี้นำไปใช้กรอบของการอ้างอิงใด ๆ รวมทั้งผู้ที่ย้ายไปอยู่กับการเร่งความเร็ว ในปี 1905, อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ตีพิมพ์ทฤษฎีแรก ที่สองที่ซับซ้อนมากขึ้นในแง่ของเครื่องมือทางคณิตศาสตร์เสร็จสมบูรณ์ในปี 1916 การสร้างทฤษฎีสัมพัทธ, SRT และจีนั้นเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการพัฒนาของฟิสิกส์ ขอให้เราอาศัยอยู่ในแต่ละของพวกเขา

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

มันคืออะไรสิ่งที่เป็นสาระสำคัญหรือไม่? ลองตอบคำถามนี้ มันเป็นทฤษฎีนี้คาดการณ์ผลกระทบความขัดแย้งหลายอย่างที่ขัดกับสัญชาติญาณของเราเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโลก เหล่านี้มีผลกระทบที่เกิดขึ้นเมื่อความเร็วเข้าใกล้ ความเร็วแสง ที่มีชื่อเสียงที่สุดในหมู่พวกเขาเป็นผลขยายเวลา (นาฬิกา) นาฬิกาที่กำลังจะย้ายเมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ที่จะช้ากว่าผู้ที่อยู่ในมือของเขาสำหรับเขา

ในระบบพิกัดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วของแสงที่ถูกยืดเทียบกับผู้สังเกตการณ์และความยาวของวัตถุ (ขอบเขตพื้นที่) ในทางตรงกันข้ามจะถูกบีบอัดตามทิศทางของแกนของการเคลื่อนไหวนี้ นี้นักวิทยาศาสตร์ผลโทรฟิตซ์เจอรัลด์หดอเรนซ์ แต่ในปี 1889 เขาอธิบาย Dzhordzh Fitsdzherald, นักฟิสิกส์อิตาลี และในปี 1892 เฮนดริคลอเรนตซ์ชาวดัตช์เขาเพิ่ม ผลกระทบนี้จะอธิบายถึงผลลบซึ่งจะช่วยให้การทดสอบ Michelson-Morley ซึ่งในความเร็วของดาวเคราะห์ในอวกาศจะถูกกำหนดโดยการวัด "ลมอากาศธาตุ" เหล่านี้เป็นหลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (พิเศษ) ไอน์สไตเสริมเหล่านี้แปลงสมการสูตรลดน้ำหนักทำโดยการเปรียบเทียบ ตามที่มันสำหรับความเร็วร่างกายเข้าใกล้ความเร็วแสงที่น้ำหนักตัวเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นถ้าความเร็ว 260K กม. / s ซึ่งก็คือ 87% ของความเร็วของแสงจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในกรอบอ้างอิงนิ่งนั้นจะเป็นสองเท่าของมวลของวัตถุ

STO ยืนยัน

บทบัญญัติทั้งหมดเหล่านี้สิ่งที่พวกเขาจะขัดกับสามัญสำนึกเวลาของ Einstein โดยตรงอย่างเต็มที่และได้รับการยืนยันในการทดลองต่าง ๆ นานา หนึ่งของพวกเขาจัดนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน การทดลองนี้อยากรู้อยากเห็นการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธในฟิสิกส์ นักวิจัยวางอยู่บนกระดานเครื่องบินซึ่งทำให้เป็นประจำเที่ยวบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกพิเศษได้อย่างแม่นยำ นาฬิกาอะตอม ทุกครั้งหลังจากที่เขากลับคำให้การของเวลาเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบที่มีการควบคุมสนามบิน มันกลับกลายเป็นว่านาฬิกาบนเครื่องบินแต่ละครั้งมากขึ้นและล้าหลังควบคุม แน่นอนว่ามันเป็นเพียงตัวเลขเล็ก ๆ น้อย ๆ เสี้ยววินาที แต่ความจริงเป็นอย่างมาก

ล่าสุดนักวิจัยครึ่งศตวรรษกำลังศึกษาเร่งอนุภาคประถม - คอมเพล็กซ์ฮาร์ดแวร์ขนาดใหญ่ ในคานอิเล็กตรอนเหล่านี้หรือโปรตอนนั่นคือการเรียกเก็บอนุภาคเร่งตราบใดที่พวกเขาไม่ได้เข้าใกล้ความเร็ว แสง หลังจากนั้นพวกเขาถล่มเป้าหมายนิวเคลียร์ ในการทดสอบเหล่านี้คุณจะต้องพิจารณาข้อเท็จจริงที่ว่ามวลของอนุภาคเพิ่มขึ้นมิฉะนั้นผลของการทดลองไม่สามารถตีความ ในแง่นี้รฟทมีมานานแล้วไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎีสมมุติ มันได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ใช้ในงานวิศวกรรมที่ใช้พร้อมกับกฎหมายของนิวตันของกลศาสตร์ หลักการของทฤษฎีสัมพัทธพบการใช้งานจริงดีในวันนี้

ขืนและนิวตันกฎหมาย

การพูดของ กฎหมายของนิวตัน (ภาพของนักวิทยาศาสตร์ที่นำเสนอข้างต้น) ก็ควรจะตั้งข้อสังเกตว่าทฤษฎีพัทธภาพพิเศษซึ่งดูเหมือนจะขัดแย้งกับพวกเขาจริงพันธุ์สมการของกฎหมายของนิวตันเกือบตรงถ้ามันถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายร่างกายที่มีความเร็วของการเคลื่อนไหว มากน้อยกว่าความเร็วของแสง ในคำอื่น ๆ ถ้าคุณกำลังใช้พัทธภาพพิเศษฟิสิกส์ของนิวตันจะไม่ถูกยกเลิก ทฤษฎีนี้ในทางตรงกันข้ามการเติมเต็มและขยายมัน

ความเร็วของแสง - คงสากล

โดยใช้หลักการของทฤษฎีสัมพัทธหนึ่งสามารถเข้าใจว่าทำไมมันมีบทบาทที่สำคัญคือความเร็วของแสงมากกว่าสิ่งอื่นใดในโลกนี้รูปแบบของโครงสร้าง คำถามนี้เป็นคำถามที่เกิดขึ้นโดยผู้ที่เพิ่งเริ่มคุ้นเคยกับฟิสิกส์ ความเร็วของแสงเป็นค่าคงที่สากลเพราะมันถูกกำหนดให้เป็นเช่นตามกฎหมายธรรมชาติ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถพบได้โดยการศึกษาสมการแมกซ์เวล) ความเร็วของแสงในสุญญากาศโดยอาศัยอำนาจตามหลักการของทฤษฎีสัมพัทธในกรอบอ้างอิงใด ๆ ที่เป็นแบบเดียวกัน คุณอาจจะคิดว่ามันจะขัดกับสามัญสำนึก มันเป็นไปตามที่ผู้สังเกตการณ์ในเวลาเดียวกันเป็นแสงที่มาจากแหล่งที่คงที่และจากการย้าย (ไม่ว่าจะมีการเคลื่อนไหวด้วยความเร็ว) แต่ก็เป็นไม่ได้ ความเร็วของแสงขอบคุณบทบาทพิเศษของมันจะได้รับสถานที่กลางไม่เพียง แต่เป็นพิเศษ แต่ยังอยู่ในความสัมพันธ์ทั่วไป และบอกเกี่ยวกับเรื่องนี้

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ

มันถูกใช้ในขณะที่เราได้กล่าวว่าสำหรับกรอบอ้างอิงทั้งหมดไม่จำเป็นต้องมีผู้ที่มีความเร็วในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับแต่ละอื่น ๆ เป็นค่าคงที่ ศาสตร์ทฤษฎีนี้ดูยากมากขึ้นกว่าพิเศษ นี้จะอธิบายความจริงที่ว่าท่ามกลางสิ่งพิมพ์ของพวกเขาได้ผ่าน 11 ปี GTR มีพิเศษเป็นกรณีพิเศษ ดังนั้นกฎหมายของนิวตันยังเป็นส่วนหนึ่งของมัน อย่างไรก็ตามความสัมพันธ์ทั่วไปไปไกลเกินกว่ารุ่นก่อน ยกตัวอย่างเช่นมันจะมีการอธิบายในแรงโน้มถ่วงใหม่

มิติที่สี่

ขอบคุณที่โลกสี่มิติจะกลายเป็นจี: เวลาเพิ่มไปยังสามมิติเชิงพื้นที่ ทั้งหมดของพวกเขาจะแยกออกจึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะพูดคุยไม่เกี่ยวกับระยะทางอวกาศที่มีอยู่ในโลกสามมิติระหว่างวัตถุสอง ตอนนี้มันไปในช่วงเวลา spatio กาลระหว่างเหตุการณ์ที่แตกต่างกันเป็นน้ำหนึ่งใจเดียวกันทั้งระยะทางพื้นที่และเวลาออกจากกัน ในคำอื่น ๆ เวลาและพื้นที่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพถือเป็นความต่อเนื่องสี่มิติ ก็สามารถที่จะกำหนดให้เป็นพื้นที่เวลา ความต่อเนื่องของผู้สังเกตการณ์ผู้ที่กำลังจะย้ายเทียบกับแต่ละอื่น ๆ นี้จะมีความคิดเห็นที่แตกต่างกันแม้ใด ๆ เกี่ยวกับเหตุการณ์ที่สองหรือหนึ่งของพวกเขาถ้ามีทั้งนำหน้าด้วยอีก อย่างไรก็ตามความสัมพันธ์เชิงสาเหตุไม่ได้ละเมิด ในคำอื่น ๆ เช่นการดำรงอยู่ของระบบพิกัดที่สองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในลำดับที่แตกต่างกันและในเวลาเดียวกันไม่อนุญาตให้แม้แต่ GR

สัมพัทธภาพทั่วไปและกฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล

ตามกฎหมายของแรงโน้มถ่วงสากลที่ค้นพบโดยนิวตันแรงของแหล่งท่องเที่ยวร่วมกันที่มีอยู่ในจักรวาลใด ๆ ระหว่างสองศพ โลกจากตำแหน่งนี้หมุนรอบดวงอาทิตย์ในขณะที่มีกองกำลังของสถานที่ระหว่างพวกเขา อย่างไรก็ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของทำให้รูปลักษณ์ในด้านอื่น ๆ ที่จะเกิดปรากฏการณ์นี้ แรงโน้มถ่วงตามทฤษฎีนี้ - ผลของการ "โค้ง" (ความผิดปกติ) ของพื้นที่เวลาซึ่งเป็นที่สังเกตภายใต้อิทธิพลของมวลที่ ร่างกายหนัก (ในตัวอย่างของเราดวงอาทิตย์) ที่มากกว่า "ดิ้น" ภายใต้เขาพื้นที่เวลา ดังนั้นของ สนามแรงโน้มถ่วงเป็น แข็งแรงดังนั้น

เพื่อให้เข้าใจถึงสาระสำคัญของทฤษฎีสัมพัทธให้พิจารณาเปรียบเทียบ ที่ดินตามมพัทธภาพทั่วไปหมุนรอบดวงอาทิตย์เหมือนลูกบอลเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ม้วนรอบปล่องของกรวยที่เกิดขึ้นเป็นผลจากการ "บังคับ" ดวงอาทิตย์พื้นที่เวลา และความจริงที่ว่าเราใช้เวลา แรงโน้มถ่วง เป็นจริงการประกาศออกไปด้านนอกของเส้นโค้งและไม่ได้โดยมีผลบังคับใช้ในความรู้สึกของนิวตัน คำอธิบายที่ดีขึ้นของปรากฏการณ์ของแรงโน้มถ่วงกว่าเสนอในจี, วันที่ไม่พบ

วิธีการสำหรับการทดสอบความสัมพันธ์ทั่วไป

โปรดทราบว่าจีนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายในการตรวจสอบเพราะมันจะส่งผลในห้องปฏิบัติการเกือบสอดคล้องกับกฎหมายของแรงโน้มถ่วงสากล แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงมีจำนวนของการทดลองที่สำคัญ ผลของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีของ Einstein ได้รับการยืนยัน จียังช่วยในการอธิบายปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันพบว่าในพื้นที่ นี้ตัวอย่างเช่นเบี่ยงเบนขนาดเล็กของดาวพุธจากวงโคจรของมันนิ่ง จากมุมมองของกลศาสตร์คลาสสิกนิวตันไม่สามารถอธิบายให้พวกเขา และนี่ก็เป็นเหตุผลที่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากดาวที่อยู่ห่างไกลจะงอเมื่อมันผ่านใกล้ดวงอาทิตย์

ผลลัพธ์ที่คาดการณ์โดยพัทธภาพทั่วไปในความเป็นจริงที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากผู้ที่ให้กฎหมายของนิวตัน (แนวตั้งของเขาจะนำเสนอข้างต้น) เท่านั้นเมื่อมีสนามโน้มถ่วง superstrong ดังนั้นเพื่อให้การตรวจสอบของสัมพัทธภาพทั่วไปต้องมีทั้งการวัดที่แม่นยำมากของมวลใหญ่ของวัตถุหรือหลุมดำเพราะการแสดงเป็นนิสัยของเราในความสัมพันธ์กับพวกเขาไม่เหมาะสม ดังนั้นการพัฒนาวิธีการทดลองเพื่อทดสอบทฤษฎีนี้เป็นหนึ่งในงานหลักของฟิสิกส์ทดลองที่ทันสมัย

จิตใจของนักวิทยาศาสตร์หลายคนและคนที่อยู่ห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ใช้เวลาสร้างขึ้นโดยทฤษฎีของ Einstein สัมพัทธภาพ มันคืออะไรเราพูดสั้น ๆ ทฤษฎีนี้จะเปลี่ยนความคิดที่คุ้นเคยของเราเกี่ยวกับโลกดังนั้นความสนใจในมันยังไม่ได้รับดับ