Теорія відносності - що це таке? Постулати теорії відносності. Час і простір у теорії відносності
Ще на качана 20-го століття булу сформульована теорія відносності. Що це таке и хто ее автор, знає сегодня КОЖЕН школяр. Вона настолько захоплююча, что нею цікавляться даже люди, Далекі від науки. У Цій статті доступною мовою опісується теорія відносності: що це таке, Які ее постулати и! застосування.
Кажуть, що до Альберту Ейнштейн, ее творцеві, Прозріння Прийшла в одну мить. Вчений нібіто їхав на трамваї по Швейцарський Берну. ВІН Подивився на вулічні годинник и Раптен усвідомів, что цею годинник зупіняться, если трамвай розженеться до швідкості світла. У цьом випадка годині б не стало. Час в Теорії відносності грає очень важліву роль. Один з постулатів, сформульованіх Ейнштейном, - Різні наблюдатели спріймають дійсність по-різному. Це відносіться зокрема до першої години и відстані.
Облік положення спостерігача
У тій день Альберт зрозумів, что, вісловлюючісь мовою науки, описание будь-которого фізічного явіща чи події Залежить від того, в Якій системе відліку находится спостерігач. Например, если Якась пасажірка трамваю упустити окуляри, смороду впадуть по відношенню до неї вертикально вниз. Если ж подивитись з позіції стоит на вулиці пішохода, то Траєкторія їх Падіння буде ВІДПОВІДАТИ параболі, так як трамвай рухається и одночасно падають окуляри. Таким чином, система відліку у шкірного своя. Пропонуємо докладніше Розглянуто основні постулати Теорії відносності.
Закон розподіленого руху и принцип відносності
Незважаючі на ті что при зміні систем відліку Опису подій змінюються, існують и Універсальні РЕЧІ, Які залішаються незміннімі. Для того щоб зрозуміті це, нужно Задати питання НЕ Падіння очок, а закону природи, Який віклікає це Падіння. Для будь-которого спостерігача, Незалежності від того, в что просувалася або нерухомій системе координат ВІН знаходится, відповідь на него залішається незміннім. Цей закон назівається законом розподіленого руху. ВІН однаково Діє як в трамваї, так и на вулиці. Іншімі словами, если описание подій всегда Залежить від того, хто їх спостерігає, то це НЕ відносіться до Законів природи. Смороду є, як Прийнято віражатіся Наукова мовою, інваріантнімі. Ось в цьом и Полягає принцип відносності.
Дві Теорії Ейнштейна
Даній принцип, як и будь-яку іншу гіпотезу, та патенти, Було спочатку перевіріті, віднісші его з природніми явіщамі, Які діють в Нашій реальності. Ейнштейн Вивів 2 Теорії з принципом відносності. Хоча смороду и Родинні, но вважаються окрема.
Відео: Фізика світла. Фільм 1. Світло і годину. Спеціальна теорія відносності (2014 року)
Приватна, або спеціальна, теорія відносності (СТО) грунтується на положенні про ті, что для всілякіх систем відліку, ШВИДКІСТЬ руху якіх Постійна, закони природи залішаються одними и тимі ж. Загальна теорія відносності (ЗТВ) Сейчас принцип пошірює на будь-які системи відліку, в тому чіслі и ті, Які рухаються з прискореного. У 1905 году А. Ейнштейн опублікував Першу теорію. Другу, більш складаний в плане математичного апарату, завершивши до 1916 року. Створення Теорії відносності, як СТО, так и ОТО, стало важлівім етапом у розвитку фізики. Зупинимо докладніше на Кожній з них.
Спеціальна теорія відносності
Що це таке, в чому ее суть? Давайте відповімо на це питання. Саме цією теорією передбачається безліч парадоксальних ефектів, что суперечать нашим інтуїтівнім уявленням про ті, як влаштованій світ. Йдет про тих ЕФЕКТ, Які спостерігаються тоді, коли ШВИДКІСТЬ руху наближається до швідкості світла. Найбільш відомим среди них є ефект уповільнення часу (ходу Годинник). Годинники, Які рухаються відносно спостерігача, для него йдут повільніше, чем ті, Які перебувають у него в руках.
Відео: "парадокси" Спеціальної Теорії відносності Частина 1.
В системе координат при Русі зі швідкістю, Наближення до швідкості світла, годину розтягується относительно спостерігача, а довжина об`єктів (просторова протяжність), навпаки, стіскується вздовж осі напрямку цього руху. Даній ефект Вчені назівають СКОРОЧЕННЯ Лоренца-Фіцджеральда. Ще в 1889 году его описавши Джордж Фіцджеральд, італійський фізик. А в 1892 году Хендрік Лоренц, нідерландець, доповнено его. Цей ефект пояснює негативний результат, Який дает досвід Майкельсона-Морлі, в якому ШВИДКІСТЬ руху нашої планети в космічному пространстве візначається віміром "ефірного вітру". Такі основні постулати Теорії відносності (спеціальної). Ейнштейн доповнено ЦІ Рівняння формулою превращение масі, зробленої за аналогією. Відповідно до неї, у міру того, як ШВИДКІСТЬ тела наближається до швідкості світла, маса тела збільшується. Например, если ШВИДКІСТЬ складі 260 тис. Км / с, тобто 87% від швідкості світла, з точки зору спостерігача, Який знаходиться в спочіває системе відліку, маса об`єкта подвоїться.
підтвердження СТО
Всі ЦІ положення, як бі смороду НЕ суперечілі здоровому глузду, з часу Ейнштейна знаходять Пряме и ПОВНЕ підтвердження в безлічі експеріментів. Один з них провели Вчені Мічіганського університету. Цім цікавім досвідом підтверджується теорія відносності у фізіці. Досліднікі помістілі на борт авіалайнера, Який регулярно здійснював трансатлантічні рейси, надточні Атомний годинник. Щоразу после повернення его в аеропорт Свідчення цього Годинник звіряліся з контрольними. Виявило, что годинник на літаку КОЖЕН раз все более відставалі від контрольних. Звичайний, мова Йшла лишь про незначні цифрах, частко секунди, но сам факт очень Показове.
Останні півстоліття досліднікі вівчають елементарні частинка на прискорювач - Величезне апаратних комплексах. У них пучки електронів або протонів, тобто зарядженості субатомних частінок, розганяються до тих пір, поки їх швідкості НЕ набліжаються до швідкості світла. После цього ними обстрілюють ядерні мішені. У Даних дослідах нужно враховуваті, что маса частінок збільшується, в ІНШОМУ випадки результати експеримент НЕ піддаються інтерпретації. У цьом відношенні СТО Вже давно не просто гіпотетічна теорія. Вона стала одним з ІНСТРУМЕНТІВ, Які Використовують в прикладної інженерії, Нарівні з ньютоновскими законами механіки. Принципи Теорії відносності нашли велосипеді практичне! Застосування в наші дні.
СТО та закони Ньютона
До речі, говорячі про законах Ньютона (Портрет цього вченого уявлень вищє), слід Сказати, что спеціальна теорія відносності, яка, здавалось б, їм суперечіть, в дійсності відтворює Рівняння Законів Ньютона практично в точності, если ее використовуват для Опису тіл, ШВИДКІСТЬ руху якіх набагато менше швідкості світла. Іншімі словами, если застосовується спеціальна теорія відносності, фізика Ньютона зовсім НЕ скасовується. Ця теорія, навпаки, доповнює и розшірює ее.
ШВИДКІСТЬ світла - універсальна константа
Вікорістовуючі принцип відносності, можна зрозуміті, чому в даній моделі Будови світу очень важліву роль грає самє ШВИДКІСТЬ світла, а не Щось ще. Цім харчування задаються ті, хто только начинает знайомство з фізікою. ШВИДКІСТЬ світла є універсальною константою Завдяк того, что вона определена як така природничих законом (докладніше про це можна дізнатіся, Вівче Рівняння Максвелла). ШВИДКІСТЬ світла у вакуумі, в силу Дії принципом відносності, в будь-Якій системе відліку є однаково. Можна подуматі, что це суперечіть здоровому глузду. Вихід, что до спостерігача одночасно доходити світло як від нерухомого джерела, так и от рухомого (Незалежності від того, З якою швідкістю ВІН рухається). Однако це не так. Швідкості світла, Завдяк особлівій ее роли, відводіться центральне місце НЕ только в спеціальній, но и в ОТО. Розповімо и про неї.
Відео: "невідомий Парадокс" Спеціальної Теорії відносності Частина 2.
Загальна теорія відносності
Вона вікорістовується, як ми Вже говорили, для всіх систем відліку, що не обов`язково тих, ШВИДКІСТЬ руху якіх відносно один одного є постійною. Математично ця теорія Виглядає набагато складніше, чем спеціальна. Цім и пояснюється, что между їхнімі публікаціямі пройшло 11 років. ОТО Включає в себе спеціальну як окремий випадок. Отже, закони Ньютона такоже входять в неї. Однако ОТО уходит набагато далі ее попередниця. Например, в ній по-новому Тлумачі гравітація.
четвертий вимір
Завдяк ОТО світ становится чотірівімірнім: годину додається до трьох просторово вімірів. Всі смороду нерозрівні, отже, нужно Говорити Вже не про просторово відстані, існуючому в трівімірному мире между двома об`єктами. Мова тепер идет про просторово-часових інтервалах между різнімі подіямі, что об`єднують як просторова, так и тимчасову віддаленість їх один від одного. Іншімі словами, годину и простір в Теорії відносності розглядаються як Якийсь чотірівімірній континуум. Его можна візначіті як простір-час. У даного контінуумі ті наблюдатели, Які рухаються відносно один одного, будут мати Різні думки даже про ті, чи одночасно відбуліся два будь-якіх події, або ж Одне з них передувало ІНШОМУ. Однако причинно-наслідкові зв`язки при цьом НЕ порушуються. Іншімі словами, Існування такой системи координат, де две події відбуваються в різній послідовності и не одночасно, що не допускає даже ОТО.
Відео: Фізика годині в Теорії відносності.
ОТО и закон всесвітнього тяжіння
Відповідно до закону всесвітнього тяжіння, відкритого Ньютоном, сила взаємного тяжіння існує у Всесвіті между будь-Якими двома тіламі. Земля з цієї позіції обертається вокруг Сонця, так як между ними є сили взаємного тяжіння. Проти, ОТО змушує поглянуті з Іншого боку на це явіще. Гравітація, відповідно до даної Теорії, - наслідок "вікрівлення" (Деформації) простору-часу, Пожалуйста спостерігається під впливи масі. Чим Тіло важче (в нашому прікладі, Сонце), тім более "прогінається" під ним простір-час. Відповідно, его гравітаційне поле тім сільніше.
Для того щоб краще зрозуміті суть Теорії відносності, звернемося до порівняння. Земля, согласно ОТО, обертається вокруг Сонця, як маленьку кульку, Який котитися вокруг конуса воронки, створеної в результате "продавлювання" Сонцем простору-часу. А то, что ми звіклі вважаті силою тяжіння, є насправді зовнішнім проявити даного вікрівлення, а не силою, в розумінні Ньютона. Краще Пояснення феномена гравітації, чем запропоноване в ОТО, на сьогоднішній день Полтава.
Способи Перевірки ОТО
Відзначімо, что ОТО перевіріті непросто, так як ее результати в лабораторних условиях почти відповідають закону всесвітнього тяжіння. Однако Вчені все-таки провели ряд важлівіх експеріментів. Їх результати дозволяють сделать Висновок про ті, что теорія Ейнштейна підтверділа. ОТО, кроме того, допомагає поясніті Різні явіща, Які спостерігаються в космосі. Це, например, невелікі відхилення Меркурія від своєї стаціонарної орбіті. З точки зору ньютонівської класичної механіки їх нельзя поясніті. Це такоже ті, чому електромагнітне випромінювання, что виходе від далеких зірок, вікрівляється при проходженні его около від Сонця.
Результати, передбачені ОТО, насправді істотно відрізняються від тих, Які дають закони Ньютона (портрет его уявлень вищє), лишь тоді, коли Присутні надсільні гравітаційні поля. Отже, для повноцінної Перевірки ОТО необхідні або очень Точні вимірювання об`єктів велічезної масі, або чорні діркі, оскількі наші звічні уявлення Стосовно них не застосовуються. Тому розробка експериментального методів Перевірки цієї Теорії є однією з головних задач сучасної експериментальної фізики.
Умі багатьох вчених, та й далеких від науки людей займає Створена Ейнштейном теорія відносності. Що це таке, ми коротко розповілі. Ця теорія перевертає наші звічні уявлення про світ, тому Інтерес до неї досі НЕ згасає.
