Theori perthnasedd - beth ydyw? Mae postulates theori perthnasedd. Amser a gofod yn y theori perthnasedd

Ar ddechrau'r 20fed ganrif, ffurfiwyd theori perthnasedd. Beth yw hyn a phwy yw ei greadurydd, yn gwybod heddiw bob plentyn ysgol. Mae mor ddiddorol bod hyd yn oed pobl sydd ymhell o wyddoniaeth ddiddordeb ynddo. Yn yr erthygl hon, mae'r iaith sydd ar gael yn disgrifio'r theori perthnasedd: beth ydyw, beth yw ei bostio a'i gais.

Dywedant fod epiphani yn dod i Albert Einstein, ei greadurydd, mewn eiliad. Roedd y gwyddonydd honnir yn gyrru tram yn y Bern Bern. Edrychodd ar y cloc stryd ac yn sydyn sylweddoli y byddai'r cloc hwn yn stopio pe bai'r tram yn cyflymu i gyflymder golau. Yn yr achos hwn, ni fyddai amser. Mae amser yn theori perthnasedd yn chwarae rhan bwysig iawn. Un o'r postulates a luniwyd gan Einstein yw bod gwahanol arsylwyr yn canfod realiti mewn gwahanol ffyrdd. Mae hyn yn berthnasol yn arbennig o ran amser a phellter.

Cyfrifo am sefyllfa'r sylwedydd

Ar y diwrnod hwnnw, sylweddolodd Albert fod disgrifiad unrhyw ffenomen neu ddigwyddiad corfforol yn iaith y gwyddorau yn dibynnu ar ba ffrâm y mae'r sylwedydd ynddi. Er enghraifft, os bydd rhywfaint o deithwyr tram yn gollwng eu sbectol, byddant yn disgyn yn fertigol tuag ato. Os edrychwch chi o safbwynt cerddwyr sy'n sefyll ar y stryd, yna bydd taith eu cwymp yn cyfateb i'r parabola, wrth i'r tram symud ac ar yr un pryd mae'r gwydrau'n disgyn. Felly, mae gan bob un ei ffrâm gyfeirio ei hun. Rydym yn bwriadu ystyried yn fwy manwl y rhagofynion sylfaenol o theori perthnasedd.

Cyfraith y cynnig a ddosbarthwyd a'r egwyddor o berthnasedd

Er gwaethaf y ffaith bod y disgrifiadau o ddigwyddiadau yn newid y systemau cyfeirio, mae yna bethau cyffredinol sydd heb eu newid. Er mwyn deall hyn, rhaid inni ofyn i ni ein hunain nad cwymp y sbectol, ond y gyfraith natur sy'n achosi hyn. Ar gyfer unrhyw arsylwr, waeth pa un a yw mewn system gydlynol symudol neu sefydlog, nid yw'r ateb iddo yn ddigyfnewid. Gelwir y gyfraith hon yn gyfraith y cynnig wedi'i ddosbarthu. Mae'n gweithredu'n gyfartal yn y car stryd ac ar y stryd. Mewn geiriau eraill, os yw'r disgrifiad o ddigwyddiadau bob amser yn dibynnu ar bwy sy'n eu harchwilio, nid yw hyn yn berthnasol i gyfreithiau natur. Maent, fel y dywedant yn yr iaith wyddonol, yn invariant. Dyma egwyddor perthnasedd.

Dau ddamcaniaeth Einstein

Yr oedd yr egwyddor hon, fel unrhyw ragdybiaeth arall, yn gyntaf i'w dilysu trwy ei chysylltu â'r ffenomenau naturiol sy'n gweithredu yn ein realiti. Didynnodd Einstein 2 ddamcaniaeth o'r egwyddor o berthnasedd. Er eu bod yn gysylltiedig, fe'u hystyrir ar wahân.

Mae theori preifatrwydd, neu arbennig, perthnasedd (SRT) yn seiliedig ar y cynnig ar gyfer pob system gyfeirio bosibl y mae ei gyflymder symud yn gyson, mae cyfreithiau natur yr un fath. Mae theori gyffredinol perthnasedd (GTR) yn ymestyn yr egwyddor hon i unrhyw ffrâm gyfeirio, gan gynnwys y rhai sy'n symud gyda chyflymiad. Ym 1905, cyhoeddodd A. Einstein y theori gyntaf. Yr ail, yn fwy cymhleth o ran cyfarpar mathemategol, a gwblhawyd erbyn 1916. Mae creu theori perthnasedd, SRT a GRT, wedi dod yn gam pwysig yn natblygiad ffiseg. Gadewch inni aros yn fwy manwl ar bob un ohonynt.

Theori arbennig o berthnasedd

Beth ydyw, beth yw ei hanfod? Atebwn y cwestiwn hwn. Y theori hon sy'n rhagweld llawer o effeithiau paradoxiaidd sy'n gwrth-ddweud ein syniadau rhyfeddol o sut mae'r byd yn gweithio. Mae'r rhain yn effeithiau a arsylwyd pan fydd cyflymder y symudiad yn ymdrin â chyflymder golau. Y rhai enwocaf yn eu plith yw effaith arafu amser (yn ystod oriau). Mae oriau sy'n symud o'i gymharu â'r sylwedydd, ar ei gyfer yn arafach na'r rhai sydd yn ei ddwylo.

Yn y system gydlynu, wrth symud ar gyflymder yn agos at gyflymder golau, mae amser wedi'i ymestyn o'i gymharu â'r sylwedydd, ac mae hyd gwrthrychau (maint gofodol), i'r gwrthwyneb, wedi'i gywasgu ar hyd echelin cyfeiriad y symudiad hwn. Gelwir yr effaith hon yn gontract Lorentz-Fitzgerald. Yn ôl ym 1889, disgrifiwyd ef gan George Fitzgerald, ffisegydd Eidaleg. Ac yn 1892, ategodd Hendrik Lorentz, dyn o Iseldiroedd iddo. Mae'r effaith hon yn esbonio'r canlyniad negyddol a roddwyd gan arbrawf Michelson-Morley lle mae cyflymder cynnig ein planed yn y gofod allanol yn cael ei bennu gan fesur y "gwynt ether". Dyma'r prif ragofynion o theori perthnasedd (arbennig). Atgyfnerthodd Einstein yr hafaliadau hyn gyda'r fformiwla ar gyfer trawsnewid màs, a wnaed trwy gyfatebiaeth. Yn ôl iddi, wrth i gyflymder y corff fynd at gyflymder goleuni, mae pwysau'r corff yn cynyddu. Er enghraifft, os yw'r cyflymder yn 260,000 km / s, hynny yw 87% o gyflymder y golau, o safbwynt y sylwedydd, sydd yn y ffrâm gorffwys, bydd màs y gwrthrych yn dyblu.

Cadarnhau SRT

Mae'r holl ddarpariaethau hyn, ni waeth sut y maent yn gwrthddweud synnwyr cyffredin, ers i Einstein ddod o hyd i gadarnhad uniongyrchol a llawn mewn amrywiaeth o arbrofion. Cynhaliwyd un ohonynt gan wyddonwyr ym Mhrifysgol Michigan. Mae'r profiad chwilfrydig hwn yn cadarnhau theori perthnasedd mewn ffiseg. Roedd yr ymchwilwyr yn cael eu gosod ar fwrdd awyrennau, a oedd yn gwneud teithiau hedfan trawsatlantig yn rheolaidd, cloc atomig uwch-fanwl . Bob tro ddychwelodd i'r maes awyr, cafodd tystiolaeth yr oriau hyn ei wirio yn erbyn y rheolaeth. Mae'n troi allan bod y cloc ar yr awyren bob tro yn fwy a mwy yn rhwystro'r tu ôl i'r rheolaeth. Wrth gwrs, dim ond ychydig o fân ffigurau, ffracsiynau o ail oedd, ond mae'r ffaith iawn yn datgelu iawn.

Yn ystod hanner canrif y gorffennol, mae ymchwilwyr wedi bod yn astudio gronynnau elfennol ar gyflymwyr - cyfadeiladau caledwedd enfawr. Yn eu plith, caiff trawstiau electronau neu brotonau, hynny yw, gronynnau isatomaidd a godir, eu cyflymu nes bod eu cyflymder yn mynd i'r afael â chyflymder golau. Wedi hynny, maent yn tanio targedau niwclear. Yn yr arbrofion hyn, rhaid i un gymryd i ystyriaeth y ffaith bod màs y gronynnau yn cynyddu, fel arall nid yw'r canlyniadau arbrofol yn hawdd eu dehongli. Yn hyn o beth, mae SRT wedi bod yn theori ddamcaniaethol yn unig. Mae wedi dod yn un o'r offer a ddefnyddir mewn peirianneg gymhwysol, ynghyd â deddfau peirianneg Newtonian. Mae egwyddorion theori perthnasedd wedi dod o hyd i gais ymarferol gwych yn ein dydd.

SRT a deddfau Newton

Gyda llaw, gan siarad am ddeddfau Newton (mae portread y gwyddonydd hwn yn cael ei gyflwyno uchod), dylai un ddweud bod theori arbennig perthnasedd, sy'n ymddangos yn gwrth-ddweud, mewn gwirionedd yn atgynhyrchu hafaliadau deddfau Newton bron yn union os caiff ei ddefnyddio i ddisgrifio cyrff y mae eu cyflymder Mae llawer llai na chyflymder golau. Mewn geiriau eraill, os cymhwysir theori arbennig o berthnasedd, ni chaiff ffiseg Newton ei ddiddymu o gwbl. Mae'r theori hon, i'r gwrthwyneb, yn ategu ac yn ei ehangu.

Mae cyflymder golau yn gyson cyson

Gan ddefnyddio'r egwyddor o berthnasedd, gall un ddeall pam yn y model a roddir o strwythur y byd mae rôl bwysig iawn yn cael ei chwarae gan gyflymder golau, yn hytrach na rhywbeth arall. Gofynnir i'r cwestiwn hwn gan y rhai sydd newydd ddechrau dod yn gyfarwydd â ffiseg. Mae cyflymder golau yn gyson cyson oherwydd y ffaith ei fod wedi'i ddiffinio fel y cyfryw gan y gyfraith wyddonol naturiol (am fwy o wybodaeth, gallwch ddysgu trwy astudio hafaliadau Maxwell). Mae'r cyflymder golau mewn gwactod, oherwydd gweithrediad yr egwyddor o berthnasedd, yr un peth mewn unrhyw ffrâm gyfeirio. Efallai y byddwch yn meddwl bod hyn yn gwrthddweud synnwyr cyffredin. Mae'n ymddangos bod y ffynhonnell wreiddiol a'r golau symudol yn cyrraedd yr arsylwr ar yr un pryd (waeth pa mor gyflym y maent yn symud). Fodd bynnag, nid yw hyn yn wir. Mae cyflymder goleuni, oherwydd ei rôl arbennig, yn cael ei ganoli nid yn unig yn arbennig, ond hefyd mewn perthnasedd cyffredinol. Byddwn hefyd yn siarad amdano.

Theori gyffredinol perthnasedd

Fe'i defnyddir, fel y dywedasom eisoes, ar gyfer pob ffram gyfeirio, nid o reidrwydd y rheiny y mae eu cyflymder symudol o'i gymharu â'i gilydd yn gyson. Yn fathemategol, mae'r theori hon yn edrych yn llawer mwy cymhleth na'r un arbennig. Mae hyn yn esbonio'r ffaith bod 11 mlynedd wedi pasio rhwng eu cyhoeddiadau. Mae GTR yn cynnwys un arbennig fel achos arbennig. O ganlyniad, mae deddfau Newton hefyd yn dod i mewn iddo. Fodd bynnag, mae'r UTO yn mynd yn llawer mwy na'r hyn a ragflaenodd. Er enghraifft, mae'n egluro'r disgyrchiant mewn ffordd newydd.

Y Pedwerydd Dimensiwn

Diolch i OTO, mae'r byd yn dod yn bedwar dimensiwn: mae amser yn cael ei ychwanegu at dri dimensiwn gofodol. Mae pob un ohonynt yn amhosibl, felly, nid oes angen i ni siarad mwyach o'r pellter gofodol sy'n bodoli mewn byd tri dimensiwn rhwng dau wrthrych. Erbyn hyn mae hi'n fater o gyfnodau amser-gofod rhwng gwahanol ddigwyddiadau sy'n uno'r gofod gofodol a thymhorol ohono oddi wrth ei gilydd. Mewn geiriau eraill, ystyrir amser a lle yn theori perthnasedd fel math o continwwm pedwar dimensiwn. Gellir ei ddiffinio fel amser gofod. Yn y continwwm hwn, bydd gan yr arsylwyr hynny sy'n symud yn gymharol â'i gilydd farn wahanol hyd yn oed ynghylch a ddigwyddodd dau ddigwyddiad ar yr un pryd, neu un ohonynt yn rhagweld un arall. Fodd bynnag, nid yw'r berthynas achosol yn cael ei thorri. Mewn geiriau eraill, nid yw bodolaeth system gydlynol lle mae dau ddigwyddiad mewn cyfresi gwahanol ac nid ar yr un pryd yn caniatáu GRT hyd yn oed.

OTO a chyfraith difrifoldeb cyffredinol

Yn ôl y gyfraith o greulondeb cyffredinol a ddarganfuwyd gan Newton, mae grym atyniad ar y cyd yn bodoli yn y Bydysawd rhwng unrhyw ddau gorff. Mae'r Ddaear o'r sefyllfa hon yn cylchdroi o gwmpas yr Haul, oherwydd rhyngddynt mae yna rymoedd o atyniad ar y cyd. Serch hynny, mae GR yn gorfodi un i edrych ar y ffenomen hon o'r ochr arall. Mae disgyrchiant, yn ôl y ddamcaniaeth hon, yn ganlyniad i'r "cylchdroi" (dadffurfiad) o ofod gofod, a welir dan ddylanwad màs. Mae'r corff yn drymach (yn ein hagwedd, yr Haul), y mwyaf "amser yn troi" o dan y peth. Yn unol â hynny, mae ei faes disgyrchiant yn gryfach.

Er mwyn deall hanfod theori perthnasedd yn well, gadewch inni droi at gymhariaeth. Mae'r ddaear, yn ôl GR, yn cylchdroi o gwmpas yr Haul, fel pêl fechan sy'n rholio o amgylch côn y bwndel, a grëwyd o ganlyniad i "wasgu" o ofod amser erbyn yr Haul. Ac mewn gwirionedd, yr hyn a ddefnyddiwyd gennym i feddwl amdano fel disgyrchiant yw amlygiad allanol o'r cylchdro hwn, nid grym, yn nealltwriaeth Newton. Ni chafwyd hyd i esboniad gwell o ffenomen disgyrchiant na'r hyn a gynigiwyd yn y UTO.

Dulliau ar gyfer profi GRT

Nodwn nad yw'n hawdd gwirio'r GRT, gan fod ei ganlyniadau mewn cyflyrau labordy bron yn cyfateb i gyfraith disgyrchiant cyffredinol. Fodd bynnag, roedd gwyddonwyr yn dal i gynnal nifer o arbrofion pwysig. Mae eu canlyniadau yn ein galluogi i ddod i'r casgliad bod Theori Einstein yn cael ei gadarnhau. Mae GTR, yn ogystal, yn helpu i egluro'r gwahanol ffenomenau a arsylwyd yn y gofod. Mae hyn, er enghraifft, ymyriadau bach o Mercwri o'i orbit sefydlog. O safbwynt mecaneg clasurol Newtonian, ni ellir eu hesbonio. Dyma hefyd pam fod ymbelydredd electromagnetig sy'n deillio o sêr pell yn rhyfel pan fydd yn mynd ger yr Haul.

Mae'r canlyniadau a ragwelir gan GRT mewn gwirionedd yn wahanol iawn i'r rhai sy'n rhoi deddfau Newton (cyflwynir ei bortread uchod), dim ond pan fo meysydd disgyrchiant uwchben yn bresennol. O ganlyniad, er mwyn gwirio perthnasedd cyffredinol, mae naill ai fesuriadau manwl iawn o wrthrychau tyllau màs neu ddu enfawr yn angenrheidiol, gan nad yw ein syniadau arferol mewn perthynas â hwy yn anymarferol. Felly, mae datblygu dulliau arbrofol ar gyfer profi'r theori hon yn un o brif dasgau ffiseg arbrofol fodern.

Mae meddyliau llawer o wyddonwyr, a hyd yn oed pobl sydd ymhell o wyddoniaeth, yn cael eu meddiannu gan theori perthnasedd Einstein. Beth ydyw, dywedasom yn fyr. Mae'r ddamcaniaeth hon yn troi ein syniadau arferol am y byd, felly nid yw'r budd iddi yn dal i gael ei chwalu.